生物工程專業(yè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的探索與實(shí)踐

楊文婷 吳士筠 徐文廣

摘 要 生物工程作為一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，對(duì)該專業(yè)學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)提出了較高的要求，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程偏重驗(yàn)證性、重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生應(yīng)用實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的發(fā)展有一定制約，文中對(duì)武漢工商學(xué)院生物工程專業(yè)在開放性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程中的經(jīng)驗(yàn)和舉措進(jìn)行了總結(jié)，以為提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供思路和范例。

關(guān)鍵詞 生物工程 生物制藥 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 開放性實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.05.014

Abstract Biological engineering as a very strong applied subject， the cultivation of the application ability of the students put forward higher requirements， and traditional experiment course emphasis confirmatory， repeated experiment， has certain constraints the development of students' practical ability and innovation ability， this paper of Wuhan Technology and Business University of biological science and Engineering in open and designed experiment course experience and measures are summarized， thought that improve students innovation consciousness and practice ability of experimental teaching reform ideas and paradigms.

Key words bioengineering； Bio pharmaceutical； design experiment； open experiment

1 課程目標(biāo)及總體設(shè)計(jì)

結(jié)合生物工程專業(yè)“培養(yǎng)具有較強(qiáng)適應(yīng)能力和可持續(xù)發(fā)展能力”的人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)有一定的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)的大三學(xué)生，通過教師擬題、學(xué)生選題，并將教師已完成或進(jìn)行中的較成熟的科研項(xiàng)目分解成多個(gè)小課題，融入本課程的選題。課程的實(shí)施以學(xué)生為中心，老師引導(dǎo)和輔助，給予了學(xué)生更多自主空間，以達(dá)到對(duì)學(xué)生的文獻(xiàn)檢索能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、基礎(chǔ)實(shí)踐技能、問題分析能力等進(jìn)行鞏固和強(qiáng)化的目的。①②③

2 課程實(shí)施方式及手段

2.1 以激發(fā)學(xué)生興趣為基本出發(fā)點(diǎn)

分析本校生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀，從學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)、實(shí)踐能力、學(xué)習(xí)興趣入手進(jìn)行調(diào)查，以實(shí)現(xiàn)因材施教；通過對(duì)相關(guān)行業(yè)用人單位的調(diào)查和反饋，了解企業(yè)和社會(huì)的對(duì)本專業(yè)人才的需求，以能從實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)的角度予以權(quán)衡，使每個(gè)課題的實(shí)施符合生產(chǎn)研發(fā)的真實(shí)過程，使學(xué)生能將以前所學(xué)知識(shí)和技能融入其中，使學(xué)生學(xué)以致用，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新潛力，創(chuàng)造研究的氛圍和過程讓學(xué)生來經(jīng)歷和體驗(yàn)，并可以實(shí)現(xiàn)課外學(xué)習(xí)的拓展延伸。④

2.2 培養(yǎng)實(shí)事求是的態(tài)度

以實(shí)例向?qū)W生傳達(dá)實(shí)事求是對(duì)待科學(xué)研究和應(yīng)用實(shí)踐的理念，要求學(xué)生在試驗(yàn)過程中做好原始記錄，尊重實(shí)驗(yàn)結(jié)果，養(yǎng)成及時(shí)記錄、認(rèn)真分析的良好習(xí)慣，培養(yǎng)科學(xué)求實(shí)的態(tài)度和批判精神，出現(xiàn)于預(yù)測(cè)情況不符的情況時(shí)，如實(shí)討論和分析，勇于提出自己的觀點(diǎn)和見解。老師會(huì)考察原始數(shù)據(jù)是否翔實(shí)可靠，數(shù)據(jù)是否處理實(shí)事求是，結(jié)果分析是否清晰可信等。

2.3 強(qiáng)化自主性操作

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生所用試劑均為實(shí)驗(yàn)老師配制，且經(jīng)過任課老師預(yù)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，而本門課程中所用試劑均為自行配制，如發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的異常，需要自己分析查找原因。甚至在實(shí)驗(yàn)過程中，可能會(huì)出現(xiàn)學(xué)生做出的結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道不一致的情況，學(xué)生需要通過組織小組討論、查詢資料或向老師求助等方式，分析解決問題，讓學(xué)生對(duì)已學(xué)知識(shí)更好地吸收內(nèi)化，在探究中學(xué)習(xí)反饋。

2.4 提倡個(gè)性化發(fā)展

對(duì)三年級(jí)學(xué)生，部分同學(xué)已在課程之前參與過其它科研項(xiàng)目，學(xué)生能力層次不同。本課程學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可以根據(jù)自己的能力和意愿，選擇不同難度的試驗(yàn)方案，從而可以滿足不同能力學(xué)生的個(gè)性化、層次化的需求。比如同樣是提取工藝，有的學(xué)生會(huì)選擇經(jīng)典的正交設(shè)計(jì)方案，而對(duì)部分實(shí)踐能力扎實(shí)、主動(dòng)性強(qiáng)、興趣濃厚的學(xué)生，給他們介紹響應(yīng)曲面法等，通過新方法的引入，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和數(shù)據(jù)分析能力得到更全面的提高。

