“以學(xué)生為中心”構(gòu)建生物工程綜合實驗

趙晴瀟 鄭勝 魏群 張秀廷

摘? 要：時代的不斷進步、社會競爭的日漸加劇及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段的日益更新，對高校教學(xué)改革提出了新的要求?！耙詫W(xué)生為中心”的教學(xué)理念日益深入教學(xué)改革的核心。唯有教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變、教學(xué)過程的改革才能更好地提高學(xué)生觀察問題、分析問題、解決問題的能力，為學(xué)生就業(yè)、考研奠定更為扎實的實驗基礎(chǔ)。該文就筆者學(xué)校生物工程綜合課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程和教學(xué)模式等方面進行了詳細的闡述。實施以來，學(xué)生的動手能力、思維能力在實驗過程中相比以往教學(xué)模式得到較大的提升。

關(guān)鍵詞：生物工程? 實驗教學(xué)? 以學(xué)生為中心? 生物工程綜合實驗

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2020）10（c）-0084-03

Abstract： The increasing social competition and the renewal of network teaching means put forward new requirements for college teaching reform. "Student-centered" educational concept is more and more important in the teaching process. The change of teaching concept and the reform of teaching content stimulate the students' enthusiasm for classroom participation， and lay a more solid experimental foundation for the students' employment and postgraduate entrance examination. This paper expounds the teaching content， teaching arrangement and teaching mode of the course of biological engineering. The students' practical ability and thinking ability have been greatly improved compared with the previous teaching mode in the process of experiment.

Key Words： Biological engineering; Experimental teaching; Student centered; Bioengineering experiment

面對教學(xué)改革的不斷深化，“以學(xué)生為中心”的教育理念逐步得到廣大教育工作者的認可，理念的實施對教學(xué)管理理念、教學(xué)方法、教學(xué)過程評價手段的改革提出了新的要求[1]。東北電力大學(xué)地處東北地區(qū)，毗鄰國家生物產(chǎn)業(yè)基地長春，學(xué)生除集中就業(yè)于長春外，還面向全國各大生物企業(yè)。近年來就業(yè)單位有雪花啤酒、梅花味精、科倫藥業(yè)、湛江燃料乙醇、電廠等企業(yè)。專業(yè)通過走訪、座談、問卷調(diào)查等方式深入了解生物工程類企業(yè)的人才需求實際，參考國內(nèi)相近培養(yǎng)目標生物工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，制訂出有利于提高學(xué)生能力素質(zhì)的培養(yǎng)方案。

其中實驗課程的設(shè)置力求既具有一定特色又符合該專業(yè)的人才培養(yǎng)目標。該文將從生物工程綜合實驗課程的課程安排、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式等方面逐一進行闡述。

1? 課程安排

生物工程綜合實驗課程的開設(shè)要求學(xué)生已具備微生物學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、酶工程、基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程等課程的理論基礎(chǔ)。該專業(yè)將該課程安排在大學(xué)四年級的第一學(xué)期，這樣就可以集中利用兩個星期的時間，全天進行實驗，排除其他課程對實驗的影響，以確保實驗可以連貫完整地完成。以往開設(shè)實驗，實驗時間需嚴格遵循課程表時間安排，導(dǎo)致實驗連續(xù)性差、學(xué)生責(zé)任心不強、敷衍了事的問題。實驗時間改為兩個星期后，學(xué)生專心完成實驗，實驗環(huán)環(huán)相扣，馬虎、敷衍后帶來的自然結(jié)果懲罰機制（重做實驗）極大地扭轉(zhuǎn)了學(xué)生的不良心態(tài)。

2? 優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容

著眼于拓寬學(xué)生就業(yè)方向，切實提高學(xué)生操作能力、觀察能力和思維能力，根據(jù)企業(yè)走訪、座談及畢業(yè)生反饋信息結(jié)合現(xiàn)有的科研優(yōu)勢擬定了生物工程綜合實驗教學(xué)大綱，教學(xué)內(nèi)容中突出體現(xiàn)來自行業(yè)企業(yè)涉及的實驗項目、減少驗證性實驗，提高研究設(shè)計性實驗比例， 部分實驗采用啟發(fā)式教學(xué)，由學(xué)生根據(jù)實驗室現(xiàn)有條件，自行設(shè)計切實可行的實驗方案，經(jīng)實驗教師審核后方準許開展實驗[2]。經(jīng)實踐，學(xué)生在解決問題的過程中工程能力得到了極大的提高。具體的教學(xué)內(nèi)容如下。

