建设生物工程专业综合实验教学模式研究范文

摘要

生物工程专业综合实验是一门全面提高学生素质的复合型实验课程。实验教学改革以培养高质量学生为目标，结合地区经济发展，融合教师科研项目，联合社会企业人才，内涵式发展建设生物工程专业人才培养平台，探索了以学生能力和素质为核心的实验教学模式。

关键词

生物工程；综合实验；内涵发展；教学改革

以学生为主体，以学生为核心，以挖掘学生潜力为目标进行实验教学改革是非常有意义的尝试。生物工程是集生物化学、细胞工程、基因工程、分子生物学、微生物学、发酵工程、生物物质分离工程等众多生物技术的综合性学科，是一门实验性和应用性很强的学科。“生物工程专业综合实验”（简称“综合实验”）在本科生培养计划中占有非常重要的位置，是一门能使学生综合已学知识来设计和操作实验，对学生实验技能和实验方法进行综合训练的复合型实验课程[1-3]。加强实验教学是体现学科特点，提高教学重量的关键环节，在加强对学生的素质教育和培养创新能力有着重要的、不可替代的作用。

1生物工程专业综合实验的发展进程

我校重庆理工大学一直以来秉承“以产学研为特色，以理论研究和应用研究为主，突出为兵工和地方经济服务，以促进科技成果向产业和教学双转化为导向”的办学指导思想，自2002年生物工程专业建立后，学院就将“综合实验”作为一门独立的课程开设。课程目的一是强化学生对生物工程实验基本操作，二是培养学生综合运用专业知识和技能解决问题的能力。“综合实验”安排在第七学期末，学生在完成基础专业课和专业实验后，通过“综合实验”的学习和锻炼可对前期所学理论知识有更直观和深刻的认识。“综合实验”共72学时，经过了广泛调研和精心准备，总计开设12个试验项目。实验设置具有以下特点：一是专业学习和地区经济有机结合，实验选题主要以现有西南地区生物工程产业为主，结合专业学习中生物中游（发酵）和生物下游（分离）技术。例如“气体提升式反应器培养植物细胞”“废水生物处理及参数测定”“大豆异黄酮的超声提取分离纯化实验”等；二是基本实验技能和中试应用有机结合，即实现了学生在走向行业一线之前的大练兵，又增进其生产意识。例如“采用机械搅拌罐培养大肠杆菌”“发酵液的预处理及与滤饼质量比阻的测定”“酶制剂的盐析沉淀及酶活力的测定”“亚硫酸盐法测容积氧传递系数”等。“综合实验”内容全面、领域范围广，食品和环境都包涵在内，但也过于庞杂，学生做完实验后没有一个完整产品的生产过程概念，并且和生物化学实验有部分重复，如盐析沉淀和凝胶过滤实验。经过多年的教学总结，我们对专业综合实验不内涵式发展建设生物工程专业综合实验教学模式张丽杰（重庆理工大学药学与生物工程学院重庆400054）断调整和改进，删减和生化实验重复的部分，并把独立的实验整合成完整的生物技术综合实验，如下游分离实验，学生学习从酵母菌经过细胞破碎、过滤、脱除杂离子和蛋白质，最终结晶得到海藻糖晶体技术，使学生对整个下游生物技术过程有了整体把握，并在做实验的同时有机地应用其他学科所学理论。

2影响生物工程综合实验发展的瓶颈

2.1实验内容过于单一，学生选择的余地小

目前的综合实验主要集中在微生物的发酵、从酵母菌中提取纯化海藻糖，只是涉足生物技术领域中比较小的领域，不利于学生的就业。生物技术领域包括的范围很广，如生物制药、环境生物技术、食品、保健品、化妆品等，学生如果能够结合西南地区经济选择课题进行尝试创新实验，对他们创造力的开发和专业认知都会有所帮助，还有助于扩大就业面。

