实验教学管理信息化及其在微生物学实验教学中的应用
摘要: 本文阐述了实验教学信息管理化的优点,介绍了实验教学信息化管理系统的结构与功能,并结合微生物实验教学实践,论述了实验教学信息化管理在实验教学中的具体应用。
关键词: 实验教学信息化管理微生物学实验教学应用
实验教学改革是以培养学生的实践能力、创新能力为宗旨,以实验资源开放共享为基础,全面提高实验教学水平和实验室使用效益为目的的创新型实验室管理机制[1]-[3]。目前,普通高校的实验教学改革都不同程度地实践着实验室信息化教学管理。这种教学管理方式一方面有利于整合现有的实验资源,提高实验室的管理水平,另一方面有利于激发学生的学习热情,调动学生的积极性、主动性,培养学生的创新能力和实践能力,使学生具有独立思维,是一种体现能力培养、提高素质教育的有效方式[4]-[6]。应用信息化实验教学管理打破了院、系、班级的局限,由学生提前预约实验内容、时间,根据预约登记情况,实验指导老师做好充分准备,保证实验课有序地进行。
1.实验教学信息化管理的优点与一般流程
实验教学信息化管理旨在搞活实验课堂,通过实验树立学生创新意识,提高学生的实际动手能力,独立分析问题的,以能力及合理安排时间的能力[7]。
传统的实验课程都是教务处以院、系、班为单位统一安排实验课表,实验指导老师选定实验内容,学生只能在规定的实验室、规定的时间内做规定的实验[8]。随着教学内容和方式的改变,学校实行学分制,每个学生所选修的课程都不尽相同,上课时间不统一。实行信息化实验教学管理后,学生可以在实验室开放的时间内随机预约做实验,实验指导老师可以根据管理系统提供的信息确定每天的实验人数,合理有效地准备实验仪器的台套数。实验选课操作时,实验指导老师应要求学生提交预习报告,做到基本掌握实验内容。对预习较差、准备不够充分的学生暂缓其实验资格[9]。在实验过程中,指导老师对进行实验操作的学生从旁观察,基本上由学生自行处理实验过程中遇到的问题,解决不了时,再给予指导解决。实验操作完成后,保存原始记录数据,经实验指导老师签字后,实验成绩生效。
实验指导老师在整个实验过程中进行巡回指导、答疑,并及时监督实验者能否独立完成实验,严把学生实验质量关。基础必做实验要求必须单人操作,选作实验和综合创新实验可由2—3人合作完成。
2.实验教学信息化管理系统的结构与功能
实行信息化教学管理的实验课程,可将实验项目划分为基础必做实验、选做实验及综合创新实验等三个模块,在模块下建立各个实验的名称、实验时数。其中基础必做实验下设2-3个项目(每个实验2-3学时),为每个学生都必须独立完成的实验。选做实验和综合创新实验下各设5-10个实验(每个实验3-6学时),由学生自行选择感兴趣的实验,选满30学时为止。系统可记录每个学生的学号、密码、姓名、班级、院系、联系方式等信息,并对每次实验人数作出上限定额(20人)。当实验室满员时,可提示学生另选实验项目及时间,以预防同时登录的学生超过实验室最大容纳量。
为了确保信息化管理的时效性和有效性,学校需要借助实验教学信息化管理系统,其结构组成如图1所示。
(1)实验项目查询
该模块的工作过程如下:当学生输入学号、密码后,系统在数据库中调出学生姓名、所在班级、院系和联系方式等。激活“查询”按钮后显示“实验项目库”栏,下设“基础必做实验”、“选做实验”、“综合创新实验”。其中“基础必做实验”为每个学生必须首先完成的实验,只有完成该栏目下设的实验后,学生才能自由选择后两栏下设的实验。选定实验项目后,系统提供预约“实验时间”,包括实验周数、日期、节次,通常基础必做实验在1-2周内结束。考虑到学生可能由于突发事件需要调整已预选的实验项目,系统提供退选功能。整个预约过程中信息的输入需确保其准确性,对于登录中出现的错误进行提示并及时修改。实验内容制作成课件挂于网上,便于学生预习并熟记操作过程。根据渐进式的教学模式,限定学生一周内不能预约超过两个实验。
(2)查询浏览
该模块下设教师端及学生端,教师端包括成绩录入及查询浏览两项,允许教师录入学生单项实验成绩及查询全部相关信息,包括实验项目、各实验室学生数、学生成绩等;学生端允许学生查询预约实验项目时间、所在实验室和本人实验成绩。
(3)统计报表打印
该模块可对每日预约的实验学生人数进行统计,实验学时全部完成后,统计实验成绩;该模块下设仪器设备库,可根据需要汇总相关仪器使用情况和仪器设备维修情况。
(4)考核系统
该模块下设理论考试及交流区。理论考核主要是考核学生掌握实验的情况。学生完成所有实验项目后,需登陆该模块,系统随机给定20道题目,多为单选或多选题,学生需在10分钟内答完,完成后系统打分。这一部分的成绩将记入学生的总成绩。交流区可实现教师与学生的互动交流,学生在预习过程中或实验过程中遇到的问题可在线上与教师进行探讨,以达到更好地掌握实验的目的。
