強化實驗教學育人職能 培養科研型高素質人才

蔣 群， 何麗明， 王蓮蕓

(上海交通大學 生命科學技術學院 生命科學技術實驗教學中心，上海200240)

0 引 言

近年來，創新教育已成為整個高等教育的核心與關鍵，高等教育改革更注重學生創新意識、創新思維、創新精神和科學研究素質的培養［2-4］。為適應教學與人才培養的更高要求，在上海市級實驗教學示范中心和國家級教學示范中心的建設過程中，生命科學技術實驗教學中心積極進行教學改革，提高本科教學和人才培養質量。在生物工程綜合實驗課程中，將科研項目轉化為實驗教學內容，完全采用科研訓練的模式，從注重知識傳授、技術培訓，轉變為強化育人功能，將教學實驗室打造成學生科研訓練的基地，著力培養學生科研思維、科研技能，進而提升學生研究素質［5-6］。

1 開展科研訓練型實驗教學改革

與課堂理論教學相比，實驗課是鍛煉學生觀察能力、動手能力、思維能力、運用能力等智力因素的重要途徑，學生通過親歷體驗知識與技能形成的過程，學習掌握知識與技能，并在實踐過程中培養積極的情感態度和正確的價值觀［7-8］。但受傳統的教育教學理念束縛，形成了重理論、重知識的局面，在以教師為主體的運行機制下，培養的學生很大程度上主動性、創造性不足，學生的個性化發展受到了限制［9］。

為適應社會發展對人才培養的需求，實現培養高素質創新人才的目標，教學改革勢在必行!深刻感到教學要達到“授人以漁”的目的，培養學生掌握創造知識，解決問題的方法與過程，教會學生方法，培養學生的基本素質，而不是“授人以魚”式的單一的知識傳授。基于這一指導思想，教學改革以學生為中心，給予學生自由探索的機會，在創新實踐過程中培養學生的創新意識、創新思維和創新能力，同時關注學生良好的實驗習慣、嚴謹細致的實驗作風的培養，實現以學生為中心，教學結果以學生多方面受益為目標，在傳授技能的基礎上，進一步強化綜合實驗教學的育人職能。

具體舉措是，將科研轉化教學，在實驗教學內容中融入學科前沿課題;以學生為主體，開展自主課題式研究的教學過程;改進實驗評價體系，促進學生良好實驗習慣與作風。

2 在實驗教學內容中融入學科前沿課題

生命學科近些年來飛速發展，一些新的實驗技術方法層出不窮，在實驗教學中利用這些新技術培養學生的創新能力，才能與高校在科學發展中的地位相一致［10］。同時，將最新的實驗操作技術、學科前沿課題展示給我們的學生，將有助于開拓學生的視野和培養學生的創新意識。對于綜合性大學來說，提供給學生熟悉和掌握先進技術的實踐機會，也是適應畢業生繼續深造或進入科研單位從事學術研究的需要［11］。依托學院的科研優勢，將課題中的研究思路、方案、技術路線等轉化到實驗教學中，開發出融入學科最新發展，反映研究熱點與發展趨勢的實驗教學項目。例如，在本課程中，為學生新開了兩個由科研轉化而來的實驗項目—— “微生物種屬鑒定及系統發育分析”和“脂肪酶產生菌的篩選、種屬鑒定與脂肪酶基因的克隆、分析”，分別為14 和30 學時，取代了一些較陳舊的實驗項目。這兩個實驗涉及生物信息學的應用，屬新興學科，以及功能基因的克隆等學科發展前沿技術，分別依托于我們學院教師主持的國家自然科學基金和國家863 計劃項目，其中有多年來直接從事的科研實踐活動。專業實驗教學內容更為新穎、前沿和有特色，學生對來源于身邊科研實踐中的實驗內容更加感興趣，有力地調動了學習的學習興趣和學習積極性，也為學生后續進入本科畢業論文階段打下了堅實基礎。另外，學生通過本課程的學習也可產生對某個科研方向的興趣，進入相應的課題組進行畢業設計或是讀研。

3 以學生為主體，開展自主課題式研究

近年來，對教學模式進行了更大力度的探索實踐，對于由科研轉化而來的實驗項目“脂肪酶產生菌的篩選、種屬鑒定與脂肪酶基因的克隆、分析”完全采用課題研究的方式進行，由學生自行定方案、自行采樣、自行安排實驗進程，最后撰寫課題研究小論文，放手讓學生去實踐，教師全程指導。

