高校生物工程專業(yè)分層次實驗教學(xué)體系構(gòu)建探索

方成+顏海玲+蔣永榮+陳洪波+馮小珍

【摘 要】本文分析高校生物工程專業(yè)實驗教學(xué)體系存在的問題，以培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，對生物工程專業(yè)實驗室建制、實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)方法等進(jìn)行改革，構(gòu)建生物工程專業(yè)分層次實驗教學(xué)體系。

【關(guān)鍵詞】生物工程專業(yè) 分層次實驗教學(xué)體系 構(gòu)建 工程素質(zhì)

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）02C-0155-03

生物工程專業(yè)主要培養(yǎng)能在生物技術(shù)與工程領(lǐng)域從事工藝設(shè)計、生產(chǎn)管理和新技術(shù)研究、新產(chǎn)品開發(fā)的工程技術(shù)人才，使其掌握生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)原理、工藝基礎(chǔ)理論和工程設(shè)計基本技能。實踐教學(xué)是生物工程專業(yè)教學(xué)的重要組成部分，也是培養(yǎng)具有工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才的重要環(huán)節(jié)。長期以來，生物工程專業(yè)實驗教學(xué)體系受我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和傳統(tǒng)教學(xué)理念束縛，普遍存在“四重四輕”的現(xiàn)象，即重知識傳授輕能力培養(yǎng)、重標(biāo)準(zhǔn)答案輕求異創(chuàng)新、重習(xí)題訓(xùn)練輕潛能開發(fā)、重分?jǐn)?shù)評價輕個性發(fā)展。因此，有必要以培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，構(gòu)建生物工程專業(yè)分層次實驗教學(xué)體系。

一、生物工程專業(yè)實驗教學(xué)體系存在的問題

目前，生物工程專業(yè)實驗教學(xué)體系存在的問題集中表現(xiàn)在以下三個方面。

（一）實驗內(nèi)容結(jié)構(gòu)不合理。首先，實驗教學(xué)附屬于課程理論教學(xué)，往往偏重理論教學(xué)輕視實驗教學(xué)，實驗課時較少?；蛘哂捎诮虒W(xué)投入不足，實驗內(nèi)容上驗證性的實驗多，綜合設(shè)計性實驗少；實驗設(shè)備臺套數(shù)少，學(xué)生親自動手做實驗的機(jī)會少。其次，各門實驗分屬不同老師承擔(dān)，實驗指導(dǎo)書編寫缺少統(tǒng)籌，因此造成教學(xué)內(nèi)容重復(fù)，且大多為低水平重復(fù)。最后，實驗內(nèi)容陳舊，不能與時俱進(jìn)，例如，分子生物學(xué)實驗技術(shù)是生物工程實驗的核心，它的發(fā)展非?？?，新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn)，實驗教材更新的速度往往跟不上時代的發(fā)展。

（二）實驗聯(lián)系實際不夠緊密。目前，生物工程專業(yè)實驗內(nèi)容主要是傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品的驗證實驗，缺乏與現(xiàn)代生物工程產(chǎn)品的聯(lián)系，學(xué)生無法掌握現(xiàn)代生物工程制品的生產(chǎn)工藝?；蛘呤褂蒙唐坊幕蚬こ叹昊蚣?xì)胞進(jìn)行實驗，學(xué)生沒有經(jīng)歷生物工程上游技術(shù)的訓(xùn)練，不明了整個工藝流程上下游的關(guān)系，就很難達(dá)到工程實驗教學(xué)的目的。

（三）實驗考核方法偏主觀片面。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，由實驗指導(dǎo)教師準(zhǔn)備好儀器設(shè)備和試劑，學(xué)生對照實驗指導(dǎo)書完成指定的實驗和操作步驟，這抑制了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不利于其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。教學(xué)運(yùn)行機(jī)制上以教師講授為主、學(xué)生動手為輔，實驗教學(xué)趨同于理論教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性和主動性被扼殺。

因此，生物工程專業(yè)只有建立完善的實驗室體系、分層次實驗教學(xué)體系和改革現(xiàn)有實驗教學(xué)方法，才能適應(yīng)我國新世紀(jì)生物工程專業(yè)發(fā)展和高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求。

