以產業(yè)需求為導向的遞進式實驗教學體系構建

游 玲 朱文優(yōu) 侯 茂 陳文浩 張 超

（宜賓學院生命科學與食品工程學院，宜賓 644000）

按照我國“十三五”生物產業(yè)規(guī)劃，生物產業(yè)正在成為我國產業(yè)結構調整的戰(zhàn)略重點和新的經濟增長點，是最有前途、最有希望的領域，并且，隨著生物工程產業(yè)技術水平的進步，產業(yè)融合及技術創(chuàng)新頻率明顯加快，需要大量人才，但實際情況是，本專業(yè)就業(yè)情況一直不夠理想，甚至在《2012年大學生就業(yè)報告》中被列為“紅牌”警告十大專業(yè)之一[1]，企業(yè)人才荒和學生就業(yè)難的現象長期共存，表明本專業(yè)培養(yǎng)的人才還不能滿足產業(yè)對應用創(chuàng)新型人才的需求。分析其原因，主要是生物工程專業(yè)普遍存在培養(yǎng)目標過大過全的問題，學生對專業(yè)的體會不深，定位不準，學習目標及個人的發(fā)展目標均不夠清晰，特別是實驗教學理念落后，教學內容陳舊，且多為驗證性實驗，缺乏對學生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，導致學生的動手能力差、創(chuàng)新能力弱，不能適應社會需要，因此，近年來針對這一現狀，多個學校開展了大量的實驗教學改革[2-4]，形成了分層次分階段、通過“自主學習”等方式培養(yǎng)學生應用創(chuàng)新能力的共識[5-7]。

但與我國已有的300多所開設生物工程專業(yè)的大學[8]相比，宜賓學院作為地方本科院校并不具有專業(yè)排名上的優(yōu)勢，轉型發(fā)展特別是立足地方的轉型發(fā)展成為我校的必然選擇[9]。由于宜賓及周邊區(qū)域作為全國濃香型白酒的主要產區(qū)，其行業(yè)技術水平及人才儲備在固態(tài)發(fā)酵產業(yè)均有著舉足輕重的地位，因此，我校生物工程專業(yè)將專業(yè)特色定位為固態(tài)發(fā)酵產業(yè)人才培養(yǎng)，并圍繞這一專業(yè)特色開展了一系列以應用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標的教學改革[10，11]，特別是通過從“教學實驗”到“實驗教學”的綜合改革，打破學科、課程的限制，針對固態(tài)發(fā)酵產業(yè)相關崗位對人才的能力要求，創(chuàng)新實驗教學內容，優(yōu)化課程設置，改革考核方式，融合教師科研，構建了以項目為載體、遞進式的應用創(chuàng)新能力實驗教學體系，開展了應用創(chuàng)新人才培養(yǎng)方式的有益探索。

一、遞進式實驗教學體系的主要內容

根據前期調研，項目組將遞進式實驗教學體系的培養(yǎng)目標確定為：立足專業(yè)特色 “固態(tài)發(fā)酵”，針對產業(yè)人才及技術需求，培養(yǎng)掌握扎實實驗操作技能，能在行業(yè)和產業(yè)的高度上融會貫通相關理論、熟悉產業(yè)技術現狀及發(fā)展趨勢、支撐區(qū)域經濟發(fā)展的固態(tài)發(fā)酵產業(yè)人才。為了完成這一目標，建立了模塊化的能力培養(yǎng)體系，根據產業(yè)需求優(yōu)化實驗教學內容，并通過多樣化的考核考評方式引導學生積極性，同時部分調整原有實驗管理運行機制以保障實驗教學的順利進行。

