強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)育人職能 培養(yǎng)科研型高素質(zhì)人才

蔣 群， 何麗明， 王蓮蕓

(上海交通大學(xué) 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院 生命科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，上海200240)

0 引 言

近年來，創(chuàng)新教育已成為整個(gè)高等教育的核心與關(guān)鍵，高等教育改革更注重學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新精神和科學(xué)研究素質(zhì)的培養(yǎng)［2-4］。為適應(yīng)教學(xué)與人才培養(yǎng)的更高要求，在上海市級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和國家級教學(xué)示范中心的建設(shè)過程中，生命科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心積極進(jìn)行教學(xué)改革，提高本科教學(xué)和人才培養(yǎng)質(zhì)量。在生物工程綜合實(shí)驗(yàn)課程中，將科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，完全采用科研訓(xùn)練的模式，從注重知識傳授、技術(shù)培訓(xùn)，轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)化育人功能，將教學(xué)實(shí)驗(yàn)室打造成學(xué)生科研訓(xùn)練的基地，著力培養(yǎng)學(xué)生科研思維、科研技能，進(jìn)而提升學(xué)生研究素質(zhì)［5-6］。

1 開展科研訓(xùn)練型實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

與課堂理論教學(xué)相比，實(shí)驗(yàn)課是鍛煉學(xué)生觀察能力、動(dòng)手能力、思維能力、運(yùn)用能力等智力因素的重要途徑，學(xué)生通過親歷體驗(yàn)知識與技能形成的過程，學(xué)習(xí)掌握知識與技能，并在實(shí)踐過程中培養(yǎng)積極的情感態(tài)度和正確的價(jià)值觀［7-8］。但受傳統(tǒng)的教育教學(xué)理念束縛，形成了重理論、重知識的局面，在以教師為主體的運(yùn)行機(jī)制下，培養(yǎng)的學(xué)生很大程度上主動(dòng)性、創(chuàng)造性不足，學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展受到了限制［9］。

為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展對人才培養(yǎng)的需求，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的目標(biāo)，教學(xué)改革勢在必行!深刻感到教學(xué)要達(dá)到“授人以漁”的目的，培養(yǎng)學(xué)生掌握創(chuàng)造知識，解決問題的方法與過程，教會(huì)學(xué)生方法，培養(yǎng)學(xué)生的基本素質(zhì)，而不是“授人以魚”式的單一的知識傳授?；谶@一指導(dǎo)思想，教學(xué)改革以學(xué)生為中心，給予學(xué)生自由探索的機(jī)會(huì)，在創(chuàng)新實(shí)踐過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，同時(shí)關(guān)注學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的實(shí)驗(yàn)作風(fēng)的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心，教學(xué)結(jié)果以學(xué)生多方面受益為目標(biāo)，在傳授技能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)化綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的育人職能。

具體舉措是，將科研轉(zhuǎn)化教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中融入學(xué)科前沿課題;以學(xué)生為主體，開展自主課題式研究的教學(xué)過程;改進(jìn)實(shí)驗(yàn)評價(jià)體系，促進(jìn)學(xué)生良好實(shí)驗(yàn)習(xí)慣與作風(fēng)。

