生化分離工程設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建與探索

摘要本文首先介紹了生化分離工程實(shí)驗(yàn)，并針對(duì)以往教學(xué)實(shí)踐中的不足之處，通過(guò)調(diào)整和更新教學(xué)內(nèi)容，增設(shè)具有自主設(shè)計(jì)性的研究型的生化分離工程實(shí)驗(yàn)；對(duì)實(shí)驗(yàn)前期預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中操作技能、實(shí)驗(yàn)后結(jié)果分析，三方面齊抓并舉，豐富實(shí)驗(yàn)考核方式。并能有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合分析能力和獨(dú)立開(kāi)展科學(xué)研究的能力。

關(guān)鍵詞生化分離工程設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

中圖分類(lèi)號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Biochemical Separation Engineering Designing Experiment

Teaching Mode Construction and Explore

WANG Wei， ZENG Boquan， LI Jilie， YAO Yuefei

(Biological Engineering Teaching and Research Faculty， School of Life Science，

Central South University of Forestry and Technology， Changsha， Hu'nan 410004)

AbstractThis paper first introduced the biochemical separation engineering experiment， and aim at the disadvantages in form teaching practice， through adjusting and updating the teaching contents， raises independent designing research biochemical separation engineering experiment， analyses on the early stage of previewing of experiment， operating skills during the experience process， and result analysis after the experiment， three aspects simultaneously fucus， enrich the experiment examining ways， and this new method can effectively cultivate students' innovative ability and comprehensive analysis ability and independent development scientific research ability.

Key wordsbiochemical separation engineering; designing experiment; experimental teaching research

0 引言

生化分離工程實(shí)驗(yàn)是生物工程專(zhuān)業(yè)中關(guān)于物質(zhì)分離的理論和實(shí)現(xiàn)工程放大的重要實(shí)踐性課程，由于物質(zhì)分離過(guò)程中工藝方法具有模塊化和可替換性，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新能力起著重要作用。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒁蠛蛯?shí)驗(yàn)條件，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。①與傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)相比，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，由教師“喂飯”轉(zhuǎn)變?yōu)椤白约撼燥垺薄Ｋ谂囵B(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力方面具有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)無(wú)法比擬的作用。可是，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程比驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)更長(zhǎng)，教學(xué)內(nèi)容更豐富、更復(fù)雜，教學(xué)方法與組織形式更加多樣化，這就更需要教師精心安排和組織整個(gè)教學(xué)過(guò)程。本文通過(guò)對(duì)生化分離工程設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐步驟的描述，探討了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)組織形式、教學(xué)模式和考核方法，提出了實(shí)施生化分離工程設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)應(yīng)該注意的問(wèn)題。

1 自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降木唧w實(shí)踐

在實(shí)施設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)已完成大部分相關(guān)理論課程教學(xué)，學(xué)生們已經(jīng)建立好生化分離工程的學(xué)科知識(shí)框架。同時(shí)，學(xué)生在大一、大二開(kāi)設(shè)的分析化學(xué)、生物化學(xué)等實(shí)驗(yàn)課程中學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)操作技能和相關(guān)儀器的正確使用。這些能力的具備為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展提供了保障。在進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)之初，教師必須使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的、意義及具體實(shí)施方法。一般可將班級(jí)分成若干個(gè)由2~4人組成的研究小組，每個(gè)小組選擇一個(gè)課題，分工協(xié)作，用3~4周時(shí)間確定目標(biāo)、收集信息、制定方案、實(shí)施方案、完成研究報(bào)告、演示研究成果，最后，通過(guò)自評(píng)和互評(píng)，由教師對(duì)研究過(guò)程和成果作出評(píng)價(jià)；為有序、順利的達(dá)到預(yù)期目的，我們所開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K多為老師曾申請(qǐng)課題，研究背景熟悉，同時(shí)也考慮了所開(kāi)課題需具有代表性和較寬的涉及面。目前已開(kāi)出的實(shí)驗(yàn)?zāi)K有：金桔黃酮提取與純化；胞內(nèi)脂肪酶的提取與純化；發(fā)酵液中青霉素的分離與純化；發(fā)酵液中赤霉素的分離與純化；茶葉中茶多酚的分離與純化；發(fā)酵液中谷氨酸的分離與純化。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)施步驟如圖1所示。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)施中依據(jù)進(jìn)程應(yīng)著重注意以 （下轉(zhuǎn)第83頁(yè)）（上接第34頁(yè)）下三個(gè)階段：

（1）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及準(zhǔn)備。依據(jù)所選課題，實(shí)驗(yàn)小組成員進(jìn)行分工協(xié)作，在正式實(shí)驗(yàn)之前完成文獻(xiàn)數(shù)據(jù)查閱和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案應(yīng)目的明確，包含必備實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)表，列出所需藥品及儀器；實(shí)驗(yàn)方案必須通過(guò)指導(dǎo)教師的審查，否則須進(jìn)一步討論、修改，完善實(shí)驗(yàn)方案。