1.模塊化的能力培養(yǎng)體系

要通過有限的精力、時間培養(yǎng)全才，其結果只能是得到庸才。現有實驗教學內容以理論課程為體系建立，多為驗證性實驗，同時存在課程交叉重復，不能滿足應用創(chuàng)新能力培養(yǎng)的客觀要求。因此，項目組破除理論課程局限，獨立開設實驗課程，構建了“基礎能力”、“應用能力”、“創(chuàng)新能力”三大能力培養(yǎng)模塊，將培養(yǎng)相應能力所需的實驗項目分別整合到“生物工程基礎實驗”、“生物工程綜合實驗”、“生物工程創(chuàng)新實驗”三大實驗課程，以實驗項目為載體，分階段培養(yǎng)學生的 “基礎能力”、“應用能力”、“創(chuàng)新能力”。

在“生物工程基礎實驗”課程中，將原有無機及分析化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗、生物化學實驗、微生物學實驗等課程內容，以及發(fā)酵行業(yè)生產及技術部門常用的分析檢測項目（11個項目）整合在一門課程中，總課時數達到132學時，使學生熟練掌握基本實驗操作技能，加深對相關理論知識的理解，夯實學生基本實驗操作技能，為后續(xù)綜合實驗所需的單元操作打下基礎。

在“生物工程綜合實驗”課程中，立足“固態(tài)發(fā)酵”的專業(yè)特色，選擇具有代表性的發(fā)酵產品，如醬油、白酒、酸奶、豆腐乳、麩醋、醬腌菜、果酒等的生產工藝，使學生通過制作這些產品，全面熟悉主要固態(tài)發(fā)酵產品的生產過程，初步形成固態(tài)發(fā)酵產業(yè)所需的專業(yè)應用能力，為后續(xù)創(chuàng)新實驗所需的工藝改進和創(chuàng)新奠定基礎。

在“生物工程創(chuàng)新實驗”課程中，教學團隊通過對現有技術發(fā)展趨勢的分析研判，針對生物工程相關產業(yè)（白酒、果酒、醬腌菜、麩醋、發(fā)酵飼料、有機肥等）設置專題，每個專題提出多個技術問題由學生組隊自選，自主調研，查閱文獻，設計并優(yōu)化研究方案，合作完成針對該技術問題的技術研發(fā)過程，并進行項目匯報。通過上述訓練過程，學生在專業(yè)應用能力基礎上，初步形成專業(yè)技術創(chuàng)新能力。

圖1 生物工程專業(yè)課程實驗教學體系

2.與產業(yè)需求相適應的實驗教學內容

立足專業(yè)特色（固態(tài)發(fā)酵），對白酒、調味品、有機肥、發(fā)酵飼料、醬腌菜、果酒、天然產物提取等相關產業(yè)進行產業(yè)人才需求及技術現狀調研，與企業(yè)技術人員、行業(yè)專家一起研判產業(yè)及技術發(fā)展趨勢，總結歸納主要固態(tài)發(fā)酵產業(yè)及部分相關產業(yè)對人才應用、創(chuàng)新能力的要求，結合培養(yǎng)方案中綜合素質培養(yǎng)的要求，調整現有實驗教學內容，并邀請企業(yè)技術人員共同編寫實驗講義。

同時，教學團隊成員長期從事“固態(tài)發(fā)酵”相關科研工作，與企業(yè)技術人員有廣泛、深入的交流，企業(yè)的生產工藝、技術難題既是教師的科研課題，也是“生物工程綜合實驗”、“生物工程創(chuàng)新實驗”的教學內容，教師豐富的科研工作經驗、行業(yè)技術人員的生產和技術研發(fā)經驗均可用于教學，帶給學生科學系統(tǒng)的思維方法和最新的行業(yè)技術理念，學生在綜合實驗、創(chuàng)新實驗中發(fā)現的問題又可為教師的科研工作提供新的思路，為行業(yè)技術進步積蓄力量，最終實現科教、產教深度融合。

并且，按照調整后的實驗教學內容，在現有實驗設備、設施的基礎上，完善實驗教學硬件條件，滿足實驗教學要求。

3.多樣化的考核考評方式

現有的分組實驗中，由于學生積極性參差不齊，存在少數學生“打醬油”的情況，導致教學效果差異較大，甚至出現“劣幣驅除良幣”的現象，些學習積極性中等的學生也滑入 “打醬油”行列的情況，針對這一現狀，教學團隊建立了分階段有區(qū)別的考核方式，實現“全體動員，積極參與”的優(yōu)良學風，提升實驗教學效果。

