生物技術綜合實驗教改的探索

趙東旭，楊新芳，謝海燕，慶　宏，李　勤

(北京理工大學　生命學院，北京　100081)

?

生物技術綜合實驗教改的探索

趙東旭，楊新芳，謝海燕，慶宏，李勤

(北京理工大學生命學院，北京100081)

摘要對北京理工大學本科生課程生物技術綜合實驗的教改思路進行介紹，將課題導向型和興趣型的教改方式有機結合，主要包括實驗技術體系清單、課程監(jiān)控體系、考評機制的建設與完善，使學生所掌握的技術類型多樣化，促進了學生掌握寫作科研論文的能力。最后，對需要進一步解決的問題進行了分析。

關鍵詞生物技術；綜合實驗；教改；考評體系

現(xiàn)代生物技術始興于20世紀70年代，是一門飛速發(fā)展、不斷變化更新的技術。它是現(xiàn)代生物科學和工程技術相結合的產物，其核心是以DNA重組技術為中心的基因工程，其目標是通過研究或生產過程來生產有價值的產品或滿足其他社會需求，在現(xiàn)代醫(yī)藥產業(yè)、農林牧漁等新品種的研發(fā)、環(huán)境修復、化學品的生物合成等方面正在發(fā)揮不可估量的作用。經過數(shù)十年尤其是近20年的發(fā)展，相關的技術瓶頸已經基本克服，生物產業(yè)的規(guī)模已初步形成，對相關專業(yè)人才的需求正逐步增加。實驗教學是培養(yǎng)掌握基本生物學實驗技能、具有較強的分析問題與解決問題的能力以及創(chuàng)新能力的人才的保證。作為培養(yǎng)學生專業(yè)技能的重要課程，生物技術綜合實驗的教學內容和方式的設計和教改得到了較為廣泛的重視[1-6]。下面，在對生物技術綜合實驗相關教改資料分析的基礎上，提出我校新的教改思路，以供大家交流、探討。

1生物技術綜合實驗設計的現(xiàn)狀

前已述及，生物技術綜合實驗的教改引起了較為廣泛的討論，不同的學校根據(jù)本單位的科研、學科及實驗技術等積淀，形成了各自特色的實驗體系和考核體系，在此簡要評析幾個較為典型的教改模式。文獻[5]對已經成系統(tǒng)的傳統(tǒng)的生化大實驗進行改造，將上游的分子生物學技術如cDNA文庫的構建和功能基因的分離、質粒DNA的提取及與功能基因組重組、重組DNA的檢測及轉化、篩選等實驗項目，與下游的生化技術：重組DNA在大腸桿菌中的表達及表達蛋白的提取、分離、純化方法及檢測方法有機結合，形成環(huán)環(huán)相扣的實驗系統(tǒng)，培養(yǎng)學生每一步都不能馬虎的嚴謹精神。文獻[1，4]在生物技術綜合大實驗的設計和教改時，對分子生物學、基因工程兩門課和酶工程的部分內容的實驗進行有機整合，形成兩個獨立且具有密切遞進關系的操作單元，即分子生物學和基因工程，細化考核內容，結課時專設實際操作考核作為本課程評價學生掌握效果的一部分；文獻[2]將上游的分子生物學技術，如功能基因的分離、克隆及重組克隆的鑒定及質粒的提取、轉化等實驗項目和下游的生化技術，如生物大分子的分離、純化、鑒定技術綜合起來，實現(xiàn)了傳統(tǒng)的驗證性實驗向綜合性、設計性、研究性實驗模式的轉變。我校以某種藥物蛋白為模型蛋白，根據(jù)我校工科較強的基礎，也基本參照上述模式進行實驗體系的設計。文獻[3]設計了以水母綠色熒光蛋白(greenfluorescentprotein，GFP) 為目標蛋白的生物技術綜合大實驗體系，內容包括質粒的轉化、綠色熒光蛋白的誘導表達、細胞的破碎、硫酸銨分級沉淀、層析、透析、電泳等基本技術。文獻[6-7]則將“大工程觀”理念引入生物技術綜合實驗教學改革與探索，設計出以生物化工為特色的生物技術綜合實驗體系，由原來的60學時增至80學時，優(yōu)化實驗教學內容，在知識結構上體現(xiàn)寬與專的統(tǒng)一，形成了“蛋白酶的分離純化與鑒定”“目的基因的提取、重組、轉化及誘導表達”“發(fā)酵工藝及產品分離”3個綜合大實驗模塊，通過匯報的方式來加強學生對實驗體系的掌握情況。