（2）實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)以學(xué)生獨(dú)立試驗(yàn)和教師指導(dǎo)相接合的方式進(jìn)行，但考慮到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)涉及面大、需時(shí)較長(zhǎng)的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)在時(shí)間和場(chǎng)所采用相對(duì)集中、適度分散的辦法安排。指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)室及正常教學(xué)時(shí)間內(nèi)，提供指導(dǎo)，負(fù)責(zé)安全，同時(shí)考察并記錄實(shí)驗(yàn)小組及其成員個(gè)人的工作表現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)涉及的分析測(cè)試，由學(xué)生提出預(yù)約申請(qǐng)，由分管儀器的教師或研究生指導(dǎo)完成。

（3）實(shí)驗(yàn)報(bào)告及總結(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，按照格式要求撰寫(xiě)一篇規(guī)范的科技小論文作為實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告，重點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析及數(shù)據(jù)與結(jié)論的聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)論文上交的同時(shí)，小組準(zhǔn)備答辯總結(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生制作簡(jiǎn)短ppt幻燈片用于答辯。每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組選派一人在總結(jié)答辯會(huì)上作簡(jiǎn)要的陳述，答辯小組成員接受教師和其他小組同學(xué)的質(zhì)疑，教師根據(jù)小組的論文和答辯情況進(jìn)行分析評(píng)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，要求小組對(duì)已完成實(shí)驗(yàn)體系作出待研究方向的預(yù)判，以供下屆學(xué)生參考。

在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)施的過(guò)程中，還應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)小組成員間自由、平等的交流和適當(dāng)分工，培養(yǎng)良好的學(xué)術(shù)氛圍。其次，教師要充分信任學(xué)生，在一般情況下，教師不干涉小組的研究過(guò)程。但教師又要給予原則性的指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)糾正。

2 實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定

對(duì)于在本科生開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。為鼓勵(lì)學(xué)生嘗試創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，成績(jī)考核不應(yīng)以最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確與否為唯一根據(jù)，而應(yīng)綜合評(píng)價(jià)立題是否有新意，立題是否合理。此外，還應(yīng)將學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中處理異常事件、修正實(shí)驗(yàn)方案納入實(shí)驗(yàn)成績(jī)中。目前實(shí)驗(yàn)成績(jī)按下式計(jì)算：實(shí)驗(yàn)成績(jī) = 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告50% +實(shí)驗(yàn)過(guò)程20% +實(shí)驗(yàn)報(bào)告及答辯30%。

3 實(shí)驗(yàn)效果和展望

通過(guò)生化分離工程設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展和實(shí)踐鍛煉，學(xué)生對(duì)生化分離工程加深了了解，并產(chǎn)生了濃厚的興趣。正如鄧子新院士所說(shuō):“在實(shí)驗(yàn)室里老師教學(xué)生不應(yīng)當(dāng)象在工廠里師傅教徒弟一樣，指給你做什么東西你就做什么東西，而是把這方面的工作交給你以后，你自己要放開(kāi)你的思路去自主地創(chuàng)新”。②

自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)由于是在掌握基本知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)上，給了學(xué)生自由發(fā)揮的余地，使學(xué)生對(duì)生化分離工程的相關(guān)論文查找及分析研究、實(shí)驗(yàn)實(shí)施及問(wèn)題的解決、結(jié)果的分析和討論、答辯以及科研論文的撰寫(xiě)過(guò)程都有了較為深刻的了解，為將來(lái)學(xué)習(xí)或工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生積極主動(dòng)進(jìn)行充分的課前預(yù)習(xí)，為解決實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題經(jīng)常去圖書(shū)館查資料，提出解決問(wèn)題的途徑和方法。當(dāng)實(shí)驗(yàn)方案失敗時(shí)，能及時(shí)失敗中吸取教訓(xùn)，修正實(shí)驗(yàn)方案。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在加強(qiáng)了學(xué)生間和師生間的交流的同時(shí)，也鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神。完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的過(guò)程對(duì)學(xué)生的責(zé)任感提出了更高的要求。達(dá)到了我們實(shí)驗(yàn)改革之初設(shè)想的目地，即“授人以魚(yú)，不若授人以漁”。實(shí)驗(yàn)后與學(xué)生座談，學(xué)生很認(rèn)可這種方式，認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)自立、自信、自強(qiáng)的個(gè)性，獨(dú)立分析能力，同時(shí)具備包容不同思想，自由的研究氛圍，認(rèn)真務(wù)實(shí)，真正體會(huì)探索的樂(lè)趣。

在未來(lái)的計(jì)劃中，我們將重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的管理及教師指導(dǎo)作用的問(wèn)題；（2）合適的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更新方式；（3）學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)新點(diǎn)的科學(xué)判斷。我們相信：只要老師深入實(shí)驗(yàn)室，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法，探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)新途徑，實(shí)驗(yàn)教學(xué)必定能取得理想效果，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目的。

基金項(xiàng)目：中南林業(yè)科技大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（2009）

注釋

①朱鐵群，成慶利.微生物學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)個(gè)案分析.微生物學(xué)通報(bào)，2007.35(4):1011-1013.

②鄧子新.實(shí)驗(yàn)室重在培養(yǎng)創(chuàng)新型的人才.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007.26(3):1-4.