科研教研與教學(xué)相結(jié)合 促進(jìn)學(xué)生核心能力培養(yǎng)

張小菊，黃慧艷，楊娟，李橫江

（華中科技大學(xué)武昌分校城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢430060）

華中科技大學(xué)武昌分校的教學(xué)定位是培養(yǎng)應(yīng)用型、大眾化的人才, 現(xiàn)代大工程觀教育理念下培養(yǎng)的人才要具備基礎(chǔ)扎實、知識面寬、能力強、素質(zhì)高、富有創(chuàng)新精神等特點。[1]生物工程屬于交叉學(xué)科，在本校與環(huán)境工程、給排水工程專業(yè)組合構(gòu)建形成給水排水－環(huán)境－生物工程學(xué)科群，相互支撐共享。 生物工程在構(gòu)建專業(yè)核心能力體系時，以“微生物工程”為本校生物工程專業(yè)的主要方向，按照體現(xiàn)生物工程與環(huán)境工程交叉與綜合的要求構(gòu)建了專業(yè)核心能力培養(yǎng)體系，該體系主要由三大核心能力構(gòu)成，見下表1。

表1 生物工程專業(yè)核心能力

借學(xué)校啟動并推動教研科研的東風(fēng)， 本專業(yè)進(jìn)行了比較多的科教研課題的申報， 并積極將取得的課題成果應(yīng)用于教學(xué)中，采用“能力本位”的課程模式，強調(diào)理論與實踐的滲透，極大促進(jìn)了學(xué)生核心能力的培養(yǎng)[2]。 筆者結(jié)合本校的實際情況， 逐步探索出一些將教學(xué)與科研和教研有機(jī)結(jié)合的方法和模式。

一、優(yōu)化傳統(tǒng)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要由實習(xí)、實驗、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等組成。生物工程學(xué)科日新月異，實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)也需要與時俱進(jìn)，不斷更新?？蒲泻徒萄袑嵺`環(huán)節(jié)的改進(jìn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）開設(shè)綜合性大工藝實驗

生物工程專業(yè)核心能力明確了利用微生物技術(shù)手段進(jìn)行環(huán)境治理的基本能力，在實踐環(huán)節(jié)中，增設(shè)了《發(fā)酵工藝綜合性實驗》，課程歷時3 周，主要內(nèi)容包括兩個大的工藝試驗：微生物好氧發(fā)酵試驗（生物農(nóng)藥）；廚余垃圾沼氣發(fā)酵試驗。 這兩個大的實驗均來自本專業(yè)教師承擔(dān)的科研課題的成果轉(zhuǎn)化， 其中一個大工藝試驗來自李世杰教授的橫向課題——井岡霉素菌的誘變育種； 另外一個工藝大實驗來自張小菊老師的校級科研課題——城市有機(jī)廢棄物微生物處理及應(yīng)用技術(shù)研究。 本綜合性大工藝試驗，包含了種子的制備富集、培養(yǎng)基的制備、接種、發(fā)酵過程的檢測控制、 產(chǎn)物的提取分析等。 學(xué)生需要設(shè)計實驗裝置， 對整個工藝過程進(jìn)行有效的監(jiān)測和檢測。 在這種綜合性的工藝課程中，學(xué)生把理論知識融會貫通地運用到實際中，提升了一般生物工藝過程分析與控制能力， 生物相關(guān)領(lǐng)域工藝設(shè)計與產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)能力，有效地實現(xiàn)了與工程實際接軌。 科研課題成果有機(jī)應(yīng)用于實驗教學(xué)，保證了實驗內(nèi)容的新穎性和實用性，并有效激發(fā)了學(xué)生的專業(yè)興趣。 下圖為同學(xué)們自己設(shè)計的實驗裝置：

