應(yīng)用案例-基于學(xué)生小課題研究的生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

1、基于學(xué)生小課題研究的生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè) 國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)指導(dǎo)思想表明：培養(yǎng)人才的重要性，即培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人；培養(yǎng)高素質(zhì)勞動(dòng)者、數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的專門人才和一大批拔尖創(chuàng)新人才。創(chuàng)新人才的培養(yǎng)需要教育的創(chuàng)新和改革。但是現(xiàn)有的教學(xué)環(huán)境，并不能滿足這批創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。因此，我校積極建設(shè)浙江省生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，并構(gòu)建了分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室、環(huán)境檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室和數(shù)碼顯微實(shí)驗(yàn)室等三個(gè)具有研究性功能的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。我校對(duì)生命科學(xué)感興趣、具有探究欲望的學(xué)生基于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，進(jìn)行了相關(guān)拓展型學(xué)生小課題研究。我們利用學(xué)生小課題研究為著力點(diǎn)，為我校創(chuàng)新性人才培養(yǎng)進(jìn)

2、行實(shí)踐性探索。一、現(xiàn)代教育技術(shù)的運(yùn)用是學(xué)生小課題研究的翅膀工欲善其事，必先利其器。生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室除了配備了專業(yè)的研究?jī)x器，還擁有可觸控式一體機(jī)和學(xué)生PAD的智慧教室?？捎|控式一體機(jī)內(nèi)含電腦，它“支持PPT，Word，F(xiàn)lash等應(yīng)用軟件播放、遙控批注以及相互之間的轉(zhuǎn)化，可以使用手指、教鞭、書寫筆等任意不透明的物體進(jìn)行書寫和觸摸操作，無(wú)需專用書寫筆，操作更便捷”的特性，除了便于教師熟練使用多媒體進(jìn)行教學(xué)，更便于教師隨即備課、隨手用來(lái)上課；尤其是教學(xué)觸摸一體機(jī)改變了以往多媒體課件不能批注的缺點(diǎn)。在學(xué)生小課題研究的教學(xué)中，PAD給傳統(tǒng)教育帶來(lái)了無(wú)限的可能性。通過(guò)一系列的實(shí)踐，PAD在教學(xué)中的功能越來(lái)

3、越充分地被挖掘出來(lái)，具體體現(xiàn)為學(xué)習(xí)資源數(shù)字化，學(xué)具數(shù)字化和學(xué)習(xí)管理數(shù)字化。學(xué)習(xí)資源數(shù)字化學(xué)習(xí)資源能幫助個(gè)人有效學(xué)習(xí)和操作，是經(jīng)過(guò)篩選符合一定教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)要求，可用于教學(xué)，促進(jìn)學(xué)習(xí)的一切信息及其組織，包括書本、教科書、課件等。現(xiàn)代教育技術(shù)讓學(xué)生在小課題研究中，除了得到規(guī)范的操作實(shí)踐流程的培養(yǎng)，還可以及時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜尋最新的與課題相關(guān)的研究文獻(xiàn)。學(xué)生充分利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室教室資源，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，充分進(jìn)行討論以及創(chuàng)新思想的碰撞，使得小課題研究的立體感和深度逐漸加深。二、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室布局是學(xué)生小課題研究的保障1.專業(yè)、兼容、靈動(dòng)、自由的設(shè)計(jì)理念生物學(xué)科是自然科學(xué)，具有科學(xué)學(xué)科的一般特點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)性和

4、邏輯性。實(shí)驗(yàn)性的特點(diǎn)要求生物學(xué)學(xué)習(xí)特別強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力；邏輯性的特點(diǎn)要求在通過(guò)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作后獲得一些表象性的結(jié)果以后。以獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為材料，組織學(xué)生進(jìn)行深層次的探討，重現(xiàn)科學(xué)家的思維過(guò)程，體會(huì)科學(xué)研究中的邏輯思維方法；同時(shí)，將實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)層面上升到理論層面。生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室不應(yīng)該是教室和生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的簡(jiǎn)單相加，它要實(shí)現(xiàn)的功能是：營(yíng)造生物學(xué)學(xué)習(xí)的氛圍和情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣和動(dòng)力；將生物學(xué)習(xí)相關(guān)資源置于離學(xué)生最近的地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)生物學(xué)教育資源的效益最大化；革新生物學(xué)課堂“教”與“學(xué)”的方式，滿足學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)的目的。我校為走班教學(xué)、且是小班化教學(xué)，因此教學(xué)場(chǎng)所并不是非常充

