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探究生物工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的論文
摘要:分析高等學(xué)校生物工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中普遍存在的問(wèn)題,提出深化實(shí)踐教學(xué)改革的思路。依托吉林大學(xué)國家級生物實(shí)驗教學(xué)示范中心,對實(shí)踐教學(xué)體系、方法、評價(jià)體系進(jìn)行一系列的改革與嘗試,初步探索出一條適合吉林大學(xué)生物工程專(zhuān)業(yè)發(fā)展的實(shí)踐教學(xué)道路。
Abstract This paper finds major problems in the practice teaching of biological engineering in Colleges and universities, and put forward the idea of deepening the reform of teaching practice. Relying on National Biological Experiment Teaching Demonstration Center of Jilin University, we carry out a series of reforms on the practical teaching system, practical teaching methods and practical teaching evaluation system, and find a way which is suitable for the development of biological engineering professional practice teaching way in our school.
Key words bioengineering; practical teaching; training base
1 前言
生物工程作為21世紀科學(xué)技術(shù)的核心之一,是一門(mén)實(shí)踐性、應用性、綜合性很強的交叉學(xué)科[1]。隨著(zhù)科技的進(jìn)步,新技術(shù)、新方法不斷涌現,生物產(chǎn)業(yè)的前景也愈發(fā)廣闊。然而生物工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生就業(yè)卻較為困難,究其根本原因,一方面是我國生物工程產(chǎn)業(yè)化水平較低,另一方面是因為學(xué)生的“三個(gè)能力”即實(shí)驗技能、工程能力、創(chuàng )新能力等方面有所欠缺。
實(shí)踐教學(xué)是本科教學(xué)的重要組成部分,是學(xué)生將理論知識轉化為實(shí)際能力的過(guò)程,對大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng )新能力和工程能力的培養也至關(guān)重要。本文在分析國內生物工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)弊端的基礎上,依托吉林大學(xué)國家級生物實(shí)驗教學(xué)示范中心(以下簡(jiǎn)稱(chēng)實(shí)驗中心),對生物工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革進(jìn)行初步探討。
2 生物工程實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題
忽視實(shí)踐教學(xué),教育理念落后 傳統教育觀(guān)念重理論、輕實(shí)踐,認為實(shí)踐教學(xué)是理論教學(xué)的補充,是驗證理論課的一種手段[2]。因此,生物工程專(zhuān)業(yè)的基礎課和專(zhuān)業(yè)課設置門(mén)數較多,學(xué)生課業(yè)較重,課余時(shí)間不足。相對而言,實(shí)驗課不設考試,沒(méi)有學(xué)分,只注意如何更好地配合理論教學(xué),這就造成學(xué)生不重視實(shí)驗課和實(shí)驗技能,成為生物工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教育的一大痼疾。
