探究生物工程專業實踐教學改革的論文
摘要：分析高等學校生物工程專業實踐教學中普遍存在的問題，提出深化實踐教學改革的思路。依托吉林大學國家級生物實驗教學示范中心，對實踐教學體系、方法、評價體系進行一系列的改革與嘗試，初步探索出一條適合吉林大學生物工程專業發展的實踐教學道路。
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世紀科學技術的核心之一，是一門實踐性、應用性、綜合性很強的交叉學科[1]。隨著科技的進步，新技術、新方法不斷涌現，生物產業的前景也愈發廣闊。然而生物工程專業學生就業卻較為困難，究其根本原因，一方面是我國生物工程產業化水平較低，另一方面是因為學生的“三個能力”即實驗技能、工程能力、創新能力等方面有所欠缺。
實踐教學是本科教學的重要組成部分，是學生將理論知識轉化為實際能力的過程，對大學生實踐創新能力和工程能力的培養也至關重要。本文在分析國內生物工程專業實踐教學弊端的基礎上，依托吉林大學國家級生物實驗教學示范中心（以下簡稱實驗中心），對生物工程專業實踐教學改革進行初步探討。
2 生物工程實踐教學存在的問題
忽視實踐教學，教育理念落后 傳統教育觀念重理論、輕實踐，認為實踐教學是理論教學的補充，是驗證理論課的一種手段[2]。因此，生物工程專業的基礎課和專業課設置門數較多，學生課業較重，課余時間不足。相對而言，實驗課不設考試，沒有學分，只注意如何更好地配合理論教學，這就造成學生不重視實驗課和實驗技能，成為生物工程專業實踐教育的一大痼疾。
實驗內容陳舊，實驗課安排不合理 傳統的實驗教學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，無法將新知識、新技術和新方法引入實踐教學內容中，勢必導致實驗內容陳舊，方法老套。再加上各課程指導教師缺乏應有的溝通，故而實驗課內容零散，實驗內容重復[3]，使得學生喪失主動學習的興趣。同時，由于實驗課依附于理論課，沒有獨立的學時，實驗課普遍安排在學生課余時間，實驗時間不足，學生對實驗中的一些現象缺乏思考[4]。由于整個實驗中學生都是被動參與，他們的主動性和積極性沒有被充分調動，一旦出現問題便難以解決，限制了他們創新能力和工程實踐能力的發展。
實驗教學經費投入少，師資隊伍薄弱 由于經費投入不足，很多儀器設備臺套數不夠，許多實驗中幾個甚至是十幾個學生共用一套儀器設備，且難以更新換代，先進的技術設備進入不到教學中來，造成理論與實際脫節，不能充分調動學生動手操作的積極性[5]。加之長期以來受傳統教育觀念影響，實驗系列教師一直不被重視。從事實踐教學的教師普遍存在學歷低、水平不高、進修機會少、職稱評定和工作量計算不合理的情況[6]，導致實驗教學人員工作熱情不高、責任心不強，嚴重影響了實踐教學的質量。
3 生物工程實踐教學體系的構建
近幾年，針對生物工程專業存在的實際問題，進行許多改革嘗試。通過專業整合，將原屬于農業與機械學院的生物工程專業調整到生命科學學院，依托實驗中心對生物工程專業實踐教學進行改革，把實驗從理論課中分離出來，設計獨立的實踐課程和考核方法，理順學科脈絡，明確各課程的授業范圍，引入學科交叉和開放創新實驗，強化課程實驗與實訓實習內容的相互銜接，構建循序漸進、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；既反映學科前沿，又突出學科交叉融合之勢。
