基于大學(xué)生創(chuàng)新性實踐能力培養(yǎng)的課程教改探索

［摘 要］ 大學(xué)生創(chuàng)新性實踐能力的培養(yǎng)是我國建設(shè)人才強國和人力資源強國的重點方向。本科教學(xué)中，以前沿性學(xué)科內(nèi)容為主的課程是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性實踐能力的重要途徑?！艾F(xiàn)代生物工程進展”是一門由生物技術(shù)和發(fā)酵工程等內(nèi)容相融合的綜合應(yīng)用課程。目前，該課程存在授課書本教材內(nèi)容滯后、學(xué)生參與意識不濃、學(xué)生課后再學(xué)習(xí)缺乏引導(dǎo)等問題，不利于學(xué)生創(chuàng)新性實踐能力的培養(yǎng)。為此，將該課程作為實施改革案例，分享在課程建設(shè)過程中如何解決現(xiàn)有問題，提升學(xué)生創(chuàng)新性實踐能力，以期為同行提供一定的參考。

［關(guān)鍵詞］ 創(chuàng)新性實踐能力；教材滯后；參與意識；課后學(xué)習(xí)

［基金項目］ 2020年度仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院高等教育教學(xué)研究和改革項目“基于創(chuàng)新性實踐能力培養(yǎng)的‘現(xiàn)代生物工程進展’教改探索”（KA210314625）；2020年度仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院高效質(zhì)量工程建設(shè)項目“發(fā)酵食品課程群教學(xué)團隊”（仲教字〔2021〕04號）；2022年度廣東省研究生教育創(chuàng)新計劃項目“現(xiàn)代食品發(fā)酵技術(shù)研究生示范課程”（2022SFKC070）

［作者簡介］ 梁景龍（1988—），男，廣東廣州人，博士，仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院輕工食品學(xué)院講師，碩士生導(dǎo)師，主要從事食品生物技術(shù)研究；高蘇娟（1981—），女，河南三門峽人，博士，仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院輕工食品學(xué)院講師，碩士生導(dǎo)師，主要從事食品生物技術(shù)研究；劉功良（1980—），男，湖南衡陽人，博士，仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院輕工食品學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師（通信作者），主要從事食品生物技術(shù)研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）19-0185-04 ［收稿日期］ 2023-03-24

引言

創(chuàng)新性實踐能力是高素質(zhì)人才的重要標(biāo)志，是高水平大學(xué)建設(shè)的靈魂。在建設(shè)人才強國和人力資源強國的大環(huán)境下，如何盡快形成與之相符的人才培養(yǎng)新體制和新機制，提高大學(xué)生的創(chuàng)新性實踐能力，是我國高等學(xué)校教育教學(xué)的重點和核心［1］。目前，已有較多同行圍繞生物工程專業(yè)課進行了基于創(chuàng)新性實踐能力的教改探索，并取得了一定成效。鄧丹丹等［2］對“工業(yè)微生物育種學(xué)”課程進行了線上線下混合式教學(xué)改革，一定程度上提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。李蓉［3］對“酶工程”課程進行了線上線下混合式教學(xué)改革，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、獨立學(xué)習(xí)能力、調(diào)研分析和解決工程問題的能力。王德培等［4］應(yīng)用多媒體教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂和實際案例分析等方法對“有機酸工藝學(xué)”課程進行了改革，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力。舒國偉等［5］采用啟發(fā)式及學(xué)生參與式教學(xué)方法對“生物工程設(shè)備”課程進行了改革，提高了學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力得到提升。為此，基于前人成功案例，針對我?！艾F(xiàn)代生物工程進展”課程存在的阻礙學(xué)生創(chuàng)新性實踐能力培養(yǎng)的關(guān)鍵問題進行教學(xué)改革，分享課程建設(shè)中解決問題的經(jīng)驗方法，以期為同類學(xué)科進展類課程的優(yōu)化提供理論借鑒與實踐經(jīng)驗。

一、教學(xué)現(xiàn)狀與思考

“現(xiàn)代生物工程進展”課程內(nèi)容涉及功能微生物學(xué)、生物工程設(shè)備、酶工程、代謝工程和生物反應(yīng)器工程等學(xué)科，是將基礎(chǔ)理論和實踐應(yīng)用有機整合的一門課程。在課程教學(xué)過程中遇到以下問題與思考。

