高校生物技術專業(yè)《綜合實驗》項目化教學探討

張雅利

[摘 ?要]生物技術是以實驗為基礎的學科，作為專業(yè)基礎課的《綜合實驗》課程，其目標在于更新和優(yōu)化傳統(tǒng)實驗教學內容，鞏固和加強學生的基本技能，培養(yǎng)學生自主學習力、綜合創(chuàng)新力。西安交通大學通過對《綜合實驗》教學的改革，把實驗教學與教師科研結合起來，構建項目任務式教學體系，改進考核方式，強化學生的綜合素質和應用能力，以適應綜合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求。

[關鍵詞]生物技術 ?綜合實驗 ?項目任務 ?教學模式

基金項目：西安交通大學2018本科實踐教學改革研究專項項目《項目驅動的生物專業(yè)綜合實驗教學改革與創(chuàng)新》（項目編號：18SJZX36）。

生命科學領域的生物技術專業(yè)主要培養(yǎng)生命科學領域的高級技術人才，其是以實驗為基礎的學科。這決定了高等院校生物技術教育要從培養(yǎng)學生動手能力的實驗課入手，突破傳統(tǒng)實驗教學以知識灌輸為主的局面，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和終身學習能力的高素質工程技術人才為目標?！毒C合實驗》課程是國內生命科學相關專業(yè)的核心基礎課，也是課程教學向畢業(yè)論文過渡的重要橋梁[1]。西安交通大學生物技術（工程）專業(yè)迄今正好開設20年，《綜合實驗》課程教學雖然積累了一定的經(jīng)驗，但也存在著一些普遍性的問題。

《綜合實驗》課程教學存在問題

傳統(tǒng)的綜合實驗項目以基礎性和驗證性實驗為主要內容，存在著安排不合理、開設不全面等問題。雖然有在教學中盡力改變教學內容陳舊的狀況，融入綜合設計性實驗，但實驗內容不能完全與生產(chǎn)和科研相融合，無法做到學以致用，因而不能很好地滿足社會對生物技術領域人才的要求。學科前沿知識和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術需求更沒有納入課程教學考慮之列。傳統(tǒng)實驗項目的開設偏重于工程實踐，沒有和生命學院核心發(fā)展領域有機結合起來。

傳統(tǒng)的生物技術綜合實驗教學是以理論課程的驗證及重演為內容，以“實驗指導書（手冊）、實驗室、教師”為核心，以“教師講解示范，學生簡單重復”為主要教學方式，甚少關注學生學習的主動性及創(chuàng)造性。傳統(tǒng)實驗教學中，學生按部就班按照大綱和實驗教材（講義）中設定的項目完成實驗流程，出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時也不主動分析原因，直接棄之不用，重新開始。重結果，輕過程，沒有求異思維，讓探究心和創(chuàng)新思維失去了萌芽的機會。教師準備實驗材料、講解實驗原理、對學生實驗過程進行示范和引導，這種全程參與模式很容易使學生產(chǎn)生依賴心理，一定程度上影響了學生創(chuàng)新能力的發(fā)展。盡管目前實驗結果的呈現(xiàn)已經(jīng)改變了傳統(tǒng)的一個實驗項目一個實驗報告的方式，學生實驗考勤及實驗過程中的表現(xiàn)都在實驗成績中有所體現(xiàn)，但仍舊不能全面準確地反映學生的能力，實驗考核評價方式上仍然存在主觀性較強的問題。

項目化《綜合實驗》教學模式的探索

項目驅動的《綜合實驗》教學模式是以學科概念和原理為中心的，以制作一個完整的“作品”或完成某一“任務”為目的的新型探究性教學模式。將真實的任務場景導入實驗教學，在有效開展探究式學習活動的同時，給學生的學習態(tài)度與科學觀念帶來積極影響。將整個課程內容體現(xiàn)在一個有機的完整項目中，既符合課程實踐性和綜合性強的特點，又符合人才的培養(yǎng)要求。