專業基礎實驗 專業基礎實驗以培養學生的實驗能力為目的，強化學生的理論知識和實驗技能訓練。同時，在每門實驗課程內設計一定學時的設計實驗項目和綜合實驗項目供學生自主選做，有一定加分，提高實驗的深度和廣度，促進學生的學習興趣發展。以微生物學實驗為例，設計為64學時，必選實驗有3項為54學時。同時，設計6項選做實驗，其中3項綜合性實驗“從酸奶中分離、培養產乳鏈菌肽的乳酸乳球菌及乳鏈菌肽效價測定”“大腸桿菌噬菌體的分離、純化及效價測定”“纖維素酶產生菌的選育”，每項為8學時；3項設計性實驗“高產淀粉酶霉菌的分離純化”“高產酒精的釀酒酵母菌株的誘變選育”“高產抗菌肽乳酸菌的分離純化”，每項為2學時。學生做完必選實驗后，至少再選作1項綜合性實驗和1項設計性實驗才能結課，這樣有助于確立學生在實踐中的主體地位，激發其學習興趣，鍛煉其實驗技能。
另外，承辦院、校、省級生物實驗技能大賽，根據競賽成績選拔下一級參賽人員。通過這樣一種“層層遞進式”的競賽方式，學生的實驗技能進一步得以鞏固、加深。
實習實訓 為了更好地實現教學與生產的對接，將專業實踐分為校內實訓和校外實習兩個階段。
校內實訓建設了實訓基地，配備了相應的儀器設備，如多臺5～100 L發酵罐、空壓機、電鍋爐、大容量冷凍離心機、高壓均質機、噴霧干燥器、中試型流化床、滴丸機、凍干機等先進儀器。同時，將基因工程、發酵工程、代謝控制工程、生物分離工程等課程有機整合在一起，以典型的生物產品和教師的科研成果為內容，在學生具備專業基礎實驗能力的基礎上，從原材料開始到終產物的制備，用一個完整的實驗過程培養學生綜合運用所學知識、技術與方法解決實際問題的能力。
如“好氧發酵—谷氨酸發酵”和“重組人白介素18的發酵、純化及鑒定”分別是傳統生物產品實驗及科研成果實驗的代表。為了使課程內容與產品生產一致、儀器設置與生產要求一致、教學過程與工藝流程一致，校內實訓以學生為主，教師負責指導，學生按照企業的生產流程通過小組合作生產出相應產品，通過這一過程使得學生對生物產品的開發、生產、提取、檢驗等一系列過程有了深刻的了解。
同時，積極推進產學研緊密結合，推動教師參與企業的產品與技術開發，從企業引進生產經驗豐富的工程師到學校任教，并與16家科研院所和企業聯辦實習基地。在學生完成校內實訓，掌握相關生產原理及工藝流程后，帶領他們到相關的工廠實地實習，了解工廠設計，熟悉生產流程，加深對自動化的認知。這樣既促進了學生職業能力的發展，也為教師和企業的合作提供了平臺，實現了共贏。
創新實驗 創新實驗依托開放實驗、大學生創新創業計劃、吉林省生命科學創新實驗大賽、本科畢業論文等來推動學生學習熱情和科研興趣。在大創計劃和創新大賽中，學生自主選擇題目并由教師指導學生自主閱讀文獻、設計路線和進行試驗。在畢業論文中，教師以自己的科研課題為主設計題目，教師和學生實行雙向選擇，確保一人一題。在這一過程中，使學生了解科研過程，具備文獻檢索、設計實驗方案、論文寫作等科研工作必備素質。
經過幾年的積累與沉淀后，學生的實踐能力和創新能力顯著提高，本科生承擔創新實驗項目47項，發表研究論文19篇，參與申請發明專利6項。
4 生物工程專業實踐教學方法的創新
隨著信息技術的迅猛發展，信息技術與教育的深度融合已成為必然趨勢。“互聯網+”實踐教學不受時間的限制，學生可隨時通過手機等現代通信工具進行選課、預習、復習、查詢成績、課后交流，由“被動灌輸”變為“主動探索”，提高了學習效率，促進了自主學習。
以實驗中心網站為平臺，將現代信息技術與啟發式、互動式、探究式的教學方法相結合，進行數字化教材、虛擬仿真技術、微課等輔助教學。
1）在實驗中心網站上發布本學期實踐教學日程安排，學生根據選課查閱相應的數字化資源，通過相關儀器使用視頻、課件和相關資料預習，盡早熟悉操作技能，理解實驗原理，提高實驗效率，減少實際操作中的錯誤。
2）通過基本實驗技術、選做和驗證性等微實驗知識點或技能點視頻的學習，使學生在短時間內熟悉實驗原理、實驗過程、實驗操作和實驗現象，進而將更多的時間投入到綜合性、探究性實驗上。