實(shí)驗內容陳舊,實(shí)驗課安排不合理 傳統的實(shí)驗教學(xué)內容大多是由課程指導教師獨立設置,而部分指導教師科研方向與所教課程方向不一致,無(wú)法將新知識、新技術(shù)和新方法引入實(shí)踐教學(xué)內容中,勢必導致實(shí)驗內容陳舊,方法老套。再加上各課程指導教師缺乏應有的溝通,故而實(shí)驗課內容零散,實(shí)驗內容重復[3],使得學(xué)生喪失主動(dòng)學(xué)習的興趣。同時(shí),由于實(shí)驗課依附于理論課,沒(méi)有獨立的學(xué)時(shí),實(shí)驗課普遍安排在學(xué)生課余時(shí)間,實(shí)驗時(shí)間不足,學(xué)生對實(shí)驗中的一些現象缺乏思考[4]。由于整個(gè)實(shí)驗中學(xué)生都是被動(dòng)參與,他們的主動(dòng)性和積極性沒(méi)有被充分調動(dòng),一旦出現問(wèn)題便難以解決,限制了他們創(chuàng )新能力和工程實(shí)踐能力的發(fā)展。
實(shí)驗教學(xué)經(jīng)費投入少,師資隊伍薄弱 由于經(jīng)費投入不足,很多儀器設備臺套數不夠,許多實(shí)驗中幾個(gè)甚至是十幾個(gè)學(xué)生共用一套儀器設備,且難以更新?lián)Q代,先進(jìn)的技術(shù)設備進(jìn)入不到教學(xué)中來(lái),造成理論與實(shí)際脫節,不能充分調動(dòng)學(xué)生動(dòng)手操作的積極性[5]。加之長(cháng)期以來(lái)受傳統教育觀(guān)念影響,實(shí)驗系列教師一直不被重視。從事實(shí)踐教學(xué)的教師普遍存在學(xué)歷低、水平不高、進(jìn)修機會(huì )少、職稱(chēng)評定和工作量計算不合理的情況[6],導致實(shí)驗教學(xué)人員工作熱情不高、責任心不強,嚴重影響了實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量。
3 生物工程實(shí)踐教學(xué)體系的構建
近幾年,針對生物工程專(zhuān)業(yè)存在的實(shí)際問(wèn)題,進(jìn)行許多改革嘗試。通過(guò)專(zhuān)業(yè)整合,將原屬于農業(yè)與機械學(xué)院的生物工程專(zhuān)業(yè)調整到生命科學(xué)學(xué)院,依托實(shí)驗中心對生物工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革,把實(shí)驗從理論課中分離出來(lái),設計獨立的實(shí)踐課程和考核方法,理順學(xué)科脈絡(luò ),明確各課程的授業(yè)范圍,引入學(xué)科交叉和開(kāi)放創(chuàng )新實(shí)驗,強化課程實(shí)驗與實(shí)訓實(shí)習內容的相互銜接,構建循序漸進(jìn)、逐步深入、全面系統的課程體系。這樣調整,使得課程內容既避免重復,又相互銜接;既反映學(xué)科前沿,又突出學(xué)科交叉融合之勢。
專(zhuān)業(yè)基礎實(shí)驗 專(zhuān)業(yè)基礎實(shí)驗以培養學(xué)生的實(shí)驗能力為目的,強化學(xué)生的理論知識和實(shí)驗技能訓練。同時(shí),在每門(mén)實(shí)驗課程內設計一定學(xué)時(shí)的設計實(shí)驗項目和綜合實(shí)驗項目供學(xué)生自主選做,有一定加分,提高實(shí)驗的深度和廣度,促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習興趣發(fā)展。以微生物學(xué)實(shí)驗為例,設計為64學(xué)時(shí),必選實(shí)驗有3項為54學(xué)時(shí)。同時(shí),設計6項選做實(shí)驗,其中3項綜合性實(shí)驗“從酸奶中分離、培養產(chǎn)乳鏈菌肽的乳酸乳球菌及乳鏈菌肽效價(jià)測定”“大腸桿菌噬菌體的分離、純化及效價(jià)測定”“纖維素酶產(chǎn)生菌的選育”,每項為8學(xué)時(shí);3項設計性實(shí)驗“高產(chǎn)淀粉酶霉菌的分離純化”“高產(chǎn)酒精的釀酒酵母菌株的誘變選育”“高產(chǎn)抗菌肽乳酸菌的分離純化”,每項為2學(xué)時(shí)。學(xué)生做完必選實(shí)驗后,至少再選作1項綜合性實(shí)驗和1項設計性實(shí)驗才能結課,這樣有助于確立學(xué)生在實(shí)踐中的主體地位,激發(fā)其學(xué)習興趣,鍛煉其實(shí)驗技能。