總之，生物技術綜合實驗在進行設計時采用了“依山借勢”的方法，同時也體現(xiàn)了“大”的概念、“大工程觀”的理念以及綜合性、系統(tǒng)性、工程性的思路。

生命科學既是交叉學科，更是實驗科學，諸多進展都取決于新技術的發(fā)現(xiàn)和應用。從學科發(fā)展的角度看，根據(jù)研究對象的不同，一般可將生物技術大致分為以下6個大類：基因工程技術、蛋白質工程技術、植物細胞工程技術、動物細胞工程技術、微生物工程技術和納米生物技術。從學科和專業(yè)以及培養(yǎng)方式的設計等角度看，我們認為以下5個問題還需進一步探討。

1)生物技術發(fā)展迅速，涉及多個研究領域和技術領域，單一設定的技術體系可否滿足將來的需求？可否與學生的興趣共振？

2)綜合性實驗在培養(yǎng)學生創(chuàng)新性思維模式中的作用可否得到體現(xiàn)？綜合性實驗是否有助于實現(xiàn)學生跨越式學習方式的形成？

3)所設定的內容與常規(guī)的“生物化學實驗”“分子生物學實驗”等基礎課程有無本質性區(qū)別？是時間上的集中還是內容上的擴大？

4)從教學模式看，如何體現(xiàn)研究型或課題導向型的教學理念？

5)綜合性實驗的實驗報告的質量如何提升？

基于以上問題，我們對我校的生物技術綜合實驗開展了如下的教改探討。

2生物技術綜合實驗教改的探索

根據(jù)教育教學規(guī)律，具有相當或相似水平的學生入學后，培養(yǎng)方案決定了學生所掌握知識的輪廓體系，而培養(yǎng)效果取決于教學模式，比如哈佛大學在1940年、1974年、2002年3次大的教育教學改革全都是以課程體系改革為主。在我國，目前大學教育實行的是“寬口徑、重基礎”的育人思路，使得各種實驗教學環(huán)節(jié)對于學生的實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)顯得尤為重要，實驗室是現(xiàn)代大學的心臟[8]。因此，教學模式的改革一直是教育部門大力倡導和教師熱切探討的課題。從目前比較為大家所接受的實驗性課程教改模式看，主要有研究型教改[9-12]和興趣型教改[13]兩種。研究型教改有時也稱為項目導向型或課題導向型教改，一些綜合性的工科實驗的教學工作正在嘗試。研究型的實驗教學在教學理念、教學內容、授課方式、考核方式等方面均不同于常規(guī)性教學，更加強調學生的主體意識、探索意識，有利于拓寬學生的視野，幫助學生掌握科學的方法、科學的手段以及正確的思維方法，培養(yǎng)學生對新事物新知識的敏銳洞察力[9-12]。實施時一般是選擇幾個較為成熟的課題組，完成相關的教學任務。文獻[12]在具體的教學過程中尤為關注實驗預習和實驗操作，以便達到預期的教學效果。關于興趣性教改的相關研究還有待深入。

在此我們提出一種集學生興趣、課題導向型為一體的新型研究性教改思路，通過兩屆的實驗，取得了比較理想的效果?；舅悸肥?，首先，通過課程學習，學生已掌握了基本技術和技能，在我院教師中征集相關的具有綜合性實驗性質的課題，篩選后，交由學生自由選擇，再將學生下放到各教師的課題組進行課題研究，課程組負責進度檢查、結題考評等工作。該項工作因分散進行，涉及多位教師，同時還需要相對較多的實驗經費要提供給相關課題組等多個環(huán)節(jié)，為了保證教改的順利、有序進行并獲得成功或經驗，我們對相關細節(jié)進行了考量，并制定了詳細的操作規(guī)范，使參加實驗的學生能獲得內涵實質性相當?shù)慕虒W效果。

2.1實驗技術體系清單的建立與完善

我院有20余位在生物技術領域從事相關科研的教師，其科研工作涉及現(xiàn)代生物技術的諸多領域，如基因工程技術、蛋白質工程技術、微生物工程技術、納米生物技術以及空間生物技術、芯片生物技術等，其中部分研究工作處于現(xiàn)代生物技術的前沿，如以葡萄糖醛酸苷酶為目標蛋白的分子設計技術，以納米微球為熒光分子載體的納米生物技術，對固體有害物進行脫毒化處理的微生物脫毒技術，基于絲素蛋白片段為主的蛋白質修飾技術等，將其中的部分工作融入生物技術綜合實驗的教學當中不失為一種有益的嘗試。為此，原課程組教師對我們提交的課題計劃進行篩選，對選取的課題進行修改和完善，確保：1)從總體內容和工作量看，內容豐富而不龐雜，學生利用課余時間能夠分階段逐步完成全部的設計內容；2)從實驗目的看，以驗證性實驗為主，兼具一定的探索性；3)從涉及的實驗體系看，要完全包括或部分包括現(xiàn)代生物技術的核心技術體系，如目標基因片段的擴增、檢測，目標蛋白的誘導表達和純化技術等。

