高校生物工程專業(yè)分層次實驗教學體系構建探索

方成+顏海玲+蔣永榮+陳洪波+馮小珍

【摘 要】本文分析高校生物工程專業(yè)實驗教學體系存在的問題，以培養(yǎng)學生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標，對生物工程專業(yè)實驗室建制、實驗教學內(nèi)容、實驗教學方法等進行改革，構建生物工程專業(yè)分層次實驗教學體系。

【關鍵詞】生物工程專業(yè) 分層次實驗教學體系 構建 工程素質(zhì)

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）02C-0155-03

生物工程專業(yè)主要培養(yǎng)能在生物技術與工程領域從事工藝設計、生產(chǎn)管理和新技術研究、新產(chǎn)品開發(fā)的工程技術人才，使其掌握生物技術及其產(chǎn)業(yè)化的基礎原理、工藝基礎理論和工程設計基本技能。實踐教學是生物工程專業(yè)教學的重要組成部分，也是培養(yǎng)具有工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力的應用型人才的重要環(huán)節(jié)。長期以來，生物工程專業(yè)實驗教學體系受我國經(jīng)濟發(fā)展水平和傳統(tǒng)教學理念束縛，普遍存在“四重四輕”的現(xiàn)象，即重知識傳授輕能力培養(yǎng)、重標準答案輕求異創(chuàng)新、重習題訓練輕潛能開發(fā)、重分數(shù)評價輕個性發(fā)展。因此，有必要以培養(yǎng)學生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標，構建生物工程專業(yè)分層次實驗教學體系。

一、生物工程專業(yè)實驗教學體系存在的問題

目前，生物工程專業(yè)實驗教學體系存在的問題集中表現(xiàn)在以下三個方面。

（一）實驗內(nèi)容結構不合理。首先，實驗教學附屬于課程理論教學，往往偏重理論教學輕視實驗教學，實驗課時較少。或者由于教學投入不足，實驗內(nèi)容上驗證性的實驗多，綜合設計性實驗少；實驗設備臺套數(shù)少，學生親自動手做實驗的機會少。其次，各門實驗分屬不同老師承擔，實驗指導書編寫缺少統(tǒng)籌，因此造成教學內(nèi)容重復，且大多為低水平重復。最后，實驗內(nèi)容陳舊，不能與時俱進，例如，分子生物學實驗技術是生物工程實驗的核心，它的發(fā)展非常快，新技術、新工藝不斷涌現(xiàn)，實驗教材更新的速度往往跟不上時代的發(fā)展。

（二）實驗聯(lián)系實際不夠緊密。目前，生物工程專業(yè)實驗內(nèi)容主要是傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品的驗證實驗，缺乏與現(xiàn)代生物工程產(chǎn)品的聯(lián)系，學生無法掌握現(xiàn)代生物工程制品的生產(chǎn)工藝。或者使用商品化的基因工程菌株或細胞進行實驗，學生沒有經(jīng)歷生物工程上游技術的訓練，不明了整個工藝流程上下游的關系，就很難達到工程實驗教學的目的。

（三）實驗考核方法偏主觀片面。傳統(tǒng)的實驗教學中，由實驗指導教師準備好儀器設備和試劑，學生對照實驗指導書完成指定的實驗和操作步驟，這抑制了學生的學習積極性，不利于其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。教學運行機制上以教師講授為主、學生動手為輔，實驗教學趨同于理論教學，學生學習的創(chuàng)造性和主動性被扼殺。

因此，生物工程專業(yè)只有建立完善的實驗室體系、分層次實驗教學體系和改革現(xiàn)有實驗教學方法，才能適應我國新世紀生物工程專業(yè)發(fā)展和高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求。

二、實驗室體系建立

（一）實驗室建設。生物工程專業(yè)實驗室根據(jù)其教學功能，分為基礎、專業(yè)和研究三級，包括基礎化學實驗室、分析化學實驗室、生物化學實驗室、微生物實驗室、生物制藥實驗室、藥物分析實驗室、模擬實訓室和大型精密儀器平臺，總實驗室面積約700平方米。

1.基礎化學實驗室。該實驗室總面積120平方米，主要承擔普通化學、無機化學、有機化學及相關畢業(yè)論文教學工作。該實驗室目前配備了低溫等離子體誘變儀器、酶標儀、水浴鍋、搖床、超凈工作臺、激光誘變儀、凝膠成像系統(tǒng)、分光光度計等儀器設備；電泳儀、離心機、超低溫冰箱等分子生物學相關教學專用設備。