1.樹立開放性實驗教學理念，構建科學合理的實驗項目體系

由于《綜合實驗》具有綜合性強、多學科知識相互交叉融合的特點，結合生物專業(yè)的特點及后期專業(yè)課程的實驗技能要求，西安交大生命學院在修訂2015版人才培養(yǎng)方案時，根據(jù)專業(yè)特點，將綜合實驗分為橫向并行的細胞生物學、基因工程、分離技術、發(fā)酵技術四個模塊，體現(xiàn)生物技術的廣度。每個模塊又根據(jù)實驗項目的層次特性，縱向設置了基礎性、綜合性、設計性三類實驗單元，體現(xiàn)生物技術的深度。橫向模塊之間、縱向單元之間互有交叉、互為支撐，構建了一個由淺入深、具有內在聯(lián)系的立體網(wǎng)狀實驗內容的層次體系。這一縱橫交錯、相輔相成的課程內容設置，將對學生基本實驗技能的培養(yǎng)、自主學習能力的提升和科研思維模式的訓練三方面的要求有機融合在了一起。

綜合設計單元是該課程教學活動的重中之重，主要體現(xiàn)在實驗項目任務的確立和分配上。教師會要求學生在完成基礎模塊任務的基礎上，根據(jù)給定的任務要求，通過課本、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡等廣泛搜集資料，提出實驗方案，論證方案的合理性和可行性，進而獨立完成實驗過程并得出結果。教師在項目任務選擇時，會在考慮學生現(xiàn)有的知識儲備的前提下，盡量選擇可能需要綜合運用多個知識點的項目任務，以期在訓練學生實驗技能的同時，激發(fā)學生學習的主動性和創(chuàng)新意識。以分離綜合實驗模塊為例，目前已在五屆學生中分別進行了《______多糖提取及構效關系研究》《大豆尿酶結構及活性探析》《植物黃酮的分離及活性研究》等多項綜合性強、多課程交叉的項目任務?；钚远嗵堑闹苽涫欠蛛x技術的經(jīng)典研究內容之一，活性多糖的構效關系研究會用到分子細胞生物學、基因工程等多學科的關鍵技術，在橫向上體現(xiàn)了多學科的交叉和融合。在縱向上有濃度分析、結構分析、活性分析等基本理論和實驗方法的訓練，也有純化方法的選擇與整合優(yōu)化、實驗流程設計、活性片段篩選等綜合性、設計性極強的自主科研思維的鍛煉和拓展。

2.實驗項目的選題與科研相得益彰，增強對學生科研能力的培養(yǎng)

生命科學領域人才培養(yǎng)的核心之一是科研能力培養(yǎng)。教師在研的科研項目在創(chuàng)新性、合理性和可行性等方面會對學生有著極強的吸引力。校方鼓勵教師利用一切條件和機會吸引學生參與到教師的科研項目里，學生可以了解和學習小到每一個實驗、大到整個科研項目完成過程中若干環(huán)節(jié)的基本要求，學生的實驗知識與技能得到發(fā)揮的同時，他們更能感受到科學的奧秘和濃厚的學術氛圍。最近幾年，課程組都會分流部分學生參與到教師的科研團隊，比如鼓勵學生參與《柿葉黃酮對糖尿病患者口腔菌群的影響》《金絲桃苷基于ATF3調控的抗結腸癌分子機制研究》等項目的研究工作中。課程時長一般只有幾個月，課程的歷史背景和未來延伸往往會隨著結課戛然而止。但是學生接受具體任務而參與到科研項目中，課程時間會歷時更久，但學生有了對相關領域進行更深入學習的機會?！毒C合實驗》項目任務的選擇還可以從大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動的角度考慮，鼓勵學生自行擬定課題，從提出假設、廣泛調研、問題形成、實驗設計、實驗進行、數(shù)據(jù)分析處理、得出結論等過程中，教師全程跟蹤指導，切實提高學生創(chuàng)造能力和科研實踐動手能力。