2 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中融入學(xué)科前沿課題

生命學(xué)科近些年來飛速發(fā)展，一些新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法層出不窮，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中利用這些新技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，才能與高校在科學(xué)發(fā)展中的地位相一致［10］。同時(shí)，將最新的實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)、學(xué)科前沿課題展示給我們的學(xué)生，將有助于開拓學(xué)生的視野和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。對于綜合性大學(xué)來說，提供給學(xué)生熟悉和掌握先進(jìn)技術(shù)的實(shí)踐機(jī)會(huì)，也是適應(yīng)畢業(yè)生繼續(xù)深造或進(jìn)入科研單位從事學(xué)術(shù)研究的需要［11］。依托學(xué)院的科研優(yōu)勢，將課題中的研究思路、方案、技術(shù)路線等轉(zhuǎn)化到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，開發(fā)出融入學(xué)科最新發(fā)展，反映研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。例如，在本課程中，為學(xué)生新開了兩個(gè)由科研轉(zhuǎn)化而來的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目—— “微生物種屬鑒定及系統(tǒng)發(fā)育分析”和“脂肪酶產(chǎn)生菌的篩選、種屬鑒定與脂肪酶基因的克隆、分析”，分別為14 和30 學(xué)時(shí)，取代了一些較陳舊的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)涉及生物信息學(xué)的應(yīng)用，屬新興學(xué)科，以及功能基因的克隆等學(xué)科發(fā)展前沿技術(shù)，分別依托于我們學(xué)院教師主持的國家自然科學(xué)基金和國家863 計(jì)劃項(xiàng)目，其中有多年來直接從事的科研實(shí)踐活動(dòng)。專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更為新穎、前沿和有特色，學(xué)生對來源于身邊科研實(shí)踐中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加感興趣，有力地調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，也為學(xué)生后續(xù)進(jìn)入本科畢業(yè)論文階段打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。另外，學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)也可產(chǎn)生對某個(gè)科研方向的興趣，進(jìn)入相應(yīng)的課題組進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)或是讀研。

3 以學(xué)生為主體，開展自主課題式研究

近年來，對教學(xué)模式進(jìn)行了更大力度的探索實(shí)踐，對于由科研轉(zhuǎn)化而來的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“脂肪酶產(chǎn)生菌的篩選、種屬鑒定與脂肪酶基因的克隆、分析”完全采用課題研究的方式進(jìn)行，由學(xué)生自行定方案、自行采樣、自行安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，最后撰寫課題研究小論文，放手讓學(xué)生去實(shí)踐，教師全程指導(dǎo)。

3.1 自由選題，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)探索精神

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師的控制和灌輸方式使得學(xué)生長期處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，讓學(xué)生有所選擇，自主選擇，才能調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的熱情和興趣，特別是對當(dāng)今追求個(gè)性化發(fā)展的青年學(xué)生來說，更重視被尊重和自由選擇。對于“脂肪酶產(chǎn)生菌的篩選、種屬鑒定與脂肪酶基因的克隆、分析”這一綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提供了兩個(gè)選題供學(xué)生選擇，如“從自然界中篩選脂肪酶產(chǎn)生菌和種屬鑒定”、以及“從脂肪酶產(chǎn)生菌中克隆脂肪酶基因和測序分析”。對于第一個(gè)選題，學(xué)生從自己感興趣的自然環(huán)境中采集樣品，進(jìn)行菌種篩選，對于篩選到的活性菌再進(jìn)行種屬鑒定;而第二個(gè)選題中，需用到已知的可以產(chǎn)生脂肪酶的菌株，這是由實(shí)驗(yàn)室提供給學(xué)生的，學(xué)生要做的是尋找相關(guān)基因，并進(jìn)行測序分析。這樣，學(xué)生不是千篇一律地做同樣的實(shí)驗(yàn)，完全根據(jù)興趣自由選擇，對于自選的而不是分配的任務(wù)，學(xué)生會(huì)更加積極主動(dòng)。另外，這里的實(shí)驗(yàn)結(jié)果未知，不確定，改變了傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)預(yù)定結(jié)果的驗(yàn)證模式，培養(yǎng)學(xué)生的好奇心和“一探究竟”的探索精神。

3.2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力

學(xué)生的創(chuàng)新能力體現(xiàn)在掌握一定的學(xué)科專業(yè)理論基礎(chǔ)上，對于特定選題，能綜合運(yùn)用知識儲(chǔ)備和信息手段，進(jìn)行組合和設(shè)計(jì)，自行提出解決方案。因此，在學(xué)生選題后，尋找合作伙伴組成一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，然后進(jìn)入設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案環(huán)節(jié)。學(xué)生在網(wǎng)上、圖書館查找和閱讀文獻(xiàn)資料，經(jīng)過組內(nèi)討論，按小組為單位提出各自的初步實(shí)驗(yàn)方案。其中學(xué)生需要考慮的問題很多，需要做決定和選擇的環(huán)節(jié)也很多。例如，對于上述的第一個(gè)選題，學(xué)生需要考慮的是從什么地方采樣才更有可能篩選到活性菌，采取什么樣的采樣方法，樣品拿到實(shí)驗(yàn)室后如何進(jìn)行處理，活性菌篩選采用什么方法，種屬鑒定如何做等等，也需要搞清楚文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的技術(shù)路線、流程，哪些是可借鑒的，哪些又要做改進(jìn)的等問題。因此，這是對學(xué)生的一個(gè)大挑戰(zhàn)，也是很好的鍛煉。

