生化分離工程設計性實驗教學模式的構建與探索

摘要本文首先介紹了生化分離工程實驗，并針對以往教學實踐中的不足之處，通過調整和更新教學內容，增設具有自主設計性的研究型的生化分離工程實驗；對實驗前期預習報告、實驗過程中操作技能、實驗后結果分析，三方面齊抓并舉，豐富實驗考核方式。并能有效地培養學生的創新能力、綜合分析能力和獨立開展科學研究的能力。

關鍵詞生化分離工程設計性實驗實驗教學研究

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

Biochemical Separation Engineering Designing Experiment

Teaching Mode Construction and Explore

WANG Wei， ZENG Boquan， LI Jilie， YAO Yuefei

(Biological Engineering Teaching and Research Faculty， School of Life Science，

Central South University of Forestry and Technology， Changsha， Hu'nan 410004)

AbstractThis paper first introduced the biochemical separation engineering experiment， and aim at the disadvantages in form teaching practice， through adjusting and updating the teaching contents， raises independent designing research biochemical separation engineering experiment， analyses on the early stage of previewing of experiment， operating skills during the experience process， and result analysis after the experiment， three aspects simultaneously fucus， enrich the experiment examining ways， and this new method can effectively cultivate students' innovative ability and comprehensive analysis ability and independent development scientific research ability.

Key wordsbiochemical separation engineering; designing experiment; experimental teaching research

0 引言

生化分離工程實驗是生物工程專業中關于物質分離的理論和實現工程放大的重要實踐性課程，由于物質分離過程中工藝方法具有模塊化和可替換性，對培養學生的實驗能力和創新能力起著重要作用。

設計性實驗是指給定實驗目的、要求和實驗條件，由學生自行設計實驗方案并加以實現的實驗。①與傳統的驗證性實驗相比，設計性實驗使學生由被動學習轉變為主動學習，由教師“喂飯”轉變為“自己吃飯”。它在培養學生解決問題能力和創新能力方面具有驗證性實驗無法比擬的作用?？墒?，設計性實驗的教學過程比驗證性實驗更長，教學內容更豐富、更復雜，教學方法與組織形式更加多樣化，這就更需要教師精心安排和組織整個教學過程。本文通過對生化分離工程設計性實驗教學實踐步驟的描述，探討了設計性實驗的教學組織形式、教學模式和考核方法，提出了實施生化分離工程設計性實驗應該注意的問題。

1 自主設計實驗模式的具體實踐

在實施設計性實驗之前，應已完成大部分相關理論課程教學，學生們已經建立好生化分離工程的學科知識框架。同時，學生在大一、大二開設的分析化學、生物化學等實驗課程中學習了基礎操作技能和相關儀器的正確使用。這些能力的具備為設計性實驗的開展提供了保障。在進行設計性實驗之初，教師必須使學生充分認識設計性實驗的目的、意義及具體實施方法。一般可將班級分成若干個由2~4人組成的研究小組，每個小組選擇一個課題，分工協作，用3~4周時間確定目標、收集信息、制定方案、實施方案、完成研究報告、演示研究成果，最后，通過自評和互評，由教師對研究過程和成果作出評價；為有序、順利的達到預期目的，我們所開設的實驗模塊多為老師曾申請課題，研究背景熟悉，同時也考慮了所開課題需具有代表性和較寬的涉及面。目前已開出的實驗模塊有：金桔黃酮提取與純化；胞內脂肪酶的提取與純化；發酵液中青霉素的分離與純化；發酵液中赤霉素的分離與純化；茶葉中茶多酚的分離與純化；發酵液中谷氨酸的分離與純化。

設計性實驗實施步驟如圖1所示。

設計性實驗實施中依據進程應著重注意以 （下轉第83頁）（上接第34頁）下三個階段：

（1）實驗預習及準備。依據所選課題，實驗小組成員進行分工協作，在正式實驗之前完成文獻數據查閱和實驗方案設計。設計的實驗方案應目的明確，包含必備實驗方法、實驗步驟、實驗原始數據表，列出所需藥品及儀器；實驗方案必須通過指導教師的審查，否則須進一步討論、修改，完善實驗方案。

