基于實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的生物綜合大實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

孫玉林，趙春巧，羅琴琴

（1.嶺南師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 廣東 湛江 524048；2.嶺南師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 廣東 湛江 524048）

生物科學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，主要研究生命活動(dòng)及變化規(guī)律的科學(xué)。生物科學(xué)專業(yè)主要培養(yǎng)具備生物學(xué)基本理論、知識(shí)和技能，了解專業(yè)的發(fā)展歷史和趨勢(shì)；把握學(xué)科基礎(chǔ)、前沿和特色，具有良好的創(chuàng)新意識(shí)，能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、技能去分析和解決問題；從事與生物學(xué)相關(guān)的教育教學(xué)、科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)及管理等方面工作的復(fù)合型人才[1]。生物科學(xué)專業(yè)包括的課程門類特別多，其核心課程有：植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、生物化學(xué)、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)、人體及動(dòng)物生理學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、免疫學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)等，其中生物綜合大實(shí)驗(yàn)是生物類專業(yè)的一門集生物分離工程、基因工程、分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物信息學(xué)、植物組織培養(yǎng)等多門課程于一體的綜合性實(shí)驗(yàn)課程，該門課程能較好地提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

在生物科學(xué)專業(yè)學(xué)生能力架構(gòu)中，實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，不可缺少，同時(shí)在本科生人才培養(yǎng)方案中也有明確規(guī)定與要求。筆者在對(duì)嶺南師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物科學(xué)專業(yè)部分本科生的調(diào)研訪談中發(fā)現(xiàn)，有些學(xué)生對(duì)生物綜合大實(shí)驗(yàn)的興趣不濃厚，實(shí)驗(yàn)操作技能欠缺，實(shí)踐創(chuàng)新能力沒能得到較好的鍛煉與提升。因此，本文旨在探索生物科學(xué)專業(yè)生物綜合大實(shí)驗(yàn)的課程改革，以期提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)踐創(chuàng)新能力，為他們今后從事相關(guān)工作及繼續(xù)深造奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

1 存在的問題

①學(xué)生的主觀能動(dòng)性沒有得到充分發(fā)揮。在教學(xué)過程中，教師還是采用“滿堂灌”的教學(xué)模式，即首先集中講解本節(jié)課的重難點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，接著進(jìn)行操作示范，最后由學(xué)生獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)。有些學(xué)生沒有課前預(yù)習(xí)，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較生疏，加上課堂上無(wú)法清晰觀察到教師的實(shí)驗(yàn)動(dòng)作要領(lǐng)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過程中操作不規(guī)范，錯(cuò)誤頻繁發(fā)生，實(shí)驗(yàn)積極性受挫，最后出現(xiàn)一個(gè)小組僅有一人動(dòng)手，十幾個(gè)人旁觀的現(xiàn)象，學(xué)生普遍抱著應(yīng)付的心態(tài)，久而久之，不利于學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)和專業(yè)知識(shí)體系的構(gòu)建。

②教師考核方式單一。對(duì)該門課程的考核主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為依據(jù)，不能真實(shí)反映學(xué)生實(shí)際的掌握程度，缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)的過程性評(píng)價(jià)，教學(xué)效果不顯著。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作欠缺規(guī)范性，無(wú)法勝任中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)工作。

基于此現(xiàn)狀，本文立足于現(xiàn)行教學(xué)體制條件，對(duì)生物綜合大實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、教學(xué)方式及考核體系進(jìn)行改革，并加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的投入間數(shù)、儀器設(shè)備的投入臺(tái)數(shù)和加大實(shí)驗(yàn)室的開放力度（增加平時(shí)及寒暑假開放時(shí)間），為該門課程的開設(shè)提供平臺(tái)保障。另外，通過“科研反哺教學(xué)”，將教師的科研項(xiàng)目與生物綜合大實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，成立“科研興趣小組”，實(shí)行本科生導(dǎo)師制，通過導(dǎo)師對(duì)學(xué)生的有效指導(dǎo)培養(yǎng)他們從事科學(xué)研究和實(shí)踐創(chuàng)新的能力。以上這些改革舉措對(duì)提高生物類專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，滿足創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)和科教興國(guó)戰(zhàn)略都具有重要的理論與實(shí)踐意義[2]。