3.課程實施過程中師生角色的轉變

項目任務式的《綜合實驗》項目化教學以學生為中心。無論項目任務來自教師還是學生，都沒有現(xiàn)成的講義、教案、教材或Protocol供學生“照方抓藥”。學生在開始實驗之前，面對具體的任務，必須提出假設并尋找解決方案。這個時候教師可以提醒或要求學生就所進行課題的研究文獻進行綜述。學生在這個過程中學會了各種專業(yè)數(shù)據(jù)庫的應用、文獻檢索整合的方法、研究問題解決的基本思路、實驗流程的設計及實驗方法的選擇等科學研究必備技能。這完全是一種自主學習的模式[2]。在這些環(huán)節(jié)中，學生潛能得到發(fā)揮，獨立思考和獨立開展實驗的能力得到訓練，創(chuàng)新素質得到發(fā)展。

教師最關鍵的任務是根據(jù)專業(yè)發(fā)展方向和人才培養(yǎng)目標，盡可能地引入創(chuàng)新性實驗項目和教師科研成果，設計出科學、實用、完整的既符合專業(yè)發(fā)展方向，又體現(xiàn)課程內容要求的項目任務，還要考慮到教學過程中可能出現(xiàn)的問題并有解決對策。教師在項目任務執(zhí)行過程中引導學生發(fā)現(xiàn)新知識、掌握新內容。教師身兼組織者、解惑者、設計者等多重角色，但是卻淡化或摒棄了傳統(tǒng)的授業(yè)者角色[3]。

4.多元化考核方式

傳統(tǒng)的實驗教學考核方式往往以考核實驗操作或撰寫實驗報告為主，弊端已如前述。本課程的考核采用過程評價（選題、文獻綜述、方案設計）和目標評價（實驗過程、結果分析、結果展示）相結合的多元評價方式，注重考核學生分析問題、解決問題的自主學習力和創(chuàng)新力，客觀全面反映學生實驗綜合能力和教學效果[4]。本課程將階段性實驗答辯納入考核內容。通過調研選題，各組設計方案并就方案進行答辯，然后確定實驗項目;在選題和實驗方案設計、實驗完成后分別進行小組答辯，聘請專家或技術人員就學生設計的實驗方案、實驗室操作情況、實驗結果分析和數(shù)據(jù)處理等進行評審?？梢詫⒄伎偝煽?0%的課程答辯成績交由學生相互評定，讓學生切身感受到公平與公正。通過這種方式加大考核的力度，充分檢驗學生的實驗效果及綜合能力，有效督促學生認真對待實驗教學。

項目任務式的《綜合實驗》課程教學體現(xiàn)了“科研項目引領、學生實現(xiàn)、教師引導”的特征，是一種學生主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學模式，使人才培養(yǎng)更符合創(chuàng)新人才的要求，為學生創(chuàng)新項目、畢業(yè)設計等實踐環(huán)節(jié)教學工作的開展做好鋪墊工作，也為其讀研深造、行業(yè)領域內就業(yè)等提供保障。

參考文獻：

[1]程捷、羅云杰、閆紅強：《〈高分子化學實驗〉課程的教學改革與學生實踐能力培養(yǎng)》，《高分子通報》2012年第1期，第117-119頁。

[2]王存、陳紹成、熊政委、王躍、樸健榮：《“翻轉課堂”與實驗項目模塊設計在儀器分析實驗教學中的應用》，《中國藥房》2017年第24期。

[3]王利君、朱海峰、唐潔芳、丁笑君、熊杰：《“面料結構與性能測試”實驗課程項目教學法的探索與實踐》，《紡織服裝教育》2012年第5期，第463-465頁。

[4]王琛、史永純、邵成：《“大氣污染控制實驗”課程教學模式的創(chuàng)新與實踐》，《黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學院學報》2017年第3期。

作者單位：西安交通大學生命科學與技術學院 ?陜西省生命科學實驗教學中心 ?陜西西安