生物工程綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索

摘 要：生物工程專業(yè)是20世紀(jì)70年代初開始興起的一門新興的綜合性應(yīng)用學(xué)科。該專業(yè)知識(shí)具有綜合性強(qiáng)和應(yīng)用性廣的特點(diǎn)，在大學(xué)開設(shè)生物工程綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)課程，對(duì)原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，對(duì)教學(xué)方法、評(píng)價(jià)方式進(jìn)行改革，可以使學(xué)生系統(tǒng)全面的掌握生物工程專業(yè)知識(shí)，同時(shí)提高了學(xué)生的自主性和創(chuàng)新性，更好地適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要。

關(guān)鍵詞：生物工程 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 綜合素質(zhì) 創(chuàng)新教育

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）09（a）-0038-02

針對(duì)生物工程專業(yè)知識(shí)具有涉及領(lǐng)域廣、綜合性強(qiáng)和應(yīng)用性廣的特點(diǎn)，各高校都開設(shè)了多門相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程，包括基礎(chǔ)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、微生物實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)、酶工程實(shí)驗(yàn)和生物制藥實(shí)驗(yàn)等課程實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)為培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)操作，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力奠定了良好基礎(chǔ)，但這些實(shí)驗(yàn)課程都是以驗(yàn)證、單一、經(jīng)典為主的單個(gè)小實(shí)驗(yàn)，各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所涉及知識(shí)點(diǎn)較零碎、獨(dú)立，邏輯聯(lián)系不緊密，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后沒有一個(gè)整體的概念。因此，為了讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握生物工程專業(yè)知識(shí)，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，發(fā)揮學(xué)生的自主性和創(chuàng)新性，生物工程綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革勢(shì)在必行。

1 開設(shè)生物工程綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的目的

1.1 系統(tǒng)地掌握生物工程專業(yè)知識(shí)

綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜓a(bǔ)充和豐富學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，學(xué)生通過自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，既可以培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、獨(dú)力思考能力，又可以鞏固以前所學(xué)專業(yè)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)施過程中，學(xué)生通過將理論教學(xué)中的重要知識(shí)點(diǎn)搜集整理出來，再建立他們之間的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)性和整和性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，使學(xué)生理解所涉及知識(shí)點(diǎn)的邏輯聯(lián)系。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐相結(jié)合，可以促使學(xué)生系統(tǒng)地掌握生物工程專業(yè)知識(shí)，尤其提供了所學(xué)知識(shí)的縱向和橫向擴(kuò)展與融會(huì)貫通。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)對(duì)于生物學(xué)的重要性不容置疑，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)中，有的學(xué)生雖然有較強(qiáng)的基本實(shí)驗(yàn)技能，但綜合、系統(tǒng)性思維能力比較薄弱，對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)施一無所知、無從下手。這就要求在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維能力，提出問題，解決問題，分析問題。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)和體會(huì)實(shí)驗(yàn)的一般程序，理解、歸納和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要方法，教師的作用應(yīng)在于“授之于漁而非魚”。

1.3 發(fā)揮學(xué)生的自主性和創(chuàng)新性

強(qiáng)調(diào)以學(xué)生自身活動(dòng)為主體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式。在老師給定研究目的和基本實(shí)驗(yàn)材料的情況下，學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，與老師對(duì)設(shè)計(jì)思路、實(shí)驗(yàn)技術(shù)方案等進(jìn)行討論和修改，最終形成具有自我特色的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。整個(gè)教學(xué)過程中更注重讓學(xué)生自己去思考、去調(diào)查分析、去發(fā)現(xiàn)并解決問題；注重讓學(xué)生發(fā)展自主性、創(chuàng)新性的思維，使其具有開拓式的發(fā)展。

2 綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)課程的基本內(nèi)容

學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)具體方案并在老師的引導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)上，綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)以產(chǎn)淀粉酶基因工程菌的構(gòu)建、目的產(chǎn)物淀粉酶的生產(chǎn)、產(chǎn)物（淀粉酶）分離純化及其淀粉酶酶學(xué)特性分析為主線，綜合利用多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)，力爭(zhēng)使學(xué)生得到多方面的綜合訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了基因工程、發(fā)酵工程、生物分離工程、酶工程及生物信息學(xué)等專業(yè)知識(shí)及實(shí)驗(yàn)技術(shù)。由于綜合實(shí)驗(yàn)是一個(gè)連續(xù)的過程，前一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的結(jié)果與產(chǎn)物是后一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的材料，前后內(nèi)容緊密銜接，環(huán)環(huán)相扣，每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都可能直接影響到最終的結(jié)果，從而增加了實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)連續(xù)性與完整性，使學(xué)生對(duì)每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)間的邏輯聯(lián)系性更加關(guān)注，具有更深的印象。綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)課程突出生物工程實(shí)驗(yàn)的綜合性與現(xiàn)代性，使學(xué)生能更加系統(tǒng)全面地掌握原理，實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)儀器。實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容涉及相關(guān)原理技術(shù)如表1所示。