2.2实验教学模式单一，制约着学生创造性的发挥

目前生物工程专业综合实验还是按照老师准备实验药品、老师讲解实验内容、学生按照讲义步骤做实验、学生书写实验报告、老师批改实验报告的模式进行。学生没有自己的想法，完全按照老师的思路完成任务，出现问题不会思考，这对于本科教学是个致命的硬伤，学生的积极主动性及创造性完全被制约[4-6]。由于学生没有参与到试剂的配制、设备的选型和实验方案的制定，对生物技术的操作要领没有真正的掌握，如不明白试剂配制的精准会直接影响实验的结果，而在大学里缺失的一课在社会上可能会以惨痛的代价来弥补。在这种教学关系中，学生就像张着嘴等着喂吃的孩子，而老师就是给他们准备好饭菜的保姆，让人实在不敢想其后果。

2.3实践课各自一体，不能满足培养专业工程人才的培养目的

我校生物工程专业的实践课程的设置满足了本科教学要求，但实践课中的课程设计、生产实习、专业综合实验及毕业论文（设计）各成一体，使学生不能系统的掌握专业技能，无法把理论知识应用到实践中，造成了教学资源与时间的浪费。2.4实验内容的系统性还有待于加强生物工程专业综合实验目前只有下游技术进行了系统化，和上游及中游还没有完全整合。培养学生成为工程技术人才，对生物技术上游、中游和下游的完整理解和掌握是必不可少的，每个环节对生物技术开发和研究都非常重要，学生只有全面掌握才能灵活应用到实践中，并且增大就业面和就业机会。

3实验教学改革发展的方向

改革生物工程专业综合实验的教学模式，使学生能够由被动的接受老师灌输知识到主动积极参与实验，鼓励实验创新，增强动手动脑能力，培育毕业生成为真正适应社会发展的创新型人才。

3.1改革单一教学模式，鼓励学生自主创新能力

综合实验创新模式示意图由图1可知，改革后的综合实验以加强基础、拓宽专业口径、围绕区域经济，培养创新精神和实践能力，提高教学质量为原则，教师与学生采用平等讨论、切磋交流、协同合作的方式，形成以学生为中心的教学氛围。老师负责课题遴选[7-9]，结合西南区域的生物工程优势和特色经济建立课题库。随着时间推移和社会发展，课题库可不断更新升级，确保综合实验的持续性、开放性和区域特性。而且，选题还充分兼顾了生物上游、中游及下游技术的完备知识体系，确保学生在增强能力的同时也为就业打下基础，更好地为地区经济服务。实验开展采用分组模式，兼顾学生独立思考和团队协作的能力锻炼，充分发挥主观能动性的同时也培养了团队合作意识，最终提升学生的综合能力。

3.2以创业为导向，将专业综合实验和课程设计、生产实习及毕业设计有机结合面对越发严峻的就业形势，为体现大学教育服务社会的价值，需要书本知识和社会发展有机结合。生物工程专业涉及到生物领域的方方面面[10-12]，学生在大三掌握专业基础课及基本实验技能后，有意识地培养学生的创业思想。以《综合实验》为纽带，串联课程设计（第六学期）、生产实习（第六学期末）和毕业设计（第八学期），围绕区域特色课题进行全面系统研究。学生在掌握课程设计理论后到工厂企业进行参观实习，补充设计经验，然后选择课题进行试验（即生物工程专业综合实验），在毕业设计环节继续对该课题展开深入研究，并完成论文。在综合实验中鼓励学生敢于创新，即使是不成熟的想法也给予肯定和奖励。对于不成熟但具有可行性的想法，集中师生智慧和集体力量给予突破。通过系列培育，促使学生基本完成具有可行性的创业规划，其中包括最佳工艺路线的选择（可在专业综合实验、生产实习及毕业设计中完成）、市场研究报告（可在生产实习中完成）、工厂设计（可在课程设计、生产实习及毕业设计中完成）等。在实践过程中专业和实用的知识不断积累沉淀，为今后服务社会打下坚实基础。

3.3转变传统考核方式，制定以创新能力为核心的考核细则

改革后的专业综合实验将学生文献查阅、实验可行性分析报告、实验前准备工作、动手操作能力、分析解决问题能力、创新能力、团队合作精神等作为评分标准，而不单以实验结果的好坏判定，使成绩更能也可跟真实和全面地展示学生的反映学生的综合水平和创新能力。

