生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革探析

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摘要分析高等學(xué)校生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中普遍存在的問題，提出深化實(shí)踐教學(xué)改革的思路。依托吉林大學(xué)國家級生物實(shí)驗教學(xué)示范中心，對實(shí)踐教學(xué)體系、方法、評價體系進(jìn)行一系列的改革與嘗試，初步探索出一條適合吉林大學(xué)生物工程專業(yè)發(fā)展的實(shí)踐教學(xué)道路。

關(guān)鍵詞生物工程；實(shí)踐教學(xué)；實(shí)訓(xùn)基地

1前言

生物工程作為21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的核心之一，是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性、綜合性很強(qiáng)的交叉學(xué)科[1]。隨著科技的進(jìn)步，新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，生物產(chǎn)業(yè)的前景也愈發(fā)廣闊。然而生物工程專業(yè)學(xué)生就業(yè)卻較為困難，究其根本原因，一方面是我國生物工程產(chǎn)業(yè)化水平較低，另一方面是因為學(xué)生的“三個能力”即實(shí)驗技能、工程能力、創(chuàng)新能力等方面有所欠缺。實(shí)踐教學(xué)是本科教學(xué)的重要組成部分，是學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際能力的過程，對大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力和工程能力的培養(yǎng)也至關(guān)重要。本文在分析國內(nèi)生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)弊端的基礎(chǔ)上，依托吉林大學(xué)國家級生物實(shí)驗教學(xué)示范中心（以下簡稱實(shí)驗中心），對生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革進(jìn)行初步探討。

2生物工程實(shí)踐教學(xué)存在的問題

忽視實(shí)踐教學(xué)，教育理念落后傳統(tǒng)教育觀念重理論、輕實(shí)踐，認(rèn)為實(shí)踐教學(xué)是理論教學(xué)的補(bǔ)充，是驗證理論課的一種手段[2]。因此，生物工程專業(yè)的基礎(chǔ)課和專業(yè)課設(shè)置門數(shù)較多，學(xué)生課業(yè)較重，課余時間不足。相對而言，實(shí)驗課不設(shè)考試，沒有學(xué)分，只注意如何更好地配合理論教學(xué)，這就造成學(xué)生不重視實(shí)驗課和實(shí)驗技能，成為生物工程專業(yè)實(shí)踐教育的一大痼疾。實(shí)驗內(nèi)容陳舊，實(shí)驗課安排不合理傳統(tǒng)的實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容大多是由課程指導(dǎo)教師獨(dú)立設(shè)置，而部分指導(dǎo)教師科研方向與所教課程方向不一致，無法將新知識、新技術(shù)和新方法引入實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容中，勢必導(dǎo)致實(shí)驗內(nèi)容陳舊，方法老套。再加上各課程指導(dǎo)教師缺乏應(yīng)有的溝通，故而實(shí)驗課內(nèi)容零散，實(shí)驗內(nèi)容重復(fù)[3]，使得學(xué)生喪失主動學(xué)習(xí)的興趣。同時，由于實(shí)驗課依附于理論課，沒有獨(dú)立的學(xué)時，實(shí)驗課普遍安排在學(xué)生課余時間，實(shí)驗時間不足，學(xué)生對實(shí)驗中的一些現(xiàn)象缺乏思考[4]。由于整個實(shí)驗中學(xué)生都是被動參與，他們的主動性和積極性沒有被充分調(diào)動，一旦出現(xiàn)問題便難以解決，限制了他們創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的發(fā)展。實(shí)驗教學(xué)經(jīng)費(fèi)投入少，師資隊伍薄弱由于經(jīng)費(fèi)投入不足，很多儀器設(shè)備臺套數(shù)不夠，許多實(shí)驗中幾個甚至是十幾個學(xué)生共用一套儀器設(shè)備，且難以更新?lián)Q代，先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備進(jìn)入不到教學(xué)中來，造成理論與實(shí)際脫節(jié)，不能充分調(diào)動學(xué)生動手操作的積極性[5]。加之長期以來受傳統(tǒng)教育觀念影響，實(shí)驗系列教師一直不被重視。從事實(shí)踐教學(xué)的教師普遍存在學(xué)歷低、水平不高、進(jìn)修機(jī)會少、職稱評定和工作量計算不合理的情況[6]，導(dǎo)致實(shí)驗教學(xué)人員工作熱情不高、責(zé)任心不強(qiáng)，嚴(yán)重影響了實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量。

