生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革初探

徐立新　周毓麟　閆國棟　王貞佐　逯家輝　滕利榮

摘 要 分析高等學(xué)校生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中普遍存在的問題，提出深化實(shí)踐教學(xué)改革的思路。依托吉林大學(xué)國家級(jí)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，對實(shí)踐教學(xué)體系、方法、評(píng)價(jià)體系進(jìn)行一系列的改革與嘗試，初步探索出一條適合吉林大學(xué)生物工程專業(yè)發(fā)展的實(shí)踐教學(xué)道路。

關(guān)鍵詞 生物工程；實(shí)踐教學(xué)；實(shí)訓(xùn)基地

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）04-0141-03

Abstract This paper finds major problems in the practice teaching of biological engineering in Colleges and universities， and put forward the idea of deepening the reform of teaching practice. Relying on National Biological Experiment Teaching Demonstration Center of Jilin University， we carry out a series of reforms on the practical teaching system， practical teaching methods and practical teaching evaluation system， and find a way which is suitable for the development of biological engineering professional practice teaching way in our school.

Key words bioengineering； practical teaching； training base

1 前言

生物工程作為21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的核心之一，是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性、綜合性很強(qiáng)的交叉學(xué)科[1]。隨著科技的進(jìn)步，新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，生物產(chǎn)業(yè)的前景也愈發(fā)廣闊。然而生物工程專業(yè)學(xué)生就業(yè)卻較為困難，究其根本原因，一方面是我國生物工程產(chǎn)業(yè)化水平較低，另一方面是因?yàn)閷W(xué)生的“三個(gè)能力”即實(shí)驗(yàn)技能、工程能力、創(chuàng)新能力等方面有所欠缺。

實(shí)踐教學(xué)是本科教學(xué)的重要組成部分，是學(xué)生將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際能力的過程，對大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力和工程能力的培養(yǎng)也至關(guān)重要。本文在分析國內(nèi)生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)弊端的基礎(chǔ)上，依托吉林大學(xué)國家級(jí)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心（以下簡稱實(shí)驗(yàn)中心），對生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革進(jìn)行初步探討。

2 生物工程實(shí)踐教學(xué)存在的問題

忽視實(shí)踐教學(xué)，教育理念落后 傳統(tǒng)教育觀念重理論、輕實(shí)踐，認(rèn)為實(shí)踐教學(xué)是理論教學(xué)的補(bǔ)充，是驗(yàn)證理論課的一種手段[2]。因此，生物工程專業(yè)的基礎(chǔ)課和專業(yè)課設(shè)置門數(shù)較多，學(xué)生課業(yè)較重，課余時(shí)間不足。相對而言，實(shí)驗(yàn)課不設(shè)考試，沒有學(xué)分，只注意如何更好地配合理論教學(xué)，這就造成學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)課和實(shí)驗(yàn)技能，成為生物工程專業(yè)實(shí)踐教育的一大痼疾。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，實(shí)驗(yàn)課安排不合理 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容大多是由課程指導(dǎo)教師獨(dú)立設(shè)置，而部分指導(dǎo)教師科研方向與所教課程方向不一致，無法將新知識(shí)、新技術(shù)和新方法引入實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容中，勢必導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，方法老套。再加上各課程指導(dǎo)教師缺乏應(yīng)有的溝通，故而實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容零散，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重復(fù)[3]，使得學(xué)生喪失主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)課依附于理論課，沒有獨(dú)立的學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課普遍安排在學(xué)生課余時(shí)間，實(shí)驗(yàn)時(shí)間不足，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)中的一些現(xiàn)象缺乏思考[4]。由于整個(gè)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生都是被動(dòng)參與，他們的主動(dòng)性和積極性沒有被充分調(diào)動(dòng)，一旦出現(xiàn)問題便難以解決，限制了他們創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的發(fā)展。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)投入少，師資隊(duì)伍薄弱 由于經(jīng)費(fèi)投入不足，很多儀器設(shè)備臺(tái)套數(shù)不夠，許多實(shí)驗(yàn)中幾個(gè)甚至是十幾個(gè)學(xué)生共用一套儀器設(shè)備，且難以更新?lián)Q代，先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備進(jìn)入不到教學(xué)中來，造成理論與實(shí)際脫節(jié)，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生動(dòng)手操作的積極性[5]。加之長期以來受傳統(tǒng)教育觀念影響，實(shí)驗(yàn)系列教師一直不被重視。從事實(shí)踐教學(xué)的教師普遍存在學(xué)歷低、水平不高、進(jìn)修機(jī)會(huì)少、職稱評(píng)定和工作量計(jì)算不合理的情況[6]，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員工作熱情不高、責(zé)任心不強(qiáng)，嚴(yán)重影響了實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量。