在“生物工程基礎實驗”課程中，多數實驗項目不分小組進行，要求每個同學獨立完成相應的實驗操作；主要強調操作過程考核，訓練學生掌握基本實驗操作技能，養(yǎng)成良好的實驗習慣及數據整理習慣，形成應用及創(chuàng)新所需的基礎能力。

在“生物工程綜合實驗”課程中，模擬企業(yè)生產流程，要求各小組所有成員根據已有實驗方案（生產工藝），充分配合，完成生產目標。在這一階段，過程考核與結果考核并重，以完成產品制作為實驗基本目標，對產品品質進行小組自評及小組間匿名互評等方式，調動學生積極性，實現掌握各類產品生產工藝的目的。

在“生物工程創(chuàng)新實驗”課程中，模擬企業(yè)技術攻關過程，要求學生自發(fā)組建技術創(chuàng)新團隊，自選技術創(chuàng)新方向，分工合作，設計、完成實驗方案，分析、展示實驗結果。在這一模塊，分階段考核學生查閱文獻、自主設計實驗方案、實驗操作、結果分析等技術創(chuàng)新能力要素，并隨機挑選小組成員進行項目匯報及質詢，提高學生（特別是少數學習積極性較差的學生）的參與度，改善實驗教學的整體效果。

4.靈活的實驗運行管理機制

為了保障實驗室安全、有序運行，在第二學期要求學生通過課后自學實驗室安全運行相關知識，安排實驗室入室資格考試，并通過考試獲得實驗室入室資格。

在實驗教學過程中，所有實驗項目根據實驗室性質，在能力培養(yǎng)的不同階段采用不同的運行機制。在“基礎能力”及“應用能力”培養(yǎng)模塊，生物工程基礎實驗及綜合實驗的所有項目仍采取傳統(tǒng)的固定時間、地點開展實驗的運行模式，在教學實驗室完成；在“創(chuàng)新能力”培養(yǎng)模塊，由于各組實驗方案、實驗進度均有所不同，采用不固定地點及開放時間的運行模式，由學生在實驗開始之前根據實驗方案選擇在某個教學實驗室或科研平臺實驗室（固態(tài)發(fā)酵資源利用四川省重點實驗室、發(fā)酵資源與利用四川省高校重點實驗室、香料植物資源與利用四川省高校重點實驗室），根據相關的實驗室管理制度靈活開展實驗項目，并根據“目標管理、信息在線”的原則，實行指導教師負責制。

在課時及時間安排上，第1、2學期開設生物工程基礎實驗的理化分析部分的項目 （60學時），第3、4學期開設生物工程基礎實驗的專業(yè)實驗技能訓練部分的項目（72學時），第4學期開設生物工程綜合實驗（90學時），第5、6學期生物工程創(chuàng)新實驗（90學時），三大課程的學時合計達到312學時，占實踐教學總學分的28.3%。

二、實驗教學效果評價

目前該實驗教學體系已經在生物工程專業(yè)2014級、2015級兩個年級試行，通過對2014級28名及2015級49名學生的匿名問卷，問卷回收率100%。調查發(fā)現學普遍反映該遞進式實驗教學體系取得了較好的實驗效果。

在應用創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，參與該教學實驗的77名學生中，認為自己通過在生物工程基礎實驗模塊增加相關產業(yè)常規(guī)實驗項目的操作技能訓練，實驗技能“掌握很好”及“較好”的學生分別占19.1%及64.3%，對問題“你認為自己在完成實驗教學項目后，能否獨立完成一項企業(yè)技術攻關項目？”這一問題，回答“可以”及“基本可以”的學生分別占20.5%及53.8%，說明多數學生建立了運用所學知識解決實際問題的自信心，認為自己具備了較好的應用創(chuàng)新能力，表明實驗教學體系能夠支撐生物工程應用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標。

