以學(xué)科競(jìng)賽為載體的生物工程類實(shí)踐教學(xué)研究

馬麗 周麗亞 賀瑩 劉冠華

[摘 要] 學(xué)科競(jìng)賽是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和動(dòng)手能力的良好途徑。以河北工業(yè)大學(xué)生物工程專業(yè)為例，基于大量的實(shí)踐教學(xué)研究結(jié)果，開展以“學(xué)科競(jìng)賽為載體”，研究適合生物工程專業(yè)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案。通過對(duì)優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)課程體系、構(gòu)建綜合實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)、豐富實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容和形式、探索學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目向?qū)嵺`教學(xué)內(nèi)容的轉(zhuǎn)化等內(nèi)容的研究和實(shí)踐，促使實(shí)踐教學(xué)從以知識(shí)傳遞為核心的教育向以知識(shí)創(chuàng)新為核心的素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，以滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對(duì)高素質(zhì)創(chuàng)新型生物工程人才的需要。

[關(guān)鍵詞] 學(xué)科競(jìng)賽;實(shí)踐教學(xué);改革;教學(xué)效果

近年來，生命基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展推動(dòng)了諸如合成生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)等新興學(xué)科的發(fā)展，對(duì)我國(guó)生物工程人才培養(yǎng)提出新的要求?！渡锕こ虒I(yè)本科教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》（2014）中指出，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)生物工程專業(yè)的工程應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，也要體現(xiàn)上述新發(fā)展動(dòng)向和趨勢(shì)，要求學(xué)生不僅要掌握扎實(shí)的生物學(xué)、工程學(xué)基礎(chǔ)理論和生物工程專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，而且要受到嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練與工程實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練，適應(yīng)未來生物工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展。其中，將實(shí)驗(yàn)技能和工程實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)提到顯著的位置，這就要求我們加速傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)向綜合性、創(chuàng)新性實(shí)踐轉(zhuǎn)變[1，2]。但目前多數(shù)高校對(duì)于實(shí)踐教學(xué)的設(shè)置還存在問題，側(cè)重于“科學(xué)性”而非“應(yīng)用性”和“工程性”，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力不能得到有效訓(xùn)練，從而使實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)效果難以得到充分發(fā)揮;將實(shí)踐、實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)作為理論課程的附屬;實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的吸引力不足，缺少實(shí)驗(yàn)的分析、設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不強(qiáng)[3，4]。針對(duì)上述問題，基于大量的實(shí)踐教學(xué)研究結(jié)果，開展以“學(xué)科競(jìng)賽為載體”，研究適合生物工程專業(yè)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案，使實(shí)踐教學(xué)從以知識(shí)傳遞為核心的教育向以知識(shí)創(chuàng)新為核心的素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對(duì)高素質(zhì)創(chuàng)新型生物工程人才的需要具有重要意義。

一、實(shí)踐教學(xué)改革面臨的問題

由于生物工程的學(xué)科特點(diǎn)，需要理論與實(shí)踐、與科技發(fā)展的前沿緊密結(jié)合。大量的實(shí)踐證明，參與學(xué)科競(jìng)賽對(duì)培養(yǎng)全面的復(fù)合型生物工程人才，推動(dòng)生物工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)改革具有積極作用[5]，但目前還存在以下問題。

（一）參與學(xué)科競(jìng)賽的受眾面窄

參與學(xué)科競(jìng)賽，并在賽事中獲得好成績(jī)是學(xué)校、教師和學(xué)生三方共同的努力方向。學(xué)校層面上，在學(xué)科競(jìng)賽中取得好的成績(jī)，可以提高學(xué)校知名度，獲得上級(jí)教育部門和社會(huì)公眾的認(rèn)可;指導(dǎo)教師層面上，通過指導(dǎo)學(xué)生參與競(jìng)賽，可以提高實(shí)踐教學(xué)水平;參賽學(xué)生層面上，可以提升實(shí)踐能力和實(shí)踐水平，為今后深造和從事相關(guān)科研工作打下基礎(chǔ)[6]。但是，參賽的只是學(xué)校中的少部分學(xué)生，受眾面窄，同時(shí)，指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)會(huì)偏向于競(jìng)賽相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)和指導(dǎo)，與日常教學(xué)活動(dòng)脫節(jié)嚴(yán)重，因此，單獨(dú)憑借競(jìng)賽活動(dòng)并不能達(dá)到教育、教學(xué)資源的共享，僅通過該種方式難以提高整體實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)水平[7]。

（二）競(jìng)賽內(nèi)容與實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)脫節(jié)