2.5 強(qiáng)化操作技能

課題選擇和設(shè)計(jì)上，要求學(xué)生能在三周左右完成，因?yàn)椴皇莻鹘y(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一次實(shí)驗(yàn)不成功，需要重復(fù)進(jìn)行的情況，學(xué)生使用儀器設(shè)備的時(shí)間和需求大大增加，反復(fù)的操作和鞏固，使學(xué)生對(duì)儀器設(shè)備的使用更加熟練，避免了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生上完實(shí)驗(yàn)課，儀器設(shè)備的操作基本忘記的情況，實(shí)驗(yàn)室的利用率顯著提高。⑤

2.6 加強(qiáng)文獻(xiàn)閱讀梳理能力

因?yàn)閷W(xué)生需要自行設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，必須完成一定量的文獻(xiàn)閱讀，本課程中要求學(xué)生至少泛讀30篇文獻(xiàn)，精讀5～10篇。充分閱讀文獻(xiàn)是試驗(yàn)優(yōu)化合理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，學(xué)生通過自主查詢文獻(xiàn)，分析文獻(xiàn)方案的可行性，設(shè)計(jì)出合理、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案。在初期，學(xué)生通常文獻(xiàn)理解能力較差，閱讀速度較慢，但經(jīng)過多篇文獻(xiàn)閱讀后，會(huì)漸漸發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，熟悉了專業(yè)文獻(xiàn)的特點(diǎn)，這樣閱讀起來會(huì)感覺非常容易，專業(yè)素養(yǎng)不斷加強(qiáng)，同時(shí)其知識(shí)更新能力也能得到更好的培養(yǎng)。

2.7 提倡師生良性互動(dòng)

在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生與老師之間不再是上完課走人、關(guān)系疏離的狀態(tài)，學(xué)生在試驗(yàn)過程中，會(huì)不斷碰到問題，需要常常與老師溝通，而在實(shí)踐中的不斷交流與互動(dòng)，可以讓學(xué)生從老師身上學(xué)到許多書本上無法直接獲得，卻非常有益、非常實(shí)用的信息，教師也在學(xué)生的不斷提問中自省、提高，教學(xué)相長，營造良好的學(xué)習(xí)氛圍。

3 課程進(jìn)程管理及改進(jìn)

3.1 學(xué)生的進(jìn)程管理

通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程，使學(xué)生掌握正交設(shè)計(jì)、均勻設(shè)計(jì)及響應(yīng)面曲線等統(tǒng)計(jì)學(xué)上優(yōu)化工藝的方法，要求學(xué)生論證方案設(shè)計(jì)的可行性，包括方法、材料、設(shè)備、時(shí)間等，方法包括試驗(yàn)方法和分析方法（軟件應(yīng)用、統(tǒng)計(jì)）等。指導(dǎo)學(xué)生利用對(duì)課題內(nèi)容進(jìn)行分解和規(guī)劃，以保證對(duì)課題進(jìn)度的把握。因?yàn)槎鄶?shù)學(xué)生是初次進(jìn)行歷時(shí)較長的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)程管理情況較差，很多同學(xué)在第一、第二周進(jìn)度推進(jìn)緩慢，但到后期，各種問題慢慢解決后，進(jìn)度明顯加快，進(jìn)程管理的良好效果在后期學(xué)生完成畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計(jì)中顯著體現(xiàn)。

3.2 指導(dǎo)老師的進(jìn)程把握

除課內(nèi)要求的36學(xué)時(shí)外，至少需要18學(xué)時(shí)的時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)。在開放性實(shí)驗(yàn)中，因?qū)W生自覺性不同，有的學(xué)生試驗(yàn)方案中碰到問題也不愿意主動(dòng)詢問指導(dǎo)老師，導(dǎo)致試驗(yàn)進(jìn)展緩慢，因此需要設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)化的試驗(yàn)過程管理方案。一方面，及時(shí)讓學(xué)生知道自己哪些方面做得比較好，哪些方面需要進(jìn)一步提高，對(duì)學(xué)生操作不規(guī)范、設(shè)計(jì)分析不合理之處及時(shí)糾正，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的重視程度；另一方面，針對(duì)性地設(shè)計(jì)試驗(yàn)進(jìn)度記錄表，每次對(duì)學(xué)生試驗(yàn)的進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)控和把握，進(jìn)度推進(jìn)較慢的學(xué)生及時(shí)關(guān)注、加強(qiáng)指導(dǎo)，以保證學(xué)生能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