（一）授課書本教材內(nèi)容滯后，難以適應(yīng)課程教學(xué)需求

生物工程是生物科學(xué)研究成果應(yīng)用于實際生產(chǎn)解決問題的一門學(xué)科。近年來，生物科學(xué)研究發(fā)展迅猛，隨著基因編輯、基因測序、合成生物學(xué)和計算機人工智能等技術(shù)的進步，使生物工程在食品、醫(yī)藥、化工和材料等多個領(lǐng)域的應(yīng)用都有著很好的成果。面對瞬息萬變的網(wǎng)絡(luò)時代，及時更新與不斷學(xué)習(xí)才能與時俱進。而傳統(tǒng)課本類教材時效性相對較差，難以滿足“現(xiàn)代生物工程進展”課程的教學(xué)需求。2019年，時任國務(wù)院總理李克強主持召開國家杰出青年科學(xué)基金工作座談會時指出，“卡脖子”問題根子在基礎(chǔ)研究薄弱［6］。美國制裁中興事件、美國制裁華為事件都在告訴我們，要掌握核心技術(shù)的自主權(quán)。在生物工程領(lǐng)域，微生物種質(zhì)資源的產(chǎn)權(quán)是我國急需解決的重大問題。以上這些資訊是每名學(xué)習(xí)生物工程專業(yè)的大學(xué)生必須知道、了解和自省的。

（二）學(xué)生參與意識不濃，難以實現(xiàn)創(chuàng)新能力培養(yǎng)

“現(xiàn)代生物工程進展”是一門應(yīng)用基礎(chǔ)研究性課程，學(xué)生的參與度、課堂教學(xué)模式等對教學(xué)質(zhì)量有很大的影響。傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式以教師講授為主，難以提高學(xué)生的創(chuàng)新性實踐能力。針對這個問題，許多其他課程的學(xué)者提出過諸多教改思路，如項目教學(xué)法、創(chuàng)業(yè)性實驗教學(xué)法、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式、綜合性實踐教學(xué)法等［7-9］。這些探索教學(xué)改革的新思路、新方法可以為本課程的教改提供一定的指導(dǎo)。

（三）學(xué)生課后再學(xué)習(xí)缺乏引導(dǎo)，不利于學(xué)生綜合能力培養(yǎng)

“現(xiàn)代生物工程進展”課程學(xué)習(xí)與科學(xué)研究的過程非常類似，學(xué)生需要邊學(xué)習(xí)邊思考，邊實踐邊總結(jié)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式側(cè)重學(xué)生的考勤和上課紀(jì)律、學(xué)生期末的作業(yè)情況等。這種考核方式難以滿足本課程的教學(xué)目標(biāo)，也難以實現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新性實踐能力的提升。應(yīng)用信息平臺是促進本科生教學(xué)質(zhì)量提升的有效手段［10］。

二、教改措施

基于學(xué)生創(chuàng)新性實踐能力的培養(yǎng)，建立“學(xué)習(xí)—探討—再學(xué)習(xí)”的課程學(xué)習(xí)模式和學(xué)生考核方式。學(xué)生有針對性地進行專題學(xué)習(xí)，成果以PPT匯報的綜合情況進行評價和考核。學(xué)生對專題知識的課后學(xué)習(xí)與課堂討論情況將作為學(xué)生探討的評價和考核指標(biāo)。學(xué)生在期末根據(jù)感興趣的專題方向撰寫綜述的情況將作為學(xué)生再學(xué)習(xí)的評價和考核指標(biāo)?？傮w教改措施如圖1所示。

（一）立足科學(xué)前沿，優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生梳理學(xué)科發(fā)展脈絡(luò)

通過教學(xué)內(nèi)容的不斷更新，讓學(xué)生對生物工程發(fā)展脈絡(luò)有清晰的理解和認識，具體方法如下。

1.根據(jù)前沿學(xué)術(shù)論文設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。“生物工程的研究進展”的教學(xué)內(nèi)容突出以基因編輯、基因測序、基因合成和計算機輔助作為技術(shù)支持的合成生物學(xué)學(xué)科發(fā)展，并以此梳理生物工程專業(yè)包含的五大領(lǐng)域（基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和生物反應(yīng)器工程）的國內(nèi)外發(fā)展情況?！鞍l(fā)酵工程研究進展”的教學(xué)內(nèi)容突出微生態(tài)制劑、生物燃料、基因編輯、微生物培養(yǎng)系統(tǒng)、微生物細胞工廠和生物醫(yī)藥等方面?！懊腹こ獭钡慕虒W(xué)內(nèi)容突出分子酶工程、食品酶工程和酶的理性/非理性設(shè)計等方面?！碍h(huán)境生物工程”的教學(xué)內(nèi)容突出環(huán)境修復(fù)和生物材料制備等兩方面。參考國內(nèi)頂級期刊《生物工程學(xué)報》《合成生物學(xué)期刊》，國外頂級期刊Metabolic Engineering、ACS Synthetic Biology，對原有的教學(xué)大綱內(nèi)容進行優(yōu)化，其中以“發(fā)酵工程研究進展”和“酶工程”為核心模塊，安排較多的專題進行講解討論，“合成生物學(xué)”模塊主要以新技術(shù)和國內(nèi)外研究狀況的歸納總結(jié)內(nèi)容為主。