3.1 自由選題，培養學生的主動探索精神

在傳統的教學中，教師的控制和灌輸方式使得學生長期處于被動接受的狀態，讓學生有所選擇，自主選擇，才能調動學生的主動性，激發學生的熱情和興趣，特別是對當今追求個性化發展的青年學生來說，更重視被尊重和自由選擇。對于“脂肪酶產生菌的篩選、種屬鑒定與脂肪酶基因的克隆、分析”這一綜合性實驗項目，提供了兩個選題供學生選擇，如“從自然界中篩選脂肪酶產生菌和種屬鑒定”、以及“從脂肪酶產生菌中克隆脂肪酶基因和測序分析”。對于第一個選題，學生從自己感興趣的自然環境中采集樣品，進行菌種篩選，對于篩選到的活性菌再進行種屬鑒定;而第二個選題中，需用到已知的可以產生脂肪酶的菌株，這是由實驗室提供給學生的，學生要做的是尋找相關基因，并進行測序分析。這樣，學生不是千篇一律地做同樣的實驗，完全根據興趣自由選擇，對于自選的而不是分配的任務，學生會更加積極主動。另外，這里的實驗結果未知，不確定，改變了傳統教學實驗預定結果的驗證模式，培養學生的好奇心和“一探究竟”的探索精神。

3.2 設計實驗方案，培養學生的科技創新能力

學生的創新能力體現在掌握一定的學科專業理論基礎上，對于特定選題，能綜合運用知識儲備和信息手段，進行組合和設計，自行提出解決方案。因此，在學生選題后，尋找合作伙伴組成一個實驗小組，然后進入設計實驗方案環節。學生在網上、圖書館查找和閱讀文獻資料，經過組內討論，按小組為單位提出各自的初步實驗方案。其中學生需要考慮的問題很多，需要做決定和選擇的環節也很多。例如，對于上述的第一個選題，學生需要考慮的是從什么地方采樣才更有可能篩選到活性菌，采取什么樣的采樣方法，樣品拿到實驗室后如何進行處理，活性菌篩選采用什么方法，種屬鑒定如何做等等，也需要搞清楚文獻報導的技術路線、流程，哪些是可借鑒的，哪些又要做改進的等問題。因此，這是對學生的一個大挑戰，也是很好的鍛煉。

提出初步實驗方案后，由各組代表在全班范圍內進行PPT 匯報，接受其它同學的提問，由指導教師進行指導，調整實驗方案。這樣做，促進了學生理清思路，全面分析，避免未做充分準備就匆忙開始實驗。學生們在交流中也會發現不同的思路，受到啟發。

18Cr2Ni4W為高淬透性滲碳鋼，無珠光體及鐵素體轉變區，心部在滲碳空冷后獲得貝氏體及局部馬氏體組織（見圖7），其高淬透性特征可保證大模數行走輪心部完全淬透，輪齒心部以及壁厚中部為完全馬氏體組織，馬氏體的比體積大于熱處理前的貝氏體比體積，淬火后馬氏體組織含量越高，行走輪體積膨脹量越大，組織轉變產生的淬火應力越大。

3.3 培養學生獨立工作能力和問題意識

接著進入實驗過程，對于選題“從自然界中篩選脂肪酶產生菌和種屬鑒定”的學生，則自行到自然界采集感興趣的樣品，帶到實驗室，進行樣品處理;對于選題“從脂肪酶產生菌中克隆脂肪酶基因和測序分析”的學生，則是設計引物，合成引物等。還有，準備實驗器材，再到配制試劑，進行每步實驗操作，觀察、記錄實驗結果，分析實驗現象與數據……這些過程由學生在開放實驗室自主完成。

在多天的實驗過程中，指導教師全程跟蹤與學生們就過程中的問題隨時交流、討論。指導教師引導學生觀察實驗現象，從中發現問題，學會質疑，多問幾個“為什么”:為什么這樣做?為什么不能那樣做?如果不這樣做會怎么樣等等。

而對于學生碰到的實驗難題，教師不是直接給出答案，也不直接替學生做決定!而是給予引導與啟發，幫助他們調用已有的知識儲備、以及查閱文獻資料等，動腦筋進行分析、判斷，提出自己的解決方案!

4 改進實驗評價體系

細節決定成敗，良好的實驗習慣與實驗作風是科研素質的重要組成部分。在實驗教學中通過改進實驗評價體系，來推動對學生的基本科研素質的培養。具體為，改變以出勤、實驗操作、實驗報告等作為主要評價指標的狀況，從實驗方案設計(30%)、實驗操作和習慣(20%)、實驗討論(20%)和小論文(30%)這幾個方面來給學生綜合評分。

其中，通過要求學生規范實驗操作，培養學生有條不紊、嚴謹細致的實驗作風與習慣。

實驗中需用到的試劑全部由學生配制。配試劑是基本的實驗操作，也最容易被學生忽視。在以往的實驗教學中，試劑由指導教師或助教在上課前準備好，學生習慣了直接拿來用，長此以往，學生得不到很好的基本功鍛煉。通過自己動手配試劑，學生將對質量濃度、體積濃度、母液、稀釋等基本概念，加深理解和認識，避免了“眼高手低”的情況，同時，通過配試劑，促進了學生對常用試劑的配方組成及作用的關注與思考，也促進了對實驗原理的熟悉與理解。因此，要求學生配試劑，規范操作，并養成良好的實驗習慣。如，稱量藥品后是否及時地蓋上瓶蓋，配制出的試劑是否裝在合適的試劑瓶中，標簽的標注是否清晰，合理安排時間，在正式實驗前將試劑配好。