2 生物綜合大實(shí)驗(yàn)改革體系探索

2.1 對(duì)生物綜合大實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行改革

將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與教師的最新研究成果相結(jié)合，增加實(shí)驗(yàn)的新穎性。讓學(xué)生更多地接觸學(xué)科前沿的研究動(dòng)態(tài)和技術(shù)手段，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的興趣，從而提高他們的實(shí)踐創(chuàng)新能力。如依托本院教師的科研項(xiàng)目——“虎斑烏賊內(nèi)臟多糖結(jié)構(gòu)解析及其對(duì)膽固醇逆轉(zhuǎn)運(yùn)（RCT）的作用機(jī)理研究”“擬目烏賊活性多糖酶解制備、結(jié)構(gòu)鑒定及降高膽固醇血脂癥作用機(jī)制研究”“藍(lán)斑背肛海兔卵多糖提取、純化、表征及其免疫調(diào)節(jié)作用機(jī)理研究”等，可設(shè)立海洋軟體動(dòng)物多糖提取及初步純化的綜合性實(shí)驗(yàn)。依托本院教師的教改項(xiàng)目——“基于生物博物館創(chuàng)建粵西青少年生命科技創(chuàng)客體驗(yàn)中心及創(chuàng)客教育研究”“青少年生命科技創(chuàng)客體驗(yàn)科普課程研發(fā)—優(yōu)秀科普作品創(chuàng)作”“湛江市珍稀動(dòng)植物博物館青少年科普教育推廣”等，來(lái)提高學(xué)生的實(shí)踐能力。此外，在編排生物綜合大實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，可增加一些生物學(xué)前沿的內(nèi)容，以適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代多學(xué)科交叉、融合發(fā)展的趨勢(shì)。在分子鑒定這一塊，利用Primer 5 軟件來(lái)對(duì)目標(biāo)引物進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過基因bank（NCBI）進(jìn)行基因序列的比對(duì)，采用MEGA 7.0 進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建；在基因克隆表達(dá)方面，增加生物信息學(xué)的分析內(nèi)容，利用代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)來(lái)分析相關(guān)基因的表達(dá)情況；在蛋白純化方面，增加AKTA 蛋白純化儀的工作原理、使用方法及技術(shù)要點(diǎn)等。

2.2 對(duì)綜合大實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行改革

2.2.1 運(yùn)行導(dǎo)師制“科研興趣小組”

生物綜合大實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施前，教師把自己的研究方向、專業(yè)特長(zhǎng)及最新獲得的國(guó)家級(jí)和省部級(jí)科研項(xiàng)目（如國(guó)家自然科學(xué)基金、省自然科學(xué)基金及重大科技攻關(guān)項(xiàng)目）列出來(lái)供學(xué)生選擇，同時(shí)教師也可以根據(jù)學(xué)生擬開展本科畢業(yè)論文的研究?jī)?nèi)容及考研的專業(yè)方向來(lái)確定所帶的人選，通過師生互選最后成立導(dǎo)師制“科研興趣小組”[3]，該模式與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程中1—2 名教師給學(xué)生進(jìn)行集中授課的模式不同，導(dǎo)師制團(tuán)隊(duì)由多名不同系列的教師搭配組成（約5—6 人），包括教師系列和實(shí)驗(yàn)員系列，職稱從正高級(jí)到副高級(jí)再到中級(jí)。首先，根據(jù)課程的設(shè)置，導(dǎo)師先提出一個(gè)綜合型實(shí)驗(yàn)題目；接著，各個(gè)科研興趣小組的學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，制訂出實(shí)驗(yàn)方案；最后，報(bào)導(dǎo)師批準(zhǔn)后，選擇合適的時(shí)間段進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)，可自主完成實(shí)驗(yàn)前的一些準(zhǔn)備工作，如實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備、試劑配制、實(shí)驗(yàn)裝置的搭建、實(shí)驗(yàn)安全防護(hù)等。該模式使學(xué)生在鞏固基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)提高了動(dòng)手能力[4]，同時(shí)也為學(xué)生的自主探索營(yíng)造了良好的氛圍。

2.2.2 信息化教學(xué)模式

生物綜合大實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中可充分利用超星泛雅平臺(tái)、慕課、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等現(xiàn)代教學(xué)資源。教師利用這些信息化平臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)課前與學(xué)生進(jìn)行溝通，學(xué)生可在實(shí)驗(yàn)前對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整；課后教師在平臺(tái)上對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析點(diǎn)評(píng)。此外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以打破時(shí)間和空間的限制[5]，為學(xué)生提供進(jìn)一步了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的機(jī)會(huì)，從而更好地提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力。

