生物工程綜合設計型實驗教學改革的探索

摘 要：生物工程專業是20世紀70年代初開始興起的一門新興的綜合性應用學科。該專業知識具有綜合性強和應用性廣的特點，在大學開設生物工程綜合設計型實驗課程，對原有實驗內容進行重新設計，對教學方法、評價方式進行改革，可以使學生系統全面的掌握生物工程專業知識，同時提高了學生的自主性和創新性，更好地適應社會發展的需要。

關鍵詞：生物工程 設計性實驗 綜合素質 創新教育

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）09（a）-0038-02

針對生物工程專業知識具有涉及領域廣、綜合性強和應用性廣的特點，各高校都開設了多門相關專業的實驗課程，包括基礎生物學實驗、微生物實驗、基礎生物技術實驗、生物化學實驗、酶工程實驗和生物制藥實驗等課程實驗。這些實驗為培養學生的基礎操作，提高學生的實踐動手能力奠定了良好基礎，但這些實驗課程都是以驗證、單一、經典為主的單個小實驗，各項實驗所涉及知識點較零碎、獨立，邏輯聯系不緊密，學生完成實驗后沒有一個整體的概念。因此，為了讓學生系統地掌握生物工程專業知識，以提高學生的綜合素質，發揮學生的自主性和創新性，生物工程綜合設計型實驗教學改革勢在必行。

1 開設生物工程綜合設計型實驗的目的

1.1 系統地掌握生物工程專業知識

綜合設計型實驗能夠補充和豐富學生的專業知識，學生通過自己設計實驗，既可以培養學生查閱文獻、獨力思考能力，又可以鞏固以前所學專業知識、實驗技術。在實驗設計的實施過程中，學生通過將理論教學中的重要知識點搜集整理出來，再建立他們之間的網絡聯系，根據知識點的相關性和整和性進行實驗的設計，使學生理解所涉及知識點的邏輯聯系。在實驗過程中，通過理論知識與實驗實踐相結合，可以促使學生系統地掌握生物工程專業知識，尤其提供了所學知識的縱向和橫向擴展與融會貫通。

1.2 實驗設計能力的培養

實驗對于生物學的重要性不容置疑，實驗教學是培養學生觀察能力和實驗動手能力的重要環節。在傳統的教學活動中，有的學生雖然有較強的基本實驗技能，但綜合、系統性思維能力比較薄弱，對實驗的設計和實施一無所知、無從下手。這就要求在實驗教學中，培養學生的科研思維能力，提出問題，解決問題，分析問題。指導學生進行實驗設計，讓學生深刻認識和體會實驗的一般程序，理解、歸納和應用實驗設計的主要方法，教師的作用應在于“授之于漁而非魚”。

1.3 發揮學生的自主性和創新性

強調以學生自身活動為主體的實驗教學形式。在老師給定研究目的和基本實驗材料的情況下，學生通過查閱文獻資料，設計實驗方案，與老師對設計思路、實驗技術方案等進行討論和修改，最終形成具有自我特色的實驗設計。整個教學過程中更注重讓學生自己去思考、去調查分析、去發現并解決問題；注重讓學生發展自主性、創新性的思維，使其具有開拓式的發展。

2 綜合設計型實驗課程的基本內容

學生設計實驗具體方案并在老師的引導下完成實驗。在實驗內容設計上，綜合設計型實驗以產淀粉酶基因工程菌的構建、目的產物淀粉酶的生產、產物（淀粉酶）分離純化及其淀粉酶酶學特性分析為主線，綜合利用多種實驗技術，力爭使學生得到多方面的綜合訓練。實驗內容涵蓋了基因工程、發酵工程、生物分離工程、酶工程及生物信息學等專業知識及實驗技術。由于綜合實驗是一個連續的過程，前一個實驗項目的結果與產物是后一個實驗項目的材料，前后內容緊密銜接，環環相扣，每項實驗都可能直接影響到最終的結果，從而增加了實驗的系統連續性與完整性，使學生對每項實驗的結果及各項實驗間的邏輯聯系性更加關注，具有更深的印象。綜合設計型實驗課程突出生物工程實驗的綜合性與現代性，使學生能更加系統全面地掌握原理，實驗操作，實驗儀器。實驗主要內容涉及相關原理技術如表1所示。