2.根據(jù)團隊成員科研項目設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。本課程改革的團隊成員學(xué)科背景包括生物科學(xué)基礎(chǔ)研究、生物工程設(shè)備、發(fā)酵食品工業(yè)應(yīng)用、微生物育種等。發(fā)揮項目組成員科研工作的優(yōu)勢，定期組織成員進行內(nèi)部教學(xué)討論，優(yōu)化課程內(nèi)容。

3.同行交流與大數(shù)據(jù)輔助定位教學(xué)內(nèi)容。鼓勵課題組成員積極參加國際國內(nèi)的生物工程學(xué)術(shù)會議與教研會議，在與同行交流過程中獲取學(xué)科發(fā)展動態(tài)資訊，從而準(zhǔn)確定位課程教學(xué)內(nèi)容。使用計算機輔助大數(shù)據(jù)處理分析（如文獻鳥STORK、RSS訂閱Inoreader等），跟蹤學(xué)科發(fā)展動態(tài)資訊，從而準(zhǔn)確定位課程教學(xué)內(nèi)容。

4.根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)討論情況優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。每一學(xué)年除了對學(xué)科信息更新的把握，還要對每個專題學(xué)生的學(xué)習(xí)討論情況進行教學(xué)分析，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。

（二）構(gòu)建研討型課堂教學(xué)體系，指引學(xué)生初始創(chuàng)新

通過科研課題組式的教學(xué)，使學(xué)生初步掌握創(chuàng)新的基本技能和基本方法，具體方法如下。

1.課前分組與自習(xí)。生物工程專業(yè)大四學(xué)生在最后一年基本修滿學(xué)分，為此，該選修課程以小班教學(xué)為主，通過提前對課程的設(shè)立進行簡單的介紹，供考研和對本專業(yè)感興趣的學(xué)生選擇學(xué)習(xí)。對小班級進行分專題分組，專題的引導(dǎo)可以是一篇綜述文章或一篇前沿的學(xué)術(shù)論文。學(xué)生通過相關(guān)材料在規(guī)定時間內(nèi)運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識和文獻檢索能力進行資料的搜集和學(xué)習(xí)。

2.課堂互動與點評。把相關(guān)內(nèi)容做成PPT，在課堂上進行匯報和討論。教師對學(xué)生匯報過程的表達能力、專業(yè)能力等各方面進行點評和給予建議。

（三）組織科研性的課后再學(xué)習(xí)，激勵學(xué)生創(chuàng)新性實踐能力的進一步培養(yǎng)

通過組織科研性的課后再學(xué)習(xí)，激勵學(xué)生對生物工程前沿進一步掌握和了解，同時培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性的科研思維，進一步提高其對專業(yè)基礎(chǔ)知識的綜合運用能力，具體方法如下。

1.互聯(lián)網(wǎng)工具的輔助。課程學(xué)習(xí)模式除了研討性課堂教學(xué)外，還建立了課后學(xué)習(xí)群，分別有班級微信交流群、推薦微信公眾號學(xué)習(xí)（如合成生物催化劑工程、ToloBio、深圳市合成生物學(xué)協(xié)會、生物極客、中國生物技術(shù)網(wǎng)、清華研究員生物育種中心、遇見生物合成等）、超星學(xué)習(xí)通課程資料共享學(xué)習(xí)。

2.科研性報告的撰寫。從所有學(xué)術(shù)論文中選擇一個感興趣的研究方向，寫一份報告，內(nèi)容包括：研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)分析，需結(jié)合科學(xué)研究發(fā)展趨勢論述其科學(xué)意義，或結(jié)合國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題論述其應(yīng)用前景。