2.2課程監(jiān)控體系的建立與完善

本次教改一改傳統(tǒng)的教學班上課模式，這給教學質量的監(jiān)控帶來了一個不可小視的挑戰(zhàn)，為此，我們采取三級監(jiān)控的方式進行。因課題難度、時間要求、學生熟練程度和重視程度等都有一定區(qū)別，采取了“總量達標”的寬松型管理模式。具體在以下5個方面。1)“總量達標”。我們所規(guī)定的主要課程內容包含兩個主要環(huán)節(jié)或階段：一是明確的實驗環(huán)節(jié)，每個小組要完成所預定的實驗內容；二是要到另一個課題組見習新的研究體系。對導師提出明確要求，總工作量必須達標，有詳細的階段計劃，但如何進行，完全由指導教師和實驗小組(3位同學)協(xié)商進行。平時的出勤情況完全由指導教師監(jiān)控。在見習階段，學生所學習并總結的內容不局限于參加本次實驗的課題組的實驗內容，可以到開展生物工程綜合實驗的課題組進行見習；學生見習時，既可按原組單位進行，也可以單獨進行，體現(xiàn)自由與統(tǒng)一；見習成果僅進行了解和文字整理，不要求開展實驗。2)指導教師親自指導。為確保學生掌握第一手的實驗技術，要求對于學生第一次接觸到的技術或設備，要由指導教師直接傳授，不得由所在實驗室的研究生代為講解，最大限度地避免了信息衰減。3)課程組階段性分析和總結。在為期1個學期的實驗期間，總共要完成兩次中期的實驗報告和一次最后的研究報告，課程組教師在平時僅隨機到實驗室抽查學生的課題實驗情況，并同指導教師進行簡要溝通，但在收到實驗報告后，會對照預定的計劃，檢查學生的實驗進展情況，并對實驗進展進行分析，找出不足，并給出具體的改進意見。4)嚴格階段性工作，按時提交實驗報告和研究報告，養(yǎng)成良好的研究習慣。5)規(guī)范實驗報告格式和研究報告格式。

2.3考評機制的建設與完善

3生物技術綜合實驗教改的體會

兩年的教改結束后，課題組與學生開展了交流，還專門與參與教改的部分教師進行了座談，對教改工作的得失進行總結，總體來看，本次教改得到了大部分教師和同學的認可。通過本次教改，獲得一些經驗，也暴露出一些需要克服的問題。

3.1教改積極的一面

1)學生所掌握的技術類型的多樣化。這里實際包含了3個層次的技術體系：①從所從事的課題研究中獲取的扎實的技術體系；②從第2個課題組見習并多次聆聽的技術體系；③從最后的匯報中所獲得的“海量”技術體系，開闊了眼界，拓展了思維，在知識結構上體現(xiàn)寬與專的統(tǒng)一，在某種程度上促進了創(chuàng)新素質的積累。

2)鍛煉和培養(yǎng)了學生撰寫科研論文的能力和答辯時的臨場應變能力。

3)培育了新的課題。教師們提交的一些課題，經過改造和試驗后，逐步達到作為生物技術綜合實驗的要求，豐富了實驗體系。

3.2教改有待進一步改進的地方

1)實驗經費問題。由于將常規(guī)教學班(約24～30人)分成若干小組進行，所需要的實驗費用比原來增加約3倍。

2)學生的負擔有所加強。本課程原來是集中時間上課，連續(xù)2周完成整個教學過程，采用新的教學模式后，從時間上看持續(xù)約1個學期的時間；從實驗報告的內容看，雖然名義是實驗報告，但在實驗期間，還要求有數(shù)篇期刊論文的閱讀；從最后的研究報告看，是以期刊論文的形式提交總結報告和PPT匯報，而不是簡單的結果堆砌，對大三學生也是一種“挑戰(zhàn)”。

