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生物系统工程实验教学研究

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根据创新性实验的要求,教学实验中心首先在各实验室实施了开放式管理,在实验教学的时间和空间上安排更为灵活。如在“生物环境工程”课程的实验教学过程中,将实验班分成若干实验项目小组,实验指导老师给出一定范围实验内容,学生根据自己的兴趣选择其中一个方面来开展,或可以自行设计实验题目,实验教师对实验各环节进行指导,并提供必要的实验设备和实验条件。整个过程由学生为主来组织实施,让学生充分发挥自己的积极性和能动性,自主设计实验过程和方案,实施每一个实验环节,对实验结果进行分析和处理。结合实验室的开放,在实验时间上予以自由,而不是传统意义上必须在实验室的规定时间内完成。在实验室中开展实验教学实践的同时,根据实验内容的需要,把学生带到教学实验基地,利用教学实验基地提供的条件和设施,拓展实验思路,进一步优化实验方案。为使得学生在实验基地能顺利开展实验工作,聘请了基地中经验丰富的专业技术人员来协同指导,组织实施,这些实验形式进一步开拓了学生的实验思路,促进创新性实验教学的发展。

1实验教学条件的建设

近年来,国内外生物系统工程领域发展迅速,新的研究领域不断开拓、先进的实验方法和手段不断涌现,浙江大学生物系统工程学科通过“211工程”,“985工程”以及学科建设和重点实验室经费等的持续投入,学科和科研实验室的设施设备条件得到很大程度的提升,硬件条件的改善丰富了研究内容,学科部分研究走在了国内外前列,这些发展为创新性实验教学内容设计和实施提供了思路和条件[9-11]。因此,促进学科和科研实验室资源与实验教学的共享,建设创新性实验教学开展的条件,以提升实验教学水平就很有意义。在实验教学与学科实验室共享方面目前已做了一些有益的尝试,建立了“精细农业与3S技术”、“生物生产机器人”和“生物质能源”等共享平台,实验教学的设备和设施条件得到很大的改善,可根据需要在这些实验平台开展实验教学活动,这使得实验教学的范围和资源得到很大的拓展,丰富了实验教学内容,为有潜力和兴趣学生的自主探索提供了渠道,激发了专业学习的兴趣。鉴于此,在2010年教学实验中心也相应地改名为实验中心,其职责在逐步发生改变。与之相对应地是,课程教学任务安排的时候,要求在相关领域科研活动活跃的老师担任主讲老师之一,在课程实验教学过程中渗入学科领域研究内容的讲解,对实验室的各设备特点和项目研究内容和手段等方面向学生进行介绍,鼓励他们通过设计项目或与研究生合作等方式参与到实验室的研究探索中来,激发求知欲,提高研究探索性实验的积极性和热情,培养本科生创新性思和解决问题的能力。除实验室探索外,校内外实验教学基地的开拓也是开展创新性实验教学的重要方面。在原校外实验基地的基础上,如传化农业科技园,娃哈哈工厂等,近年来与学科发展领域相适应,相应地拓展了校外基地,如与桐庐万强生态农庄、临安生态污水处理厂等建立了合作关系,与杭州市农业科学院蔬菜研究所的乔司基地合作建立了实验教学基地等,这些实验和实践基地的建立为课程如“精细农业与3S技术”、“生物环境工程”和“生物系统工程认识实习”等提供实习、实践和实验教学场所的同时,为设施栽培、温室环境管理调控、灌溉系统设计与管理、废弃物资源化等领域提供了自主性实验探索的条件,学生可开展如温室环境分析、基质栽培、环境调控和病虫害无损检测等多项研究与探索性实验。在校内实验和实践基地建设方面,重新规划和建设了农机具操作实验基地。鉴于浙江大学的农业工程学科是从1958年创建农业机械专业开始的,对农机具和加工方面的教学和研究有相当长的历史和积累。这次利用校区搬迁,对旧的农机库进行了整理分类和重新设计,使其从模型观摩为主逐步转移到提供学生开展实践动手为主,并购置了一批新的农机具进行补充,如新增了油菜联合收割机、六脚铁甲虫机器人系统、自动嫁接移钵机等24台/套计100余万的仪器设备,为农业机具类和加工类的实验教学和实践提供了支撑。另外,为促进农机具实验基地的资源共享,与杭州市相关单位和其他学校在农机库的共享利用方面达成共识,并请经验丰富的老师进行技术材料准备,逐步把农机库建设成为学生动手实践锻炼的实验教学场所,成为创新性实验教学的重要校内基地。

