高校生物工程專業(yè)分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建探索的論文
【摘 要】本文分析高校生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系存在的問題，以培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，對生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建制、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法等進(jìn)行改革，構(gòu)建生物工程專業(yè)分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。
關(guān)鍵詞生物工程專業(yè) 分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系 構(gòu)建 工程素質(zhì)
【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A
【文章編號】0450-9889（2017）02C-0155-03
生物工程專業(yè)主要培養(yǎng)能在生物技術(shù)與工程領(lǐng)域從事工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理和新技術(shù)研究、新產(chǎn)品開發(fā)的工程技術(shù)人才，使其掌握生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)原理、工藝基礎(chǔ)理論和工程設(shè)計(jì)基本技能。實(shí)踐教學(xué)是生物工程專業(yè)教學(xué)的重要組成部分，也是培養(yǎng)具有工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才的重要環(huán)節(jié)。長期以來，生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系受我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和傳統(tǒng)教學(xué)理念束縛，普遍存在“四重四輕”的現(xiàn)象，即重知識傳授輕能力培養(yǎng)、重標(biāo)準(zhǔn)答案輕求異創(chuàng)新、重習(xí)題訓(xùn)練輕潛能開發(fā)、重分?jǐn)?shù)評價(jià)輕個(gè)性發(fā)展。因此，有必要以培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，構(gòu)建生物工程專業(yè)分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。
一、生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系存在的問題
目前，生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系存在的問題集中表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。
（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)構(gòu)不合理。首先，實(shí)驗(yàn)教學(xué)附屬于課程理論教學(xué)，往往偏重理論教學(xué)輕視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少。或者由于教學(xué)投入不足，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)多，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)少；實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺套數(shù)少，學(xué)生親自動手做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會少。其次，各門實(shí)驗(yàn)分屬不同老師承擔(dān)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書編寫缺少統(tǒng)籌，因此造成教學(xué)內(nèi)容重復(fù)，且大多為低水平重復(fù)。最后，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，不能與時(shí)俱進(jìn)，例如，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)是生物工程實(shí)驗(yàn)的核心，它的發(fā)展非常快，新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)教材更新的速度往往跟不上時(shí)代的發(fā)展。
（二）實(shí)驗(yàn)聯(lián)系實(shí)際不夠緊密。目前，生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，缺乏與現(xiàn)代生物工程產(chǎn)品的聯(lián)系，學(xué)生無法掌握現(xiàn)代生物工程制品的生產(chǎn)工藝。或者使用商品化的基因工程菌株或細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生沒有經(jīng)歷生物工程上游技術(shù)的訓(xùn)練，不明了整個(gè)工藝流程上下游的關(guān)系，就很難達(dá)到工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。
（三）實(shí)驗(yàn)考核方法偏主觀片面。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師準(zhǔn)備好儀器設(shè)備和試劑，學(xué)生對照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成指定的實(shí)驗(yàn)和操作步驟，這抑制了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不利于其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。教學(xué)運(yùn)行機(jī)制上以教師講授為主、學(xué)生動手為輔，實(shí)驗(yàn)教學(xué)趨同于理論教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性和主動性被扼殺。
因此，生物工程專業(yè)只有建立完善的實(shí)驗(yàn)室體系、分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和改革現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，才能適應(yīng)我國新世紀(jì)生物工程專業(yè)發(fā)展和高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求。
二、實(shí)驗(yàn)室體系建立
（一）實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)其教學(xué)功能，分為基礎(chǔ)、專業(yè)和研究三級，包括基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、微生物實(shí)驗(yàn)室、生物制藥實(shí)驗(yàn)室、藥物分析實(shí)驗(yàn)室、模擬實(shí)訓(xùn)室和大型精密儀器平臺，總實(shí)驗(yàn)室面積約700平方米。
1.基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室總面積120平方米，主要承擔(dān)普通化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)及相關(guān)畢業(yè)論文教學(xué)工作。該實(shí)驗(yàn)室目前配備了低溫等離子體誘變儀器、酶標(biāo)儀、水浴鍋、搖床、超凈工作臺、激光誘變儀、凝膠成像系統(tǒng)、分光光度計(jì)等儀器設(shè)備；電泳儀、離心機(jī)、超低溫冰箱等分子生物學(xué)相關(guān)教學(xué)專用設(shè)備。