（1）基因工程實驗?zāi)K。

實驗一：藍色素基因的序列分析及PCR擴增。

①藍色素基因的序列分析及表達引物的設(shè)計。

②藍色素基因的PCR及純化回收。

實驗二：表達質(zhì)粒載體的提取、酶切、與目的基因的連接、轉(zhuǎn)化。

①表達質(zhì)粒的提取。

②表達載體和藍色素基因PCR產(chǎn)物雙酶切及連接。

③基因表達載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌。

④重組大腸桿菌工程菌株的鑒定。

（2）發(fā)酵工程實驗?zāi)K。

實驗三：大腸桿菌工程菌株的發(fā)酵及產(chǎn)物的萃取。

①大腸桿菌工程菌株的發(fā)酵。

②藍色素的萃取。

③發(fā)酵工廠仿真模擬實驗。

（3）酶工程實驗?zāi)K。

實驗四：胰蛋白酶比活力的測定。

實驗五：酵母細胞的固定化。

實驗六：溶菌酶的提取。

（4）細胞工程實驗?zāi)K。

實驗七：馬鈴薯莖尖組織培養(yǎng)。

實驗八：月季快繁。

3? 優(yōu)化教學(xué)模式

在之前的生物工程實驗中，實驗藥品完全由實驗教師準備，大四畢業(yè)設(shè)計時發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生藥品配制中計算不過關(guān)，藥品作用原理不知，不具備遇到問題分析解決的能力。學(xué)生上課時照方抓藥，懶于動腦，機械性完成實驗，功利的僅以拿到高分為目標。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式對部分學(xué)生來說，學(xué)習(xí)興趣不能被有效激發(fā)，學(xué)生也缺乏遇到問題、解決問題的機會，學(xué)生能力提升有限。該課程每次上課前要求學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)資源查找此次實驗內(nèi)容除教材規(guī)定外的不同解決方案，并組織全體進行討論，由任課教師進行提問，計入成績。督促學(xué)生認真預(yù)習(xí)自編教材《生物工程綜合大實驗》，理解實驗原理、操作步驟、注意事項等各個方面，每次課前由任課教師進行測評，計入成績。爾后任課教師對此次實驗的實驗原理、實驗內(nèi)容、藥品原理、易犯錯誤、理論實驗結(jié)果等方面逐一講授，加深學(xué)生對此次實驗內(nèi)容的理解。對于部分設(shè)計性實驗，教師不給予統(tǒng)一實驗方案，學(xué)生根據(jù)自己對實驗內(nèi)容預(yù)習(xí)情況，與指導(dǎo)教師討論后形成切實可行的實驗方案。無論是驗證性實驗還是設(shè)計性實驗，實驗用試劑都需要學(xué)生自行配制，對于用量少的試劑可以由若干組合作配制。這就要求學(xué)生具備計算能力及團隊溝通、合作能力。實驗過程中，由于實驗環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生實驗積極性及責(zé)任心有所提高，鍛煉了學(xué)生的動手能力和操作技巧。由于實驗時間的持續(xù)性，學(xué)生需要自行合理安排、規(guī)劃實驗時間，自行進行組內(nèi)分工，有效提高了學(xué)生的自律性、規(guī)劃能力和合作能力。實驗過程中，指導(dǎo)教師負責(zé)答疑解惑、指導(dǎo)監(jiān)督、及時糾正不規(guī)范操作。實驗結(jié)束后，實驗報告中要求呈現(xiàn)實驗結(jié)果、實驗中遇到的問題及解決方法、實驗的心得體會。整個實驗過程對擴展學(xué)生知識面、鍛煉學(xué)生解決實際問題，加深對理論知識的理解具有巨大的幫助作用[5-6]。

4? 建設(shè)線上實驗平臺

（1）采用多媒體教學(xué)， 優(yōu)化實驗教學(xué)設(shè)備。在正式實驗開始前， 采用多媒體示范， 利用幻燈片、動畫等方式， 將實驗的大概流程、注意事項、儀器的操作要點展示給學(xué)生， 使學(xué)生對預(yù)習(xí)過的實驗的內(nèi)容有形象的認識， 在這個基礎(chǔ)上進行獨立自主實驗。

（2）利用線上教育平臺，建設(shè)實驗教學(xué)課程，提高教學(xué)效果。利用雨課堂構(gòu)建生物工程綜合實驗，在雨課堂上呈現(xiàn)PPT、動畫等實驗預(yù)習(xí)用材料，對于以往學(xué)習(xí)過的實驗技能提供基礎(chǔ)實驗操作小視頻，以便糾正其不規(guī)范操作。有效提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力， 也利于提高學(xué)生實驗興趣和技能[7-8]。利用雨課堂進行預(yù)習(xí)內(nèi)容的隨堂測試，用時短，覆蓋面大且極大地簡化了實驗教師的計分工作量。

（3）學(xué)院購置了東方仿真系統(tǒng)，可以進行啤酒發(fā)酵車間、青霉素發(fā)酵車間等的仿真訓(xùn)練。學(xué)生不需進入生產(chǎn)車間，就可以短時間模擬發(fā)酵工藝流程，為學(xué)生日后實習(xí)、參加工作奠定了工業(yè)化生產(chǎn)基礎(chǔ)，有效地完成了從理論—實驗—實踐的過渡。經(jīng)過實踐，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生的參與積極性有所提高，學(xué)生對工廠的認識有所提高。

5? 結(jié)語

經(jīng)過教學(xué)實踐，學(xué)生的動手能力、思維能力、解決問題能力得到了較大提高，為學(xué)生走向工作崗位，走入科研院所從事研究性工作打下了堅實基礎(chǔ)。隨著實驗室軟硬件條件的逐步提高，實驗體系的進一步優(yōu)化，將更符合當今時代對生物工程專業(yè)人才的需求，切實增加學(xué)生的競爭能力。

參考文獻

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