二、實驗室體系建立

（一）實驗室建設(shè)。生物工程專業(yè)實驗室根據(jù)其教學(xué)功能，分為基礎(chǔ)、專業(yè)和研究三級，包括基礎(chǔ)化學(xué)實驗室、分析化學(xué)實驗室、生物化學(xué)實驗室、微生物實驗室、生物制藥實驗室、藥物分析實驗室、模擬實訓(xùn)室和大型精密儀器平臺，總實驗室面積約700平方米。

1.基礎(chǔ)化學(xué)實驗室。該實驗室總面積120平方米，主要承擔(dān)普通化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)及相關(guān)畢業(yè)論文教學(xué)工作。該實驗室目前配備了低溫等離子體誘變儀器、酶標(biāo)儀、水浴鍋、搖床、超凈工作臺、激光誘變儀、凝膠成像系統(tǒng)、分光光度計等儀器設(shè)備；電泳儀、離心機(jī)、超低溫冰箱等分子生物學(xué)相關(guān)教學(xué)專用設(shè)備。

2.分析化學(xué)實驗室。該實驗室總面積80平方米，主要承擔(dān)分析化學(xué)、儀器分析及相關(guān)畢業(yè)論文教學(xué)工作。該實驗室目前配備了低溫等離子體誘變儀器、酶標(biāo)儀、水浴鍋、搖床、超凈工作臺、激光誘變儀、凝膠成像系統(tǒng)、分光光度計等儀器設(shè)備；電泳儀、離心機(jī)、超低溫冰箱等分子生物學(xué)相關(guān)教學(xué)專用設(shè)備。

3.生物化學(xué)實驗室。該實驗室總面積80平方米，主要承擔(dān)生物化學(xué)與分子生物學(xué)、基因工程、酶工程課程實驗及相關(guān)畢業(yè)論文教學(xué)工作。該實驗室目前配備了低溫等離子體誘變儀器、酶標(biāo)儀、水浴鍋、搖床、超凈工作臺、激光誘變儀、凝膠成像系統(tǒng)、分光光度計等儀器設(shè)備；電泳儀、離心機(jī)、超低溫冰箱等分子生物學(xué)相關(guān)教學(xué)專用設(shè)備。

4.微生物實驗室。該實驗室面積80平方米，主要承擔(dān)微生物與免疫學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、細(xì)胞工程及畢業(yè)論文教學(xué)工作。該實驗室目前儀器設(shè)備配置主要包括光照培養(yǎng)箱、超凈臺、震蕩培養(yǎng)箱、發(fā)酵罐、超聲波破碎儀、滅菌鍋、生化培養(yǎng)箱、細(xì)胞融合儀等。

5.生物制藥實驗室。該實驗室面積160平方米，承擔(dān)生物分離工程課程、藥物制劑學(xué)實驗、畢業(yè)論文教學(xué)工作。已配備儀器設(shè)備包括凝膠層析系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、微納濾系統(tǒng)、壓濾機(jī)、制丸機(jī)、造粒機(jī)、烘箱、大容量離心機(jī)、水浴鍋等。

6.藥物分析實驗室。該實驗室面積約80平方米，主要承擔(dān)藥理學(xué)、藥物分析課程實驗教學(xué)及畢業(yè)論文教學(xué)工作。已配備儀器設(shè)備包括溶出分析儀、薄層層析分析儀、熔點儀、崩解時限測定儀、脆碎度檢查儀、電腦伺服剝離試驗機(jī)等。

7.模擬實訓(xùn)室。該實驗室面積約100平方米，為生物工程專業(yè)新建的實驗室。該實驗室目前配置計算機(jī)40余臺，安裝藥物制劑實訓(xùn)仿真系統(tǒng)和CAD機(jī)械制圖軟件，輔以教師自制多媒體教學(xué)軟件。主要承擔(dān)化工原理、制藥設(shè)備工程、制藥工藝學(xué)及多門理論課程的多媒體輔助教學(xué)。