3 綜合設計型實驗教學方式的改革

3.1 轉變“學生為輔，老師為主”的教學方式

首先，根據老師提出的實驗目的，學生自行查閱文獻，設計實驗技術路線。其次，學生與老師對實驗設計思路、實驗技術方案進行討論和修改。然后，以開題報告的形式，對實驗方案的可行進行論證，學生在老師指導下再次修改和完善實驗設計方案。最后，明確實驗方案和各項實驗所涉及的技術手段，學生進入實驗階段。實驗過程中，每天詳細記錄實驗內容、步驟和原始數據，整理和分析數據，繪制圖表及圖表的規范化。實驗結束，以PPT演講形式匯報實驗結果并按照科技論文的形式撰寫實驗小論文。整個實驗過程中，學生成為教學主體，經過這種系統的實驗訓練，學生對實驗的設計和實施過程有了系統連貫的認識，科研思維能力得到鍛煉，查閱文獻、分析數據、撰寫論文等科研基本技能和協調配合能力都得到了訓練。

3.2 轉變“看為主做為輔”的教學方式

實驗前的準備工作，溶液的配制、培養基的制備滅菌、電泳試劑的配制、緩沖液的配制、PCR引物的設計、基因序列的分析、微生物的培養和實驗所需儀器的調試等均由學生自主完成。例如，讓學生自己計算溶劑和溶質的量，稱量溶解并裝瓶標記；利用軟件設計PCR擴增引物，應用生物信息學對DNA序列進行比對、分析；實驗前對儀器進行外觀檢測、性能調試和試用；正確使用一些復雜的精密儀器設備（如發酵罐），準確地采集實驗數據。學生親自完成這些之前均由老師準備的工作，一方面培養了學生扎實的基本功；另一方面有利于培養學生良好的實驗習慣和嚴謹的工作作風，使學生對實驗的具體實施過程有一系統完整的認識。

4 完善綜合設計型實驗結果的考核方式

改革實驗結果的考察方式，變傳統的以記憶為主的考核為實際知識運用能力的考核。

首先，考察學生查閱文獻和閱讀文獻的能力。考察學生在設計實驗方案過程中，是否能通過查閱文獻，提出新穎的實驗方案或更好的實驗技術，并能正確理解文獻內容；在實驗實施過程中遇到問題時，是否能利用文獻分析和解決問題；在撰寫實驗小論文時，能否恰當引用文獻分析或支持實驗結果。將這些作為學生是否真正掌握綜合設計型實驗的原理指標之一，也考察了學生獲取和學習新知識的能力。

其次，考察學生對專業知識和實驗技能的掌握程度，主要是對學生專業理論知識理解、應用能力和實驗技能進行考察。學生只有具備扎實的理論知識，全面地掌握各咱實驗技能、正確使用儀器設備（特別是復雜精密的儀器）、準確地采集實驗數據，才能順利的完成整個實驗。這些反映了學生所學專業知識的掌握程度和融會貫通能力。

然后，考察學生對實驗結果的分析、歸納、整理能力。實驗數據的準確、可靠、完整，對于實驗結論有著重大影響。在數據采集、整理、分析、歸納，以及圖表繪制過程中，可以增強學生對實驗數據和結果的邏輯分析能力及做出正確合理結論的能力。

最后，考察學生學術交流能力。在實驗方案設計、實驗實施、實驗結果討論中，學生之間、師生之間互相交流，一起討論實驗的現象、結果及實驗過程出現的問題，使大家對其他同學的實驗結果和進展有一個了解。一方面在討論中學生可以獲取一些成功經驗或避免出現錯識；另一方面這也是一種競爭，可以督促學生更加積極、努力地進行實驗。

參考文獻

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