三、教改效果與啟示

在“現(xiàn)代生物工程進展”課程中建立了“學(xué)習(xí)—探討—再學(xué)習(xí)”課程學(xué)習(xí)模式和學(xué)生考核方式，充分發(fā)揮了該課程教學(xué)的學(xué)術(shù)性和科研的育人功能，同時，在學(xué)習(xí)課程的過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的科研態(tài)度和從事科學(xué)研究的思維能力。主要的教學(xué)改革成效與啟示如下：（1）通過對教學(xué)內(nèi)容的更新優(yōu)化，讓學(xué)生了解生物工程學(xué)科發(fā)展趨勢。加入了合成生物學(xué)在食品領(lǐng)域中的研究前沿內(nèi)容進行授課，學(xué)生對替代蛋白、新型食品添加劑、植物基新食品、可降解食品包裝材料等內(nèi)容興趣度較高，促進了學(xué)生對新技術(shù)原理的學(xué)習(xí)。（2）通過構(gòu)建研討型課堂教學(xué)體系，讓學(xué)生的參與度大幅度提高。討論過程可打破原有的上課提問模式，以會議討論的模式進行問題探討，能有效提高學(xué)生的參與度，問題的討論也更有針對性和效率。另外，學(xué)生在交流和討論過程中，團隊協(xié)作能力、語言表達能力得到相應(yīng)提高。（3）通過組織科研性的課后再學(xué)習(xí)，學(xué)生能更好地掌握學(xué)科發(fā)展信息更新的手段，創(chuàng)新性實踐能力得到提高。學(xué)生在課后學(xué)習(xí)過程中，了解了大量的學(xué)科前沿資訊，通過完成相關(guān)研究報告的撰寫，提高其信息獲取和整理能力。這些技能的熟悉應(yīng)用對學(xué)生的創(chuàng)新性實踐能力培養(yǎng)有較大的幫助。（4）教學(xué)模式能快速適應(yīng)特殊時期的教學(xué)。2020年，傳統(tǒng)的線下教學(xué)受到了較大的影響。本課程教學(xué)模式不局限于課堂上，在線上學(xué)生依然能夠有效進行內(nèi)容匯報與討論，保證了課堂質(zhì)量。（5）建立起較科學(xué)的課程評價體系。將學(xué)生的考查指標(biāo)改為課堂匯報、課堂討論和研究性報告。其分值占比為30%、30%和40%。近三年學(xué)生成績均在85～92分區(qū)間，其中，課堂匯報平均成績?yōu)?6.5分，主要扣分項是匯報內(nèi)容的邏輯性和學(xué)術(shù)規(guī)范性稍有欠缺。課堂討論平均成績?yōu)?8分，大部分學(xué)生都能參與其中，扣分項主要在于部分學(xué)生參與度較低，提問次數(shù)和發(fā)言次數(shù)相對較少。研究性報告的平均分為31.2分，主要扣分項是科研報告的規(guī)范性和搜集文獻全面性稍有欠缺。（6）明確了課程未來的改進方向。提高課后問答的效率，如建立超星學(xué)習(xí)通的討論模塊，把提問作為課后作業(yè)的考核指標(biāo)，定時收集問題，定時回復(fù)，提高課后輔導(dǎo)效率。提高學(xué)生匯報的質(zhì)量，如在課前準(zhǔn)備時先與學(xué)生交談，及時對不合格的匯報內(nèi)容進行修正，盡量保證課堂質(zhì)量。

結(jié)語

論文分析了當(dāng)前“現(xiàn)代生物工程進展”教學(xué)過程中存在的問題，有針對性地提出了相應(yīng)的解決辦法，實施過程中營造了“基礎(chǔ)理論與實踐應(yīng)用相結(jié)合”的教學(xué)氛圍，實現(xiàn)了生物工程發(fā)展前沿與本科教學(xué)相互促進、專業(yè)課學(xué)習(xí)與科學(xué)研究相互對接，激發(fā)了學(xué)生對所學(xué)專業(yè)的興趣與創(chuàng)新潛能。課程教改雖有一定成效，但仍存在一些不足需要進一步改進。

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The Teaching Reform Based on the Cultivation of Collegiate Innovative Practical Ability： Taking the Course of Progress in Modern Bioengineering as an Example

LIANG Jing-long， GAO Su-juan， LIU Gong-liang

（College of Food Science and Technology， Zhongkai University of Agriculture and Engineering， Guangzhou， Guangdong 510225， China）

Abstract： The cultivation of innovative practical ability of college students is the focus of the construction of a strong talent and human resources country. In undergraduate teaching， courses based on frontier subject content are important to cultivate students’ innovative practical ability. Progress in Modern Bioengineering is a comprehensive application course which combines the contents of biotechnology， fermentation engineering. At present， there are some problems in this kind of course， such as the antiquated textbook， the students’ lack of consciousness of participation， and lack of guidance in learning after class， which is not conducive to the cultivation of students’ innovative practical ability. Therefore， the course is taken as a case of implementation reform to share how to solve existing problems in the course construction process and improve students’ innovative practical ability， and to provide a certain reference for peers.

Key words： innovative practice ability; antiquated textbook; consciousness of participation; learning after-class