2.分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室總面積80平方米，主要承擔(dān)分析化學(xué)、儀器分析及相關(guān)畢業(yè)論文教學(xué)工作。該實(shí)驗(yàn)室目前配備了低溫等離子體誘變儀器、酶標(biāo)儀、水浴鍋、搖床、超凈工作臺、激光誘變儀、凝膠成像系統(tǒng)、分光光度計(jì)等儀器設(shè)備；電泳儀、離心機(jī)、超低溫冰箱等分子生物學(xué)相關(guān)教學(xué)專用設(shè)備。
3.生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室總面積80平方米，主要承擔(dān)生物化學(xué)與分子生物學(xué)、基因工程、酶工程課程實(shí)驗(yàn)及相關(guān)畢業(yè)論文教學(xué)工作。該實(shí)驗(yàn)室目前配備了低溫等離子體誘變儀器、酶標(biāo)儀、水浴鍋、搖床、超凈工作臺、激光誘變儀、凝膠成像系統(tǒng)、分光光度計(jì)等儀器設(shè)備；電泳儀、離心機(jī)、超低溫冰箱等分子生物學(xué)相關(guān)教學(xué)專用設(shè)備。
4.微生物實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室面積80平方米，主要承擔(dān)微生物與免疫學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、細(xì)胞工程及畢業(yè)論文教學(xué)工作。該實(shí)驗(yàn)室目前儀器設(shè)備配置主要包括光照培養(yǎng)箱、超凈臺、震蕩培養(yǎng)箱、發(fā)酵罐、超聲波破碎儀、滅菌鍋、生化培養(yǎng)箱、細(xì)胞融合儀等。
5.生物制藥實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室面積160平方米，承擔(dān)生物分離工程課程、藥物制劑學(xué)實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文教學(xué)工作。已配備儀器設(shè)備包括凝膠層析系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、微納濾系統(tǒng)、壓濾機(jī)、制丸機(jī)、造粒機(jī)、烘箱、大容量離心機(jī)、水浴鍋等。
6.藥物分析實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室面積約80平方米，主要承擔(dān)藥理學(xué)、藥物分析課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)及畢業(yè)論文教學(xué)工作。已配備儀器設(shè)備包括溶出分析儀、薄層層析分析儀、熔點(diǎn)儀、崩解時(shí)限測定儀、脆碎度檢查儀、電腦伺服剝離試驗(yàn)機(jī)等。
7.模擬實(shí)訓(xùn)室。該實(shí)驗(yàn)室面積約100平方米，為生物工程專業(yè)新建的實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室目前配置計(jì)算機(jī)40余臺，安裝藥物制劑實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)和CAD機(jī)械制圖軟件，輔以教師自制多媒體教學(xué)軟件。主要承擔(dān)化工原理、制藥設(shè)備工程、制藥工藝學(xué)及多門理論課程的多媒體輔助教學(xué)。
（二）實(shí)驗(yàn)室開放。通過完善實(shí)驗(yàn)中心管理制度，規(guī)范實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理，建立高效的實(shí)驗(yàn)中心運(yùn)行體系。提升建設(shè)后的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室實(shí)施多種形式的開放，實(shí)行開放式運(yùn)行管理，完善資源共享機(jī)制，滿足學(xué)生對生物技術(shù)領(lǐng)域開放實(shí)驗(yàn)的需求，促進(jìn)大學(xué)生科技創(chuàng)新和第二課堂的發(fā)展。在保障本專業(yè)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上，力爭最大限度地服務(wù)于專業(yè)學(xué)生的非課程實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，包括科技協(xié)會、大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目訓(xùn)練。學(xué)校生物類專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)受益率達(dá)到50%以上。
三、分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建
（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容注重理論聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)踐，加強(qiáng)設(shè)計(jì)訓(xùn)練，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。按照循序漸進(jìn)的原則，根據(jù)培養(yǎng)方案的要求，確立分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。體系包含基礎(chǔ)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)代生物技術(shù)、生物制藥實(shí)踐、生產(chǎn)實(shí)踐四個(gè)教學(xué)層次，每個(gè)層次開設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程。每門實(shí)驗(yàn)課程要求開設(shè)基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計(jì)型和研究創(chuàng)新型三種實(shí)驗(yàn)類型，比例上三者各占三分之一。如圖1所示。
（二）實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)。市場上雖然有大量相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教材，但由于各個(gè)學(xué)校專業(yè)方向各異，設(shè)備條件不同，現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)教程往往使用不便，因此，需要編寫一系列符合學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件及專業(yè)特色的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材。首先，我們對現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了分類、修訂和優(yōu)化，使之既適應(yīng)于本院實(shí)驗(yàn)平臺，又注重實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的銜接和關(guān)聯(lián)性。在編寫教材時(shí)，注重對實(shí)驗(yàn)原理的闡述，并根據(jù)實(shí)際教學(xué)效果，及時(shí)對教材內(nèi)容作出調(diào)整和補(bǔ)充。根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對性編寫《實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)書》《實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書》等教材。
（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革。具體如下：