3 生物工程實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

近幾年，針對生物工程專業(yè)存在的實(shí)際問題，進(jìn)行許多改革嘗試。通過專業(yè)整合，將原屬于農(nóng)業(yè)與機(jī)械學(xué)院的生物工程專業(yè)調(diào)整到生命科學(xué)學(xué)院，依托實(shí)驗(yàn)中心對生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，把實(shí)驗(yàn)從理論課中分離出來，設(shè)計(jì)獨(dú)立的實(shí)踐課程和考核方法，理順學(xué)科脈絡(luò)，明確各課程的授業(yè)范圍，引入學(xué)科交叉和開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化課程實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)內(nèi)容的相互銜接，構(gòu)建循序漸進(jìn)、逐步深入、全面系統(tǒng)的課程體系。這樣調(diào)整，使得課程內(nèi)容既避免重復(fù)，又相互銜接；既反映學(xué)科前沿，又突出學(xué)科交叉融合之勢。

專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰槟康模瑥?qiáng)化學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練。同時(shí)，在每門實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)設(shè)計(jì)一定學(xué)時(shí)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目供學(xué)生自主選做，有一定加分，提高實(shí)驗(yàn)的深度和廣度，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣發(fā)展。以微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，設(shè)計(jì)為64學(xué)時(shí)，必選實(shí)驗(yàn)有3項(xiàng)為54學(xué)時(shí)。同時(shí)，設(shè)計(jì)6項(xiàng)選做實(shí)驗(yàn)，其中3項(xiàng)綜合性實(shí)驗(yàn)“從酸奶中分離、培養(yǎng)產(chǎn)乳鏈菌肽的乳酸乳球菌及乳鏈菌肽效價(jià)測定”“大腸桿菌噬菌體的分離、純化及效價(jià)測定”“纖維素酶產(chǎn)生菌的選育”，每項(xiàng)為8學(xué)時(shí)；3項(xiàng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)“高產(chǎn)淀粉酶霉菌的分離純化”“高產(chǎn)酒精的釀酒酵母菌株的誘變選育”“高產(chǎn)抗菌肽乳酸菌的分離純化”，每項(xiàng)為2學(xué)時(shí)。學(xué)生做完必選實(shí)驗(yàn)后，至少再選作1項(xiàng)綜合性實(shí)驗(yàn)和1項(xiàng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)才能結(jié)課，這樣有助于確立學(xué)生在實(shí)踐中的主體地位，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，鍛煉其實(shí)驗(yàn)技能。

另外，承辦院、校、省級(jí)生物實(shí)驗(yàn)技能大賽，根據(jù)競賽成績選拔下一級(jí)參賽人員。通過這樣一種“層層遞進(jìn)式”的競賽方式，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能進(jìn)一步得以鞏固、加深。

實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn) 為了更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)與生產(chǎn)的對接，將專業(yè)實(shí)踐分為校內(nèi)實(shí)訓(xùn)和校外實(shí)習(xí)兩個(gè)階段。

校內(nèi)實(shí)訓(xùn)建設(shè)了實(shí)訓(xùn)基地，配備了相應(yīng)的儀器設(shè)備，如多臺(tái)5～100 L發(fā)酵罐、空壓機(jī)、電鍋爐、大容量冷凍離心機(jī)、高壓均質(zhì)機(jī)、噴霧干燥器、中試型流化床、滴丸機(jī)、凍干機(jī)等先進(jìn)儀器。同時(shí)，將基因工程、發(fā)酵工程、代謝控制工程、生物分離工程等課程有機(jī)整合在一起，以典型的生物產(chǎn)品和教師的科研成果為內(nèi)容，在學(xué)生具備專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，從原材料開始到終產(chǎn)物的制備，用一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)過程培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、技術(shù)與方法解決實(shí)際問題的能力。

如“好氧發(fā)酵—谷氨酸發(fā)酵”和“重組人白介素18的發(fā)酵、純化及鑒定”分別是傳統(tǒng)生物產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)及科研成果實(shí)驗(yàn)的代表。為了使課程內(nèi)容與產(chǎn)品生產(chǎn)一致、儀器設(shè)置與生產(chǎn)要求一致、教學(xué)過程與工藝流程一致，校內(nèi)實(shí)訓(xùn)以學(xué)生為主，教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)，學(xué)生按照企業(yè)的生產(chǎn)流程通過小組合作生產(chǎn)出相應(yīng)產(chǎn)品，通過這一過程使得學(xué)生對生物產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)、提取、檢驗(yàn)等一系列過程有了深刻的了解。