3生物工程實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

近幾年，針對生物工程專業(yè)存在的實(shí)際問題，進(jìn)行許多改革嘗試。通過專業(yè)整合，將原屬于農(nóng)業(yè)與機(jī)械學(xué)院的生物工程專業(yè)調(diào)整到生命科學(xué)學(xué)院，依托實(shí)驗中心對生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，把實(shí)驗從理論課中分離出來，設(shè)計獨(dú)立的實(shí)踐課程和考核方法，理順學(xué)科脈絡(luò)，明確各課程的授業(yè)范圍，引入學(xué)科交叉和開放創(chuàng)新實(shí)驗，強(qiáng)化課程實(shí)驗與實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)內(nèi)容的相互銜接，構(gòu)建循序漸進(jìn)、逐步深入、全面系統(tǒng)的課程體系。這樣調(diào)整，使得課程內(nèi)容既避免重復(fù)，又相互銜接；既反映學(xué)科前沿，又突出學(xué)科交叉融合之勢。專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗?zāi)芰槟康?，?qiáng)化學(xué)生的理論知識和實(shí)驗技能訓(xùn)練。同時，在每門實(shí)驗課程內(nèi)設(shè)計一定學(xué)時的設(shè)計實(shí)驗項目和綜合實(shí)驗項目供學(xué)生自主選做，有一定加分，提高實(shí)驗的深度和廣度，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣發(fā)展。以微生物學(xué)實(shí)驗為例，設(shè)計為64學(xué)時，必選實(shí)驗有3項為54學(xué)時。同時，設(shè)計6項選做實(shí)驗，其中3項綜合性實(shí)驗“從酸奶中分離、培養(yǎng)產(chǎn)乳鏈菌肽的乳酸乳球菌及乳鏈菌肽效價測定”“大腸桿菌噬菌體的分離、純化及效價測定”“纖維素酶產(chǎn)生菌的選育”，每項為8學(xué)時；3項設(shè)計性實(shí)驗“高產(chǎn)淀粉酶霉菌的分離純化”“高產(chǎn)酒精的釀酒酵母菌株的誘變選育”“高產(chǎn)抗菌肽乳酸菌的分離純化”，每項為2學(xué)時。學(xué)生做完必選實(shí)驗后，至少再選作1項綜合性實(shí)驗和1項設(shè)計性實(shí)驗才能結(jié)課，這樣有助于確立學(xué)生在實(shí)踐中的主體地位，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，鍛煉其實(shí)驗技能。另外，承辦院、校、省級生物實(shí)驗技能大賽，根據(jù)競賽成績選拔下一級參賽人員。通過這樣一種“層層遞進(jìn)式”的競賽方式，學(xué)生的實(shí)驗技能進(jìn)一步得以鞏固、加深。實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)為了更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)與生產(chǎn)的對接，將專業(yè)實(shí)踐分為校內(nèi)實(shí)訓(xùn)和校外實(shí)習(xí)兩個階段。校內(nèi)實(shí)訓(xùn)建設(shè)了實(shí)訓(xùn)基地，配備了相應(yīng)的儀器設(shè)備，如多臺5～100L發(fā)酵罐、空壓機(jī)、電鍋爐、大容量冷凍離心機(jī)、高壓均質(zhì)機(jī)、噴霧干燥器、中試型流化床、滴丸機(jī)、凍干機(jī)等先進(jìn)儀器。同時，將基因工程、發(fā)酵工程、代謝控制工程、生物分離工程等課程有機(jī)整合在一起，以典型的生物產(chǎn)品和教師的科研成果為內(nèi)容，在學(xué)生具備專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，從原材料開始到終產(chǎn)物的制備，用一個完整的實(shí)驗過程培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識、技術(shù)與方法解決實(shí)際問題的能力。如“好氧發(fā)酵—谷氨酸發(fā)酵”和“重組人白介素18的發(fā)酵、純化及鑒定”分別是傳統(tǒng)生物產(chǎn)品實(shí)驗及科研成果實(shí)驗的代表。為了使課程內(nèi)容與產(chǎn)品生產(chǎn)一致、儀器設(shè)置與生產(chǎn)要求一致、教學(xué)過程與工藝流程一致，校內(nèi)實(shí)訓(xùn)以學(xué)生為主，教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)，學(xué)生按照企業(yè)的生產(chǎn)流程通過小組合作生產(chǎn)出相應(yīng)產(chǎn)品，通過這一過程使得學(xué)生對生物產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)、提取、檢驗等一系列過程有了深刻的了解。同時，積極推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，推動教師參與企業(yè)的產(chǎn)品與技術(shù)開發(fā)，從企業(yè)引進(jìn)生產(chǎn)經(jīng)驗豐富的工程師到學(xué)校任教，并與16家科研院所和企業(yè)聯(lián)辦實(shí)習(xí)基地。在學(xué)生完成校內(nèi)實(shí)訓(xùn)，掌握相關(guān)生產(chǎn)原理及工藝流程后，帶領(lǐng)他們到相關(guān)的工廠實(shí)地實(shí)習(xí)，了解工廠設(shè)計，熟悉生產(chǎn)流程，加深對自動化的認(rèn)知。這樣既促進(jìn)了學(xué)生職業(yè)能力的發(fā)展，也為教師和企業(yè)的合作提供了平臺，實(shí)現(xiàn)了共贏。創(chuàng)新實(shí)驗創(chuàng)新實(shí)驗依托開放實(shí)驗、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃、吉林省生命科學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗大賽、本科畢業(yè)論文等來推動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和科研興趣。在大創(chuàng)計劃和創(chuàng)新大賽中，學(xué)生自主選擇題目并由教師指導(dǎo)學(xué)生自主閱讀文獻(xiàn)、設(shè)計路線和進(jìn)行試驗。在畢業(yè)論文中，教師以自己的科研課題為主設(shè)計題目，教師和學(xué)生實(shí)行雙向選擇，確保一人一題。在這一過程中，使學(xué)生了解科研過程，具備文獻(xiàn)檢索、設(shè)計實(shí)驗方案、論文寫作等科研工作必備素質(zhì)。經(jīng)過幾年的積累與沉淀后，學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力顯著提高，本科生承擔(dān)創(chuàng)新實(shí)驗項目47項，發(fā)表研究論文19篇，參與申請發(fā)明專利6項。