1.通過基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練。利用學(xué)生實(shí)驗(yàn)課時(shí)開展基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)基本技能訓(xùn)練。學(xué)生達(dá)標(biāo)合格后才允許進(jìn)入綜合設(shè)計(jì)和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，達(dá)標(biāo)的采取先進(jìn)帶后進(jìn)和課外補(bǔ)課的方式促使其務(wù)必達(dá)標(biāo)。學(xué)生主要熟練掌握各種儀器設(shè)備基本操作和養(yǎng)成良好實(shí)驗(yàn)習(xí)慣；教師偏重啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中去發(fā)現(xiàn)和分析問題，并在提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中去探討和解決問題。
2.通過綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)自覺性和創(chuàng)造性。將從原來若干個(gè)相互獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)升級為綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生課外通過查閱文獻(xiàn)資料，并根據(jù)學(xué)過的基礎(chǔ)知識自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟。實(shí)驗(yàn)課內(nèi)按流程完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)相當(dāng)于完成了一個(gè)自命題的小課題。例如我們在“土壤中微生物的分離、篩選和培養(yǎng)”實(shí)驗(yàn)中，將之前相互獨(dú)立和分散安排的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，按其內(nèi)在科學(xué)聯(lián)系重組為綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。這樣學(xué)生不但學(xué)到了各個(gè)環(huán)節(jié)的基本實(shí)驗(yàn)技能，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用基本技能和實(shí)驗(yàn)方法的能力。綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，培養(yǎng)了學(xué)生自覺分析問題和解決問題的能力，提高了學(xué)生的自覺動手和創(chuàng)新能力，對學(xué)生進(jìn)入研究創(chuàng)新型訓(xùn)練起到引導(dǎo)和推動作用。
3.通過研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，強(qiáng)化學(xué)生掌握生物學(xué)實(shí)驗(yàn)前沿技能。從大學(xué)二年級開始，選擇一些優(yōu)秀學(xué)生分期、分批進(jìn)入研究室參加教師的課題研究，和研究生一起在教師的指導(dǎo)下開展實(shí)驗(yàn)研究。研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)由任課教師根據(jù)自己研究課題，分解提出眾多子課題，全院公開，讓學(xué)生自愿組合選擇，學(xué)生小組在出題老師指導(dǎo)下自主查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和路線，并開展實(shí)驗(yàn)研究。研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)時(shí)間靈活安排，采用彈性制。實(shí)驗(yàn)室開放期間，安排教師和專門的.實(shí)驗(yàn)員進(jìn)行指導(dǎo)和管理。
4.合理的實(shí)驗(yàn)考核體系，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量不斷提高。建立學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績綜合評定體系、教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評價(jià)體系以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系，三管齊下，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量不斷提高。學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績綜合評定體系中，堅(jiān)持過程評價(jià)，統(tǒng)籌考核實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)果，重點(diǎn)考查學(xué)生能力。教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評價(jià)體系中，教研室組織相關(guān)教師進(jìn)行同行互評，就實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、現(xiàn)場指導(dǎo)等內(nèi)容進(jìn)行評價(jià)，考評結(jié)果作為評優(yōu)、職稱評定等的參考。實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系中，要求成立院級實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)督委員會。委員會對任課教師進(jìn)行的各實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容實(shí)施情況作定期或不定期檢查，作出評價(jià)并及時(shí)提出改進(jìn)建議。學(xué)生通過教務(wù)系統(tǒng)對任課教師的課程講授、輔導(dǎo)、作業(yè)批改等各項(xiàng)教學(xué)任務(wù)作出評價(jià)，并反饋到院級實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)督委員會。
四、結(jié)語
我們在堅(jiān)持“高等學(xué)校基礎(chǔ)課教學(xué)實(shí)驗(yàn)室評估標(biāo)準(zhǔn)”的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)抓實(shí)驗(yàn)室軟硬件建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革上，打破了實(shí)驗(yàn)教學(xué)依附于理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中只強(qiáng)調(diào)基本技能訓(xùn)練的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，著力從培養(yǎng)學(xué)工程素質(zhì)（包括研究素質(zhì)、心理素質(zhì)）、創(chuàng)造能力等諸多方面出發(fā)構(gòu)筑實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系。新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分三種類型：基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計(jì)型、研究創(chuàng)新型，分別針對不同的教學(xué)目的。實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)明確，可操作性強(qiáng)，真正體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)高層次人才中的重要性。實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)從過去的知識技能型向能力培養(yǎng)型的轉(zhuǎn)變，建立了以基本能力訓(xùn)練為基礎(chǔ)、綜合素質(zhì)培養(yǎng)為核心、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線的“基本技能—工程素質(zhì)—創(chuàng)新能力”的培養(yǎng)模式，形成了既相對獨(dú)立，又相互聯(lián)系的分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。
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