在實驗教學方面，學生認為在實驗過程中，教師應該“積極指導、引導創(chuàng)新”的學生占64.0%，認為教師應該 “放手讓我做，但有問必答”的占35.7%，認為教師應該“嚴格管理督促以保證進度”的僅有9.5%，甚至低于“指派有經驗學生指導，更方便交流”22.4%的比例，表明學生實際上有較強的自我管理欲望及自信心。并且，學生在經過生物工程基礎實驗的基本能力訓練后，以及形成較好的專業(yè)自信心，輔以網絡工具，認為自己在實驗方法方面需要指導的學生僅占7.1%，在“方案設計及數據”分析方面需要指導的學生占33.3%，在“耗材支持、場地協(xié)調”方面需要指導的學生則達57.1%，表明學生更希望從教師那里得到難以通過自主學習從教材、實驗講義及網絡上能到的指導，對教師的期望在“知識指導”的基礎上增加了“服務”及“支持”的內容。

在團隊合作方面，認為自己的團隊合作能力“顯著提高”及“有一定提高”的學生分別占35.7%及57.1%，表明該實驗教學體系在學生素質培養(yǎng)方面起到了積極作用。

同時，由于遞進式實驗教學體系基于學生實際情況，結合建構主義學習的相關理論，重點強調分階段自主學習，在激發(fā)學生內生動力方面起到了很好的作用，教學特別是科研平臺實驗室形成了很好的實驗氛圍，生物工程專業(yè)2014級及2015級共77名學生100%參與了實驗室開放活動，共獲批國家級或省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目13項，參與教師科研項目研究的學生達到80%以上，參與發(fā)表論文12篇、申報專利4項，2014級成功考研的學生達到14.3%。

三、存在問題及改進措施

通過兩個年級的運行，發(fā)現遞進式實驗教學體系運行過程中仍存在兩個方面的問題。一是實驗時間的安排問題。80.1%的學生認為實驗安排的主要問題在于 “小組成員之間時間難以協(xié)調”，這主要是由于生物工程基礎實驗及綜合實驗要求集中時間開設實驗，特別是生物工程綜合實驗均為綜合性工藝實驗，每次均需要4學時以上課時完成分階段的實驗任務，而由于在大一、大二開設的公選課（英語、體育、思政等）由學生經選課系統(tǒng)自選教學班級，若學生公選課時間不一致，實驗只能在周末開設，因此實驗課幾乎占據了學生大部分周末時間，擠占了學生課外學習其他知識的時間。二是實驗耗材購買不及時的問題。針對“是否遇到實驗器材或材料缺乏的情況？”這一問題，學生回答“有出現過，但不頻繁”及“有出現過，較頻繁”的比例分別高達52.4%及38.1%，且主要發(fā)生在生物工程創(chuàng)新實驗過程中，這主要是由于創(chuàng)新實驗具有很大的靈活性，且實驗方案設計及實驗任務均在1學期內完成，根據實驗方案擬定并申報耗材購買計劃，并報學校相關部門采購完成已是耗費2個月左右時間，導致實驗耗材不能及時到位。

針對上述兩個問題，實驗教學體系擬做出兩個方面的調整：一是在選課前夕，主動引導學生集體選擇同一個教學班的公選課，為實驗教學留出共同的空余時間；二是提前一學期完成創(chuàng)新實驗方案的設計及耗材采購申報，做好生物工程創(chuàng)新實驗的課程實驗準備工作。

目前，遞進式實驗教學體系已在宜賓學院生物工程專業(yè)基本建立，并通過兩個年級的試運行逐漸完善，可實現以能力培養(yǎng)為主線，分階段完成“應用創(chuàng)新型”人才培養(yǎng)的專業(yè)培養(yǎng)目標。在后續(xù)運行過程中，還將通過對實驗教學效果的學生評價及教師自查，反饋調整、逐漸完善遞進式實驗教學體系，并根據產業(yè)及學生群體的變化，緊跟技術發(fā)展及產業(yè)需求，建立實驗教學內容的動態(tài)適應機制。