基于實踐創新能力培養的生物綜合大實驗教學改革研究

孫玉林，趙春巧，羅琴琴

（1.嶺南師范學院生命科學與技術學院 廣東 湛江 524048；2.嶺南師范學院化學化工學院 廣東 湛江 524048）

生物科學是一門以實驗為基礎，主要研究生命活動及變化規律的科學。生物科學專業主要培養具備生物學基本理論、知識和技能，了解專業的發展歷史和趨勢；把握學科基礎、前沿和特色，具有良好的創新意識，能運用所學知識、技能去分析和解決問題；從事與生物學相關的教育教學、科學研究、技術開發及管理等方面工作的復合型人才[1]。生物科學專業包括的課程門類特別多，其核心課程有：植物學、動物學、生物化學、生物化學實驗、人體及動物生理學、微生物學、遺傳學、免疫學、細胞生物學、分子生物學等，其中生物綜合大實驗是生物類專業的一門集生物分離工程、基因工程、分子生物學實驗、細胞生物學實驗、生物信息學、植物組織培養等多門課程于一體的綜合性實驗課程，該門課程能較好地提高學生的專業素質，培養學生的實踐創新能力。

在生物科學專業學生能力架構中，實踐創新能力的培養是一個重要的環節，不可缺少，同時在本科生人才培養方案中也有明確規定與要求。筆者在對嶺南師范學院生命科學與技術學院生物科學專業部分本科生的調研訪談中發現，有些學生對生物綜合大實驗的興趣不濃厚，實驗操作技能欠缺，實踐創新能力沒能得到較好的鍛煉與提升。因此，本文旨在探索生物科學專業生物綜合大實驗的課程改革，以期提高學生的科學素養和實踐創新能力，為他們今后從事相關工作及繼續深造奠定扎實的基礎。

1 存在的問題

①學生的主觀能動性沒有得到充分發揮。在教學過程中，教師還是采用“滿堂灌”的教學模式，即首先集中講解本節課的重難點和實驗的注意事項，接著進行操作示范，最后由學生獨立開展實驗。有些學生沒有課前預習，對整個實驗內容比較生疏，加上課堂上無法清晰觀察到教師的實驗動作要領，導致實驗過程中操作不規范，錯誤頻繁發生，實驗積極性受挫，最后出現一個小組僅有一人動手，十幾個人旁觀的現象，學生普遍抱著應付的心態，久而久之，不利于學生實踐動手能力的培養和專業知識體系的構建。

②教師考核方式單一。對該門課程的考核主要以實驗報告為依據，不能真實反映學生實際的掌握程度，缺乏對實驗的過程性評價，教學效果不顯著。學生的實驗操作欠缺規范性，無法勝任中學生物實驗課堂教學工作。

基于此現狀，本文立足于現行教學體制條件，對生物綜合大實驗課程內容、教學方式及考核體系進行改革，并加強實驗室的投入間數、儀器設備的投入臺數和加大實驗室的開放力度（增加平時及寒暑假開放時間），為該門課程的開設提供平臺保障。另外，通過“科研反哺教學”，將教師的科研項目與生物綜合大實驗教學內容有機結合，成立“科研興趣小組”，實行本科生導師制，通過導師對學生的有效指導培養他們從事科學研究和實踐創新的能力。以上這些改革舉措對提高生物類專業人才培養質量，滿足創新型國家建設和科教興國戰略都具有重要的理論與實踐意義[2]。

2 生物綜合大實驗改革體系探索

2.1 對生物綜合大實驗內容進行改革

將實驗內容與教師的最新研究成果相結合，增加實驗的新穎性。讓學生更多地接觸學科前沿的研究動態和技術手段，培養學生對科學探究的興趣，從而提高他們的實踐創新能力。如依托本院教師的科研項目——“虎斑烏賊內臟多糖結構解析及其對膽固醇逆轉運（RCT）的作用機理研究”“擬目烏賊活性多糖酶解制備、結構鑒定及降高膽固醇血脂癥作用機制研究”“藍斑背肛海兔卵多糖提取、純化、表征及其免疫調節作用機理研究”等，可設立海洋軟體動物多糖提取及初步純化的綜合性實驗。依托本院教師的教改項目——“基于生物博物館創建粵西青少年生命科技創客體驗中心及創客教育研究”“青少年生命科技創客體驗科普課程研發—優秀科普作品創作”“湛江市珍稀動植物博物館青少年科普教育推廣”等，來提高學生的實踐能力。此外，在編排生物綜合大實驗內容的基礎上，可增加一些生物學前沿的內容，以適應大數據時代多學科交叉、融合發展的趨勢。在分子鑒定這一塊，利用Primer 5 軟件來對目標引物進行設計，通過基因bank（NCBI）進行基因序列的比對，采用MEGA 7.0 進行系統發育樹的構建；在基因克隆表達方面，增加生物信息學的分析內容，利用代謝組學、轉錄組學來分析相關基因的表達情況；在蛋白純化方面，增加AKTA 蛋白純化儀的工作原理、使用方法及技術要點等。

2.2 對綜合大實驗教學模式進行改革

2.2.1 運行導師制“科研興趣小組”