提出初步實(shí)驗(yàn)方案后，由各組代表在全班范圍內(nèi)進(jìn)行PPT 匯報(bào)，接受其它同學(xué)的提問，由指導(dǎo)教師進(jìn)行指導(dǎo)，調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案。這樣做，促進(jìn)了學(xué)生理清思路，全面分析，避免未做充分準(zhǔn)備就匆忙開始實(shí)驗(yàn)。學(xué)生們在交流中也會(huì)發(fā)現(xiàn)不同的思路，受到啟發(fā)。

18Cr2Ni4W為高淬透性滲碳鋼，無珠光體及鐵素體轉(zhuǎn)變區(qū)，心部在滲碳空冷后獲得貝氏體及局部馬氏體組織（見圖7），其高淬透性特征可保證大模數(shù)行走輪心部完全淬透，輪齒心部以及壁厚中部為完全馬氏體組織，馬氏體的比體積大于熱處理前的貝氏體比體積，淬火后馬氏體組織含量越高，行走輪體積膨脹量越大，組織轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的淬火應(yīng)力越大。

3.3 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力和問題意識

接著進(jìn)入實(shí)驗(yàn)過程，對于選題“從自然界中篩選脂肪酶產(chǎn)生菌和種屬鑒定”的學(xué)生，則自行到自然界采集感興趣的樣品，帶到實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行樣品處理;對于選題“從脂肪酶產(chǎn)生菌中克隆脂肪酶基因和測序分析”的學(xué)生，則是設(shè)計(jì)引物，合成引物等。還有，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材，再到配制試劑，進(jìn)行每步實(shí)驗(yàn)操作，觀察、記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與數(shù)據(jù)……這些過程由學(xué)生在開放實(shí)驗(yàn)室自主完成。

在多天的實(shí)驗(yàn)過程中，指導(dǎo)教師全程跟蹤與學(xué)生們就過程中的問題隨時(shí)交流、討論。指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從中發(fā)現(xiàn)問題，學(xué)會(huì)質(zhì)疑，多問幾個(gè)“為什么”:為什么這樣做?為什么不能那樣做?如果不這樣做會(huì)怎么樣等等。

而對于學(xué)生碰到的實(shí)驗(yàn)難題，教師不是直接給出答案，也不直接替學(xué)生做決定!而是給予引導(dǎo)與啟發(fā)，幫助他們調(diào)用已有的知識儲(chǔ)備、以及查閱文獻(xiàn)資料等，動(dòng)腦筋進(jìn)行分析、判斷，提出自己的解決方案!

4 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)評價(jià)體系

細(xì)節(jié)決定成敗，良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣與實(shí)驗(yàn)作風(fēng)是科研素質(zhì)的重要組成部分。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)評價(jià)體系，來推動(dòng)對學(xué)生的基本科研素質(zhì)的培養(yǎng)。具體為，改變以出勤、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等作為主要評價(jià)指標(biāo)的狀況，從實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)(30%)、實(shí)驗(yàn)操作和習(xí)慣(20%)、實(shí)驗(yàn)討論(20%)和小論文(30%)這幾個(gè)方面來給學(xué)生綜合評分。

其中，通過要求學(xué)生規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)學(xué)生有條不紊、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的實(shí)驗(yàn)作風(fēng)與習(xí)慣。

