生物工程專業設計性實驗的探索與實踐

楊文婷 吳士筠 徐文廣

摘 要 生物工程作為一門應用性很強的學科，對該專業學生應用能力的培養提出了較高的要求，而傳統的實驗課程偏重驗證性、重復性實驗，對學生應用實踐能力和創新能力的發展有一定制約，文中對武漢工商學院生物工程專業在開放性、設計性實驗課程中的經驗和舉措進行了總結，以為提高學生創新意識和實踐能力的實驗教學改革提供思路和范例。

關鍵詞 生物工程 生物制藥 設計性實驗 開放性實驗

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.05.014

Abstract Biological engineering as a very strong applied subject， the cultivation of the application ability of the students put forward higher requirements， and traditional experiment course emphasis confirmatory， repeated experiment， has certain constraints the development of students' practical ability and innovation ability， this paper of Wuhan Technology and Business University of biological science and Engineering in open and designed experiment course experience and measures are summarized， thought that improve students innovation consciousness and practice ability of experimental teaching reform ideas and paradigms.

Key words bioengineering； Bio pharmaceutical； design experiment； open experiment

1 課程目標及總體設計

結合生物工程專業“培養具有較強適應能力和可持續發展能力”的人才培養目標，針對有一定的專業知識基礎的大三學生，通過教師擬題、學生選題，并將教師已完成或進行中的較成熟的科研項目分解成多個小課題，融入本課程的選題。課程的實施以學生為中心，老師引導和輔助，給予了學生更多自主空間，以達到對學生的文獻檢索能力、實驗設計能力、基礎實踐技能、問題分析能力等進行鞏固和強化的目的。①②③

2 課程實施方式及手段

2.1 以激發學生興趣為基本出發點

分析本校生物工程專業人才培養的現狀，從學生的知識基礎、實踐能力、學習興趣入手進行調查，以實現因材施教；通過對相關行業用人單位的調查和反饋，了解企業和社會的對本專業人才的需求，以能從實踐教學內容設計的角度予以權衡，使每個課題的實施符合生產研發的真實過程，使學生能將以前所學知識和技能融入其中，使學生學以致用，激發其學習興趣和創新潛力，創造研究的氛圍和過程讓學生來經歷和體驗，并可以實現課外學習的拓展延伸。④

2.2 培養實事求是的態度

以實例向學生傳達實事求是對待科學研究和應用實踐的理念，要求學生在試驗過程中做好原始記錄，尊重實驗結果，養成及時記錄、認真分析的良好習慣，培養科學求實的態度和批判精神，出現于預測情況不符的情況時，如實討論和分析，勇于提出自己的觀點和見解。老師會考察原始數據是否翔實可靠，數據是否處理實事求是，結果分析是否清晰可信等。

2.3 強化自主性操作

在傳統實驗中，學生所用試劑均為實驗老師配制，且經過任課老師預實驗的驗證，而本門課程中所用試劑均為自行配制，如發現實驗數據的異常，需要自己分析查找原因。甚至在實驗過程中，可能會出現學生做出的結果與文獻報道不一致的情況，學生需要通過組織小組討論、查詢資料或向老師求助等方式，分析解決問題，讓學生對已學知識更好地吸收內化，在探究中學習反饋。

2.4 提倡個性化發展

對三年級學生，部分同學已在課程之前參與過其它科研項目，學生能力層次不同。本課程學習過程中，學生可以根據自己的能力和意愿，選擇不同難度的試驗方案，從而可以滿足不同能力學生的個性化、層次化的需求。比如同樣是提取工藝，有的學生會選擇經典的正交設計方案，而對部分實踐能力扎實、主動性強、興趣濃厚的學生，給他們介紹響應曲面法等，通過新方法的引入，使學生的實驗設計能力和數據分析能力得到更全面的提高。

2.5 強化操作技能

課題選擇和設計上，要求學生能在三周左右完成，因為不是傳統驗證性實驗，有時會出現一次實驗不成功，需要重復進行的情況，學生使用儀器設備的時間和需求大大增加，反復的操作和鞏固，使學生對儀器設備的使用更加熟練，避免了傳統實驗課程中，學生上完實驗課，儀器設備的操作基本忘記的情況，實驗室的利用率顯著提高。⑤

2.6 加強文獻閱讀梳理能力

因為學生需要自行設計試驗方案，必須完成一定量的文獻閱讀，本課程中要求學生至少泛讀30篇文獻，精讀5～10篇。充分閱讀文獻是試驗優化合理設計的基礎，學生通過自主查詢文獻，分析文獻方案的可行性，設計出合理、科學的實驗方案。在初期，學生通常文獻理解能力較差，閱讀速度較慢，但經過多篇文獻閱讀后，會漸漸發現其中規律，熟悉了專業文獻的特點，這樣閱讀起來會感覺非常容易，專業素養不斷加強，同時其知識更新能力也能得到更好的培養。

2.7 提倡師生良性互動

在設計性實驗中，學生與老師之間不再是上完課走人、關系疏離的狀態，學生在試驗過程中，會不斷碰到問題，需要常常與老師溝通，而在實踐中的不斷交流與互動，可以讓學生從老師身上學到許多書本上無法直接獲得，卻非常有益、非常實用的信息，教師也在學生的不斷提問中自省、提高，教學相長，營造良好的學習氛圍。