（二）實驗室開放。通過完善實驗中心管理制度，規(guī)范實驗教學(xué)管理，建立高效的實驗中心運(yùn)行體系。提升建設(shè)后的專業(yè)實驗室實施多種形式的開放，實行開放式運(yùn)行管理，完善資源共享機(jī)制，滿足學(xué)生對生物技術(shù)領(lǐng)域開放實驗的需求，促進(jìn)大學(xué)生科技創(chuàng)新和第二課堂的發(fā)展。在保障本專業(yè)本科實驗教學(xué)基礎(chǔ)上，力爭最大限度地服務(wù)于專業(yè)學(xué)生的非課程實驗實訓(xùn)，包括科技協(xié)會、大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目訓(xùn)練。學(xué)校生物類專業(yè)學(xué)生實驗受益率達(dá)到50%以上。

三、分層次實驗教學(xué)體系構(gòu)建

（一）實驗內(nèi)容創(chuàng)新。實驗內(nèi)容注重理論聯(lián)系生產(chǎn)實踐，加強(qiáng)設(shè)計訓(xùn)練，提高學(xué)生解決實際問題的能力。按照循序漸進(jìn)的原則，根據(jù)培養(yǎng)方案的要求，確立分層次實驗教學(xué)體系。體系包含基礎(chǔ)生物學(xué)實驗、現(xiàn)代生物技術(shù)、生物制藥實踐、生產(chǎn)實踐四個教學(xué)層次，每個層次開設(shè)相應(yīng)的實驗課程。每門實驗課程要求開設(shè)基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計型和研究創(chuàng)新型三種實驗類型，比例上三者各占三分之一。如圖1所示。

（二）實驗教材建設(shè)。市場上雖然有大量相關(guān)的實驗教材，但由于各個學(xué)校專業(yè)方向各異，設(shè)備條件不同，現(xiàn)成的實驗教程往往使用不便，因此，需要編寫一系列符合學(xué)校實驗條件及專業(yè)特色的實驗指導(dǎo)教材。首先，我們對現(xiàn)有的實驗項目進(jìn)行了分類、修訂和優(yōu)化，使之既適應(yīng)于本院實驗平臺，又注重實驗項目的銜接和關(guān)聯(lián)性。在編寫教材時，注重對實驗原理的闡述，并根據(jù)實際教學(xué)效果，及時對教材內(nèi)容作出調(diào)整和補(bǔ)充。根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗，針對性編寫《實驗教學(xué)指導(dǎo)書》《實習(xí)實訓(xùn)指導(dǎo)書》等教材。

（三）實驗教學(xué)方法改革。具體如下：

1.通過基礎(chǔ)型實驗，加強(qiáng)學(xué)生基本實驗技能的訓(xùn)練。利用學(xué)生實驗課時開展基礎(chǔ)型實驗，進(jìn)行實驗基本技能訓(xùn)練。學(xué)生達(dá)標(biāo)合格后才允許進(jìn)入綜合設(shè)計和研究創(chuàng)新型實驗，達(dá)標(biāo)的采取先進(jìn)帶后進(jìn)和課外補(bǔ)課的方式促使其務(wù)必達(dá)標(biāo)。學(xué)生主要熟練掌握各種儀器設(shè)備基本操作和養(yǎng)成良好實驗習(xí)慣；教師偏重啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生在實驗中去發(fā)現(xiàn)和分析問題，并在提交的實驗報告中去探討和解決問題。

2.通過綜合設(shè)計型實驗，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)自覺性和創(chuàng)造性。將從原來若干個相互獨(dú)立的實驗升級為綜合設(shè)計型實驗，要求學(xué)生課外通過查閱文獻(xiàn)資料，并根據(jù)學(xué)過的基礎(chǔ)知識自主設(shè)計實驗步驟。實驗課內(nèi)按流程完成實驗內(nèi)容，實驗結(jié)束時相當(dāng)于完成了一個自命題的小課題。例如我們在“土壤中微生物的分離、篩選和培養(yǎng)”實驗中，將之前相互獨(dú)立和分散安排的幾個實驗，按其內(nèi)在科學(xué)聯(lián)系重組為綜合設(shè)計型實驗。這樣學(xué)生不但學(xué)到了各個環(huán)節(jié)的基本實驗技能，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用基本技能和實驗方法的能力。綜合設(shè)計型實驗的開設(shè)，培養(yǎng)了學(xué)生自覺分析問題和解決問題的能力，提高了學(xué)生的自覺動手和創(chuàng)新能力，對學(xué)生進(jìn)入研究創(chuàng)新型訓(xùn)練起到引導(dǎo)和推動作用。