生物綜合大實驗課程實施前，教師把自己的研究方向、專業特長及最新獲得的國家級和省部級科研項目（如國家自然科學基金、省自然科學基金及重大科技攻關項目）列出來供學生選擇，同時教師也可以根據學生擬開展本科畢業論文的研究內容及考研的專業方向來確定所帶的人選，通過師生互選最后成立導師制“科研興趣小組”[3]，該模式與傳統實驗課程中1—2 名教師給學生進行集中授課的模式不同，導師制團隊由多名不同系列的教師搭配組成（約5—6 人），包括教師系列和實驗員系列，職稱從正高級到副高級再到中級。首先，根據課程的設置，導師先提出一個綜合型實驗題目；接著，各個科研興趣小組的學生通過查閱文獻，制訂出實驗方案；最后，報導師批準后，選擇合適的時間段進入實驗室開展實驗，可自主完成實驗前的一些準備工作，如實驗材料的準備、試劑配制、實驗裝置的搭建、實驗安全防護等。該模式使學生在鞏固基礎知識的同時提高了動手能力[4]，同時也為學生的自主探索營造了良好的氛圍。

2.2.2 信息化教學模式

生物綜合大實驗教學活動中可充分利用超星泛雅平臺、慕課、虛擬仿真實驗等現代教學資源。教師利用這些信息化平臺，在實驗課前與學生進行溝通，學生可在實驗前對實驗設計方案進行調整；課后教師在平臺上對學生的實驗進行分析點評。此外，虛擬仿真實驗可以打破時間和空間的限制[5]，為學生提供進一步了解實驗內容的機會，從而更好地提高學生的動手操作能力。

2.2.3 翻轉課堂教學模式

翻轉課堂是一種新的教學模式，以學生為主體，自主式地進行學習。教師事先將錄制好的教學視頻提前發放給學生，學生按照要求提前觀看學習，正式上課時，學生將所理解的內容講述出來，并將困惑也一一列舉出來，然后大家一起討論，從而進一步加深了對所學知識點的理解與掌握。以生物綜合大實驗中的基因工程實驗為例，具體步驟如下：

①教師將事先錄制好的基因克隆、載體構建、蛋白表達純化等相關視頻發放給學生，并提出實驗目的和要求。

②學生根據本章課程安排及要求，觀看教師發放的視頻材料，調研文獻，進行實驗方案的設計和實驗前的準備工作。

③教師對學生設計的實驗方案進行完善、優化，引導學生對實驗過程中出現的現象進行分析與討論，師生互動，最后順利完成整個實驗。

翻轉課堂能夠讓學生在課前產生想法，然后帶著問題去實踐。實踐過程中，由于學生在課前已經對相關知識點有了較為深入的思考，因此人人均可以獨立開展實驗，不再出現圍觀的現象，學生的實驗參與度與積極性都能得到較大幅度的提升。此時教師的角色轉變為“學生身邊的引導者”，引領學生在實驗探究過程中不斷進行思考，不斷積累經驗，逐步提升學生的實踐創新能力。

2.3 對生物綜合大實驗考核體系進行改革

實驗課程考核體系的內容涉及實驗方案設計評價、實驗過程評價、協作能力評價、實驗報告撰寫、理論考試和實踐實操等方面[6]。在以往的實驗課程考核體系中，僅僅以學生提交上來的實驗報告作為評分的唯一標準，而對學生的實驗過程關注過少，以致學生在實驗中容易出現不主動、不操作、不認真觀察實驗現象等懈怠行為，而且實驗報告較難體現學生對實驗的掌握程度，對學生實踐創新能力的培養效果不顯著。因此，改革生物綜合大實驗教學內容及方式的同時，考核體系也需進一步完善。實驗課程總評成績由平時成績、期中成績和期末成績構成。其中平時成績包括學生考勤、實驗參與度、小組協作精神、實驗報告的撰寫等；期中成績包括實操考核成績；期末成績由理論考試和現場問答構成，這三部分所占分值的百分比為40%∶30%∶30%。

3 生物綜合大實驗教學改革的效果

自2021 年實施該課程改革以來，2018—2020 級生物科學專業學生的實踐創新能力均有較大幅度的提升。在課程改革和新的評價體系驅動下，學生都較早地進入各自的科研團隊和實驗室，能結合課程內容及導師的科研項目，進行文獻查閱和實驗方案制訂，其學習興趣和積極性逐漸增強。近3 年，嶺南師范學院生命科學與技術學院生物科學專業的學生在第五、六、七屆全國大學生電子商務“創新、創意、創業”大賽廣東賽區、第六、七、八屆全國大學生生命科學競賽、廣東省第十四、十五、十六屆“挑戰杯”、2021—2022 年廣東省大學生生物化學實驗技能大賽等多項大賽中獲獎60 余項；參與發表學術論文100 余篇，其中第一作者論文30 余篇；申請專利30 余件。另外，2018 級與2019級學生的考研率較2017 級穩步提升，2018 級考研率為19.4%，2019 級考研率躍升到24.6%，而2017 級考研率僅為13.5%。專業就業對口率方面，2018 級與2019 級分別為86.9%和88.5%，較2017 級的80%而言，分別提高了8.63%和10.63%。綜上，生物綜合大實驗教學改革的效果逐漸凸顯出來，提高了學生的生物綜合實驗素養和創新能力，增強了他們就業競爭的優勢，同時也為他們繼續深造奠定了堅實的基礎。