2.分析化學實驗室。該實驗室總面積80平方米，主要承擔分析化學、儀器分析及相關畢業(yè)論文教學工作。該實驗室目前配備了低溫等離子體誘變儀器、酶標儀、水浴鍋、搖床、超凈工作臺、激光誘變儀、凝膠成像系統(tǒng)、分光光度計等儀器設備；電泳儀、離心機、超低溫冰箱等分子生物學相關教學專用設備。

3.生物化學實驗室。該實驗室總面積80平方米，主要承擔生物化學與分子生物學、基因工程、酶工程課程實驗及相關畢業(yè)論文教學工作。該實驗室目前配備了低溫等離子體誘變儀器、酶標儀、水浴鍋、搖床、超凈工作臺、激光誘變儀、凝膠成像系統(tǒng)、分光光度計等儀器設備；電泳儀、離心機、超低溫冰箱等分子生物學相關教學專用設備。

4.微生物實驗室。該實驗室面積80平方米，主要承擔微生物與免疫學、細胞生物學、細胞工程及畢業(yè)論文教學工作。該實驗室目前儀器設備配置主要包括光照培養(yǎng)箱、超凈臺、震蕩培養(yǎng)箱、發(fā)酵罐、超聲波破碎儀、滅菌鍋、生化培養(yǎng)箱、細胞融合儀等。

5.生物制藥實驗室。該實驗室面積160平方米，承擔生物分離工程課程、藥物制劑學實驗、畢業(yè)論文教學工作。已配備儀器設備包括凝膠層析系統(tǒng)、旋轉蒸發(fā)儀、微納濾系統(tǒng)、壓濾機、制丸機、造粒機、烘箱、大容量離心機、水浴鍋等。

6.藥物分析實驗室。該實驗室面積約80平方米，主要承擔藥理學、藥物分析課程實驗教學及畢業(yè)論文教學工作。已配備儀器設備包括溶出分析儀、薄層層析分析儀、熔點儀、崩解時限測定儀、脆碎度檢查儀、電腦伺服剝離試驗機等。

7.模擬實訓室。該實驗室面積約100平方米，為生物工程專業(yè)新建的實驗室。該實驗室目前配置計算機40余臺，安裝藥物制劑實訓仿真系統(tǒng)和CAD機械制圖軟件，輔以教師自制多媒體教學軟件。主要承擔化工原理、制藥設備工程、制藥工藝學及多門理論課程的多媒體輔助教學。

（二）實驗室開放。通過完善實驗中心管理制度，規(guī)范實驗教學管理，建立高效的實驗中心運行體系。提升建設后的專業(yè)實驗室實施多種形式的開放，實行開放式運行管理，完善資源共享機制，滿足學生對生物技術領域開放實驗的需求，促進大學生科技創(chuàng)新和第二課堂的發(fā)展。在保障本專業(yè)本科實驗教學基礎上，力爭最大限度地服務于專業(yè)學生的非課程實驗實訓，包括科技協(xié)會、大學生創(chuàng)新實驗項目訓練。學校生物類專業(yè)學生實驗受益率達到50%以上。

三、分層次實驗教學體系構建

（一）實驗內(nèi)容創(chuàng)新。實驗內(nèi)容注重理論聯(lián)系生產(chǎn)實踐，加強設計訓練，提高學生解決實際問題的能力。按照循序漸進的原則，根據(jù)培養(yǎng)方案的要求，確立分層次實驗教學體系。體系包含基礎生物學實驗、現(xiàn)代生物技術、生物制藥實踐、生產(chǎn)實踐四個教學層次，每個層次開設相應的實驗課程。每門實驗課程要求開設基礎型、綜合設計型和研究創(chuàng)新型三種實驗類型，比例上三者各占三分之一。如圖1所示。

（二）實驗教材建設。市場上雖然有大量相關的實驗教材，但由于各個學校專業(yè)方向各異，設備條件不同，現(xiàn)成的實驗教程往往使用不便，因此，需要編寫一系列符合學校實驗條件及專業(yè)特色的實驗指導教材。首先，我們對現(xiàn)有的實驗項目進行了分類、修訂和優(yōu)化，使之既適應于本院實驗平臺，又注重實驗項目的銜接和關聯(lián)性。在編寫教材時，注重對實驗原理的闡述，并根據(jù)實際教學效果，及時對教材內(nèi)容作出調(diào)整和補充。根據(jù)多年教學經(jīng)驗，針對性編寫《實驗教學指導書》《實習實訓指導書》等教材。

（三）實驗教學方法改革。具體如下：

1.通過基礎型實驗，加強學生基本實驗技能的訓練。利用學生實驗課時開展基礎型實驗，進行實驗基本技能訓練。學生達標合格后才允許進入綜合設計和研究創(chuàng)新型實驗，達標的采取先進帶后進和課外補課的方式促使其務必達標。學生主要熟練掌握各種儀器設備基本操作和養(yǎng)成良好實驗習慣；教師偏重啟發(fā)和引導學生在實驗中去發(fā)現(xiàn)和分析問題，并在提交的實驗報告中去探討和解決問題。