3.通過研究創(chuàng)新型實驗訓(xùn)練，強(qiáng)化學(xué)生掌握生物學(xué)實驗前沿技能。從大學(xué)二年級開始，選擇一些優(yōu)秀學(xué)生分期、分批進(jìn)入研究室參加教師的課題研究，和研究生一起在教師的指導(dǎo)下開展實驗研究。研究創(chuàng)新型實驗由任課教師根據(jù)自己研究課題，分解提出眾多子課題，全院公開，讓學(xué)生自愿組合選擇，學(xué)生小組在出題老師指導(dǎo)下自主查閱文獻(xiàn)、設(shè)計實驗方案和路線，并開展實驗研究。研究創(chuàng)新型實驗時間靈活安排，采用彈性制。實驗室開放期間，安排教師和專門的實驗員進(jìn)行指導(dǎo)和管理。

4.合理的實驗考核體系，保證實驗教學(xué)質(zhì)量不斷提高。建立學(xué)生實驗成績綜合評定體系、教師實驗教學(xué)效果評價體系以及實驗教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系，三管齊下，保證實驗教學(xué)質(zhì)量不斷提高。學(xué)生實驗成績綜合評定體系中，堅持過程評價，統(tǒng)籌考核實驗前預(yù)習(xí)、實驗中表現(xiàn)和實驗報告結(jié)果，重點考查學(xué)生能力。教師實驗教學(xué)效果評價體系中，教研室組織相關(guān)教師進(jìn)行同行互評，就實驗大綱、實驗項目、現(xiàn)場指導(dǎo)等內(nèi)容進(jìn)行評價，考評結(jié)果作為評優(yōu)、職稱評定等的參考。實驗教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系中，要求成立院級實驗教學(xué)質(zhì)量監(jiān)督委員會。委員會對任課教師進(jìn)行的各實驗教學(xué)內(nèi)容實施情況作定期或不定期檢查，作出評價并及時提出改進(jìn)建議。學(xué)生通過教務(wù)系統(tǒng)對任課教師的課程講授、輔導(dǎo)、作業(yè)批改等各項教學(xué)任務(wù)作出評價，并反饋到院級實驗教學(xué)質(zhì)量監(jiān)督委員會。

四、結(jié)語

我們在堅持“高等學(xué)?；A(chǔ)課教學(xué)實驗室評估標(biāo)準(zhǔn)”的基礎(chǔ)上，重點抓實驗室軟硬件建設(shè)和實驗教學(xué)的改革。在實驗教學(xué)體系的改革上，打破了實驗教學(xué)依附于理論教學(xué)、實驗教學(xué)中只強(qiáng)調(diào)基本技能訓(xùn)練的傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，著力從培養(yǎng)學(xué)工程素質(zhì)（包括研究素質(zhì)、心理素質(zhì)）、創(chuàng)造能力等諸多方面出發(fā)構(gòu)筑實驗教學(xué)新體系。新的實驗項目分三種類型：基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計型、研究創(chuàng)新型，分別針對不同的教學(xué)目的。實驗?zāi)繕?biāo)明確，可操作性強(qiáng)，真正體現(xiàn)了實驗教學(xué)在培養(yǎng)高層次人才中的重要性。實現(xiàn)了實驗教學(xué)從過去的知識技能型向能力培養(yǎng)型的轉(zhuǎn)變，建立了以基本能力訓(xùn)練為基礎(chǔ)、綜合素質(zhì)培養(yǎng)為核心、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線的“基本技能—工程素質(zhì)—創(chuàng)新能力”的培養(yǎng)模式，形成了既相對獨(dú)立，又相互聯(lián)系的分層次實驗教學(xué)體系。

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【基金項目】2014年桂林電子科技大學(xué)教育改革項目“生物工程專業(yè)分層次實踐教學(xué)體系構(gòu)建”（ZL2875）；2015年度廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項目“基于學(xué)科交叉培養(yǎng)本科生創(chuàng)新能力的研究與實踐”（2015JGA203）

【作者簡介】方 成（1978— ），男，廣西桂林人，副研究員，桂林電子科技大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院實驗室主任。

（責(zé)編 盧 雯）