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生物工程综合大实验课程改革

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摘要:

针对目前生物工程专业实验课教学中面临的问题,对《生物工程综合大实验》教学内容、教学方法、教学管理方式和考核方式等进行了课程改革与实践.结果表明,通过改革激发了学生的学习热情,有效地提高了教学效果,有利于生物工程专业应用型创新人才的培养.

关键词:

生物工程;实验教学;综合实验;教学改革

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020)》提出,深化教学改革、强化实践教学环节、全面实施高等学校本科教学质量与教学改革工程是提高人才培养质量的关键,从而明确了培养拔尖创新人才的教育改革发展目标[1].在高校中创新型人才培养的关键是学生创新意识和创新能力的培养.高校实验教学是培养学生创新意识和实践能力的重要环节之一.实验教学一方面有利于学生进一步理解和掌握基本理论知识、培养基本的实验技能;另一方面通过开设一些综合性、设计性、探究性的实验,有利于培养学生综合分析问题和解决问题的能力,有利于学生创新能力的培养,能够为学生踏入工作岗位,进行开拓性的工作打下良好的基础,所以实验教学在学生素质教育中占有重要地位.实验教学的质量直接决定了人才培养质量的高低[1-3].

1开设《生物工程综合大实验》的必要性

近年来,我国许多高校的生物类专业在人才培养模式、专业建设、课程建设等方面进行了空前的改革,随着教学条件的改善,实验教学改革步伐更快,实验技术、实验设备都有明显的改进和更新[3-6].一直以来,学校生物工程实验课程主要依附于理论课教学,大部分专业基础课和专业课都开设了相应的实验课程,但是由于课程学时的限制,能开设的实验项目主要是验证性或演示性的实验,无法开设综合性、设计性的实验.教学方式一般是任课教师要求学生提前预习实验内容,教师提前把实验课所需的各种用品准备好,上实验课时学生按照实验步骤完成实验.这是目前比较成熟的高校实验教学组织形式[7].这种实验教学模式虽然有利于学生对专业课程的理解和基本技术方法的掌握,但是不能充分调动学生的学习积极性和创造性,也不利于学生综合运用所学的理论与技术解决实际问题能力的培养.为了达到生物工程专业应用型、复合型人才培养目标,针对生物工程专业目前实验课程体系不合理的现状,我们对生物工程专业高年级学生设置了《生物工程综合大实验》课程.开设这门课程的主要目的是培养学生综合运用所学的理论知识和基本实验技能去解决实际问题的能力,要求学生查阅文献资料、分组探讨设计实验方案、独立完成实验等,并对实验结果进行综合分析讨论,使学生养成科学思维意识,具备初步的科研能力和创新意识.

2《生物工程综合大实验》教学内容体系的构建

综合实验是将学生已学的基础理论及实验方法有效地融合后开设的实验,各环节之间有着内在的联系,学生在实验过程中不再孤立地进行单元操作,而是将这些基本操作有机结合起来,并有一定的自主创新空间,最终实现的是解决一个具体问题或是生产出具体产品[8].《生物工程综合大实验》的教学内容组织要体现出生物工程专业的主干课程如生物化学、微生物学、发酵工程、酶工程和生物工程下游技术等所讲授的基本理论知识和基本实验技能.让学生利用所掌握的这些基本技能,自行设计实验方案并实施.选择和设计《生物工程综合大实验》教学内容时,尽量避免与基础课程实验内容的重复,为了保证所学知识的系统应用,通常要求完成一个产品的制备,把实验的各个环节贯穿在一起,构成一个完整的生物工程过程.结合生物工程专业的实际应用,《生物工程综合大实验》教学内容可以设计成若干个实验单元,由学生自主选择.例如,笔者在教学实践中设计了以下两个实验单元:(1)红曲色素固态发酵,包括红曲霉菌种的分离、菌种扩大培养、固态发酵、红曲色素提取及含量测定;(2)动物血液中铜锌超氧化物歧化酶的分离提纯、活力测定及纯度鉴定.设计这两个实验主要是因为:完成实验所需时间和课时数较接近;学生已经具备完成该实验所需的基本理论和基本实验技能;实验内容难度适宜,有利于调动学生的学习积极性,体会在一个完整实验过程中如何运用所学知识和技能;该实验内容系统性较强,符合综合实验的特点,有利于学生对所学生物工程专业知识的融会贯通.

3《生物工程综合大实验》的教学实践

3.1时间安排

《生物工程综合大实验》课程设置在三年级下学期,采用集中授课的方式进行.

3.2实验分组

改变实验以班级为单位的分组习惯,综合实验安排每小组3~4名学生,使每个学生都有充分动手的机会.