4实施教学改革的方法和手段

4.1合理安排教学培养计划中的理论课和实践课

生物工程专业综合实验由上游、中游和下游三部分构成，由于上游技术（菌种筛选和基因工程实验）需要时间较长，可以在第五学期末分子生物学和基因工程等课程完成后安排一个2周的综合实验，让学生掌握微生物培养、分子克隆、PCR等生物技术。其他理论课可以适当增加实验课，有利于学生更好理解理论知识的同时，掌握单元操作技能，在综合实验时可以熟练利用基本实验操作为课题服务。如生物分离工程增加实验课程，使学生掌握过滤、细胞破碎、萃取、离子交换树脂、膜过滤等单元操作；发酵工程可以增加使用发酵罐实验课，让学生熟练掌握如何发酵的技术，而不是只在综合实验中涉及一次。另外综合实验可以安排在第七学期前期，避免和学生考研冲刺时间冲突。第七学期的理论课不宜安排过多，否则学生精力不够，弱化实验效果。

4.2打造专业教师团队，培育创新型人才

本专业教师要互相沟通，避免重复讲授某一知识点或某一实验技能，把课程设计、生产实习和专业综合实验、毕业设计结合起来，在兼顾教师科研项目的同时，以培育学生为目标，帮助其完成感兴趣的课题或者引导学生整体把握项目的意义。

4.3加强横向合作

与其他高校、工厂企业、科研机关建立实质合作关系，互惠互利地引进和共享资源。使学生能够根据需要走出课堂，参观学习实际生产工艺和技术设备，增加对本专业的认同感和学习动力。

5结束语

改革后的综合实验实现了四个转变：由知识传授为主转变为知识与能力并重发展；以理论传授为主转变为理论与实验并重；以硬件建设为主转变为软件硬件协同发展；校企分开培养转变为校企合作培养。综合实验具有可持续性、开放性和区域特色，更能提高学生对本专业学习的兴趣，在教学中培养创新氛围，让学生养成创新习惯和提高创新兴趣。通过专业综合实验教学模式的改革，使学生由被动学习变成积极主动学习，在巩固所学理论知识的同时，建立创新合作机制，真正做到学以致用，为学生走向社会、创业和继续深造打下坚实的基础，成为符合社会发展与具有全球竞争力的人才。

参考文献

[1]肖连冬.生物工程综合性专业实验的教学改革与实践[J].广东化工，2009，36（8）:317.

[2]玉巧，钱志刚.生物工程专业实验教学改革探讨[J],实验科学与技术，2006,（6）：51-53.

[3]张建丽，范蕾.生物工程综合实验教学改革与实践[J].实验技术与管理，2008(5)：144-146.

[4]裴立德，张大玉，等.综合型实验教学改革的研究与实践[J].实验技术与管理，2001,18(6):4-6.

[5]阳太林.以学生创新能力的培养为中心改革高校实验教学[J].实验技术与管理，2005,22(10):34-38.

[6]陈剑锋，陈菁，谢航，许明塔，等.构建生物工程学科创新实验教学体系提高学生的动手实践能力[J].实验技术与管理，2010,27（3）：22-24.

[7]张丽杰,赵天涛.科研实验对促进生物反应动力学教学效果的探讨研究[J].中国教育教学杂志，2009.21(5):22371-22374.

[8]张云茹，张彩琴，余瑛，等.生物化学实验蛋白质的沉淀反应与盐析作用解析[J].实验室科学，2011,14（2）：60-63.

[9]张丽杰,赵天涛,全学军，等.一步法分离纯化海藻糖的工艺:中国，ZL200910103610[P].3.2011.

[10]张云茹，鲁秀敏，余瑛.生物化学实验教学现状分析及改革[J].重庆工学院学报：自然科学版，2012（增刊）：60-61.

[11]赵天涛,张丽杰.工科院校的综合实验教学改革与探讨[J].中国教育教学杂志，2009.21(5):22346-22347.

[12]张玲，胡尚连.生物技术专业实验教学改革的尝试[J].实验科学与技术，2005（3）2:58-59.

作者：张丽杰 单位：重庆理工大学药学与生物工程学院