4生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)方法的創(chuàng)新

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息技術(shù)與教育的深度融合已成為必然趨勢?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”實(shí)踐教學(xué)不受時間的限制，學(xué)生可隨時通過手機(jī)等現(xiàn)代通信工具進(jìn)行選課、預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、查詢成績、課后交流，由“被動灌輸”變?yōu)椤爸鲃犹剿鳌?，提高了學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)了自主學(xué)習(xí)。以實(shí)驗中心網(wǎng)站為平臺，將現(xiàn)代信息技術(shù)與啟發(fā)式、互動式、探究式的教學(xué)方法相結(jié)合，進(jìn)行數(shù)字化教材、虛擬仿真技術(shù)、微課等輔助教學(xué)。1）在實(shí)驗中心網(wǎng)站上本學(xué)期實(shí)踐教學(xué)日程安排，學(xué)生根據(jù)選課查閱相應(yīng)的數(shù)字化資源，通過相關(guān)儀器使用視頻、課件和相關(guān)資料預(yù)習(xí)，盡早熟悉操作技能，理解實(shí)驗原理，提高實(shí)驗效率，減少實(shí)際操作中的錯誤。2）通過基本實(shí)驗技術(shù)、選做和驗證性等微實(shí)驗知識點(diǎn)或技能點(diǎn)視頻的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在短時間內(nèi)熟悉實(shí)驗原理、實(shí)驗過程、實(shí)驗操作和實(shí)驗現(xiàn)象，進(jìn)而將更多的時間投入到綜合性、探究性實(shí)驗上。3）通過對操作復(fù)雜、大型設(shè)備使用技術(shù)、不可見的實(shí)驗原理和不可見的實(shí)驗現(xiàn)象或結(jié)果的虛擬仿真實(shí)驗學(xué)習(xí)，如動物解剖、外源基因轉(zhuǎn)入受體菌的過程，發(fā)酵罐控制、高效液相色譜的操作等，使學(xué)生網(wǎng)上模擬實(shí)驗過程操作，形象、直觀地熟悉實(shí)驗原理和實(shí)驗現(xiàn)象，加深對實(shí)驗過程的理解，為真實(shí)的實(shí)驗操作打下基礎(chǔ)。4）學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)互動平臺，實(shí)現(xiàn)自主答題、自主測試、師生互動、成績查詢、教學(xué)評價等。5）教師可登錄后臺，查看學(xué)生的觀看視頻次數(shù)、時間、模擬實(shí)驗操作情況，評定學(xué)生自學(xué)成績等。幾年來，中心開發(fā)網(wǎng)絡(luò)課程13部、在編數(shù)字化課程3部、視頻71部、多媒體課件89個、仿真實(shí)驗6個，促進(jìn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，取得較好的教學(xué)效果。