3）通過對操作復雜、大型設備使用技術、不可見的實驗原理和不可見的實驗現象或結果的虛擬仿真實驗學習，如動物解剖、外源基因轉入受體菌的過程，發酵罐控制、高效液相色譜的操作等，使學生網上模擬實驗過程操作，形象、直觀地熟悉實驗原理和實驗現象，加深對實驗過程的理解，為真實的`實驗操作打下基礎。
4）學生通過網絡互動平臺，實現自主答題、自主測試、師生互動、成績查詢、教學評價等。
5）教師可登錄后臺，查看學生的觀看視頻次數、時間、模擬實驗操作情況，評定學生自學成績等。
幾年來，中心開發網絡課程13部、在編數字化課程3部、視頻71部、多媒體課件89個、仿真實驗6個，促進了學生的自主學習和創新，取得較好的教學效果。
5 生物工程專業實踐教學評價體系的建立
完善的實踐教學評價體系是實踐教學目標得以實現的根本保障。經過幾年的摸索、總結和實踐，構建了一套以學生為主體、內容多元性、渠道多樣化、注重評價對象未來發展的實踐教學評價體系。該體系由實踐教學考核體系和實踐教學效果評價體系兩部分組成。
1）學生實踐成績評價體系由五部分組成：
①學生預習實驗、觀看儀器操作的程度，占總成績的10%；
②進行儀器操作的考核，合格者發儀器使用許可證，占總成績的20%；
③良好的實驗習慣，由研究生助教和實驗系列人員對實驗中的行為打分，占總成績的20%；
④全部實驗結束后的考試，占總成績的25%；
⑤實驗報告、實驗結果電子分析報告，占總成績的25%。
另外，如果實驗為探究型實驗，則降低④⑤各5%的占比，增加實驗設計和論文撰寫10%的占比。
2）實踐教學效果評價體系由三部分組成：
①學期末，對在校學生、畢業一年的學生和任課教師做調查問卷，并收集網上反饋信息，以此作為改進的依據；
②學期初，組織任課教師、校內專家、用人單位專家認真總結實踐教學不足，提出改進意見并參與培養方案制訂，使各項改革有利于培養學生綜合素質，符合社會需要；
③設立實踐教學督學委員會，指導并監督各項實踐工作落到實處。
實踐證明，該評價體系對促進學生提高創新能力、工程實踐能力、科研素質等具有明顯效果，大學生創新創業訓練計劃立項不斷增加，發表論文、申請專利的數量和質量一直攀升，各級學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 高水平的實踐教學團隊的建設
教師是培養方案的執行者，教師的素質、能力與水平，直接關系到教育質量的高低，關系到培養學生的社會認可度[7]。針對青年教師的培養，首先，采取老教師傳、幫、帶的措施，定期對青年教師進行教學理念、教學方法的指導，提高青年教師的教學水平；其次，鼓勵中青年教師在職攻讀博士學位，提高學歷層次；最后，為中青年教師提供參加各種教學、科研會議的機會，幫助中青年教師申請教學、科研項目，提高業務水平，開闊科研視野。
經過幾年的建設，中心教學團隊的年齡結構、學歷結構和職稱結構趨于合理，中青年教師比例為72%，博士學位獲得者比例為39%，高級職稱擁有者比例為28%。教學成果不斷涌現，主編出版實驗教材15部、實驗教改專著6部，發表教學研究論文120篇，獲各類教學改革獎勵與榮譽158項，確保了培養方案的順利實施和實踐育人質量的不斷提高。
7 結語
吉林大學生物工程專業于2000年在工學部食品科學與工程的基礎上開始建設，成立時間短、積累少，實踐教學環節比較薄弱，阻礙了專業發展。因此，在專業建設和發展過程中一直重視實踐教學改革，不斷探討提高實踐教學質量的方法，并取得較好的成績，學生的實驗技能、綜合能力、創新意識都有了很大程度的提高。將進一步進行實驗教學梯隊建設、數字化教材建設、教學管理的探索和改革，使學生更好地適應學科的發展和社會的需要。
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