現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)基本是由教師根據(jù)教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)來設(shè)計(jì)一些驗(yàn)證性的教學(xué)項(xiàng)目，每個(gè)實(shí)驗(yàn)之間的關(guān)系相對(duì)獨(dú)立，且由于教學(xué)設(shè)備及教學(xué)經(jīng)費(fèi)的限制，實(shí)踐教學(xué)的具體課程一般都是為了滿足一個(gè)或幾個(gè)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)而設(shè)計(jì)出來的驗(yàn)證性項(xiàng)目，缺乏持續(xù)改進(jìn)和技術(shù)更新[8]，與當(dāng)前最新的知識(shí)和技術(shù)有脫節(jié)。而且，單個(gè)的教學(xué)項(xiàng)目間沒有連貫性，如生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的蛋白質(zhì)性質(zhì)、紫外分光光度法測(cè)定蛋白質(zhì)含量、血清蛋白的醋酸纖維膜電泳等實(shí)驗(yàn)，難以滿足和適應(yīng)未來生物工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要[9]。

（三）實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控和反饋的力度較弱

以往的教學(xué)評(píng)價(jià)過程，一般就是采用平時(shí)成績(jī)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)相結(jié)合的方式進(jìn)行，這種評(píng)價(jià)機(jī)制脫離了實(shí)際的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)情境，不能直觀反映學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力[ 10 ]，不利于對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)分析、設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。

二、學(xué)科競(jìng)賽為載體的實(shí)踐教學(xué)改革探究

（一）目標(biāo)導(dǎo)向，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)課程體系

本專業(yè)立足于京津冀生物產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展帶，圍繞生物工程本科生培養(yǎng)目標(biāo)要求，參照國(guó)標(biāo)和企業(yè)或行業(yè)專家建議，構(gòu)建了工程學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)三大課程群模式組成的課程體系（圖1），完善本科人才培養(yǎng)方案，健全通識(shí)教育體系，整合課程內(nèi)容，優(yōu)化專業(yè)教育課程體系。針對(duì)賽事題目設(shè)置“問題導(dǎo)向”課程、“學(xué)科前沿”課程、“交叉技術(shù)”課程，開設(shè)科研訓(xùn)練課、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練課、自主實(shí)驗(yàn)課等一批能力拓展課程，將原本分散在不同理論課程中的實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目重新整合，組織成為具有綜合性、研究性的實(shí)踐課程，將程式化、乏味的固化實(shí)驗(yàn)課程轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢砸l(fā)學(xué)生思考、培養(yǎng)科學(xué)思維和動(dòng)手能力的啟發(fā)式實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠在其中完成方案設(shè)計(jì)和形成產(chǎn)品創(chuàng)新，強(qiáng)化了學(xué)生的工程意識(shí)，增強(qiáng)了解決實(shí)際問題的能力，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。

（二）基于學(xué)科競(jìng)賽，構(gòu)建綜合實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)

依托生物學(xué)一級(jí)學(xué)科碩士點(diǎn)、生物與醫(yī)藥碩士專業(yè)學(xué)位點(diǎn)、“化工節(jié)能過程集成與利用”國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室、“綠色化工與高效節(jié)能”河北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、河北省分子生物物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等教學(xué)科研資源，構(gòu)建學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)等平臺(tái)，開展實(shí)踐教學(xué)、創(chuàng)新教育、學(xué)科競(jìng)賽等多層次綜合訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了工程能力與素養(yǎng)的完整性培育（圖2）。學(xué)生在各項(xiàng)基礎(chǔ)性、專業(yè)型、綜合性學(xué)科競(jìng)賽中獲得了優(yōu)異成績(jī)，近三年，獲得包括全國(guó)大學(xué)生生命科學(xué)競(jìng)賽、大學(xué)生挑戰(zhàn)杯、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃、化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽、化工實(shí)驗(yàn)大賽等在內(nèi)的國(guó)家級(jí)和省部級(jí)獎(jiǎng)50余項(xiàng)。

（三）豐富實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容和形式

本專業(yè)特別注重培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)，推行工學(xué)并舉、校企合作的培養(yǎng)模式，縮短學(xué)生與社會(huì)“最后一公里”的距離。現(xiàn)已與河北石藥控股集團(tuán)有限公司、天津天士力集團(tuán)有限公司、北京邁基諾基因科技股份有限公司等共建實(shí)踐實(shí)習(xí)教學(xué)基地。通過生產(chǎn)實(shí)踐教學(xué)，近距離參觀學(xué)習(xí)相關(guān)生產(chǎn)流程、操作規(guī)范等，加深對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)的理解和掌握，在理論教學(xué)和生產(chǎn)實(shí)踐之間搭建了橋梁。同時(shí)選聘了16名企業(yè)專家擔(dān)任兼職教師，強(qiáng)化工程實(shí)踐教學(xué)，強(qiáng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合，體現(xiàn)專業(yè)特點(diǎn)，反映培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的科研素養(yǎng)、動(dòng)手能力及綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

（四）探索學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目向?qū)嵺`教學(xué)的轉(zhuǎn)化