2.通過綜合設計型實驗，激發(fā)學生學習自覺性和創(chuàng)造性。將從原來若干個相互獨立的實驗升級為綜合設計型實驗，要求學生課外通過查閱文獻資料，并根據(jù)學過的基礎知識自主設計實驗步驟。實驗課內(nèi)按流程完成實驗內(nèi)容，實驗結束時相當于完成了一個自命題的小課題。例如我們在“土壤中微生物的分離、篩選和培養(yǎng)”實驗中，將之前相互獨立和分散安排的幾個實驗，按其內(nèi)在科學聯(lián)系重組為綜合設計型實驗。這樣學生不但學到了各個環(huán)節(jié)的基本實驗技能，更重要的是培養(yǎng)了學生綜合運用基本技能和實驗方法的能力。綜合設計型實驗的開設，培養(yǎng)了學生自覺分析問題和解決問題的能力，提高了學生的自覺動手和創(chuàng)新能力，對學生進入研究創(chuàng)新型訓練起到引導和推動作用。

3.通過研究創(chuàng)新型實驗訓練，強化學生掌握生物學實驗前沿技能。從大學二年級開始，選擇一些優(yōu)秀學生分期、分批進入研究室參加教師的課題研究，和研究生一起在教師的指導下開展實驗研究。研究創(chuàng)新型實驗由任課教師根據(jù)自己研究課題，分解提出眾多子課題，全院公開，讓學生自愿組合選擇，學生小組在出題老師指導下自主查閱文獻、設計實驗方案和路線，并開展實驗研究。研究創(chuàng)新型實驗時間靈活安排，采用彈性制。實驗室開放期間，安排教師和專門的實驗員進行指導和管理。

4.合理的實驗考核體系，保證實驗教學質(zhì)量不斷提高。建立學生實驗成績綜合評定體系、教師實驗教學效果評價體系以及實驗教學質(zhì)量監(jiān)控體系，三管齊下，保證實驗教學質(zhì)量不斷提高。學生實驗成績綜合評定體系中，堅持過程評價，統(tǒng)籌考核實驗前預習、實驗中表現(xiàn)和實驗報告結果，重點考查學生能力。教師實驗教學效果評價體系中，教研室組織相關教師進行同行互評，就實驗大綱、實驗項目、現(xiàn)場指導等內(nèi)容進行評價，考評結果作為評優(yōu)、職稱評定等的參考。實驗教學質(zhì)量監(jiān)控體系中，要求成立院級實驗教學質(zhì)量監(jiān)督委員會。委員會對任課教師進行的各實驗教學內(nèi)容實施情況作定期或不定期檢查，作出評價并及時提出改進建議。學生通過教務系統(tǒng)對任課教師的課程講授、輔導、作業(yè)批改等各項教學任務作出評價，并反饋到院級實驗教學質(zhì)量監(jiān)督委員會。

四、結語

我們在堅持“高等學校基礎課教學實驗室評估標準”的基礎上，重點抓實驗室軟硬件建設和實驗教學的改革。在實驗教學體系的改革上，打破了實驗教學依附于理論教學、實驗教學中只強調(diào)基本技能訓練的傳統(tǒng)實驗教學模式，著力從培養(yǎng)學工程素質(zhì)（包括研究素質(zhì)、心理素質(zhì)）、創(chuàng)造能力等諸多方面出發(fā)構筑實驗教學新體系。新的實驗項目分三種類型：基礎型、綜合設計型、研究創(chuàng)新型，分別針對不同的教學目的。實驗目標明確，可操作性強，真正體現(xiàn)了實驗教學在培養(yǎng)高層次人才中的重要性。實現(xiàn)了實驗教學從過去的知識技能型向能力培養(yǎng)型的轉變，建立了以基本能力訓練為基礎、綜合素質(zhì)培養(yǎng)為核心、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線的“基本技能—工程素質(zhì)—創(chuàng)新能力”的培養(yǎng)模式，形成了既相對獨立，又相互聯(lián)系的分層次實驗教學體系。

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【基金項目】2014年桂林電子科技大學教育改革項目“生物工程專業(yè)分層次實踐教學體系構建”（ZL2875）；2015年度廣西高等教育本科教學改革工程項目“基于學科交叉培養(yǎng)本科生創(chuàng)新能力的研究與實踐”（2015JGA203）

【作者簡介】方 成（1978— ），男，廣西桂林人，副研究員，桂林電子科技大學生命與環(huán)境科學學院實驗室主任。

（責編 盧 雯）