“以學(xué)生為中心”構(gòu)建生物工程綜合實(shí)驗(yàn)

趙晴瀟 鄭勝 魏群 張秀廷

摘? 要：時(shí)代的不斷進(jìn)步、社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)的日漸加劇及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段的日益更新，對(duì)高校教學(xué)改革提出了新的要求。“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念日益深入教學(xué)改革的核心。唯有教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變、教學(xué)過(guò)程的改革才能更好地提高學(xué)生觀察問題、分析問題、解決問題的能力，為學(xué)生就業(yè)、考研奠定更為扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。該文就筆者學(xué)校生物工程綜合課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過(guò)程和教學(xué)模式等方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。實(shí)施以來(lái)，學(xué)生的動(dòng)手能力、思維能力在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中相比以往教學(xué)模式得到較大的提升。

關(guān)鍵詞：生物工程? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)? 以學(xué)生為中心? 生物工程綜合實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2020）10（c）-0084-03

Abstract： The increasing social competition and the renewal of network teaching means put forward new requirements for college teaching reform. "Student-centered" educational concept is more and more important in the teaching process. The change of teaching concept and the reform of teaching content stimulate the students' enthusiasm for classroom participation， and lay a more solid experimental foundation for the students' employment and postgraduate entrance examination. This paper expounds the teaching content， teaching arrangement and teaching mode of the course of biological engineering. The students' practical ability and thinking ability have been greatly improved compared with the previous teaching mode in the process of experiment.

Key Words： Biological engineering; Experimental teaching; Student centered; Bioengineering experiment

面對(duì)教學(xué)改革的不斷深化，“以學(xué)生為中心”的教育理念逐步得到廣大教育工作者的認(rèn)可，理念的實(shí)施對(duì)教學(xué)管理理念、教學(xué)方法、教學(xué)過(guò)程評(píng)價(jià)手段的改革提出了新的要求[1]。東北電力大學(xué)地處東北地區(qū)，毗鄰國(guó)家生物產(chǎn)業(yè)基地長(zhǎng)春，學(xué)生除集中就業(yè)于長(zhǎng)春外，還面向全國(guó)各大生物企業(yè)。近年來(lái)就業(yè)單位有雪花啤酒、梅花味精、科倫藥業(yè)、湛江燃料乙醇、電廠等企業(yè)。專業(yè)通過(guò)走訪、座談、問卷調(diào)查等方式深入了解生物工程類企業(yè)的人才需求實(shí)際，參考國(guó)內(nèi)相近培養(yǎng)目標(biāo)生物工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，制訂出有利于提高學(xué)生能力素質(zhì)的培養(yǎng)方案。

其中實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置力求既具有一定特色又符合該專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)。該文將從生物工程綜合實(shí)驗(yàn)課程的課程安排、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式等方面逐一進(jìn)行闡述。

1? 課程安排

生物工程綜合實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)要求學(xué)生已具備微生物學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、酶工程、基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程等課程的理論基礎(chǔ)。該專業(yè)將該課程安排在大學(xué)四年級(jí)的第一學(xué)期，這樣就可以集中利用兩個(gè)星期的時(shí)間，全天進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，排除其他課程對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，以確保實(shí)驗(yàn)可以連貫完整地完成。以往開設(shè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間需嚴(yán)格遵循課程表時(shí)間安排，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)連續(xù)性差、學(xué)生責(zé)任心不強(qiáng)、敷衍了事的問題。實(shí)驗(yàn)時(shí)間改為兩個(gè)星期后，學(xué)生專心完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)環(huán)環(huán)相扣，馬虎、敷衍后帶來(lái)的自然結(jié)果懲罰機(jī)制（重做實(shí)驗(yàn)）極大地扭轉(zhuǎn)了學(xué)生的不良心態(tài)。

2? 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

著眼于拓寬學(xué)生就業(yè)方向，切實(shí)提高學(xué)生操作能力、觀察能力和思維能力，根據(jù)企業(yè)走訪、座談及畢業(yè)生反饋信息結(jié)合現(xiàn)有的科研優(yōu)勢(shì)擬定了生物工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，教學(xué)內(nèi)容中突出體現(xiàn)來(lái)自行業(yè)企業(yè)涉及的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，提高研究設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)比例， 部分實(shí)驗(yàn)采用啟發(fā)式教學(xué)，由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，自行設(shè)計(jì)切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)實(shí)驗(yàn)教師審核后方準(zhǔn)許開展實(shí)驗(yàn)[2]。經(jīng)實(shí)踐，學(xué)生在解決問題的過(guò)程中工程能力得到了極大的提高。具體的教學(xué)內(nèi)容如下。

（1）基因工程實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

實(shí)驗(yàn)一：藍(lán)色素基因的序列分析及PCR擴(kuò)增。

①藍(lán)色素基因的序列分析及表達(dá)引物的設(shè)計(jì)。

②藍(lán)色素基因的PCR及純化回收。

實(shí)驗(yàn)二：表達(dá)質(zhì)粒載體的提取、酶切、與目的基因的連接、轉(zhuǎn)化。

①表達(dá)質(zhì)粒的提取。

②表達(dá)載體和藍(lán)色素基因PCR產(chǎn)物雙酶切及連接。

③基因表達(dá)載體轉(zhuǎn)化大腸桿菌。

④重組大腸桿菌工程菌株的鑒定。

（2）發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

實(shí)驗(yàn)三：大腸桿菌工程菌株的發(fā)酵及產(chǎn)物的萃取。

①大腸桿菌工程菌株的發(fā)酵。

②藍(lán)色素的萃取。

③發(fā)酵工廠仿真模擬實(shí)驗(yàn)。

（3）酶工程實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

實(shí)驗(yàn)四：胰蛋白酶比活力的測(cè)定。

實(shí)驗(yàn)五：酵母細(xì)胞的固定化。

實(shí)驗(yàn)六：溶菌酶的提取。

（4）細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

實(shí)驗(yàn)七：馬鈴薯莖尖組織培養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)八：月季快繁。