3.3组织实施

(1)课前准备:课前集中时间把实验任务布置给学生,包括实验内容、主要要求及注意事项,通常在实验前的2~3周进行,要求学生搜集资料,充分理解实验原理,小组成员一起讨论比较多种实验方法和实验步骤的优缺点及可行性,每小组都要提交实验方案,再经过学生的充分讨论,最后制定一套可行的实验方案.(2)实验操作:在实验过程中,学生是主要完成人,教师的作用是指导学生、纠正错误,并扮演安全员的角色.由学生独立完成试剂的配置、仪器的选用、实验的组织与实施等.我们开设的红曲色素固态发酵实验,学生要完成从上游的生产菌种筛选到下游的产品红曲色素提取分离、检测的完整过程.由学生自己动手完成培养基制备、菌种的分离及扩大培养、发酵参数控制、红曲色素提取以及色价检测等各个环节.在安全的范围内,可以满足学生按自己的想法和推理进行操作.(3)实验结果处理:要求学生如实记录实验过程与原始实验数据,实验结束后以小组为单位讨论整理实验结果,要求学生应用学过的生物统计学知识对实验结果进行分析讨论,注意实验过程中异常现象和异常数据的处理,引导学生分析现象产生的原因.实验报告写成学术论文的形式.引言部分要介绍实验目的、研究方法、实验设计和研究意义等.结果与分析中要对所记录的实验数据、现象进行合理的组合处理和分析判断.小组讨论分析实验成功的关键步骤,交流实验中的收获与体会等,在实验过程中学生初步了解了生物工程专业科研特点,为今后的毕业论文(设计)打好基础.

4《生物工程综合大实验》教学管理

4.1组建实验管理队伍

开设综合性、开放性的实验课,对任课教师和实验员都提出了更高的要求,在学生实验过程中教师要保证坚守岗位,对学生实验过程中遇到的问题给予及时解决.学生有时遇到实验某个环节失败容易半途而废,这时教师要鼓励学生,认真分析问题,找出原因,保证完成实验.另外,综合实验课所需的设备仪器、药品比较多,实验过程中一些易耗品、玻璃器皿可能随时都需要补充,实验员应做好后勤保障,使学生能顺利开展实验课.实验时间除了课内,可能还包括课外时间,这就要求实验室要在任课教师和实验员的监管下实现多方位开放[9].

4.2编写实验讲义

在《生物工程综合大实验》课程改革实施过程中,要以学生为中心,激发学生的学习兴趣,注重学生独立思考、科学研究、综合创新能力的培养[10].依据现有的实验条件和专业特点在设计相关实验的同时编写实验讲义,并在教学实践中不断地予以修改完善.

4.3建立合理的成绩评定办法

建立多元化的实验考核办法,能够充分调动学生的学习热情[11-12],我们在制定综合实验课成绩评定办法时坚持了三结合的原则:课前方案设计、课中执行和课后总结相结合(占该门课程总成绩的40%);实验操作和实验结果相结合(占该门课程总成绩的40%);小组个人能力发挥和团队的协作情况相结合(占该门课程总成绩的20%).调查结果显示,95%的学生对《生物工程综合大实验》的这种教学形式和成绩评定办法表示十分满意。

5结语

实践证明,开设《生物工程综合大实验》这一课程,学生能够综合性、系统性地把相关的专业课程的理论知识和基本技能充分融合到综合实验中,有助于培养学生解决实际问题的能力,比较符合生物工程专业人才培养目标.在教学过程中突出了学生的主体性,学生比较积极主动地设计实验方案,分工合作地完成实验,有效地培养了学生的动手能力和创新意识.学生在获得初步科研能力的同时,专业综合素质和创新能力得到明显提高,团队意识也得到了加强[13].目前,开设的《生物工程综合大实验》课程还需要进一步完善,有一些问题需要解决,随着实验室硬件条件的逐步改善,进一步充实和拓展实验内容,如生物技术上游技术的内容进一步扩充到实验内容中去.另外,在教学计划中应逐步减少相关基础课程的验证性实验,多增加一些综合实验课程的学时,使学生有机会独立设计实验.随着社会对创新人才需求标准的提高,教学工作应该促进学生的学科知识、综合能力和创新能力的全面协调发展.《生物工程综合大实验》课程教学改革与实践,对其他专业课程教学改革具有一定的借鉴意义.

参考文献

[1]国家中长期教育改革和发展规划纲要工作小组.国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)[M].北京:人民出版社,2010.

[2]李永久.谈基于建构主义理论的高校实验教学[J].中国成人教育,2010(17):140-141.

[3]周文富.地方高校实验教学模式改革与创新人才培养[J].实验室研究与探索,2009,28(7):97-102.

[4]李梅,赵冬梅,肖萍.加强实践教学改革,全面提高学生的综合素质[J].实验室研究与探索,2011,30(6):261-263.

[5]田运生,刘维华,王景春.综合性实验项目建设的探索与实践[J].实验技术与管理,2012,29(2):126-128.

[6]张丽靖,靳挺,雷引林,等.生物工程专业综合性实验的实践探索[J].实验科学与技术,2010(4):111-113.

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[8]蒋群,李志勇,张雪洪.生物工程综合实验教学的探索与实践[J].实验室研究与探索,2007,26(9):88-90.

[9]高云鹏,滕台胜,黎福海,等.开放实验室与学科竞赛平台相结合的创新人才培养模式[J].实验技术与管理,2012,29(4):360-366.

[10]龚淑玲,黄驰,侯安新,等.以学生为中心,激发学习兴趣,提高化学实验教学效果[J].实验技术与管理,2012,29(8):1-3.

[11]宋智勇,涂敏,崔鸿.生物科学专业实验课教学模式及评价体系思考[J].中国大学教学,2011(1):80-81.

[12]孟庆祥.改革实验考核办法培养创新型人才[J].实验室科学,2007(4):23-25.

[13]李大力.基于建构主义的生物工程专业综合实验教学实践[J].高等理科教育,2013(3):109-112

作者:张彩莹 夏敏 周索 单位:南阳师范学院生命科学与技术学院

生物工程综合大实验课程改革责任编辑:沈应婷    阅读:人次