2创新性实验教学的管理和措施

实验教学内容的设计上,要求具有一定比例的研究性探索性方面的实验内容,内容和范围都经过学科老师和相关领域专家的讨论,与学科研究发展趋势和技术手段相吻合[12-13]。在实施过程中,要求实验技术老师、课程教师、研究生等共同参与到实验教学中来,形成指导小组,定时或不定时地对学生设计的实验方案和采用的技术手段进行讨论,对实验过程的各个环节根据需要进行辅导或指点,引导学生对实验结果进行分析,启发他们在实验过程中思考,获得的实验经验并锻炼他们的创新能力。尤其重要的是允许失败,因为失败的结果也是探索锻炼过程中重要的一环,给予学生充分的宽容与自由度。与之相适应的是,实验室采用开放式和信息化管理方式,以保障学生进行创新性自主探索、毕业设计、大学生科研训练计划等各类实验项目的顺利进行。实验技术人员的水平和技能的提高对创新性实验管理和实施有着举足轻重的作用[14]。尤其是学科实验室与教学实验室的共享给实验技术人员工作上提出了更高的要求,因此提高实验教学指导、实验室管理和仪器设备维护水平更为迫切。目前主要措施是加强实验技术人员的引进和培训,以使得实验技术人员在实验内容设计、方法和技术、以及实验室管理方面得到提升和进步。并要求实验技术人员与课程教师一起参与实验教学内容调整的讨论,对实验教学创新性教学内容的设计和实施给予鼓励和资助。为促进创新性实验的持续开展,多渠道争取建设经费,逐步提高和完善实验室设施条件是必须的。生物系统工程专业利用浙江省实验教学示范中心的建设资金的投入,建立本科生科技创新实验平台,对学生部分综合性设计性和自主设计的研究性探索性实验项目给予资助。为与创新性实验灵活的实施形式相配合,实验中心实验教学网站进行了重新规划和设计,增强与学校数据库之间的共享,在实验室使用预约,设备介绍、实验展示以及实验室的开放、资源共享等方面进行扩展[15]。

3结语

生物系统工程专业以培养通用性较强的生物系统装备工程师为目的,所培养的人才既具有生物科学知识背景又具有工程技术背景,能够将工程原理与设计应用于生物系统中,解决与生物生产和加工相关的工程问题,改善、控制和设计生物生产过程和生物系统等,专业的交叉性强。该专业自2002创建和第一届招生以来,其基于生物系统装备工程师的培养思路得到了社会各界的认可,通过一系列的专业调整和改革措施,课程体系和培养方向也日趋完善和清晰,生物系统专业建立和建设成果“多学科融合国际化拓展—生物系统工程专业创建与复合型创新人才培养的实践”获得了2009年国家教学成果一等奖。随着课程体系的逐步完善,实验教学内容设计方面如何根据学科交叉的特点,加强创新性人才培养,与迅速发展中的生物系统工程学科相适应是值得进一步探索的。自2010年以来,在两年的实验教学实践中,在与学科与科研实验室的共享发展上做了有益的尝试,使得本科生能在部分设施设备先进的科研实验室中能进行自主的实验探索,扩展了实验教学的资源,同时结合新校区的搬迁,重新调整和建设了部分教学实验室和校内教学实践基地,并积极拓展校内外实验教学和实践基地,为创新性实验教学提供了更为广阔的舞台。在实验室管理上采用开放式管理模式,并引进和提高实验技术人员的实验技术和管理水平等方式,通过以上各措施促进创新性实验教学的发展和深入,以培养生物系统工程领域的优秀人才。

作者:沈明卫郝飞麟何勇冯雷单位:浙江大学生物系统工程与食品科学学院浙江树人大学生物与环境工程学院

系统工程学报责任编辑:田老师    阅读:人次