（2）實驗。實驗以學生獨立試驗和教師指導相接合的方式進行，但考慮到設計性實驗涉及面大、需時較長的特點，實驗在時間和場所采用相對集中、適度分散的辦法安排。指導教師在實驗室及正常教學時間內，提供指導，負責安全，同時考察并記錄實驗小組及其成員個人的工作表現。實驗涉及的分析測試，由學生提出預約申請，由分管儀器的教師或研究生指導完成。

（3）實驗報告及總結。實驗結束后，按照格式要求撰寫一篇規范的科技小論文作為實驗研究報告，重點在實驗數據的分析及數據與結論的聯系。實驗論文上交的同時，小組準備答辯總結，鼓勵學生制作簡短ppt幻燈片用于答辯。每個實驗小組選派一人在總結答辯會上作簡要的陳述，答辯小組成員接受教師和其他小組同學的質疑，教師根據小組的論文和答辯情況進行分析評點。在此基礎上，要求小組對已完成實驗體系作出待研究方向的預判，以供下屆學生參考。

在設計性實驗實施的過程中，還應注意實驗小組成員間自由、平等的交流和適當分工，培養良好的學術氛圍。其次，教師要充分信任學生，在一般情況下，教師不干涉小組的研究過程。但教師又要給予原則性的指導，發現問題及時糾正。

2 實驗成績評定

對于在本科生開展設計性實驗項目，主要目的是培養學生的創新能力以及團隊協作意識。為鼓勵學生嘗試創新性實驗，成績考核不應以最后的實驗結果正確與否為唯一根據，而應綜合評價立題是否有新意，立題是否合理。此外，還應將學生在實驗過程中處理異常事件、修正實驗方案納入實驗成績中。目前實驗成績按下式計算：實驗成績 = 實驗預習報告50% +實驗過程20% +實驗報告及答辯30%。

3 實驗效果和展望

通過生化分離工程設計性實驗的開展和實踐鍛煉，學生對生化分離工程加深了了解，并產生了濃厚的興趣。正如鄧子新院士所說:“在實驗室里老師教學生不應當象在工廠里師傅教徒弟一樣，指給你做什么東西你就做什么東西，而是把這方面的工作交給你以后，你自己要放開你的思路去自主地創新”。②

自主實驗設計由于是在掌握基本知識和實驗操作的基礎上，給了學生自由發揮的余地，使學生對生化分離工程的相關論文查找及分析研究、實驗實施及問題的解決、結果的分析和討論、答辯以及科研論文的撰寫過程都有了較為深刻的了解，為將來學習或工作打下堅實基礎。在完成設計性實驗時，學生積極主動進行充分的課前預習，為解決實驗中的問題經常去圖書館查資料，提出解決問題的途徑和方法。當實驗方案失敗時，能及時失敗中吸取教訓，修正實驗方案。設計性實驗在加強了學生間和師生間的交流的同時，也鍛煉了學生的團隊精神。完成設計性實驗的過程對學生的責任感提出了更高的要求。達到了我們實驗改革之初設想的目地，即“授人以魚，不若授人以漁”。實驗后與學生座談，學生很認可這種方式，認為在實驗中，培養自立、自信、自強的個性，獨立分析能力，同時具備包容不同思想，自由的研究氛圍，認真務實，真正體會探索的樂趣。

在未來的計劃中，我們將重點考慮以下幾個問題：（1）開放實驗室的管理及教師指導作用的問題；（2）合適的設計性實驗項目更新方式；（3）學生設計實驗中創新點的科學判斷。我們相信：只要老師深入實驗室，不斷改進實驗內容和方法，探索實驗教學新途徑，實驗教學必定能取得理想效果，達到培養創新型人才的目的。

基金項目：中南林業科技大學教學研究項目（2009）

注釋

①朱鐵群，成慶利.微生物學設計性實驗教學個案分析.微生物學通報，2007.35(4):1011-1013.

②鄧子新.實驗室重在培養創新型的人才.實驗室研究與探索，2007.26(3):1-4.