生物工程實驗教學體系的改革與實踐

摘 要 生物工程專業(yè)實驗教學是該專業(yè)教學體系中的核心內(nèi)容。本文從目前實驗教學體系中暴露出的問題著手，以湖北工業(yè)大學為例，對實驗教學體系進行了一系列改革：轉(zhuǎn)變教學思想，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，調(diào)整實驗內(nèi)容，整合教育資源，教學結(jié)合科研，重視信息反饋。通過改革，教學質(zhì)量得到明顯提高，學生的工程能力顯著增強。

關(guān)鍵詞 生物工程 實驗教學改革 教學質(zhì)量 工程能力

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

0 引言

生物工程專業(yè)是我國重點發(fā)展的高新技術(shù)專業(yè)之一。我國生物工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但是我國的生物工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展與國際先進水平還有較大差距，其中生物工程上游技術(shù)相差5年左右，而直接與生物工程產(chǎn)業(yè)化相關(guān)的生物工程技術(shù)相差10~20年。隨著高等學校擴大招生規(guī)模，高等院校的教學資源尤其是實驗教學資源明顯不足，導致學生動手能力較弱，無法滿足社會需求，阻礙了我國生物工程行業(yè)的發(fā)展。在這種形勢下，我們必須加強高校實驗教學，改變我國在生物工程行業(yè)落后的面貌。

生物工程專業(yè)是湖北工業(yè)大學彰顯輕工特色的專業(yè)，主要依托于發(fā)酵工程教育部重點實驗室、工業(yè)微生物湖北省重點實驗室、湖北省食品發(fā)酵工程中心，面向國家新型產(chǎn)業(yè)——生物產(chǎn)業(yè)，培養(yǎng)具有生物工程專業(yè)基礎(chǔ)知識，掌握生物工程工藝原理以及發(fā)酵工藝過程，生物工程設(shè)備原理及其操作，能在該領(lǐng)域從事管理、生產(chǎn)、設(shè)計、技術(shù)研究、產(chǎn)品開發(fā)等工作的高級工程技術(shù)人才。經(jīng)過幾年的不屑努力，通過人才的不斷引進，湖北工業(yè)大學生物工程專業(yè)建設(shè)了一只富有創(chuàng)新精神的師資隊伍，并整合了科研平臺，組建了生物能源、生物材料、生物制藥、生物化工研究團隊。以此為基礎(chǔ)，建立了一套比較完整的校內(nèi)外實驗教學體系。湖北工業(yè)大學的實驗教學取得了良好的成績，培養(yǎng)出了一大批綜合素質(zhì)高、工程能力強的工程技術(shù)人員，在生物工程行業(yè)內(nèi)收到了廣泛的好評。

1 生物工程專業(yè)實驗教學體系發(fā)展及其現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)各大高校在生物工程專業(yè)實驗教學改革上的探索

生物工程實驗教學的主要目的在于使學生更好地理解相關(guān)生物工程原理，鍛煉學生運用相關(guān)技術(shù)方法的能力。在具體實施中，培養(yǎng)學生實驗能力的總目標是通過不同課程以不同的實驗教學形式，在適宜的教學階段通過不同層次的培養(yǎng)予以實現(xiàn)的。鑒于實驗教學的重要性，綜合我國實驗教學現(xiàn)狀，我國的各大高校對學生的實驗教育做出了大膽探索。西南石油大學的鄒長軍等提出，從實驗室建設(shè)、教學手段、課外活動等方面對生物工程專業(yè)實踐性教學環(huán)節(jié)進行改革；上海交通大學的蔣群等從綜合大實驗的角度探討了生物工程大實驗教學的改革。華南理工大學、江南大學等將理論探索應用到了實踐，并取得了驕人的成績。江南大學對生物工程專業(yè)基礎(chǔ)課的實驗進行了重組與革新，將實驗課設(shè)置成與理論課具有同等地位的獨立課程。