5、足。此次借助我校獲得浙江省生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目資助的契機(jī)，我們對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科學(xué)布局：釋放學(xué)習(xí)空間、改造教室環(huán)境、兼容學(xué)科教室模式，以達(dá)到充分使用生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開展多種模式的教學(xué)活動(dòng)的目的。生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室可根據(jù)具體教學(xué)模式，可以靈活的變換教室布局，進(jìn)而充分激發(fā)師生交流和互動(dòng)以及提升學(xué)生小組合作和研究性學(xué)習(xí)的能力。生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室均配有先進(jìn)的生物學(xué)科儀器和相應(yīng)的硬件和軟件支撐，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)以發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)為邏輯起點(diǎn)，營(yíng)造融學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)特征和先進(jìn)技術(shù)于一體的學(xué)習(xí)情境，滿足學(xué)科教學(xué)需求，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的提高，使學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和探究能力能在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室自由發(fā)展和延伸?？偟恼f(shuō)，我們生物創(chuàng)

6、新實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)以“專業(yè)、兼容、靈動(dòng)、自由”為主題，并依據(jù)不同的教學(xué)需求、學(xué)生需求、教師需求等可靈活的進(jìn)行課堂教學(xué)或其他研究性學(xué)習(xí)布局，進(jìn)而不斷提升學(xué)生和教師的學(xué)習(xí)和研究的能力。2.生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的功能設(shè)計(jì)生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室可以滿足高中階段所有類型的生物教學(xué)和學(xué)生活動(dòng)場(chǎng)所，即可集合規(guī)國(guó)家課程教學(xué)（含實(shí)驗(yàn)教學(xué)），生物選修課教學(xué)，學(xué)生生物課外學(xué)習(xí)室等諸多功能為一體。并根據(jù)不同課程的需求，充分利用生物學(xué)科專業(yè)教室的空間和設(shè)備，設(shè)置了學(xué)習(xí)討論區(qū)、實(shí)驗(yàn)操作區(qū)、學(xué)生活動(dòng)區(qū)、學(xué)生作品展示區(qū)、生物信息展示區(qū)和圖書區(qū)等。生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室同時(shí)秉承浙江省創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的理念，即促使我們要進(jìn)一步提升學(xué)生的生物學(xué)科專業(yè)的學(xué)習(xí)和研究

7、能力。生物創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室圍繞青少年創(chuàng)新大賽、生物奧林匹克競(jìng)賽等項(xiàng)目，開展依托高中知識(shí)，并與大學(xué)生物課程相結(jié)合，進(jìn)而開展和挖掘更多提高中學(xué)生生物實(shí)驗(yàn)探究能力和實(shí)驗(yàn)操作能力的實(shí)驗(yàn)課程。三、項(xiàng)目研究是學(xué)生小課題研究的平臺(tái)創(chuàng)新并不是憑空捏造，如何引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新性思維的發(fā)展？以及如何利用學(xué)生有限的課外時(shí)間進(jìn)行創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)？是我們必須思考的兩個(gè)問(wèn)題。因此，引人成熟的項(xiàng)目，利用優(yōu)質(zhì)和符合學(xué)生實(shí)際需求的項(xiàng)目，來(lái)引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維，是一條捷徑。我們依據(jù)實(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)，以及我校生物教師專業(yè)背景。我們引入了“AST杯”基因科學(xué)應(yīng)用競(jìng)賽。這個(gè)比賽是由浙江省生物信息學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)合浙江省科技館舉辦的，旨在調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，