3)從內容安排看，雖然采取了“總量達標”的管理思路，但由于相關實驗內容或作為研究生課題的一部分，對于實驗組的學生來說，起止時間是不可調的，時間安排是可調的，而對于研究生或教師自己進行的課題來說，起止時間相對固定，總體時間也無太大的調整空間，每個階段都有規(guī)定的工作，如何協(xié)調兩者的時間達到合拍也需要進一步探討。

4結束語

生物技術實驗教學是重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，一方面，通過參與實驗，學生的動手能力、邏輯思維能力得到一定鍛煉和提高；另一方面，學生可以對所學的生物技術理論進行驗證，從而為提高生命科學類專業(yè)學生的基本科研素質創(chuàng)造條件。隨著創(chuàng)新人才教育的開展和“教育部高等教育面向21世紀教學內容和課程體系改革計劃”的實施，實驗教學逐漸由過去單純驗證理論知識的舊模式向綜合性、設計性實驗轉變，由被動型、灌輸式的舊教學模式向主動型、興趣化的新教學模式轉化[13]，促進學生發(fā)散性思維和創(chuàng)新能力的發(fā)展，為其以后獨立從事生命科學及相關學科領域的基礎研究和產品開發(fā)奠定基礎。為進一步深化實驗教學改革，針對實驗過程中出現(xiàn)的不足，在今后的教學實踐中，需要用更多新的科研成果充實教學內容，需要更為科學的教學模式使學生獲得最大的收獲，同時實現(xiàn)教學相長。

參 考 文 獻

[1]華智銳，李小玲.生物技術綜合大實驗教學改革初探[J].實驗科學與技術，2011，9(4):90-92.

[2]韓兆雪，劉華偉.生物技術綜合大實驗教學探討[J].現(xiàn)代農業(yè)科技，2011(24):32-33.

[3]陳鵬，武永軍，張大鵬，等.生物技術綜合大實驗開設的實踐與探索[J].安徽農業(yè)科學，2011，39(36):22874-22876.

[4]楊清玲，章堯，陳昌杰，等.生物技術綜合實驗建設的研究[J].蚌埠醫(yī)學院學報，2009，34(2):166-168.

[5]王義良.加強綜合性實驗和研究性，注重實踐能力和創(chuàng)造能力培養(yǎng)——《生物技術綜合實驗》教學改革探討[J].中山大學學報論叢，2001，21(5):48-50.

[6]劉杰鳳，周天，韓寒冰，等.大工程觀理念下的生物技術綜合實驗教學改革與探索[J].高等理科教育，2010(3):70-74.

[7]王令其，左健民，汪木蘭.大工程觀與應用型工科教學改革[J].理工高教研究，2009，28(2):130-132.

[8]馮瑞.實驗室是現(xiàn)代化大學的心臟[J].實驗室研究與探索，2000，19(5):1-4.

[9] 張寶珠.本科實驗教學適應研究型教學的新模式[J].實驗室科學，2007(3):29-30.

[10]鄧延敏，涂敏，王玉鳳.高校生物科學專業(yè)開放式、研究型課堂教學模式及評價體系的構建[J].高等教育研究，2010(11):65-66.

[11]倪志婧，馬文平.項目教學法在生物工程專業(yè)實踐課程中的應用[J].教育教學論壇，2011(23):50-51.

[12]邵文堯，肖宗源，陳成泉，等.生物工程專業(yè)實驗教學與科研相結合教學模式的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2013，30(2):162-164.

[13]梁曉夏，王國慶，馮家勛，等.生物類本科生綜合性實驗設計與實踐[J].實驗科學與技術，2009，7(3):116-118.

Study on the Teaching Reforms of BiologicalTechnique Integration Experiment

ZHAO Dongxu，YANG Xinfang，XIE Haiyan，QING Hong ， LI Qin

(SchoolofLifeSciences，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，China)

AbstractThis paper introduced the idea of teaching reform of integrate experimental course of biotechnology.To enrich and diversify the technique for the undergraduate and improve the ability writing of scientific paper，this program combined closely the topic-targeting and interesting，focused on the construction and perfection of detailed account of experiment systems，monitoring system of the course process and the evaluating method for the effect.At last，this paper discussed the problems appearing in process and gave suggestion for resolution.

Key wordsbiotechnology；integrate experiment；teaching reform；evaluating method

收稿日期:2014-11-03；修改日期: 2014-12-18

基金項目：北京理工大學第十批(2013年)教育教學改革基金——“課題導向型、研究型課程的教學方式改革研究”(084號)。

作者簡介：趙東旭(1965-)，男，博士，副教授，主要從事生物活性成分的分離分析方面的研究。

中圖分類號G642.423

文獻標志碼A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.02.045