3 課程進程管理及改進

3.1 學生的進程管理

通過設計性實驗課程，使學生掌握正交設計、均勻設計及響應面曲線等統計學上優化工藝的方法，要求學生論證方案設計的可行性，包括方法、材料、設備、時間等，方法包括試驗方法和分析方法（軟件應用、統計）等。指導學生利用對課題內容進行分解和規劃，以保證對課題進度的把握。因為多數學生是初次進行歷時較長的設計性實驗，進程管理情況較差，很多同學在第一、第二周進度推進緩慢，但到后期，各種問題慢慢解決后，進度明顯加快，進程管理的良好效果在后期學生完成畢業論文或畢業設計中顯著體現。

3.2 指導老師的進程把握

除課內要求的36學時外，至少需要18學時的時間完成實驗。在開放性實驗中，因學生自覺性不同，有的學生試驗方案中碰到問題也不愿意主動詢問指導老師，導致試驗進展緩慢，因此需要設計細節化的試驗過程管理方案。一方面，及時讓學生知道自己哪些方面做得比較好，哪些方面需要進一步提高，對學生操作不規范、設計分析不合理之處及時糾正，加強學生對課程的重視程度；另一方面，針對性地設計試驗進度記錄表，每次對學生試驗的進度進行監控和把握，進度推進較慢的學生及時關注、加強指導，以保證學生能在規定的時間內完成實驗，達到預期目標。

4 課程考核方式

將實驗方案設計、實驗過程管理、實驗結果以及學生互評有機融合，將CIPP的教學評價理念貫穿于整個教學過程，建立完善的課程評價體系，并充分發揮課程評價體系對學生的鞭策作用，強化實踐效果。⑥考核方式注重過程評價，學生成績中平時分數占60%，論文分數占40%；平時分數包括課前文獻檢索情況評分（20%）、設計方案評分（30%）、操作評分（30%）、實驗記錄本評分（20%）；論文分數由學生互評（20%）和老師評價（80%）組成。操作評分部分是根據每個課題方向設計量化的評分表作為評價依據；學生互評是通過其他同學的論文的閱讀進行評分。其中尤其學生的互評對發現自己優勢、檢視自身不足有一定促進作用，評分較高的論文在學生間傳閱學習。

5 教學保障措施

5.1 教材建設

從最初自編教材的不斷修改，到課程配套教材的正式出版，確保了高質量、有特色的優秀教材進入學生課堂，目前已出版針對設計性實驗課程的教材4部。

5.2 教學資源庫的建設

不斷完善課程大綱的修訂，課題素材不斷積累和更新。論文完成后，同系列課題的同學一組進行小組答辯，分享實驗結果和感受，要求展示在實驗過程中碰到的種種問題及解決思路方法，引導學生在問題中學習，并鼓勵學生愛護實驗室儀器，合理設計、節約資源。老師也不斷收集實驗中出現的問題，為后期進一步完善課程方案提供思路。

5.3 師資力量的保障

教師的素質與學生綜合素質教育、實踐能力和創新能力的培養有著密不可分的關系，設計性實驗課程中，學生會碰到各種問題需要求助于指導教師，因此教師需要在所指導課題中有豐富的經驗，且對各種相關儀器的操作及常見問題非常熟悉，教學相長，教師也可以在不斷幫助學生解決問題的過程中反饋教學問題，更新教學內容和手段。

5.4 實驗條件的保障

設計性實驗期間，給學生安排專用實驗室以滿足實驗的連續性要求；學生設計方案之前，提供實驗室現有相關材料和設備提供給學生，以保證學生方案的可行性。建立了完善的實驗室開放制度，確保學生進行開放性實驗期間，從實驗時間、實驗內容到實驗設備的全方位開放，充分利用現有教學資源。

6 結語

通過武漢工商學院開放性、設計性試驗的開設，給予學生充分的學習自主權，每個學生均有過獨立設計實驗、實施和總結的經驗，適應能力大大提升，文獻閱讀和梳理能力的培養，也為學生能力的可持續發展打下堅實的基礎。學生多次在全國大學生技能減排競賽、湖北省生物實驗技能競賽、湖北省化學實驗技能競賽等各級競賽中獲獎，多數學生在實習單位和工作單位的表現和能力也得到了單位領導的一致好評。設計性實驗方案的建立和實施在應用型人才的培養上有著極大的發展空間，教學團隊成員還將在執行過程中不斷反饋、思考和改進，并進一步在其他課程中推廣應用。

注釋

① 王躍華，趙鋼，茍小軍，等.深化生物教學改革，探索生物工程人才培養新模式[J].教育與教學研究，2010.24（3）：7-9.

② 夏金蘭.生物工程與技術創新人才培養模式的探索與實踐[J].高等教育研究學報，2009.32（4） ：62-63，66.

③ 張建麗，范蕾.生物工程綜合實驗教學改革研究與實踐[J].實驗技術與管理，2008.25（5）：144-146.

④ 劉海燕.幾種典型實踐教學模式對應用型本科院校的啟示[J].理工高教研究，2005.24（6）：82-83.

⑤ 陳劍鋒，陳菁，謝航，等.構建生物工程學科創新實驗教學體系提高學生的動手實踐能力[J]. 實驗技術與管理，2010.27（3）：22-24.

⑥ 金亞飛.基于CIPP模型的研究型大學本科實踐教學評價研究[D].廣州：華南理工大學，2012.