3? 優(yōu)化教學(xué)模式

在之前的生物工程實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)藥品完全由實(shí)驗(yàn)教師準(zhǔn)備，大四畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生藥品配制中計(jì)算不過(guò)關(guān)，藥品作用原理不知，不具備遇到問題分析解決的能力。學(xué)生上課時(shí)照方抓藥，懶于動(dòng)腦，機(jī)械性完成實(shí)驗(yàn)，功利的僅以拿到高分為目標(biāo)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式對(duì)部分學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)興趣不能被有效激發(fā)，學(xué)生也缺乏遇到問題、解決問題的機(jī)會(huì)，學(xué)生能力提升有限。該課程每次上課前要求學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源查找此次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容除教材規(guī)定外的不同解決方案，并組織全體進(jìn)行討論，由任課教師進(jìn)行提問，計(jì)入成績(jī)。督促學(xué)生認(rèn)真預(yù)習(xí)自編教材《生物工程綜合大實(shí)驗(yàn)》，理解實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟、注意事項(xiàng)等各個(gè)方面，每次課前由任課教師進(jìn)行測(cè)評(píng)，計(jì)入成績(jī)。爾后任課教師對(duì)此次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、藥品原理、易犯錯(cuò)誤、理論實(shí)驗(yàn)結(jié)果等方面逐一講授，加深學(xué)生對(duì)此次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解。對(duì)于部分設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，教師不給予統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生根據(jù)自己對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容預(yù)習(xí)情況，與指導(dǎo)教師討論后形成切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案。無(wú)論是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)還是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)用試劑都需要學(xué)生自行配制，對(duì)于用量少的試劑可以由若干組合作配制。這就要求學(xué)生具備計(jì)算能力及團(tuán)隊(duì)溝通、合作能力。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于實(shí)驗(yàn)環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性及責(zé)任心有所提高，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力和操作技巧。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間的持續(xù)性，學(xué)生需要自行合理安排、規(guī)劃實(shí)驗(yàn)時(shí)間，自行進(jìn)行組內(nèi)分工，有效提高了學(xué)生的自律性、規(guī)劃能力和合作能力。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)答疑解惑、指導(dǎo)監(jiān)督、及時(shí)糾正不規(guī)范操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中要求呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及解決方法、實(shí)驗(yàn)的心得體會(huì)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面、鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題，加深對(duì)理論知識(shí)的理解具有巨大的幫助作用[5-6]。

4? 建設(shè)線上實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

（1）采用多媒體教學(xué)， 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備。在正式實(shí)驗(yàn)開始前， 采用多媒體示范， 利用幻燈片、動(dòng)畫等方式， 將實(shí)驗(yàn)的大概流程、注意事項(xiàng)、儀器的操作要點(diǎn)展示給學(xué)生， 使學(xué)生對(duì)預(yù)習(xí)過(guò)的實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容有形象的認(rèn)識(shí)， 在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行獨(dú)立自主實(shí)驗(yàn)。

（2）利用線上教育平臺(tái)，建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，提高教學(xué)效果。利用雨課堂構(gòu)建生物工程綜合實(shí)驗(yàn)，在雨課堂上呈現(xiàn)PPT、動(dòng)畫等實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)用材料，對(duì)于以往學(xué)習(xí)過(guò)的實(shí)驗(yàn)技能提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作小視頻，以便糾正其不規(guī)范操作。有效提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力， 也利于提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣和技能[7-8]。利用雨課堂進(jìn)行預(yù)習(xí)內(nèi)容的隨堂測(cè)試，用時(shí)短，覆蓋面大且極大地簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)教師的計(jì)分工作量。

（3）學(xué)院購(gòu)置了東方仿真系統(tǒng)，可以進(jìn)行啤酒發(fā)酵車間、青霉素發(fā)酵車間等的仿真訓(xùn)練。學(xué)生不需進(jìn)入生產(chǎn)車間，就可以短時(shí)間模擬發(fā)酵工藝流程，為學(xué)生日后實(shí)習(xí)、參加工作奠定了工業(yè)化生產(chǎn)基礎(chǔ)，有效地完成了從理論—實(shí)驗(yàn)—實(shí)踐的過(guò)渡。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生的參與積極性有所提高，學(xué)生對(duì)工廠的認(rèn)識(shí)有所提高。

5? 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生的動(dòng)手能力、思維能力、解決問題能力得到了較大提高，為學(xué)生走向工作崗位，走入科研院所從事研究性工作打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著實(shí)驗(yàn)室軟硬件條件的逐步提高，實(shí)驗(yàn)體系的進(jìn)一步優(yōu)化，將更符合當(dāng)今時(shí)代對(duì)生物工程專業(yè)人才的需求，切實(shí)增加學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)能力。

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