应用案例-基于学生小课题研究的生物创新实验室建设

1、基于学生小课题研究的生物创新实验室建设 国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)指导思想表明：培养人才的重要性，即培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人；培养高素质劳动者、数以千万计的专门人才和一大批拔尖创新人才。创新人才的培养需要教育的创新和改革。但是现有的教学环境，并不能满足这批创新型人才的培养。因此，我校积极建设浙江省生物创新实验室，并构建了分子生物学实验室、环境检测实验室和数码显微实验室等三个具有研究性功能的创新实验室。我校对生命科学感兴趣、具有探究欲望的学生基于创新实验室平台，进行了相关拓展型学生小课题研究。我们利用学生小课题研究为着力点，为我校创新性人才培养进

2、行实践性探索。一、现代教育技术的运用是学生小课题研究的翅膀工欲善其事，必先利其器。生物创新实验室除了配备了专业的研究仪器，还拥有可触控式一体机和学生PAD的智慧教室。可触控式一体机内含电脑，它“支持PPT，Word，Flash等应用软件播放、遥控批注以及相互之间的转化，可以使用手指、教鞭、书写笔等任意不透明的物体进行书写和触摸操作，无需专用书写笔，操作更便捷”的特性，除了便于教师熟练使用多媒体进行教学，更便于教师随即备课、随手用来上课；尤其是教学触摸一体机改变了以往多媒体课件不能批注的缺点。在学生小课题研究的教学中，PAD给传统教育带来了无限的可能性。通过一系列的实践，PAD在教学中的功能越来

3、越充分地被挖掘出来，具体体现为学习资源数字化，学具数字化和学习管理数字化。学习资源数字化学习资源能帮助个人有效学习和操作，是经过筛选符合一定教学目标和教学要求，可用于教学，促进学习的一切信息及其组织，包括书本、教科书、课件等。现代教育技术让学生在小课题研究中，除了得到规范的操作实践流程的培养，还可以及时通过网络搜寻最新的与课题相关的研究文献。学生充分利用创新实验室教室资源，在指导教师的指导下，充分进行讨论以及创新思想的碰撞，使得小课题研究的立体感和深度逐渐加深。二、创新设计的实验室布局是学生小课题研究的保障1.专业、兼容、灵动、自由的设计理念生物学科是自然科学，具有科学学科的一般特点：实验性和

4、逻辑性。实验性的特点要求生物学学习特别强调实验动手能力；逻辑性的特点要求在通过实验动手操作后获得一些表象性的结果以后。以获得的实验结果为材料，组织学生进行深层次的探讨，重现科学家的思维过程，体会科学研究中的逻辑思维方法；同时，将实践的经验层面上升到理论层面。生物创新实验室不应该是教室和生物学实验室的简单相加，它要实现的功能是：营造生物学学习的氛围和情境，激发学生学习生物学的兴趣和动力；将生物学习相关资源置于离学生最近的地点，实现生物学教育资源的效益最大化；革新生物学课堂“教”与“学”的方式，满足学生进行自主学习、合作学习、探究学习的目的。我校为走班教学、且是小班化教学，因此教学场所并不是非常充

5、足。此次借助我校获得浙江省生物创新实验室项目资助的契机，我们对创新实验室进行科学布局：释放学习空间、改造教室环境、兼容学科教室模式，以达到充分使用生物创新实验室开展多种模式的教学活动的目的。生物创新实验室可根据具体教学模式，可以灵活的变换教室布局，进而充分激发师生交流和互动以及提升学生小组合作和研究性学习的能力。生物创新实验室均配有先进的生物学科仪器和相应的硬件和软件支撑，进而可以实现以发展学生学科核心素养为逻辑起点，营造融学习内容、学习特征和先进技术于一体的学习情境，满足学科教学需求，促进学生创新精神和实践能力的提高，使学生的学习热情和探究能力能在创新实验室自由发展和延伸。总的说，我们生物创

6、新实验室的设计以“专业、兼容、灵动、自由”为主题，并依据不同的教学需求、学生需求、教师需求等可灵活的进行课堂教学或其他研究性学习布局，进而不断提升学生和教师的学习和研究的能力。2.生物创新实验室的功能设计生物创新实验室可以满足高中阶段所有类型的生物教学和学生活动场所，即可集合规国家课程教学（含实验教学），生物选修课教学，学生生物课外学习室等诸多功能为一体。并根据不同课程的需求，充分利用生物学科专业教室的空间和设备，设置了学习讨论区、实验操作区、学生活动区、学生作品展示区、生物信息展示区和图书区等。生物创新实验室同时秉承浙江省创新实验室的理念，即促使我们要进一步提升学生的生物学科专业的学习和研究

7、能力。生物创新实验室围绕青少年创新大赛、生物奥林匹克竞赛等项目，开展依托高中知识，并与大学生物课程相结合，进而开展和挖掘更多提高中学生生物实验探究能力和实验操作能力的实验课程。三、项目研究是学生小课题研究的平台创新并不是凭空捏造，如何引导学生创新性思维的发展？以及如何利用学生有限的课外时间进行创新性思维的培养？是我们必须思考的两个问题。因此，引人成熟的项目，利用优质和符合学生实际需求的项目，来引导和培养学生创新性思维，是一条捷径。我们依据实验室特点，以及我校生物教师专业背景。我们引入了“AST杯”基因科学应用竞赛。这个比赛是由浙江省生物信息学学会联合浙江省科技馆举办的，旨在调动学生的学习兴趣，