8、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析能力；挖掘和培養(yǎng)在生命科學(xué)方面有潛力有天賦的人才；讓中學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸生命科學(xué)科研一線的技術(shù)和導(dǎo)師；培養(yǎng)挖掘具有創(chuàng)新創(chuàng)造性的生物學(xué)人才。首先，我們邀請(qǐng)了該項(xiàng)目培訓(xùn)老師來(lái)我校給學(xué)生開設(shè)講座。學(xué)生們通過(guò)講座的學(xué)習(xí)，激發(fā)了自己對(duì)該項(xiàng)目的興趣和熱情。隨后，我們進(jìn)行學(xué)生遴選，選擇合適的學(xué)生參加該項(xiàng)目所設(shè)置的比賽。我們與學(xué)生一起構(gòu)思學(xué)生小課題。最終，我們借助分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，利用學(xué)生課外時(shí)間完成了小課題研究。小課題研究成果參加了該項(xiàng)目組織的比賽。學(xué)生依托完整的、精心設(shè)計(jì)的小課題研究和實(shí)施過(guò)程，充分激發(fā)和發(fā)揮了他的多方面能力，創(chuàng)新思維和行為方式在得到提升。四、教師團(tuán)隊(duì)建

9、設(shè)是學(xué)生小課題研究的基石然而千里馬須有伯樂(lè)。如何整合教師資源，使學(xué)生小課題研究能夠持續(xù)發(fā)揮生命力。我校為此成立了創(chuàng)客社團(tuán)。創(chuàng)客社團(tuán)的老師有明確的任務(wù)：創(chuàng)客社團(tuán)將以學(xué)生小課題研究為切入點(diǎn)，深入開展學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)。結(jié)合專業(yè)基礎(chǔ)，或?qū)⑴d趣與愛好演變?yōu)楦鞣N創(chuàng)意理念，引入合適的項(xiàng)目，合理制定和實(shí)施小課題研究方案。有了創(chuàng)客社團(tuán)這樣的教師專業(yè)組織，指導(dǎo)教師不再是孤獨(dú)的。以生物組為例，生物組研究生及其以上學(xué)歷的老師都加入了該社團(tuán)。大家每周定期開會(huì)，互相交流學(xué)生小課題研究進(jìn)展。興趣相投老師組成了教師研究團(tuán)隊(duì)。生物學(xué)科教師逐漸將“AST杯”基因科學(xué)應(yīng)用競(jìng)賽、JA比賽、“明天小小科學(xué)家”獎(jiǎng)勵(lì)活動(dòng)以及青少年科技

10、創(chuàng)新大賽等項(xiàng)目引進(jìn)校園，不斷挖掘和培育適合學(xué)生研究的小課題。并利用學(xué)校平臺(tái)，發(fā)布信息，組織相關(guān)科技類活動(dòng)，吸引我校具有創(chuàng)新思維的學(xué)生加入，并在比賽中讓學(xué)生不斷成長(zhǎng)。五、學(xué)生小課題研究案例介紹“誰(shuí)動(dòng)了我的羊肉”小課題研究是我校學(xué)生科技類小課題研究的一個(gè)典型案例。這個(gè)小課題研究吸引了數(shù)十位學(xué)生參與與設(shè)計(jì)，歷時(shí)三個(gè)月完成。小課題研究結(jié)果引起了浙江省和杭州市多家媒體的關(guān)注，課題的數(shù)據(jù)整理成的建議，也通過(guò)相關(guān)渠道與政府有關(guān)部門對(duì)接。學(xué)生通過(guò)這次活動(dòng)，不僅在創(chuàng)新思維與實(shí)踐上得到鍛煉，而且在公民素養(yǎng)培養(yǎng)上得到了一次有意義的實(shí)踐。下面我們以“誰(shuí)動(dòng)了我的羊肉”小課題研究為例具體介紹一下整個(gè)小課題研究的思路和課題

11、產(chǎn)生的社會(huì)效益。1.開題首先，學(xué)生研究團(tuán)隊(duì)明確了項(xiàng)目研究的大體方向：與基因科學(xué)有關(guān)的項(xiàng)目都可以，該項(xiàng)目鼓勵(lì)同學(xué)們腦洞大開，利用基因科學(xué)解決生活中的實(shí)際問(wèn)題。其次，團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，最終鎖定進(jìn)行羊肉真假的鑒定。因?yàn)?，團(tuán)隊(duì)多數(shù)成員有這樣的經(jīng)歷，經(jīng)常看到自己的親朋好友晚上吃烤串，尤其喜歡吃羊肉串。而羊肉串造假新聞經(jīng)常見到報(bào)道。假羊肉串由于肉質(zhì)來(lái)源不明，往往給食用者造成損害。對(duì)于上述現(xiàn)象，小組提出了以下問(wèn)題：羊肉串造假現(xiàn)象是否真如報(bào)紙上所說(shuō)的是普遍現(xiàn)象？假羊肉串如何鑒定？假羊肉串中混雜的是什么肉？本研究擬對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行探究。2.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)學(xué)生研究團(tuán)隊(duì)依據(jù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的儀器，明確在實(shí)驗(yàn)室可以進(jìn)行的實(shí)