1.2 實驗教學體系在改革中存在的問題

由于教學資源稀缺、辦學經(jīng)費不足、課程設(shè)置不合理等原因，我國生物工程實驗教學仍然存在許多不容忽視的問題。這些問題已經(jīng)成為制約我國生物工程技術(shù)人才培養(yǎng)和發(fā)展的瓶頸。這些存在的問題主要包括以下幾個方面：（1）在整個教學體系中，重理論，輕實踐；（2）實驗內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性，連貫性；（3）實驗多為基礎(chǔ)性實驗，缺乏探索性實驗；（4）教學運行機制以教師為主；（5）教學資源稀缺，實驗經(jīng)費不足等。

2 生物工程實驗教學改革的具體實踐

2.1 轉(zhuǎn)變教師教育思想，深化學生實踐學習觀念

強調(diào)教師要改變重理論教學、輕實驗教學的思想，要求教師將實驗教學提高到與理論教學同等重要的位置，在向?qū)W生講授實驗原理的同時，強調(diào)基本實驗技能的掌握，鼓勵學生勤思考、勤動手。同時開展特色實驗教學活動，激發(fā)學生的實驗興趣，提高教學質(zhì)量。

2.2 調(diào)整實驗課程內(nèi)容，強調(diào)專業(yè)知識的系統(tǒng)性

為培養(yǎng)學生的工程操作能力，強調(diào)注重專業(yè)課實驗的系統(tǒng)性。以菌種選育、發(fā)酵條件優(yōu)化、發(fā)酵產(chǎn)品提取為主線，串聯(lián)與生物工程相關(guān)的一系列實驗，體現(xiàn)學科的交叉性和互補性，提取各學科代表性實驗，單獨設(shè)置實驗課程。實驗課程涵蓋生物工程的上游技術(shù)（基因工程）、發(fā)酵技術(shù)、酶工程、下游分離技術(shù)、檢測技術(shù)等實驗技術(shù)。

2.3 優(yōu)化課時設(shè)置結(jié)構(gòu)，改革成績評定辦法

傳統(tǒng)的實驗教學中，課程設(shè)置和課時安排上更偏向于理論知識講學，壓縮了實驗課程教學的內(nèi)容和時間。課程考核中，理論知識考察仍然占主導地位，忽視實驗技能考察，使得學生對實驗技能的培養(yǎng)不夠重視。為了解決這類問題，在實際教學中，要求教師協(xié)調(diào)好理論課和實驗課的時間，使學生有充分的時間學習實驗技能。實驗教學成績由筆試成績和平時成績組成。為了突出實驗操作的重要性，適當提高平時成績的比重，兩者各占總成績的50%。而平時成績由如下三部分構(gòu)成：實驗報告成績（30%）、實驗操作成績（40%）、實驗預習成績（30%）。

2.4 提高綜合實驗比重，落實探索性實驗的實施

傳統(tǒng)的實驗教學中，比較注重基礎(chǔ)型實驗，綜合型實驗在整個教學體系中所占的比例小。在保留基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)上，利用綜合型大實驗將各種基礎(chǔ)實驗有機串聯(lián)起來，盡可能使各實驗具有承接性，避免教學與實際應用的脫節(jié)。湖北工業(yè)大學開設(shè)了發(fā)酵工程綜合型大實驗，選題以短梗霉多糖好氧發(fā)酵和井岡霉素生產(chǎn)菌好氧發(fā)酵為主，實驗的方案計劃，前期準備，藥品配置，以及實驗操作，都由學生獨立完成，提高學生的主體性。綜合型實驗中，實驗內(nèi)容相對開放，學生可以對自己感興趣的課題進行深入探索，也極大激發(fā)了學生的學習興趣。

2.5 實驗與科研結(jié)合，教學以科研為輔

為了提高學生的實驗興趣，進一步培養(yǎng)學生的科研能力，強調(diào)教師在平時的教學中，適當介紹學院的科研項目，鼓勵學生進入實驗室，協(xié)助教師或研究生進行科學研究。這樣，讓學生提前參與到科學研究中來，在培養(yǎng)學生實驗能力的同時，也可以激發(fā)學生科研的興趣，為學校培養(yǎng)碩士研究生打下基礎(chǔ)。