2.2.3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂是一種新的教學(xué)模式，以學(xué)生為主體，自主式地進(jìn)行學(xué)習(xí)。教師事先將錄制好的教學(xué)視頻提前發(fā)放給學(xué)生，學(xué)生按照要求提前觀看學(xué)習(xí)，正式上課時(shí)，學(xué)生將所理解的內(nèi)容講述出來(lái)，并將困惑也一一列舉出來(lái)，然后大家一起討論，從而進(jìn)一步加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握。以生物綜合大實(shí)驗(yàn)中的基因工程實(shí)驗(yàn)為例，具體步驟如下：

①教師將事先錄制好的基因克隆、載體構(gòu)建、蛋白表達(dá)純化等相關(guān)視頻發(fā)放給學(xué)生，并提出實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟆?/p>

②學(xué)生根據(jù)本章課程安排及要求，觀看教師發(fā)放的視頻材料，調(diào)研文獻(xiàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作。

③教師對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行完善、優(yōu)化，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析與討論，師生互動(dòng)，最后順利完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。

翻轉(zhuǎn)課堂能夠讓學(xué)生在課前產(chǎn)生想法，然后帶著問題去實(shí)踐。實(shí)踐過程中，由于學(xué)生在課前已經(jīng)對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有了較為深入的思考，因此人人均可以獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)，不再出現(xiàn)圍觀的現(xiàn)象，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與度與積極性都能得到較大幅度的提升。此時(shí)教師的角色轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生身邊的引導(dǎo)者”，引領(lǐng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究過程中不斷進(jìn)行思考，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，逐步提升學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2.3 對(duì)生物綜合大實(shí)驗(yàn)考核體系進(jìn)行改革

實(shí)驗(yàn)課程考核體系的內(nèi)容涉及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)過程評(píng)價(jià)、協(xié)作能力評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫、理論考試和實(shí)踐實(shí)操等方面[6]。在以往的實(shí)驗(yàn)課程考核體系中，僅僅以學(xué)生提交上來(lái)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為評(píng)分的唯一標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程關(guān)注過少，以致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中容易出現(xiàn)不主動(dòng)、不操作、不認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等懈怠行為，而且實(shí)驗(yàn)報(bào)告較難體現(xiàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的掌握程度，對(duì)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)效果不顯著。因此，改革生物綜合大實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及方式的同時(shí)，考核體系也需進(jìn)一步完善。實(shí)驗(yàn)課程總評(píng)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、期中成績(jī)和期末成績(jī)構(gòu)成。其中平時(shí)成績(jī)包括學(xué)生考勤、實(shí)驗(yàn)參與度、小組協(xié)作精神、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫等；期中成績(jī)包括實(shí)操考核成績(jī)；期末成績(jī)由理論考試和現(xiàn)場(chǎng)問答構(gòu)成，這三部分所占分值的百分比為40%∶30%∶30%。

3 生物綜合大實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的效果

自2021 年實(shí)施該課程改革以來(lái)，2018—2020 級(jí)生物科學(xué)專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力均有較大幅度的提升。在課程改革和新的評(píng)價(jià)體系驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生都較早地進(jìn)入各自的科研團(tuán)隊(duì)和實(shí)驗(yàn)室，能結(jié)合課程內(nèi)容及導(dǎo)師的科研項(xiàng)目，進(jìn)行文獻(xiàn)查閱和實(shí)驗(yàn)方案制訂，其學(xué)習(xí)興趣和積極性逐漸增強(qiáng)。近3 年，嶺南師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生在第五、六、七屆全國(guó)大學(xué)生電子商務(wù)“創(chuàng)新、創(chuàng)意、創(chuàng)業(yè)”大賽廣東賽區(qū)、第六、七、八屆全國(guó)大學(xué)生生命科學(xué)競(jìng)賽、廣東省第十四、十五、十六屆“挑戰(zhàn)杯”、2021—2022 年廣東省大學(xué)生生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能大賽等多項(xiàng)大賽中獲獎(jiǎng)60 余項(xiàng)；參與發(fā)表學(xué)術(shù)論文100 余篇，其中第一作者論文30 余篇；申請(qǐng)專利30 余件。另外，2018 級(jí)與2019級(jí)學(xué)生的考研率較2017 級(jí)穩(wěn)步提升，2018 級(jí)考研率為19.4%，2019 級(jí)考研率躍升到24.6%，而2017 級(jí)考研率僅為13.5%。專業(yè)就業(yè)對(duì)口率方面，2018 級(jí)與2019 級(jí)分別為86.9%和88.5%，較2017 級(jí)的80%而言，分別提高了8.63%和10.63%。綜上，生物綜合大實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的效果逐漸凸顯出來(lái)，提高了學(xué)生的生物綜合實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)了他們就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也為他們繼續(xù)深造奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。