同時(shí)，積極推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，推動(dòng)教師參與企業(yè)的產(chǎn)品與技術(shù)開發(fā)，從企業(yè)引進(jìn)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師到學(xué)校任教，并與16家科研院所和企業(yè)聯(lián)辦實(shí)習(xí)基地。在學(xué)生完成校內(nèi)實(shí)訓(xùn)，掌握相關(guān)生產(chǎn)原理及工藝流程后，帶領(lǐng)他們到相關(guān)的工廠實(shí)地實(shí)習(xí)，了解工廠設(shè)計(jì)，熟悉生產(chǎn)流程，加深對自動(dòng)化的認(rèn)知。這樣既促進(jìn)了學(xué)生職業(yè)能力的發(fā)展，也為教師和企業(yè)的合作提供了平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了共贏。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)依托開放實(shí)驗(yàn)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃、吉林省生命科學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)大賽、本科畢業(yè)論文等來推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和科研興趣。在大創(chuàng)計(jì)劃和創(chuàng)新大賽中，學(xué)生自主選擇題目并由教師指導(dǎo)學(xué)生自主閱讀文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)路線和進(jìn)行試驗(yàn)。在畢業(yè)論文中，教師以自己的科研課題為主設(shè)計(jì)題目，教師和學(xué)生實(shí)行雙向選擇，確保一人一題。在這一過程中，使學(xué)生了解科研過程，具備文獻(xiàn)檢索、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、論文寫作等科研工作必備素質(zhì)。

經(jīng)過幾年的積累與沉淀后，學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力顯著提高，本科生承擔(dān)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目47項(xiàng)，發(fā)表研究論文19篇，參與申請發(fā)明專利6項(xiàng)。

4 生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)方法的創(chuàng)新

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息技術(shù)與教育的深度融合已成為必然趨勢。“互聯(lián)網(wǎng)+”實(shí)踐教學(xué)不受時(shí)間的限制，學(xué)生可隨時(shí)通過手機(jī)等現(xiàn)代通信工具進(jìn)行選課、預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、查詢成績、課后交流，由“被動(dòng)灌輸”變?yōu)椤爸鲃?dòng)探索”，提高了學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)了自主學(xué)習(xí)。

以實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)站為平臺(tái)，將現(xiàn)代信息技術(shù)與啟發(fā)式、互動(dòng)式、探究式的教學(xué)方法相結(jié)合，進(jìn)行數(shù)字化教材、虛擬仿真技術(shù)、微課等輔助教學(xué)。

1）在實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)站上發(fā)布本學(xué)期實(shí)踐教學(xué)日程安排，學(xué)生根據(jù)選課查閱相應(yīng)的數(shù)字化資源，通過相關(guān)儀器使用視頻、課件和相關(guān)資料預(yù)習(xí)，盡早熟悉操作技能，理解實(shí)驗(yàn)原理，提高實(shí)驗(yàn)效率，減少實(shí)際操作中的錯(cuò)誤。

2）通過基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)、選做和驗(yàn)證性等微實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)或技能點(diǎn)視頻的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)熟悉實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)而將更多的時(shí)間投入到綜合性、探究性實(shí)驗(yàn)上。

3）通過對操作復(fù)雜、大型設(shè)備使用技術(shù)、不可見的實(shí)驗(yàn)原理和不可見的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，如動(dòng)物解剖、外源基因轉(zhuǎn)入受體菌的過程，發(fā)酵罐控制、高效液相色譜的操作等，使學(xué)生網(wǎng)上模擬實(shí)驗(yàn)過程操作，形象、直觀地熟悉實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，加深對實(shí)驗(yàn)過程的理解，為真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作打下基礎(chǔ)。

4）學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)自主答題、自主測試、師生互動(dòng)、成績查詢、教學(xué)評(píng)價(jià)等。

5）教師可登錄后臺(tái)，查看學(xué)生的觀看視頻次數(shù)、時(shí)間、模擬實(shí)驗(yàn)操作情況，評(píng)定學(xué)生自學(xué)成績等。

幾年來，中心開發(fā)網(wǎng)絡(luò)課程13部、在編數(shù)字化課程3部、視頻71部、多媒體課件89個(gè)、仿真實(shí)驗(yàn)6個(gè)，促進(jìn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，取得較好的教學(xué)效果。

