基于應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式下的《生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)》教學(xué)改革與實(shí)踐

魏 群，賈艷萍，鄭 勝，于大禹，趙晴瀟

(東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

生物工程是一門以生命科學(xué)為基礎(chǔ)包含基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程新技術(shù)手段而綜合形成的新興學(xué)科，具有很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)性和應(yīng)用性[1]。作為工科專業(yè)的生物工程專業(yè)，其中的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)《生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)》的教學(xué)在應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中顯得尤為重要。生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)是學(xué)生完成全部基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課之后而進(jìn)行的一次綜合性實(shí)驗(yàn)，它在教學(xué)計(jì)劃中占有重要地位。從國內(nèi)外生物工程技術(shù)發(fā)展的規(guī)律看，許多生物工程產(chǎn)業(yè)的開發(fā)都是在基礎(chǔ)理論和實(shí)踐技能指導(dǎo)下完成的，削弱或忽視基礎(chǔ)理論和實(shí)踐技能培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)會使培養(yǎng)出的科技人才后勁不足，缺乏創(chuàng)新能力。因此對生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革，合理調(diào)整設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式及考核方式，對于培養(yǎng)適應(yīng)社會需要的高級應(yīng)用型創(chuàng)新人才是極其重要的[2]。

1 存在的主要問題

2009年我專業(yè)進(jìn)行了“生物工程創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才培養(yǎng)體系實(shí)踐教學(xué)平臺的研究與搭建”教學(xué)改革項(xiàng)目的研究，搭建了具有我校特色的實(shí)踐教學(xué)平臺，對實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了改革，幾年的實(shí)踐應(yīng)用證明，該項(xiàng)目的研究對學(xué)生的培養(yǎng)已經(jīng)取得了一定的成效，但現(xiàn)行的生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)還存在一些問題，有待于進(jìn)一步的深化和改革。存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容顯得陳舊。由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件等因素的限制，目前生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多局限在葡萄酒的釀造、酸奶的制作和自然界菌種的分離篩選等內(nèi)容。對于那些推動生物技術(shù)快速發(fā)展的新技術(shù)、新方法缺少教學(xué)資料與手段，在一定程度上造成了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)的脫節(jié)。

(2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式單一，難以激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性?，F(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式基本上都先由學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)教材，然后來到已準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)儀器前，按教師的講解，按部就班地做，最后寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，不要求學(xué)生查閱文獻(xiàn)、分析資料，也不要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，缺乏主動思考和相互的研討，這種模式難以很好地啟迪學(xué)生的創(chuàng)造性思維，不利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，畢業(yè)后難以適應(yīng)工作的需要。

(3)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的比例較大，創(chuàng)新度不夠，不利于學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如啤酒的釀造，僅局限在生產(chǎn)這一環(huán)節(jié)，不涉及產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)和新產(chǎn)品的研發(fā)等內(nèi)容，在一定程度上局限了學(xué)生的思維，難以實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

(4)目前采用的實(shí)驗(yàn)課成績的評定方式不能對學(xué)生的綜合能力進(jìn)行較為合理的評價(jià)，難以調(diào)動學(xué)生的積極性，成績評定常常較多地依賴于學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫的工整和完整程度，因此亟待建立起可操作性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課成績評價(jià)體系。

2 改革方案及實(shí)施步驟

2.1 構(gòu)建新型的生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

以教育部《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》為導(dǎo)向，按照學(xué)?！?72”工程提出的目標(biāo)，結(jié)合社會對生物工程專業(yè)人才的需求狀況，更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，突出專業(yè)特色，注重應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。全面梳理整合生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將該教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)劃分為三個(gè)不同層次:跨課程的生物工藝綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)以及研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。

(1)跨課程的生物工藝綜合性實(shí)驗(yàn):為使學(xué)生將課堂中學(xué)到的理論知識應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，我們以完整的生物工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程為線索，對生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。從理論內(nèi)容上涵蓋生物工業(yè)上游技術(shù)(包括菌種的篩選和鑒定、微生物遺傳育種)、中游技術(shù)(即發(fā)酵生產(chǎn)過程及控制)、下游技術(shù)(包括產(chǎn)品的提取、純化)及生物產(chǎn)品的分析與檢驗(yàn)，具有較強(qiáng)的科學(xué)性、系統(tǒng)性與連貫性。進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對生物工程專業(yè)理論知識的認(rèn)識，提高學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識的能力;在生物產(chǎn)品生產(chǎn)過程上，由原料和菌種的選擇，到發(fā)酵生產(chǎn)體系的建立、發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備的選用、發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化及控制、產(chǎn)品的提取純化工藝以及分析檢驗(yàn)(包括原料、半成品、成品)、產(chǎn)品的衛(wèi)生指標(biāo)檢測，從而將發(fā)酵生產(chǎn)整個(gè)工藝過程連貫起來，形成一個(gè)系統(tǒng)、開放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺。經(jīng)整合后的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有:酸奶的生產(chǎn)、自然菌株的篩選、葡萄酒的生產(chǎn)、啤酒的釀造、白酒的生產(chǎn)、氨基酸發(fā)酵工藝實(shí)驗(yàn)和抗生素發(fā)酵等實(shí)驗(yàn)(學(xué)生可以選做自己感興趣的一項(xiàng)或兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容)，為學(xué)生搭建起系統(tǒng)完整的知識體系，并培養(yǎng)了學(xué)生融會貫通地運(yùn)用各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)的能力[3]，這類實(shí)驗(yàn)占生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)的比例為50%。