8、培养学生的创造力、动手实验、数据分析能力；挖掘和培养在生命科学方面有潜力有天赋的人才；让中学生有机会接触生命科学科研一线的技术和导师；培养挖掘具有创新创造性的生物学人才。首先，我们邀请了该项目培训老师来我校给学生开设讲座。学生们通过讲座的学习，激发了自己对该项目的兴趣和热情。随后，我们进行学生遴选，选择合适的学生参加该项目所设置的比赛。我们与学生一起构思学生小课题。最终，我们借助分子生物学实验室平台，利用学生课外时间完成了小课题研究。小课题研究成果参加了该项目组织的比赛。学生依托完整的、精心设计的小课题研究和实施过程，充分激发和发挥了他的多方面能力，创新思维和行为方式在得到提升。四、教师团队建

9、设是学生小课题研究的基石然而千里马须有伯乐。如何整合教师资源，使学生小课题研究能够持续发挥生命力。我校为此成立了创客社团。创客社团的老师有明确的任务：创客社团将以学生小课题研究为切入点，深入开展学生的研究性学习活动。结合专业基础，或将兴趣与爱好演变为各种创意理念，引入合适的项目，合理制定和实施小课题研究方案。有了创客社团这样的教师专业组织，指导教师不再是孤独的。以生物组为例，生物组研究生及其以上学历的老师都加入了该社团。大家每周定期开会，互相交流学生小课题研究进展。兴趣相投老师组成了教师研究团队。生物学科教师逐渐将“AST杯”基因科学应用竞赛、JA比赛、“明天小小科学家”奖励活动以及青少年科技

10、创新大赛等项目引进校园，不断挖掘和培育适合学生研究的小课题。并利用学校平台，发布信息，组织相关科技类活动，吸引我校具有创新思维的学生加入，并在比赛中让学生不断成长。五、学生小课题研究案例介绍“谁动了我的羊肉”小课题研究是我校学生科技类小课题研究的一个典型案例。这个小课题研究吸引了数十位学生参与与设计，历时三个月完成。小课题研究结果引起了浙江省和杭州市多家媒体的关注，课题的数据整理成的建议，也通过相关渠道与政府有关部门对接。学生通过这次活动，不仅在创新思维与实践上得到锻炼，而且在公民素养培养上得到了一次有意义的实践。下面我们以“谁动了我的羊肉”小课题研究为例具体介绍一下整个小课题研究的思路和课题

11、产生的社会效益。1.开题首先，学生研究团队明确了项目研究的大体方向：与基因科学有关的项目都可以，该项目鼓励同学们脑洞大开，利用基因科学解决生活中的实际问题。其次，团队成员进行头脑风暴，最终锁定进行羊肉真假的鉴定。因为，团队多数成员有这样的经历，经常看到自己的亲朋好友晚上吃烤串，尤其喜欢吃羊肉串。而羊肉串造假新闻经常见到报道。假羊肉串由于肉质来源不明，往往给食用者造成损害。对于上述现象，小组提出了以下问题：羊肉串造假现象是否真如报纸上所说的是普遍现象？假羊肉串如何鉴定？假羊肉串中混杂的是什么肉？本研究拟对上述问题进行探究。2.设计实验学生研究团队依据创新实验室现有的仪器，明确在实验室可以进行的实

12、验类型。然后依据文献资料，最终确定了两个研究内容：羊肉以及常见肉类的特异性引物的筛选和鉴定；利用特异性引物对杭城羊肉串进行鉴定和评估。最后，学生研究团队利用文献资料，写出各个实验的具体实验步骤，并设计相关记录表。3.实施实验 学生研究团队依据查询的文献资料，厘清了假羊肉串一般常混杂猪肉、鸭肉、鸡肉，偶尔会混杂一些劣质牛肉。查询了相关文献，从文献上获取了针对上述肉类的引物。在大型超市购的肉摊上，购买正宗的羊肉、牛肉、猪肉、鸭肉和鸡肉，提取DNA。并对上述引物进行鉴定，确定其扩增条件，以及特异性情况。利用筛选出的特异性引物，对杭城50个羊肉串出售点提取DNA，并用特异性引物进行鉴定，并进行相关数据

13、记录和分析。4.写论文通过对学生研究团队的研究数据分析，学生得出很有意义的结论，并给广大消费者提出了消费建议。从制假来看，假羊肉串主要掺假的肉是猪肉。而且假羊肉串中也能测定出微弱的羊肉成分。不难发现，这是利用混合肉来进行欺骗。故进行羊肉分子鉴定时，不能仅采取羊肉单一引物进行鉴定，防止漏检混合肉制作的假羊肉串。假羊肉串，肉质来源和制作工艺的非法性，消费者很难保证自身利益。建议消费者想吃羊肉串，最好自己在家制作，以免吃到不合格产品，影响自身健康。建议消费者多去正规营业执照的店家就餐，路边没有资质的摊点尽量少去。5.参加比赛答辩学生研究团队带着自己的研究成果，参加比赛。在专家评委的点评下，学生会对自己的小课题研究有一个更深入的认识。学生根据专家的意见进一步完善自己的小课题研究。通过完整的小课题研究和实施过程，使学生创新思维和实践在得到提升。6.社会效益首先，我们将小课题研究的数据在学校微信号进行了专题报道，引起了强烈反响。随后，我们的报道引起了杭州教育发布、杭州电视台和升学宝的关注和报道，浙江新闻客户端也对上述报道进行了转载。我们通过政协渠道将相关数据与政府有关部门对接。基于杭城羊肉串真假调查数据通过媒体的传播，让更多的人