另外,承辦院、校、省級生物實(shí)驗技能大賽,根據競賽成績(jì)選拔下一級參賽人員。通過(guò)這樣一種“層層遞進(jìn)式”的競賽方式,學(xué)生的實(shí)驗技能進(jìn)一步得以鞏固、加深。
實(shí)習實(shí)訓 為了更好地實(shí)現教學(xué)與生產(chǎn)的對接,將專(zhuān)業(yè)實(shí)踐分為校內實(shí)訓和校外實(shí)習兩個(gè)階段。
校內實(shí)訓建設了實(shí)訓基地,配備了相應的儀器設備,如多臺5~100 L發(fā)酵罐、空壓機、電鍋爐、大容量冷凍離心機、高壓均質(zhì)機、噴霧干燥器、中試型流化床、滴丸機、凍干機等先進(jìn)儀器。同時(shí),將基因工程、發(fā)酵工程、代謝控制工程、生物分離工程等課程有機整合在一起,以典型的生物產(chǎn)品和教師的科研成果為內容,在學(xué)生具備專(zhuān)業(yè)基礎實(shí)驗能力的基礎上,從原材料開(kāi)始到終產(chǎn)物的制備,用一個(gè)完整的實(shí)驗過(guò)程培養學(xué)生綜合運用所學(xué)知識、技術(shù)與方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
如“好氧發(fā)酵—谷氨酸發(fā)酵”和“重組人白介素18的發(fā)酵、純化及鑒定”分別是傳統生物產(chǎn)品實(shí)驗及科研成果實(shí)驗的代表。為了使課程內容與產(chǎn)品生產(chǎn)一致、儀器設置與生產(chǎn)要求一致、教學(xué)過(guò)程與工藝流程一致,校內實(shí)訓以學(xué)生為主,教師負責指導,學(xué)生按照企業(yè)的生產(chǎn)流程通過(guò)小組合作生產(chǎn)出相應產(chǎn)品,通過(guò)這一過(guò)程使得學(xué)生對生物產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、提取、檢驗等一系列過(guò)程有了深刻的了解。
同時(shí),積極推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研緊密結合,推動(dòng)教師參與企業(yè)的產(chǎn)品與技術(shù)開(kāi)發(fā),從企業(yè)引進(jìn)生產(chǎn)經(jīng)驗豐富的工程師到學(xué)校任教,并與16家科研院所和企業(yè)聯(lián)辦實(shí)習基地。在學(xué)生完成校內實(shí)訓,掌握相關(guān)生產(chǎn)原理及工藝流程后,帶領(lǐng)他們到相關(guān)的工廠(chǎng)實(shí)地實(shí)習,了解工廠(chǎng)設計,熟悉生產(chǎn)流程,加深對自動(dòng)化的認知。這樣既促進(jìn)了學(xué)生職業(yè)能力的發(fā)展,也為教師和企業(yè)的合作提供了平臺,實(shí)現了共贏(yíng)。
創(chuàng )新實(shí)驗 創(chuàng )新實(shí)驗依托開(kāi)放實(shí)驗、大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)計劃、吉林省生命科學(xué)創(chuàng )新實(shí)驗大賽、本科畢業(yè)論文等來(lái)推動(dòng)學(xué)生學(xué)習熱情和科研興趣。在大創(chuàng )計劃和創(chuàng )新大賽中,學(xué)生自主選擇題目并由教師指導學(xué)生自主閱讀文獻、設計路線(xiàn)和進(jìn)行試驗。在畢業(yè)論文中,教師以自己的科研課題為主設計題目,教師和學(xué)生實(shí)行雙向選擇,確保一人一題。在這一過(guò)程中,使學(xué)生了解科研過(guò)程,具備文獻檢索、設計實(shí)驗方案、論文寫(xiě)作等科研工作必備素質(zhì)。