5 生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)體系的建立

完善的實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)體系是實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的根本保障。經(jīng)過幾年的摸索、總結(jié)和實(shí)踐，構(gòu)建了一套以學(xué)生為主體、內(nèi)容多元性、渠道多樣化、注重評(píng)價(jià)對象未來發(fā)展的實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)體系。該體系由實(shí)踐教學(xué)考核體系和實(shí)踐教學(xué)效果評(píng)價(jià)體系兩部分組成。

1）學(xué)生實(shí)踐成績評(píng)價(jià)體系由五部分組成：

①學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)、觀看儀器操作的程度，占總成績的10%；

②進(jìn)行儀器操作的考核，合格者發(fā)儀器使用許可證，占總成績的20%；

③良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，由研究生助教和實(shí)驗(yàn)系列人員對實(shí)驗(yàn)中的行為打分，占總成績的20%；

④全部實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的考試，占總成績的25%；

⑤實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)結(jié)果電子分析報(bào)告，占總成績的25%。

另外，如果實(shí)驗(yàn)為探究型實(shí)驗(yàn)，則降低④⑤各5%的占比，增加實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和論文撰寫10%的占比。

2）實(shí)踐教學(xué)效果評(píng)價(jià)體系由三部分組成：

①學(xué)期末，對在校學(xué)生、畢業(yè)一年的學(xué)生和任課教師做調(diào)查問卷，并收集網(wǎng)上反饋信息，以此作為改進(jìn)的依據(jù)；

②學(xué)期初，組織任課教師、校內(nèi)專家、用人單位專家認(rèn)真總結(jié)實(shí)踐教學(xué)不足，提出改進(jìn)意見并參與培養(yǎng)方案制訂，使各項(xiàng)改革有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)，符合社會(huì)需要；

③設(shè)立實(shí)踐教學(xué)督學(xué)委員會(huì)，指導(dǎo)并監(jiān)督各項(xiàng)實(shí)踐工作落到實(shí)處。

實(shí)踐證明，該評(píng)價(jià)體系對促進(jìn)學(xué)生提高創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力、科研素質(zhì)等具有明顯效果，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃立項(xiàng)不斷增加，發(fā)表論文、申請專利的數(shù)量和質(zhì)量一直攀升，各級(jí)學(xué)科競賽獲獎(jiǎng)大幅度增多，被國內(nèi)外知名院校錄取的研究生數(shù)量逐年增加，得到用人單位廣泛認(rèn)可。

6 高水平的實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)

教師是培養(yǎng)方案的執(zhí)行者，教師的素質(zhì)、能力與水平，直接關(guān)系到教育質(zhì)量的高低，關(guān)系到培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)認(rèn)可度[7]。針對青年教師的培養(yǎng)，首先，采取老教師傳、幫、帶的措施，定期對青年教師進(jìn)行教學(xué)理念、教學(xué)方法的指導(dǎo)，提高青年教師的教學(xué)水平；其次，鼓勵(lì)中青年教師在職攻讀博士學(xué)位，提高學(xué)歷層次；最后，為中青年教師提供參加各種教學(xué)、科研會(huì)議的機(jī)會(huì)，幫助中青年教師申請教學(xué)、科研項(xiàng)目，提高業(yè)務(wù)水平，開闊科研視野。

經(jīng)過幾年的建設(shè)，中心教學(xué)團(tuán)隊(duì)的年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)歷結(jié)構(gòu)和職稱結(jié)構(gòu)趨于合理，中青年教師比例為72%，博士學(xué)位獲得者比例為39%，高級(jí)職稱擁有者比例為28%。教學(xué)成果不斷涌現(xiàn)，主編出版實(shí)驗(yàn)教材15部、實(shí)驗(yàn)教改專著6部，發(fā)表教學(xué)研究論文120篇，獲各類教學(xué)改革獎(jiǎng)勵(lì)與榮譽(yù)158項(xiàng)，確保了培養(yǎng)方案的順利實(shí)施和實(shí)踐育人質(zhì)量的不斷提高。

7 結(jié)語

吉林大學(xué)生物工程專業(yè)于2000年在工學(xué)部食品科學(xué)與工程的基礎(chǔ)上開始建設(shè)，成立時(shí)間短、積累少，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)比較薄弱，阻礙了專業(yè)發(fā)展。因此，在專業(yè)建設(shè)和發(fā)展過程中一直重視實(shí)踐教學(xué)改革，不斷探討提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的方法，并取得較好的成績，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、綜合能力、創(chuàng)新意識(shí)都有了很大程度的提高。將進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)梯隊(duì)建設(shè)、數(shù)字化教材建設(shè)、教學(xué)管理的探索和改革，使學(xué)生更好地適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展和社會(huì)的需要。

參考文獻(xiàn)

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