3.信息化教学管理在微生物学实验教学中的应用
(1)传统微生物学实验教学中存在的问题
微生物学实验是生物、食品专业学生必修的一门重要基础实验课程[6]。我校微生物学基础实验室有两间,微生物学实验课最多一学期平行有5个班,每个班分两批进行,传统的教务处统一排课通常只能排出一个班一批学生的时间,另一批学生只能由教师与学生商定后另选时间,而微生物学实验通常开在第五学期,这一学期学生的课程较多,因此,多数时候第二批只能选在晚上或是周末上课,这在无形中就加重了教师和学生的负担;同时,这种排课方式往往导致实验课程集中在一定时间内,造成短时期内实验室超负荷运作,从而影响实验设备的正常维护管理。传统的实验教学准备过程均由教师完成,或是由教师带领个别学生完成,这就使得绝大部分的学生不能参与实验的整个过程,违背培养学生独立完成实验的初衷。运用信息化教学管理系统可以有效地解决这些问题,并大大提高实验室的使用率。
(2)信息化教学管理在微生物学实验中的应用
微生物学实验总学时30学时,通常安排8-10个实验。在信息化教学管理系统中,学生在开学一周内,首先需登陆实验室信息化教学管理系统,进入实验项目查询模块,该模块中将实验项目分为三个阶段,即基础必做实验、选做实验和综合创新实验。学生首先进入基础必做实验阶段,该阶段通常安排2-3个实验,如培养基的配制、分装及灭菌、微生物纯种分离法、光学显微镜的使用等。学生必须在2周内完成这一阶段的实验。在两周内第一阶段的实验项目将滚动开设。学生在选择了实验项目后,可查询实验时间,同时根据自己的需要,预约合适的时间,如预约的时间段内人数已满,系统提示另选时段。预约好时间后,如学生临时有事,可登陆系统进行退选,另选时间。学生每完成一个实验,教师需登陆该系统,给出实验成绩系统将根据教师所给的成绩,判断学生是否完成该阶段的学习,以防止学生在选课后不去上课的情况发生。
在完成第一阶段的学习后,学生对微生物学实验有了初步的认识,可以进入选做实验阶段。这一阶段安排10个实验供选择,如微生物直接计数法、微生物间接计数法、细菌简单染色法、革兰氏染色法、荚膜染色法、芽孢染色法、环境微生物的检测和菌落识别、放线菌的培养及形态观察、霉菌的培养及形态观察、细菌的生理生化实验等。这10个实验项目将在8-10周以内滚动开设,学生可根据自己的实际情况,选择5-6个实验项目,选择方法同上。为了避免学生在几周内集中选课,每人每周都只能预约一个时段,这种方式可有效地减轻因学生集中选课而产生的实验室的日常管理压力。这一阶段的实验相比第一阶段难度要大,实验时间长,能够培养学生主动学习能力、独立思考能力,以及分析问题、解决问题的能力,激发学生潜在的创新意识。
在完成第二阶段的学习以后,进入第三阶段综合创新实验阶段,该阶段设有2-3个实验项目,如微生物量的测定和生长曲线的绘制、物理、化学因素对微生物生长的影响、环境中细菌的分离鉴定等,选课方法同上。由于该阶段的实验项目为综合性实验,需要2-4人协助完成,因此,在选课时,需把小组其他成员名字在备注中说明,方便教师查询。学生根据前两阶段选课的实际情况,选择1-2个实验,以保证实验总学时不少于30学时。这一阶段的实验是对学生实验技能和实验方法的综合训练,能够进一步激发学生的创新能力。同时,由于这一阶段实验的特殊性,在选课后,学生不能直接预约实验时间,而需以小组(2-4人)为单位,在给定的范围内,先自行查阅资料,设计出具有创新性的实验内容和方案,再在线上与教师交流探讨实验可行性,只有在确定后才能预约实验药品、设备及实验时间等,最后完整记录实验结果、总结分析并撰写报告上交。通过这个阶段的训练,学生的实践能力得到全面提高,创新能力和综合素质也得到长足的发展。
在学生完成所有阶段的学习后,教师可统一安排考试时间,让学生登陆考试模块进行实验理论考试。在该模块中系统将从试题库中随机给定20道题目,多为单选或多选题,学生需在10分钟内答完,完成后系统打分。考试结束后,教师可登陆系统查询结果,同时可查询实际选课情况及实验设备使用情况,根据学生对课程的学习情况及实验设备使用率,适当调整下次开设的实验内容。
实验教学信息化管理系统改变了传统的实验教学过程,在这种教学模式下,教师不再充当“保姆”的角色,学生也不再是等待喂食的“填鸭”。通过实验预约选时操作,教师可以宏观地调控实验室、实验设备及实验学生;学生改变了被动接受式的学习方式,主动地选择感兴趣的学习内容,从而充分调动学习积极性、主动性和创造性。在实际运行过程中,这一系统将不断地得到完善,使得实验教学达到现代化、科学化管理水平。
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