4 課程考核方式

將實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過程管理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及學(xué)生互評(píng)有機(jī)融合，將CIPP的教學(xué)評(píng)價(jià)理念貫穿于整個(gè)教學(xué)過程，建立完善的課程評(píng)價(jià)體系，并充分發(fā)揮課程評(píng)價(jià)體系對(duì)學(xué)生的鞭策作用，強(qiáng)化實(shí)踐效果。⑥考核方式注重過程評(píng)價(jià)，學(xué)生成績中平時(shí)分?jǐn)?shù)占60%，論文分?jǐn)?shù)占40%；平時(shí)分?jǐn)?shù)包括課前文獻(xiàn)檢索情況評(píng)分（20%）、設(shè)計(jì)方案評(píng)分（30%）、操作評(píng)分（30%）、實(shí)驗(yàn)記錄本評(píng)分（20%）；論文分?jǐn)?shù)由學(xué)生互評(píng)（20%）和老師評(píng)價(jià)（80%）組成。操作評(píng)分部分是根據(jù)每個(gè)課題方向設(shè)計(jì)量化的評(píng)分表作為評(píng)價(jià)依據(jù)；學(xué)生互評(píng)是通過其他同學(xué)的論文的閱讀進(jìn)行評(píng)分。其中尤其學(xué)生的互評(píng)對(duì)發(fā)現(xiàn)自己優(yōu)勢(shì)、檢視自身不足有一定促進(jìn)作用，評(píng)分較高的論文在學(xué)生間傳閱學(xué)習(xí)。

5 教學(xué)保障措施

5.1 教材建設(shè)

從最初自編教材的不斷修改，到課程配套教材的正式出版，確保了高質(zhì)量、有特色的優(yōu)秀教材進(jìn)入學(xué)生課堂，目前已出版針對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程的教材4部。

5.2 教學(xué)資源庫的建設(shè)

不斷完善課程大綱的修訂，課題素材不斷積累和更新。論文完成后，同系列課題的同學(xué)一組進(jìn)行小組答辯，分享實(shí)驗(yàn)結(jié)果和感受，要求展示在實(shí)驗(yàn)過程中碰到的種種問題及解決思路方法，引導(dǎo)學(xué)生在問題中學(xué)習(xí)，并鼓勵(lì)學(xué)生愛護(hù)實(shí)驗(yàn)室儀器，合理設(shè)計(jì)、節(jié)約資源。老師也不斷收集實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，為后期進(jìn)一步完善課程方案提供思路。

5.3 師資力量的保障

教師的素質(zhì)與學(xué)生綜合素質(zhì)教育、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有著密不可分的關(guān)系，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生會(huì)碰到各種問題需要求助于指導(dǎo)教師，因此教師需要在所指導(dǎo)課題中有豐富的經(jīng)驗(yàn)，且對(duì)各種相關(guān)儀器的操作及常見問題非常熟悉，教學(xué)相長，教師也可以在不斷幫助學(xué)生解決問題的過程中反饋教學(xué)問題，更新教學(xué)內(nèi)容和手段。

5.4 實(shí)驗(yàn)條件的保障

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)期間，給學(xué)生安排專用實(shí)驗(yàn)室以滿足實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性要求；學(xué)生設(shè)計(jì)方案之前，提供實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有相關(guān)材料和設(shè)備提供給學(xué)生，以保證學(xué)生方案的可行性。建立了完善的實(shí)驗(yàn)室開放制度，確保學(xué)生進(jìn)行開放性實(shí)驗(yàn)期間，從實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容到實(shí)驗(yàn)設(shè)備的全方位開放，充分利用現(xiàn)有教學(xué)資源。

6 結(jié)語

通過武漢工商學(xué)院開放性、設(shè)計(jì)性試驗(yàn)的開設(shè)，給予學(xué)生充分的學(xué)習(xí)自主權(quán)，每個(gè)學(xué)生均有過獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施和總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，適應(yīng)能力大大提升，文獻(xiàn)閱讀和梳理能力的培養(yǎng)，也為學(xué)生能力的可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。學(xué)生多次在全國大學(xué)生技能減排競賽、湖北省生物實(shí)驗(yàn)技能競賽、湖北省化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能競賽等各級(jí)競賽中獲獎(jiǎng)，多數(shù)學(xué)生在實(shí)習(xí)單位和工作單位的表現(xiàn)和能力也得到了單位領(lǐng)導(dǎo)的一致好評(píng)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)方案的建立和實(shí)施在應(yīng)用型人才的培養(yǎng)上有著極大的發(fā)展空間，教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員還將在執(zhí)行過程中不斷反饋、思考和改進(jìn)，并進(jìn)一步在其他課程中推廣應(yīng)用。

注釋

① 王躍華，趙鋼，茍小軍，等.深化生物教學(xué)改革，探索生物工程人才培養(yǎng)新模式[J].教育與教學(xué)研究，2010.24（3）：7-9.

② 夏金蘭.生物工程與技術(shù)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的探索與實(shí)踐[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2009.32（4） ：62-63，66.

③ 張建麗，范蕾.生物工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008.25（5）：144-146.

④ 劉海燕.幾種典型實(shí)踐教學(xué)模式對(duì)應(yīng)用型本科院校的啟示[J].理工高教研究，2005.24（6）：82-83.

⑤ 陳劍鋒，陳菁，謝航，等.構(gòu)建生物工程學(xué)科創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010.27（3）：22-24.

⑥ 金亞飛.基于CIPP模型的研究型大學(xué)本科實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.