2.6 整合實驗室資源，提高設(shè)備利用率

為了充分發(fā)揮實驗室儀器的作用，提高設(shè)備利用率，盤活閑置的儀器設(shè)備，必須引入開放、共享、服務的新機制。為了使實驗室有限的實驗資源在科學的管理體制下運行，以達到最大的設(shè)備利用率，最優(yōu)化的管理措施，本文提出如下幾條管理辦法：首先，建立科學的實驗室管理機制，促進實驗室資源共享。完善實驗室規(guī)章制度，確保實驗室以有序、節(jié)約、開放、共享的機制運行。其次，建立專業(yè)的實驗設(shè)備管理隊伍，劃分責任管理區(qū)，規(guī)定管理責任人。構(gòu)建多層次的管理隊伍，確保儀器的正確使用。最后，實行有償使用，提供校內(nèi)外服務。對于大型精密儀器，為了支付其日常維護費用，可以適當收取使用費，提供給校內(nèi)外各科研機構(gòu)服務，同時擬定詳細的收費標準和管理辦法。

2.7 重視信息反饋，教學相互促進

教師應該本著以學生為本的原則，及時取得學生的學習信息，了解學生對實驗的掌握情況，同時，盡可能將對學生的公正評價反饋給學生，使學生明白自身在學習中的不足之處，并認真批閱實驗報告，對學生的實驗結(jié)果和實驗能力做出評價，以期學生改正不足，不斷進步。

3 改革成果

3.1 系統(tǒng)掌握基礎(chǔ)實驗技能，培養(yǎng)學生的綜合實驗能力

生物工程專業(yè)涉及的上、中、下游技術(shù)，包括分子生物學、微生物學、細胞生物學、發(fā)酵工藝學、酶工程、分離工程、環(huán)境微生物學等學科。需要學生擁有廣泛的知識面，掌握系統(tǒng)的實驗技術(shù)。堅定不移地堅持基礎(chǔ)實驗的教學，夯實基礎(chǔ)實驗技能，使學生掌握一整套與生物工程相關(guān)的實驗技術(shù)，為綜合型實驗和設(shè)計型實驗打下基礎(chǔ)。

3.2 促使學生熟悉專業(yè)儀器操作，提高學生處理數(shù)據(jù)的能力

生物工程專業(yè)對學生的綜合能力要求高，需要學生熟悉重要儀器的操作與維護，掌握生物工程設(shè)備原理與操作。通過實驗教學改革與落實，學生基本上掌握了常用大型精密儀器的原理與操作，學會了運用數(shù)據(jù)分析軟件分析處理實驗數(shù)據(jù)。

3.3 提高學生創(chuàng)新精神，激發(fā)學生科研興趣

實踐教學環(huán)節(jié)質(zhì)量的高低，直接影響到學生創(chuàng)新思維和綜合能力的培養(yǎng)。實驗環(huán)節(jié)得到加強后，不僅基礎(chǔ)實驗技能的培養(yǎng)得到了落實，創(chuàng)新型實驗和探索性實驗在一定程度上培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神，激發(fā)了學生的求知欲，為培養(yǎng)學生的工程實踐能力打下了基礎(chǔ)。

3.4 強化學生思維分析能力，培養(yǎng)團隊協(xié)作精神

實驗教學的最終目的是培養(yǎng)學生的學習能力，獨立思考的能力，工程處理能力。在科學技術(shù)發(fā)展突飛猛進的今天，在解決實際問題時，對知識面有很廣泛的要求，這就要求學生具備團隊精神。培養(yǎng)學生的團隊合作能力也是實驗教學改革的重要目的。

本課題受湖北省教育廳教學研究項目（項目編號：省2008235）和湖北工業(yè)大學教學研究項目（項目編號：校200908，200909）資助

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