高校生物技術(shù)專業(yè)《綜合實(shí)驗(yàn)》項(xiàng)目化教學(xué)探討

張雅利

[摘 ?要]生物技術(shù)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，作為專業(yè)基礎(chǔ)課的《綜合實(shí)驗(yàn)》課程，其目標(biāo)在于更新和優(yōu)化傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，鞏固和加強(qiáng)學(xué)生的基本技能，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)力、綜合創(chuàng)新力。西安交通大學(xué)通過對《綜合實(shí)驗(yàn)》教學(xué)的改革，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)與教師科研結(jié)合起來，構(gòu)建項(xiàng)目任務(wù)式教學(xué)體系，改進(jìn)考核方式，強(qiáng)化學(xué)生的綜合素質(zhì)和應(yīng)用能力，以適應(yīng)綜合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求。

[關(guān)鍵詞]生物技術(shù) ?綜合實(shí)驗(yàn) ?項(xiàng)目任務(wù) ?教學(xué)模式

基金項(xiàng)目：西安交通大學(xué)2018本科實(shí)踐教學(xué)改革研究專項(xiàng)項(xiàng)目《項(xiàng)目驅(qū)動的生物專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新》（項(xiàng)目編號：18SJZX36）。

生命科學(xué)領(lǐng)域的生物技術(shù)專業(yè)主要培養(yǎng)生命科學(xué)領(lǐng)域的高級技術(shù)人才，其是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。這決定了高等院校生物技術(shù)教育要從培養(yǎng)學(xué)生動手能力的實(shí)驗(yàn)課入手，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以知識灌輸為主的局面，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和終身學(xué)習(xí)能力的高素質(zhì)工程技術(shù)人才為目標(biāo)。《綜合實(shí)驗(yàn)》課程是國內(nèi)生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，也是課程教學(xué)向畢業(yè)論文過渡的重要橋梁[1]。西安交通大學(xué)生物技術(shù)（工程）專業(yè)迄今正好開設(shè)20年，《綜合實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)雖然積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但也存在著一些普遍性的問題。

《綜合實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)存在問題

傳統(tǒng)的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以基礎(chǔ)性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主要內(nèi)容，存在著安排不合理、開設(shè)不全面等問題。雖然有在教學(xué)中盡力改變教學(xué)內(nèi)容陳舊的狀況，融入綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能完全與生產(chǎn)和科研相融合，無法做到學(xué)以致用，因而不能很好地滿足社會對生物技術(shù)領(lǐng)域人才的要求。學(xué)科前沿知識和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)需求更沒有納入課程教學(xué)考慮之列。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開設(shè)偏重于工程實(shí)踐，沒有和生命學(xué)院核心發(fā)展領(lǐng)域有機(jī)結(jié)合起來。

傳統(tǒng)的生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以理論課程的驗(yàn)證及重演為內(nèi)容，以“實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（手冊）、實(shí)驗(yàn)室、教師”為核心，以“教師講解示范，學(xué)生簡單重復(fù)”為主要教學(xué)方式，甚少關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性及創(chuàng)造性。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生按部就班按照大綱和實(shí)驗(yàn)教材（講義）中設(shè)定的項(xiàng)目完成實(shí)驗(yàn)流程，出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時也不主動分析原因，直接棄之不用，重新開始。重結(jié)果，輕過程，沒有求異思維，讓探究心和創(chuàng)新思維失去了萌芽的機(jī)會。教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料、講解實(shí)驗(yàn)原理、對學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行示范和引導(dǎo)，這種全程參與模式很容易使學(xué)生產(chǎn)生依賴心理，一定程度上影響了學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。盡管目前實(shí)驗(yàn)結(jié)果的呈現(xiàn)已經(jīng)改變了傳統(tǒng)的一個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一個實(shí)驗(yàn)報告的方式，學(xué)生實(shí)驗(yàn)考勤及實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)都在實(shí)驗(yàn)成績中有所體現(xiàn)，但仍舊不能全面準(zhǔn)確地反映學(xué)生的能力，實(shí)驗(yàn)考核評價方式上仍然存在主觀性較強(qiáng)的問題。

項(xiàng)目化《綜合實(shí)驗(yàn)》教學(xué)模式的探索

項(xiàng)目驅(qū)動的《綜合實(shí)驗(yàn)》教學(xué)模式是以學(xué)科概念和原理為中心的，以制作一個完整的“作品”或完成某一“任務(wù)”為目的的新型探究性教學(xué)模式。將真實(shí)的任務(wù)場景導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在有效開展探究式學(xué)習(xí)活動的同時，給學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度與科學(xué)觀念帶來積極影響。將整個課程內(nèi)容體現(xiàn)在一個有機(jī)的完整項(xiàng)目中，既符合課程實(shí)踐性和綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，又符合人才的培養(yǎng)要求。