學(xué)科競(jìng)賽為課程設(shè)計(jì)提供了新思路和新課題，通過將學(xué)科競(jìng)賽作品和案例作為載體，以探索式、研討式教學(xué)方法融入各學(xué)科課程設(shè)計(jì)中，結(jié)合課程所需要的知識(shí)點(diǎn)和技能訓(xùn)練內(nèi)容，建立以課題為核心的課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式，將實(shí)踐教學(xué)由單一向綜合方向遞進(jìn)。同時(shí)，根據(jù)學(xué)時(shí)要求可將實(shí)驗(yàn)按照知識(shí)點(diǎn)和實(shí)踐技能訓(xùn)練的內(nèi)容進(jìn)行合理分解，解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容之間連貫性差的問題。目前，在大學(xué)二年級(jí)和三年級(jí)開設(shè)了研究型實(shí)驗(yàn)和開放實(shí)驗(yàn)，這些課程通過介紹競(jìng)賽和科研過程中的相關(guān)知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際解決復(fù)雜工程問題的能力，提高學(xué)生掌握和使用現(xiàn)代工具的能力，使學(xué)生具有自我知識(shí)更新和拓展的能力，開啟在校課程所學(xué)知識(shí)和所獲能力的更新與拓展之門，為學(xué)生結(jié)束本科學(xué)業(yè)后開始后續(xù)的終身自主學(xué)習(xí)做好鋪墊。

以大三年級(jí)為例，設(shè)計(jì)了固定化漆酶及對(duì)去除廢水中的2，4-二氯苯酚的研究型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中引入固定化酶技術(shù)，學(xué)生根據(jù)自己的理解可選擇不同的固定化方法（樹脂吸附法、交聯(lián)法等）。學(xué)生在理論課程學(xué)習(xí)和生物化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以小組為單位，對(duì)給定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)并優(yōu)化相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并完成課程任務(wù)。通過本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要使學(xué)生深入理解不同固定化方法對(duì)酶活性的影響，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)性思維能力。同時(shí)通過團(tuán)隊(duì)合作，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到分工與合作的重要性，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

（五）學(xué)科競(jìng)賽為載體，形成科研和教學(xué)融合

指導(dǎo)學(xué)生參與學(xué)科競(jìng)賽的教師，多數(shù)都承擔(dān)科研項(xiàng)目的研究工作，實(shí)現(xiàn)科研工作和實(shí)踐教學(xué)過程的有機(jī)結(jié)合，需要不斷完善實(shí)踐教學(xué)體系，以創(chuàng)新教育和提高學(xué)生綜合素質(zhì)為目的，有組織、有領(lǐng)導(dǎo)、有計(jì)劃地開展實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。從實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的選擇、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的開放式管理、教師隊(duì)伍的選擇和培養(yǎng)、監(jiān)管制度和考核制度等多方面同時(shí)進(jìn)行。引導(dǎo)教師將先進(jìn)的技術(shù)或科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容或手段，推動(dòng)現(xiàn)有設(shè)備的改造和功能提升，給學(xué)生提供自主發(fā)展和實(shí)踐鍛煉的空間，最大限度地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的效能，提高實(shí)踐教學(xué)水平和質(zhì)量，探索出一條可持續(xù)提升實(shí)踐教學(xué)整體水平的新途徑，從而有效提高學(xué)生工程實(shí)踐技能，增強(qiáng)學(xué)生交流和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

（六）建立實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系

對(duì)于實(shí)踐教學(xué)改革，不僅是要注重實(shí)踐教學(xué)過程，也需要加大對(duì)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控和反饋的力度，及時(shí)掌握實(shí)踐教學(xué)改革的效果。實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的監(jiān)控一般分為三個(gè)階段，即實(shí)踐教學(xué)準(zhǔn)備階段、實(shí)踐教學(xué)過程實(shí)施階段、實(shí)踐后鞏固階段。準(zhǔn)備階段主要是對(duì)實(shí)踐教學(xué)安排情況、學(xué)生預(yù)習(xí)情況進(jìn)行監(jiān)控;實(shí)踐教學(xué)過程實(shí)施監(jiān)控是指對(duì)實(shí)踐教學(xué)過程中進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)了解學(xué)生和教師在教學(xué)過程中的情況，是否達(dá)到教學(xué)預(yù)期效果;實(shí)踐教學(xué)后的反饋監(jiān)控主要是實(shí)踐教學(xué)總結(jié)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐總結(jié)以及專業(yè)知識(shí)的鞏固情況的調(diào)查。

三、結(jié)論

面向各類工科專業(yè)的學(xué)科競(jìng)賽，對(duì)于培養(yǎng)工科專業(yè)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、創(chuàng)業(yè)意識(shí)，以及錘煉其團(tuán)隊(duì)意識(shí)、工匠精神等具有重要意義。因此，將學(xué)科競(jìng)賽融入實(shí)踐教學(xué)，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。通過學(xué)科競(jìng)賽帶動(dòng)面向“新工科”的專業(yè)人才培養(yǎng)方案、實(shí)踐課程體系的動(dòng)態(tài)優(yōu)化、調(diào)整，豐富及完善新工科實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容和形式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，為新工科人才的培養(yǎng)提供了新途徑。

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