(2)應(yīng)用型和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn):主要考察學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識分析問題和解決問題的能力。為適應(yīng)國家和地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，突出專業(yè)特色[4]，我們在跨課程的生物工藝綜合性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加如營養(yǎng)型酸奶、果肉型酸奶的生產(chǎn);工程菌的構(gòu)建、產(chǎn)能性微生物的篩選;營養(yǎng)保健型的啤酒和白酒的生產(chǎn)等擴(kuò)展后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生自己設(shè)計(jì)生產(chǎn)的工藝流程，自己選擇生產(chǎn)方法，獨(dú)立進(jìn)行整個(gè)生產(chǎn)過程和檢測，在一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，這類實(shí)驗(yàn)占生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)的比例為30%。

(3)研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn):用來提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和科研創(chuàng)新能力，結(jié)合大學(xué)生課外科研創(chuàng)新活動和教師的科研項(xiàng)目，進(jìn)行有一定深度的研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間了解并掌握一些生物工程前沿知識，為今后走向工作崗位或進(jìn)一步學(xué)習(xí)深造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為此，我們在生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)中增加了基因工程菌廢水處理、新型生物電池的研究以及秸桿原料生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品等當(dāng)前生物科技熱點(diǎn)研究內(nèi)容，這類實(shí)驗(yàn)內(nèi)容占生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)的比例為20%。

2.2 編寫生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)教材則是體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方法的載體，是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的重要保證。目前，很多生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)教材體系不健全，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目陳舊，聯(lián)系實(shí)際不夠;綜合性、設(shè)計(jì)性和研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所占比例太小，新的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)等不能及時(shí)編入實(shí)驗(yàn)教材;選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目太少，同時(shí)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以教師為中心，著重強(qiáng)調(diào)教師的“教”，教材中對每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟都描述過多、過細(xì)、過全，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生只需按實(shí)驗(yàn)步驟操作，創(chuàng)新能力和科學(xué)研究素養(yǎng)的培養(yǎng)尤顯不足;[5]教材價(jià)格過高，根據(jù)我們的資源條件可選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過少。我們在這一教學(xué)環(huán)節(jié)中一直由教師參照多種教材選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生上課很困難，可參考的教學(xué)資料過少，編寫新的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書將克服以上缺點(diǎn)。

2.3 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生“自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)”

針對不同類型的實(shí)驗(yàn)采用不同的教學(xué)模式。

(1)綜合性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生事先做好預(yù)習(xí)，自己到實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材和藥品，教師課前講解力求少而精，在講解過程中多提問、多啟發(fā)、多引導(dǎo)，讓學(xué)生去主動思考、相互討論，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

(2)設(shè)計(jì)型應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)由指導(dǎo)教師根據(jù)大綱和教材要求確定大致的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容或研究方向，以學(xué)生為主體，由學(xué)生自己選擇感興趣的題目，然后，在進(jìn)行了國內(nèi)外期刊、圖書和網(wǎng)上資源查詢的基礎(chǔ)上自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用角色轉(zhuǎn)換式的教學(xué)方法，由學(xué)生上臺講解，授課老師聽的教學(xué)方法，然后，指導(dǎo)教師對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評價(jià)，再經(jīng)小組討論修改后，由學(xué)生具體實(shí)施。

(3)在研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)中，在雙向選擇的前提下，安排學(xué)生進(jìn)入相關(guān)導(dǎo)師的研究室參與科研課題的研究，也可結(jié)合學(xué)生課外創(chuàng)新實(shí)踐活動進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，鼓勵學(xué)生參加國家、省、市級的創(chuàng)新大賽，激發(fā)學(xué)生學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，也增強(qiáng)了我專業(yè)學(xué)生的市場競爭力。

通過以上實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，可以引導(dǎo)學(xué)生“自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)”，可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手實(shí)踐能力。

2.4 改革實(shí)驗(yàn)考核評價(jià)體系，科學(xué)合理的設(shè)置考核指標(biāo)，建立合理的可操作性強(qiáng)的評價(jià)體系，保證綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量

為了充分體現(xiàn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的主體地位，調(diào)動學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)的積極性，改革以往以考勤和實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)成績評定的舊體系，構(gòu)建新的學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系[6]。綜合實(shí)驗(yàn)成績包括平時(shí)成績和考查成績兩部分。平時(shí)成績包括出勤、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、資料收集、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)安排、團(tuán)隊(duì)合作、實(shí)驗(yàn)記錄完備程度等;考查成績包括實(shí)驗(yàn)操作考試、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、獨(dú)立思考能力、查閱資料能力、材料的組織能力、實(shí)驗(yàn)總結(jié)和討論情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等幾部分。在多尺度的考核方式下，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的重視程度增加了，在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和操作過程中更加注重獨(dú)立思考和自身技能的提高，動手能力和創(chuàng)新意識得以提高[7]。

3 實(shí)施效果

改革后的生物工藝綜合實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識創(chuàng)造性地應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中，鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合專業(yè)特色，以團(tuán)隊(duì)形式開展有指導(dǎo)性的自主創(chuàng)新活動，充分發(fā)揮科研訓(xùn)練活動在實(shí)踐教學(xué)中的作用，使學(xué)生在課堂上學(xué)到的知識，達(dá)到學(xué)以致用的目的，有益于其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，并有利于提高我校生物工程專業(yè)在社會上的認(rèn)知度，為今后學(xué)生的工作和深造打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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