圖1 餐廚垃圾發(fā)酵裝置

圖2 集氣瓶的點火裝置

圖3 集氣瓶中沼氣燃燒實驗

（二） 加大設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗的比例

生物工程專業(yè)是一個實驗課程比較多的專業(yè)， 本校生物工程專業(yè)涵蓋實驗的課程及相關(guān)的實驗學(xué)時見下表2。

表2 生物工程含實驗的專業(yè)課及實驗學(xué)時

實驗對學(xué)生核心能力的提高非常重要， 在這些課程的實驗教學(xué)中， 注重將課題的研究成果引入實驗教學(xué)，豐富實驗教學(xué)內(nèi)容，大力提升設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗在整個實驗體系中所占的比例。 在相關(guān)的化學(xué)實驗教學(xué)中， 周傳佩老師將其教改課題——構(gòu)建化學(xué)實驗教學(xué)的創(chuàng)新教育機(jī)制的成果有效應(yīng)用，建立起了以學(xué)生為本的開放式的實驗教學(xué)體系，為學(xué)生提供了全方位、多角度思考問題和創(chuàng)新探索的機(jī)會， 對學(xué)生核心能力要求中的化學(xué)與生物物質(zhì)的認(rèn)知能力的提升有極大的促進(jìn)作用；在專業(yè)課實驗教學(xué)中，更高層次的能力培養(yǎng)是通過綜合性、設(shè)計性實驗完成的。 如在微生物學(xué)的實驗教學(xué)中，張小菊老師將承擔(dān)的校級教研項目——給排水、環(huán)境、生物工程專業(yè)學(xué)生綜合實踐能力的培養(yǎng)——黃酒制作的成果有效運用，引入了曲藥中根霉糖化酶菌株的分離、玉米黃酒的制作等新的綜合性的實驗內(nèi)容。 以黃酒的制作為實例，讓學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的實驗設(shè)計，通過讓學(xué)生自己運用所學(xué)知識結(jié)合新舊內(nèi)容，嘗試解決各種問題，可使學(xué)生處于積極思考的狀態(tài)， 并有效地掌握分析和解決問題的方法。 通過黃酒制作中酒曲的形態(tài)觀察、 酒曲的微生物培養(yǎng)、酒曲的發(fā)酵力、糖化力以及黃酒制作中溫度、PH 的監(jiān)測、產(chǎn)物品質(zhì)的檢測等整個環(huán)節(jié)的內(nèi)容，體現(xiàn)理論聯(lián)系實際，對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)，將綜合性的小型產(chǎn)品生產(chǎn)課題和實驗教學(xué)相結(jié)合是改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，提高實驗教學(xué)效率的重要途徑。

二、以科研課題為載體，開展實踐訓(xùn)練，參與生物實驗技能競賽

我校生物工程的學(xué)生已參加了兩屆（共舉辦了兩屆,每兩年一屆）由省教育廳主辦的湖北省生物實驗技能競賽，獲得了一個省二等獎、三個省三等獎和優(yōu)秀組織獎的好成績。 開展本科生實驗技能競賽是為了進(jìn)一步加強我校實踐教學(xué)工作，推動生物實驗教學(xué)改革，切實提高生物實驗教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生生物實驗技能， 提升學(xué)生的核心能力。 對于大賽，課題組精心準(zhǔn)備，制定制度，遵循管理流程，見表3。 關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于基礎(chǔ)培訓(xùn)和強化培訓(xùn)的實施過程，我們借助于科研課題，讓學(xué)生在進(jìn)行科研課題研究的同時，融入大量的實驗操作，提高基本技能，升華核心能力。 如學(xué)生在進(jìn)行張小菊老師的橫向課題——液態(tài)牛奶微生物活性快速檢測時， 微生物菌懸液的梯度稀釋、接種、培養(yǎng)、到菌落觀察、革蘭氏染色分析、玻璃器皿的消毒滅菌等微生物相關(guān)的基本操作都能夠得到有效的鍛煉。圖4 為學(xué)生根據(jù)國標(biāo)法對牛奶中的微生物總數(shù)進(jìn)行檢測的培養(yǎng)結(jié)果。 學(xué)生通過對這種課題進(jìn)行試驗， 基本技能都掌握得很好。 這種方式一定程度上彌補了完成科研課題人力的不足，同時使學(xué)生的基本技能更加扎實，大大鍛煉提高了學(xué)生的核心能力。

表3 生物學(xué)實驗技能競賽備賽流程圖

圖4 微生物的平板菌落計數(shù)

三、以老帶新——形成本科生科研梯隊

大多數(shù)獨立學(xué)院教師承擔(dān)科研課題存在著一些困難，一是設(shè)備相對不足，二是人力相對缺乏；所以老師承擔(dān)的科研課題主要是通過本科生做實驗，在完成畢業(yè)論文階段進(jìn)行，但這帶來的矛盾是往往一個科研課題還沒有完成，學(xué)生就要離校了；另一方面，現(xiàn)在的大學(xué)生普遍實踐機(jī)會較少， 專業(yè)核心能力的培養(yǎng)并不是很扎實。 所以本專業(yè)在實驗教學(xué)上強調(diào)體現(xiàn)“早”，對學(xué)生的專業(yè)知識進(jìn)行“倒置式”培養(yǎng)，鼓勵大一、大二的學(xué)生利用課余、假期及實踐教學(xué)的時間，進(jìn)入實驗室，從簡單的科研前期工作開始，在高年級同學(xué)帶領(lǐng)下從事實驗工作，并形成完整的制度， 培養(yǎng)以老帶新的本科科研梯隊。 這種計劃在生物工程2011 級的學(xué)生中已經(jīng)施行。 大四學(xué)生指導(dǎo)大一、大二學(xué)生，大一、大二學(xué)生提前進(jìn)入實驗室，參與老師科教研項目，形成本科生科研梯隊。