1.樹立開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，構(gòu)建科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目體系

由于《綜合實(shí)驗(yàn)》具有綜合性強(qiáng)、多學(xué)科知識相互交叉融合的特點(diǎn)，結(jié)合生物專業(yè)的特點(diǎn)及后期專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)技能要求，西安交大生命學(xué)院在修訂2015版人才培養(yǎng)方案時，根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，將綜合實(shí)驗(yàn)分為橫向并行的細(xì)胞生物學(xué)、基因工程、分離技術(shù)、發(fā)酵技術(shù)四個模塊，體現(xiàn)生物技術(shù)的廣度。每個模塊又根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的層次特性，縱向設(shè)置了基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計性三類實(shí)驗(yàn)單元，體現(xiàn)生物技術(shù)的深度。橫向模塊之間、縱向單元之間互有交叉、互為支撐，構(gòu)建了一個由淺入深、具有內(nèi)在聯(lián)系的立體網(wǎng)狀實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的層次體系。這一縱橫交錯、相輔相成的課程內(nèi)容設(shè)置，將對學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)、自主學(xué)習(xí)能力的提升和科研思維模式的訓(xùn)練三方面的要求有機(jī)融合在了一起。

綜合設(shè)計單元是該課程教學(xué)活動的重中之重，主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目任務(wù)的確立和分配上。教師會要求學(xué)生在完成基礎(chǔ)模塊任務(wù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)給定的任務(wù)要求，通過課本、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等廣泛搜集資料，提出實(shí)驗(yàn)方案，論證方案的合理性和可行性，進(jìn)而獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)過程并得出結(jié)果。教師在項(xiàng)目任務(wù)選擇時，會在考慮學(xué)生現(xiàn)有的知識儲備的前提下，盡量選擇可能需要綜合運(yùn)用多個知識點(diǎn)的項(xiàng)目任務(wù)，以期在訓(xùn)練學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的同時，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新意識。以分離綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)K為例，目前已在五屆學(xué)生中分別進(jìn)行了《______多糖提取及構(gòu)效關(guān)系研究》《大豆尿酶結(jié)構(gòu)及活性探析》《植物黃酮的分離及活性研究》等多項(xiàng)綜合性強(qiáng)、多課程交叉的項(xiàng)目任務(wù)。活性多糖的制備是分離技術(shù)的經(jīng)典研究內(nèi)容之一，活性多糖的構(gòu)效關(guān)系研究會用到分子細(xì)胞生物學(xué)、基因工程等多學(xué)科的關(guān)鍵技術(shù)，在橫向上體現(xiàn)了多學(xué)科的交叉和融合。在縱向上有濃度分析、結(jié)構(gòu)分析、活性分析等基本理論和實(shí)驗(yàn)方法的訓(xùn)練，也有純化方法的選擇與整合優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計、活性片段篩選等綜合性、設(shè)計性極強(qiáng)的自主科研思維的鍛煉和拓展。

2.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選題與科研相得益彰，增強(qiáng)對學(xué)生科研能力的培養(yǎng)

生命科學(xué)領(lǐng)域人才培養(yǎng)的核心之一是科研能力培養(yǎng)。教師在研的科研項(xiàng)目在創(chuàng)新性、合理性和可行性等方面會對學(xué)生有著極強(qiáng)的吸引力。校方鼓勵教師利用一切條件和機(jī)會吸引學(xué)生參與到教師的科研項(xiàng)目里，學(xué)生可以了解和學(xué)習(xí)小到每一個實(shí)驗(yàn)、大到整個科研項(xiàng)目完成過程中若干環(huán)節(jié)的基本要求，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)知識與技能得到發(fā)揮的同時，他們更能感受到科學(xué)的奧秘和濃厚的學(xué)術(shù)氛圍。最近幾年，課程組都會分流部分學(xué)生參與到教師的科研團(tuán)隊(duì)，比如鼓勵學(xué)生參與《柿葉黃酮對糖尿病患者口腔菌群的影響》《金絲桃苷基于ATF3調(diào)控的抗結(jié)腸癌分子機(jī)制研究》等項(xiàng)目的研究工作中。課程時長一般只有幾個月，課程的歷史背景和未來延伸往往會隨著結(jié)課戛然而止。但是學(xué)生接受具體任務(wù)而參與到科研項(xiàng)目中，課程時間會歷時更久，但學(xué)生有了對相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行更深入學(xué)習(xí)的機(jī)會。《綜合實(shí)驗(yàn)》項(xiàng)目任務(wù)的選擇還可以從大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動的角度考慮，鼓勵學(xué)生自行擬定課題，從提出假設(shè)、廣泛調(diào)研、問題形成、實(shí)驗(yàn)設(shè)計、實(shí)驗(yàn)進(jìn)行、數(shù)據(jù)分析處理、得出結(jié)論等過程中，教師全程跟蹤指導(dǎo)，切實(shí)提高學(xué)生創(chuàng)造能力和科研實(shí)踐動手能力。