5生物工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)評價體系的建立

完善的實(shí)踐教學(xué)評價體系是實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的根本保障。經(jīng)過幾年的摸索、總結(jié)和實(shí)踐，構(gòu)建了一套以學(xué)生為主體、內(nèi)容多元性、渠道多樣化、注重評價對象未來發(fā)展的實(shí)踐教學(xué)評價體系。該體系由實(shí)踐教學(xué)考核體系和實(shí)踐教學(xué)效果評價體系兩部分組成。1）學(xué)生實(shí)踐成績評價體系由五部分組成：①學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗、觀看儀器操作的程度，占總成績的10%；②進(jìn)行儀器操作的考核，合格者發(fā)儀器使用許可證，占總成績的20%；③良好的實(shí)驗習(xí)慣，由研究生助教和實(shí)驗系列人員對實(shí)驗中的行為打分，占總成績的20%；④全部實(shí)驗結(jié)束后的考試，占總成績的25%；⑤實(shí)驗報告、實(shí)驗結(jié)果電子分析報告，占總成績的25%。另外，如果實(shí)驗為探究型實(shí)驗，則降低④⑤各5%的占比，增加實(shí)驗設(shè)計和論文撰寫10%的占比。2）實(shí)踐教學(xué)效果評價體系由三部分組成：①學(xué)期末，對在校學(xué)生、畢業(yè)一年的學(xué)生和任課教師做調(diào)查問卷，并收集網(wǎng)上反饋信息，以此作為改進(jìn)的依據(jù)；②學(xué)期初，組織任課教師、校內(nèi)專家、用人單位專家認(rèn)真總結(jié)實(shí)踐教學(xué)不足，提出改進(jìn)意見并參與培養(yǎng)方案制訂，使各項改革有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)，符合社會需要；③設(shè)立實(shí)踐教學(xué)督學(xué)委員會，指導(dǎo)并監(jiān)督各項實(shí)踐工作落到實(shí)處。實(shí)踐證明，該評價體系對促進(jìn)學(xué)生提高創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力、科研素質(zhì)等具有明顯效果，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃立項不斷增加，、申請專利的數(shù)量和質(zhì)量一直攀升，各級學(xué)科競賽獲獎大幅度增多，被國內(nèi)外知名院校錄取的研究生數(shù)量逐年增加，得到用人單位廣泛認(rèn)可。

6高水平的實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊的建設(shè)

教師是培養(yǎng)方案的執(zhí)行者，教師的素質(zhì)、能力與水平，直接關(guān)系到教育質(zhì)量的高低，關(guān)系到培養(yǎng)學(xué)生的社會認(rèn)可度[7]。針對青年教師的培養(yǎng)，首先，采取老教師傳、幫、帶的措施，定期對青年教師進(jìn)行教學(xué)理念、教學(xué)方法的指導(dǎo)，提高青年教師的教學(xué)水平；其次，鼓勵中青年教師在職攻讀博士學(xué)位，提高學(xué)歷層次；最后，為中青年教師提供參加各種教學(xué)、科研會議的機(jī)會，幫助中青年教師申請教學(xué)、科研項目，提高業(yè)務(wù)水平，開闊科研視野。經(jīng)過幾年的建設(shè)，中心教學(xué)團(tuán)隊的年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)歷結(jié)構(gòu)和職稱結(jié)構(gòu)趨于合理，中青年教師比例為72%，博士學(xué)位獲得者比例為39%，高級職稱擁有者比例為28%。教學(xué)成果不斷涌現(xiàn)，主編出版實(shí)驗教材15部、實(shí)驗教改專著6部，發(fā)表教學(xué)研究論文120篇，獲各類教學(xué)改革獎勵與榮譽(yù)158項，確保了培養(yǎng)方案的順利實(shí)施和實(shí)踐育人質(zhì)量的不斷提高。

7結(jié)語

吉林大學(xué)生物工程專業(yè)于2000年在工學(xué)部食品科學(xué)與工程的基礎(chǔ)上開始建設(shè)，成立時間短、積累少，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)比較薄弱，阻礙了專業(yè)發(fā)展。因此，在專業(yè)建設(shè)和發(fā)展過程中一直重視實(shí)踐教學(xué)改革，不斷探討提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的方法，并取得較好的成績，學(xué)生的實(shí)驗技能、綜合能力、創(chuàng)新意識都有了很大程度的提高。將進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)梯隊建設(shè)、數(shù)字化教材建設(shè)、教學(xué)管理的探索和改革，使學(xué)生更好地適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展和社會的需要。

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作者：徐立新 周毓麟 閆國棟 王貞佐 逯家輝 滕利榮