畢業(yè)論文與教師實際科研任務(wù)相結(jié)合， 從而將科研活動與學(xué)生培養(yǎng)掛鉤， 消除學(xué)生對科研工作的神秘感，改變科學(xué)研究只是教師或研究生工作的舊觀念，使學(xué)生畢業(yè)后， 能盡快地參與承擔(dān)理論研究與實際應(yīng)用研究，創(chuàng)造性地解決實際問題。 同時大四從事畢業(yè)論文的學(xué)生一定程度上承擔(dān)起指導(dǎo)教師的角色，以老帶新，帶動低年級學(xué)生提早進(jìn)入科研課題， 形成比較濃厚的科研氛圍。這種模式由于今年剛試行， 還有些規(guī)范制度有待完善，有些方法和實施措施需要改進(jìn)，但對于培養(yǎng)學(xué)生的核心能力是非常有效的。

四、科教研成果融入理論教學(xué)

專業(yè)課教師將成熟的科教研成果用于理論教學(xué)，可以讓課堂的教學(xué)更加生動和具體，更加有利于學(xué)生對理論知識的掌握。 如李橫江老師在進(jìn)行《生物化學(xué)》的授課時，將生物化學(xué)精品課程建設(shè)項目中已經(jīng)取得一些成果應(yīng)用于課堂教學(xué)，如習(xí)題集及解答，更新的課件等等；在進(jìn)行酶活力相關(guān)內(nèi)容的講解時，結(jié)合我們正在進(jìn)行的花生餅發(fā)酵課題，花生餅粕通過接種微生物發(fā)酵，提高蛋白酶活力，抑制脂肪酶活力，可極大地提高榨油之后剩下的花生餅粕的附加值， 將酶活力的檢測從理論上升到實際應(yīng)用的高度；張小菊老師在講授微生物課程中微生物數(shù)量檢測的相關(guān)內(nèi)容時，將自己的橫向課題內(nèi)容——ATP 熒光法檢測微生物活性用于課堂講解，內(nèi)容保持新穎先進(jìn)，應(yīng)用性強，并能啟發(fā)學(xué)生的思維，學(xué)生也有興趣聽。 在課堂教學(xué)的講解過程中，給學(xué)生以科學(xué)研究的啟迪，通過宣傳和引導(dǎo)，學(xué)生能更好地掌握理論知識，更深層次的認(rèn)識到提高和鍛煉動手能力、實踐能力的重要性，并激發(fā)大家的創(chuàng)新意識。在科教研成果用于課堂教學(xué)的嘗試中，學(xué)生還為教學(xué)提出了很多寶貴的意見，為科研課題的開展提出了一些新的思路。

大力提倡教師將科學(xué)研究的成熟成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，走教學(xué)科研結(jié)合的道路。[3]通過積極地科、教研成果的轉(zhuǎn)化，拓展了實驗教學(xué)、畢業(yè)設(shè)計、理論教學(xué)等與科研和教研的結(jié)合，讓大多數(shù)學(xué)生在鍛煉和提高實驗操作技能的同時，充分體會到實驗、理論、科研、教研的緊密結(jié)合。 當(dāng)代大學(xué)生教育，要著重解決學(xué)生應(yīng)用、實踐和創(chuàng)新能力薄弱的問題，[4]科教研與教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生從較高的立足點看問題，實現(xiàn)全面提升教師的理論、實驗教學(xué)水平，充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的核心能力， 同時還可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、 主動性和創(chuàng)造性，不斷提升本專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

[1]李潤，關(guān)志強，鄒剛明.“大工程觀”研究綜述，南方論刊.2011（5）.

[2]李善波，張金城，姚玉蓉.高等工程教育的課程體系改革初探，中國大學(xué)教學(xué)2005（2）.

[3]張敏，袁志輝，余響華等.生物工程專業(yè)綜合改革的思考，廣州化工.2012,40（24）.

[4]呂維忠.環(huán)境工程專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)方案研究，林區(qū)教學(xué).2013（9）.