12、驗(yàn)類型。然后依據(jù)文獻(xiàn)資料，最終確定了兩個(gè)研究?jī)?nèi)容：羊肉以及常見肉類的特異性引物的篩選和鑒定；利用特異性引物對(duì)杭城羊肉串進(jìn)行鑒定和評(píng)估。最后，學(xué)生研究團(tuán)隊(duì)利用文獻(xiàn)資料，寫出各個(gè)實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)驗(yàn)步驟，并設(shè)計(jì)相關(guān)記錄表。3.實(shí)施實(shí)驗(yàn) 學(xué)生研究團(tuán)隊(duì)依據(jù)查詢的文獻(xiàn)資料，厘清了假羊肉串一般常混雜豬肉、鴨肉、雞肉，偶爾會(huì)混雜一些劣質(zhì)牛肉。查詢了相關(guān)文獻(xiàn)，從文獻(xiàn)上獲取了針對(duì)上述肉類的引物。在大型超市購(gòu)的肉攤上，購(gòu)買正宗的羊肉、牛肉、豬肉、鴨肉和雞肉，提取DNA。并對(duì)上述引物進(jìn)行鑒定，確定其擴(kuò)增條件，以及特異性情況。利用篩選出的特異性引物，對(duì)杭城50個(gè)羊肉串出售點(diǎn)提取DNA，并用特異性引物進(jìn)行鑒定，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)

13、記錄和分析。4.寫論文通過(guò)對(duì)學(xué)生研究團(tuán)隊(duì)的研究數(shù)據(jù)分析，學(xué)生得出很有意義的結(jié)論，并給廣大消費(fèi)者提出了消費(fèi)建議。從制假來(lái)看，假羊肉串主要摻假的肉是豬肉。而且假羊肉串中也能測(cè)定出微弱的羊肉成分。不難發(fā)現(xiàn)，這是利用混合肉來(lái)進(jìn)行欺騙。故進(jìn)行羊肉分子鑒定時(shí)，不能僅采取羊肉單一引物進(jìn)行鑒定，防止漏檢混合肉制作的假羊肉串。假羊肉串，肉質(zhì)來(lái)源和制作工藝的非法性，消費(fèi)者很難保證自身利益。建議消費(fèi)者想吃羊肉串，最好自己在家制作，以免吃到不合格產(chǎn)品，影響自身健康。建議消費(fèi)者多去正規(guī)營(yíng)業(yè)執(zhí)照的店家就餐，路邊沒(méi)有資質(zhì)的攤點(diǎn)盡量少去。5.參加比賽答辯學(xué)生研究團(tuán)隊(duì)帶著自己的研究成果，參加比賽。在專家評(píng)委的點(diǎn)評(píng)下，學(xué)生會(huì)對(duì)自己的小課題研究有一個(gè)更深入的認(rèn)識(shí)。學(xué)生根據(jù)專家的意見進(jìn)一步完善自己的小課題研究。通過(guò)完整的小課題研究和實(shí)施過(guò)程，使學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐在得到提升。6.社會(huì)效益首先，我們將小課題研究的數(shù)據(jù)在學(xué)校微信號(hào)進(jìn)行了專題報(bào)道，引起了強(qiáng)烈反響。隨后，我們的報(bào)道引起了杭州教育發(fā)布、杭州電視臺(tái)和升學(xué)寶的關(guān)注和報(bào)道，浙江新聞客戶端也對(duì)上述報(bào)道進(jìn)行了轉(zhuǎn)載。我們通過(guò)政協(xié)渠道將相關(guān)數(shù)據(jù)與政府有關(guān)部門對(duì)接。基于杭城羊肉串真假調(diào)查數(shù)據(jù)通過(guò)媒體的傳播，讓更多的人