3.課程實(shí)施過程中師生角色的轉(zhuǎn)變

項(xiàng)目任務(wù)式的《綜合實(shí)驗(yàn)》項(xiàng)目化教學(xué)以學(xué)生為中心。無論項(xiàng)目任務(wù)來自教師還是學(xué)生，都沒有現(xiàn)成的講義、教案、教材或Protocol供學(xué)生“照方抓藥”。學(xué)生在開始實(shí)驗(yàn)之前，面對具體的任務(wù)，必須提出假設(shè)并尋找解決方案。這個時候教師可以提醒或要求學(xué)生就所進(jìn)行課題的研究文獻(xiàn)進(jìn)行綜述。學(xué)生在這個過程中學(xué)會了各種專業(yè)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用、文獻(xiàn)檢索整合的方法、研究問題解決的基本思路、實(shí)驗(yàn)流程的設(shè)計及實(shí)驗(yàn)方法的選擇等科學(xué)研究必備技能。這完全是一種自主學(xué)習(xí)的模式[2]。在這些環(huán)節(jié)中，學(xué)生潛能得到發(fā)揮，獨(dú)立思考和獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)的能力得到訓(xùn)練，創(chuàng)新素質(zhì)得到發(fā)展。

教師最關(guān)鍵的任務(wù)是根據(jù)專業(yè)發(fā)展方向和人才培養(yǎng)目標(biāo)，盡可能地引入創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和教師科研成果，設(shè)計出科學(xué)、實(shí)用、完整的既符合專業(yè)發(fā)展方向，又體現(xiàn)課程內(nèi)容要求的項(xiàng)目任務(wù)，還要考慮到教學(xué)過程中可能出現(xiàn)的問題并有解決對策。教師在項(xiàng)目任務(wù)執(zhí)行過程中引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)新知識、掌握新內(nèi)容。教師身兼組織者、解惑者、設(shè)計者等多重角色，但是卻淡化或摒棄了傳統(tǒng)的授業(yè)者角色[3]。

4.多元化考核方式

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式往往以考核實(shí)驗(yàn)操作或撰寫實(shí)驗(yàn)報告為主，弊端已如前述。本課程的考核采用過程評價（選題、文獻(xiàn)綜述、方案設(shè)計）和目標(biāo)評價（實(shí)驗(yàn)過程、結(jié)果分析、結(jié)果展示）相結(jié)合的多元評價方式，注重考核學(xué)生分析問題、解決問題的自主學(xué)習(xí)力和創(chuàng)新力，客觀全面反映學(xué)生實(shí)驗(yàn)綜合能力和教學(xué)效果[4]。本課程將階段性實(shí)驗(yàn)答辯納入考核內(nèi)容。通過調(diào)研選題，各組設(shè)計方案并就方案進(jìn)行答辯，然后確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目;在選題和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計、實(shí)驗(yàn)完成后分別進(jìn)行小組答辯，聘請專家或技術(shù)人員就學(xué)生設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)室操作情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和數(shù)據(jù)處理等進(jìn)行評審。可以將占總成績20%的課程答辯成績交由學(xué)生相互評定，讓學(xué)生切身感受到公平與公正。通過這種方式加大考核的力度，充分檢驗(yàn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果及綜合能力，有效督促學(xué)生認(rèn)真對待實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

項(xiàng)目任務(wù)式的《綜合實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)體現(xiàn)了“科研項(xiàng)目引領(lǐng)、學(xué)生實(shí)現(xiàn)、教師引導(dǎo)”的特征，是一種學(xué)生主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式，使人才培養(yǎng)更符合創(chuàng)新人才的要求，為學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目、畢業(yè)設(shè)計等實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)工作的開展做好鋪墊工作，也為其讀研深造、行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)就業(yè)等提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]程捷、羅云杰、閆紅強(qiáng)：《〈高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)〉課程的教學(xué)改革與學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)》，《高分子通報》2012年第1期，第117-119頁。

[2]王存、陳紹成、熊政委、王躍、樸健榮：《“翻轉(zhuǎn)課堂”與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目模塊設(shè)計在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用》，《中國藥房》2017年第24期。

[3]王利君、朱海峰、唐潔芳、丁笑君、熊杰：《“面料結(jié)構(gòu)與性能測試”實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目教學(xué)法的探索與實(shí)踐》，《紡織服裝教育》2012年第5期，第463-465頁。

[4]王琛、史永純、邵成：《“大氣污染控制實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)模式的創(chuàng)新與實(shí)踐》，《黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報》2017年第3期。

作者單位：西安交通大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 ?陜西省生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 ?陜西西安