實(shí)驗(yàn)中需用到的試劑全部由學(xué)生配制。配試劑是基本的實(shí)驗(yàn)操作，也最容易被學(xué)生忽視。在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，試劑由指導(dǎo)教師或助教在上課前準(zhǔn)備好，學(xué)生習(xí)慣了直接拿來用，長此以往，學(xué)生得不到很好的基本功鍛煉。通過自己動(dòng)手配試劑，學(xué)生將對質(zhì)量濃度、體積濃度、母液、稀釋等基本概念，加深理解和認(rèn)識，避免了“眼高手低”的情況，同時(shí)，通過配試劑，促進(jìn)了學(xué)生對常用試劑的配方組成及作用的關(guān)注與思考，也促進(jìn)了對實(shí)驗(yàn)原理的熟悉與理解。因此，要求學(xué)生配試劑，規(guī)范操作，并養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。如，稱量藥品后是否及時(shí)地蓋上瓶蓋，配制出的試劑是否裝在合適的試劑瓶中，標(biāo)簽的標(biāo)注是否清晰，合理安排時(shí)間，在正式實(shí)驗(yàn)前將試劑配好。

另外，要求學(xué)生認(rèn)真做好原始實(shí)驗(yàn)記錄。如，配試劑的組成，加樣的量和時(shí)間，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)操作等，作詳盡記錄，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將原始記錄本交教師評閱。對于學(xué)生實(shí)驗(yàn)習(xí)慣的培養(yǎng)，需要教師的督促，老師與助教時(shí)時(shí)觀察、評分，促使學(xué)生形成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣［12］。

5 教學(xué)效果和教學(xué)體會(huì)

學(xué)生們非常愿意接受有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，學(xué)生普遍反映自己經(jīng)受了很大考驗(yàn)，收獲很多!就如有學(xué)生在心得體會(huì)中寫道:“在這次實(shí)驗(yàn)中，我認(rèn)為遇到的最大的挑戰(zhàn)就是需要自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，……通過這次自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，我體會(huì)到了實(shí)驗(yàn)中成功的喜悅。也是通過這次自主實(shí)驗(yàn)，提升了我自主設(shè)計(jì)規(guī)劃實(shí)驗(yàn)步驟，自主處理實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)問題的能力”;“通過這次實(shí)驗(yàn)，不但更加全面地了解了做好一個(gè)實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)備過程是多么的重要，而且，鍛煉了我們發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題的能力”;“印象最深的是我們自己的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過這樣的一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，深深地發(fā)現(xiàn)了科研的樂趣”。

指導(dǎo)教師在教學(xué)改革實(shí)踐過程中，也深刻體會(huì)到能力和知識并重培養(yǎng)的教學(xué)模式更具挑戰(zhàn)性，要求教師有高度責(zé)任性與良好的指導(dǎo)技能。在放手讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)中，就會(huì)出現(xiàn)很多“意外”和出錯(cuò)的情況，這就要求指導(dǎo)教師隨時(shí)應(yīng)對各種情況，有效地與學(xué)生探討實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象等。對指導(dǎo)教師提出了更高的要求和更大投入，對學(xué)生作有效啟發(fā)和指導(dǎo)。

為保證課題探究式的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的順利進(jìn)行，向?qū)W生開放實(shí)驗(yàn)室。利用國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室，由學(xué)生申辦門禁卡后，自行安排時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的開放，給予學(xué)生自由探索的時(shí)間與空間，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立操作、自主創(chuàng)新及團(tuán)隊(duì)合作能力［11］。

6 結(jié) 語

大學(xué)應(yīng)培養(yǎng)有思想、善于思考、掌握科學(xué)思維能力和自主創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。堅(jiān)持科研與教學(xué)相結(jié)合，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的主要途徑，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是科研與教學(xué)的最佳結(jié)合點(diǎn)［13］。將科學(xué)研究的思想方法帶進(jìn)教學(xué)中，激發(fā)學(xué)生的興趣和潛能，培養(yǎng)學(xué)生具有實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的科研型高素質(zhì)人才［14-15］。

生物工程綜合實(shí)驗(yàn)和其他綜合性實(shí)驗(yàn)一樣，作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的較高層次，對學(xué)生綜合素質(zhì)和能力的培養(yǎng)大有用武之地［16］。理應(yīng)融入先進(jìn)的教育教學(xué)理念，充分發(fā)揮其育人職能，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、科研思維、提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生有條不紊、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的實(shí)驗(yàn)作風(fēng)與習(xí)慣，訓(xùn)練學(xué)生的表達(dá)交流能力等基本科研素質(zhì)等方面，做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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