經(jīng)過(guò)幾年的積累與沉淀后,學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力顯著(zhù)提高,本科生承擔創(chuàng )新實(shí)驗項目47項,發(fā)表研究論文19篇,參與申請發(fā)明專(zhuān)利6項。
4 生物工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)方法的創(chuàng )新
隨著(zhù)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,信息技術(shù)與教育的深度融合已成為必然趨勢!盎ヂ(lián)網(wǎng)+”實(shí)踐教學(xué)不受時(shí)間的限制,學(xué)生可隨時(shí)通過(guò)手機等現代通信工具進(jìn)行選課、預習、復習、查詢(xún)成績(jì)、課后交流,由“被動(dòng)灌輸”變?yōu)椤爸鲃?dòng)探索”,提高了學(xué)習效率,促進(jìn)了自主學(xué)習。
以實(shí)驗中心網(wǎng)站為平臺,將現代信息技術(shù)與啟發(fā)式、互動(dòng)式、探究式的教學(xué)方法相結合,進(jìn)行數字化教材、虛擬仿真技術(shù)、微課等輔助教學(xué)。
1)在實(shí)驗中心網(wǎng)站上發(fā)布本學(xué)期實(shí)踐教學(xué)日程安排,學(xué)生根據選課查閱相應的數字化資源,通過(guò)相關(guān)儀器使用視頻、課件和相關(guān)資料預習,盡早熟悉操作技能,理解實(shí)驗原理,提高實(shí)驗效率,減少實(shí)際操作中的錯誤。
2)通過(guò)基本實(shí)驗技術(shù)、選做和驗證性等微實(shí)驗知識點(diǎn)或技能點(diǎn)視頻的學(xué)習,使學(xué)生在短時(shí)間內熟悉實(shí)驗原理、實(shí)驗過(guò)程、實(shí)驗操作和實(shí)驗現象,進(jìn)而將更多的時(shí)間投入到綜合性、探究性實(shí)驗上。
3)通過(guò)對操作復雜、大型設備使用技術(shù)、不可見(jiàn)的實(shí)驗原理和不可見(jiàn)的實(shí)驗現象或結果的虛擬仿真實(shí)驗學(xué)習,如動(dòng)物解剖、外源基因轉入受體菌的過(guò)程,發(fā)酵罐控制、高效液相色譜的操作等,使學(xué)生網(wǎng)上模擬實(shí)驗過(guò)程操作,形象、直觀(guān)地熟悉實(shí)驗原理和實(shí)驗現象,加深對實(shí)驗過(guò)程的理解,為真實(shí)的實(shí)驗操作打下基礎。
4)學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò )互動(dòng)平臺,實(shí)現自主答題、自主測試、師生互動(dòng)、成績(jì)查詢(xún)、教學(xué)評價(jià)等。
5)教師可登錄后臺,查看學(xué)生的觀(guān)看視頻次數、時(shí)間、模擬實(shí)驗操作情況,評定學(xué)生自學(xué)成績(jì)等。
幾年來(lái),中心開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò )課程13部、在編數字化課程3部、視頻71部、多媒體課件89個(gè)、仿真實(shí)驗6個(gè),促進(jìn)了學(xué)生的自主學(xué)習和創(chuàng )新,取得較好的教學(xué)效果。
5 生物工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)評價(jià)體系的建立
完善的實(shí)踐教學(xué)評價(jià)體系是實(shí)踐教學(xué)目標得以實(shí)現的根本保障。經(jīng)過(guò)幾年的摸索、總結和實(shí)踐,構建了一套以學(xué)生為主體、內容多元性、渠道多樣化、注重評價(jià)對象未來(lái)發(fā)展的實(shí)踐教學(xué)評價(jià)體系。該體系由實(shí)踐教學(xué)考核體系和實(shí)踐教學(xué)效果評價(jià)體系兩部分組成。
1)學(xué)生實(shí)踐成績(jì)評價(jià)體系由五部分組成:
、賹W(xué)生預習實(shí)驗、觀(guān)看儀器操作的程度,占總成績(jì)的10%;
、谶M(jìn)行儀器操作的考核,合格者發(fā)儀器使用許可證,占總成績(jì)的20%;
、哿己玫膶(shí)驗習慣,由研究生助教和實(shí)驗系列人員對實(shí)驗中的行為打分,占總成績(jì)的20%;
、苋繉(shí)驗結束后的考試,占總成績(jì)的25%;
、輰(shí)驗報告、實(shí)驗結果電子分析報告,占總成績(jì)的25%。
另外,如果實(shí)驗為探究型實(shí)驗,則降低④⑤各5%的占比,增加實(shí)驗設計和論文撰寫(xiě)10%的占比。
2)實(shí)踐教學(xué)效果評價(jià)體系由三部分組成:
、賹W(xué)期末,對在校學(xué)生、畢業(yè)一年的學(xué)生和任課教師做調查問(wèn)卷,并收集網(wǎng)上反饋信息,以此作為改進(jìn)的依據;
、趯W(xué)期初,組織任課教師、校內專(zhuān)家、用人單位專(zhuān)家認真總結實(shí)踐教學(xué)不足,提出改進(jìn)意見(jiàn)并參與培養方案制訂,使各項改革有利于培養學(xué)生綜合素質(zhì),符合社會(huì )需要;
、墼O立實(shí)踐教學(xué)督學(xué)委員會(huì ),指導并監督各項實(shí)踐工作落到實(shí)處。
實(shí)踐證明,該評價(jià)體系對促進(jìn)學(xué)生提高創(chuàng )新能力、工程實(shí)踐能力、科研素質(zhì)等具有明顯效果,大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)訓練計劃立項不斷增加,發(fā)表論文、申請專(zhuān)利的數量和質(zhì)量一直攀升,各級學(xué)科競賽獲獎大幅度增多,被國內外知名院校錄取的研究生數量逐年增加,得到用人單位廣泛認可。
6 高水平的實(shí)踐教學(xué)團隊的建設
教師是培養方案的執行者,教師的素質(zhì)、能力與水平,直接關(guān)系到教育質(zhì)量的高低,關(guān)系到培養學(xué)生的社會(huì )認可度[7]。針對青年教師的培養,首先,采取老教師傳、幫、帶的措施,定期對青年教師進(jìn)行教學(xué)理念、教學(xué)方法的指導,提高青年教師的教學(xué)水平;其次,鼓勵中青年教師在職攻讀博士學(xué)位,提高學(xué)歷層次;最后,為中青年教師提供參加各種教學(xué)、科研會(huì )議的機會(huì ),幫助中青年教師申請教學(xué)、科研項目,提高業(yè)務(wù)水平,開(kāi)闊科研視野。
經(jīng)過(guò)幾年的建設,中心教學(xué)團隊的年齡結構、學(xué)歷結構和職稱(chēng)結構趨于合理,中青年教師比例為72%,博士學(xué)位獲得者比例為39%,高級職稱(chēng)擁有者比例為28%。教學(xué)成果不斷涌現,主編出版實(shí)驗教材15部、實(shí)驗教改專(zhuān)著(zhù)6部,發(fā)表教學(xué)研究論文120篇,獲各類(lèi)教學(xué)改革獎勵與榮譽(yù)158項,確保了培養方案的順利實(shí)施和實(shí)踐育人質(zhì)量的不斷提高。
7 結語(yǔ)
吉林大學(xué)生物工程專(zhuān)業(yè)于2000年在工學(xué)部食品科學(xué)與工程的基礎上開(kāi)始建設,成立時(shí)間短、積累少,實(shí)踐教學(xué)環(huán)節比較薄弱,阻礙了專(zhuān)業(yè)發(fā)展。因此,在專(zhuān)業(yè)建設和發(fā)展過(guò)程中一直重視實(shí)踐教學(xué)改革,不斷探討提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的方法,并取得較好的成績(jì),學(xué)生的實(shí)驗技能、綜合能力、創(chuàng )新意識都有了很大程度的提高。將進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)梯隊建設、數字化教材建設、教學(xué)管理的探索和改革,使學(xué)生更好地適應學(xué)科的發(fā)展和社會(huì )的需要。
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