3 綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的改革

3.1 轉(zhuǎn)變“學(xué)生為輔，老師為主”的教學(xué)方式

首先，根據(jù)老師提出的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑢W(xué)生自行查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線。其次，學(xué)生與老師對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、實(shí)驗(yàn)技術(shù)方案進(jìn)行討論和修改。然后，以開題報(bào)告的形式，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的可行進(jìn)行論證，學(xué)生在老師指導(dǎo)下再次修改和完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。最后，明確實(shí)驗(yàn)方案和各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所涉及的技術(shù)手段，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段。實(shí)驗(yàn)過程中，每天詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、步驟和原始數(shù)據(jù)，整理和分析數(shù)據(jù)，繪制圖表及圖表的規(guī)范化。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，以PPT演講形式匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并按照科技論文的形式撰寫實(shí)驗(yàn)小論文。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生成為教學(xué)主體，經(jīng)過這種系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)施過程有了系統(tǒng)連貫的認(rèn)識(shí)，科研思維能力得到鍛煉，查閱文獻(xiàn)、分析數(shù)據(jù)、撰寫論文等科研基本技能和協(xié)調(diào)配合能力都得到了訓(xùn)練。

3.2 轉(zhuǎn)變“看為主做為輔”的教學(xué)方式

實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作，溶液的配制、培養(yǎng)基的制備滅菌、電泳試劑的配制、緩沖液的配制、PCR引物的設(shè)計(jì)、基因序列的分析、微生物的培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)所需儀器的調(diào)試等均由學(xué)生自主完成。例如，讓學(xué)生自己計(jì)算溶劑和溶質(zhì)的量，稱量溶解并裝瓶標(biāo)記；利用軟件設(shè)計(jì)PCR擴(kuò)增引物，應(yīng)用生物信息學(xué)對(duì)DNA序列進(jìn)行比對(duì)、分析；實(shí)驗(yàn)前對(duì)儀器進(jìn)行外觀檢測(cè)、性能調(diào)試和試用；正確使用一些復(fù)雜的精密儀器設(shè)備（如發(fā)酵罐），準(zhǔn)確地采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。學(xué)生親自完成這些之前均由老師準(zhǔn)備的工作，一方面培養(yǎng)了學(xué)生扎實(shí)的基本功；另一方面有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)施過程有一系統(tǒng)完整的認(rèn)識(shí)。

4 完善綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)結(jié)果的考核方式

改革實(shí)驗(yàn)結(jié)果的考察方式，變傳統(tǒng)的以記憶為主的考核為實(shí)際知識(shí)運(yùn)用能力的考核。

首先，考察學(xué)生查閱文獻(xiàn)和閱讀文獻(xiàn)的能力?？疾鞂W(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案過程中，是否能通過查閱文獻(xiàn)，提出新穎的實(shí)驗(yàn)方案或更好的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，并能正確理解文獻(xiàn)內(nèi)容；在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中遇到問題時(shí)，是否能利用文獻(xiàn)分析和解決問題；在撰寫實(shí)驗(yàn)小論文時(shí)，能否恰當(dāng)引用文獻(xiàn)分析或支持實(shí)驗(yàn)結(jié)果。將這些作為學(xué)生是否真正掌握綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的原理指標(biāo)之一，也考察了學(xué)生獲取和學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力。

其次，考察學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的掌握程度，主要是對(duì)學(xué)生專業(yè)理論知識(shí)理解、應(yīng)用能力和實(shí)驗(yàn)技能進(jìn)行考察。學(xué)生只有具備扎實(shí)的理論知識(shí)，全面地掌握各咱實(shí)驗(yàn)技能、正確使用儀器設(shè)備（特別是復(fù)雜精密的儀器）、準(zhǔn)確地采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，才能順利的完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。這些反映了學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識(shí)的掌握程度和融會(huì)貫通能力。

然后，考察學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、歸納、整理能力。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、可靠、完整，對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)論有著重大影響。在數(shù)據(jù)采集、整理、分析、歸納，以及圖表繪制過程中，可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果的邏輯分析能力及做出正確合理結(jié)論的能力。

最后，考察學(xué)生學(xué)術(shù)交流能力。在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論中，學(xué)生之間、師生之間互相交流，一起討論實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、結(jié)果及實(shí)驗(yàn)過程出現(xiàn)的問題，使大家對(duì)其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和進(jìn)展有一個(gè)了解。一方面在討論中學(xué)生可以獲取一些成功經(jīng)驗(yàn)或避免出現(xiàn)錯(cuò)識(shí)；另一方面這也是一種競(jìng)爭(zhēng)，可以督促學(xué)生更加積極、努力地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

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