另外，要求學生認真做好原始實驗記錄。如，配試劑的組成，加樣的量和時間，實驗現象，實驗操作等，作詳盡記錄，實驗結束后，將原始記錄本交教師評閱。對于學生實驗習慣的培養，需要教師的督促，老師與助教時時觀察、評分，促使學生形成良好的實驗習慣［12］。

5 教學效果和教學體會

學生們非常愿意接受有挑戰性的任務，學生普遍反映自己經受了很大考驗，收獲很多!就如有學生在心得體會中寫道:“在這次實驗中，我認為遇到的最大的挑戰就是需要自己設計實驗，……通過這次自主設計實驗，我體會到了實驗中成功的喜悅。也是通過這次自主實驗，提升了我自主設計規劃實驗步驟，自主處理實驗中所出現問題的能力”;“通過這次實驗，不但更加全面地了解了做好一個實驗，準備過程是多么的重要，而且，鍛煉了我們發現問題，分析問題，解決問題的能力”;“印象最深的是我們自己的設計實驗，通過這樣的一個設計實驗，深深地發現了科研的樂趣”。

指導教師在教學改革實踐過程中，也深刻體會到能力和知識并重培養的教學模式更具挑戰性，要求教師有高度責任性與良好的指導技能。在放手讓學生做實驗中，就會出現很多“意外”和出錯的情況，這就要求指導教師隨時應對各種情況，有效地與學生探討實驗中出現的異常現象等。對指導教師提出了更高的要求和更大投入，對學生作有效啟發和指導。

為保證課題探究式的實驗項目的順利進行，向學生開放實驗室。利用國家級實驗教學示范中心的創新開放實驗室，由學生申辦門禁卡后，自行安排時間進入實驗室進行相關實驗。實現實驗室的開放，給予學生自由探索的時間與空間，培養學生獨立操作、自主創新及團隊合作能力［11］。

6 結 語

大學應培養有思想、善于思考、掌握科學思維能力和自主創新能力的高素質人才。堅持科研與教學相結合，是培養學生創新能力的主要途徑，而實驗教學是科研與教學的最佳結合點［13］。將科學研究的思想方法帶進教學中，激發學生的興趣和潛能，培養學生具有實踐能力、創新能力的科研型高素質人才［14-15］。

生物工程綜合實驗和其他綜合性實驗一樣，作為實驗教學的較高層次，對學生綜合素質和能力的培養大有用武之地［16］。理應融入先進的教育教學理念，充分發揮其育人職能，在培養學生的創新意識、科研思維、提高學生的創新能力，培養學生有條不紊、嚴謹細致的實驗作風與習慣，訓練學生的表達交流能力等基本科研素質等方面，做出應有的貢獻。

［1］ 蔣 群，李志勇，張雪洪. 生物工程綜合實驗教學的探索與實踐［J］. 實驗室研究與探索，2007，26(9):88-89，145.

［2］ 黃曉玫. 實驗是實踐育人的核心(續)［J］. 實驗室研究與探索，2014，33(5):1-4，48.

［3］ 曹中一.“三性”的內涵與特征［J］. 實驗室研究與探索，2003，22(4):10-12.

［4］ 聶志剛，劉正東. 實驗教學中的綜合性設計性實驗［J］. 實驗技術與管理，2008，25(3):140-141.

［5］ 戰 弋，孫 偉. 素質教育、創新教育與創業教育之間的關系及三者協調發展［J］. 理工高教研究，2008(6):103-105.

［6］ 方 華，黃小峰. 大學生創新教育的理論與實踐［J］. 安徽工業大學學報(社會科學版)，2008(5):142-145.

［7］ 崔銀秋，林 鳳，逯家輝，等. 建立與科研課題結合的分子生物學實驗教學新模式［J］. 實驗室研究與探索，2009，28(11):109-111.

［8］ 李 哲. 深化實驗教學改革培養實踐創新能力［J］. 高教探索，2007(6):191-192.

［9］ 李江華，房 峻，鄭飛云，等. 生物工程綜合實驗教學創新體系的構建［J］. 實驗室研究與探索，2009，28(4):222-223，228.

［10］ 龔方紅，湯正華，蔣必彪. 試論工程教育中的本科實驗教學改革［J］. 中國高教研究，2006(4):86-87.

［11］ 張以順，黎 茵，陳云鳳. 分子生物學實驗的科研型教學模式探索與實踐［J］. 實驗室研究與探索，2010，29(8):238-240，270.

［12］ 周春麗，李玉萍，蘇 偉，等. 生物工程綜合實驗教學體系建設探索［J］. 安徽農業科學，2009，37(31):15271，15274.

［13］ 韋 化，曾冬梅，秦鋼年. 實驗教學與科研相結合，培養學生的創新能力［J］. 實驗技術與管理，2008，25(5):31-34.

［14］ 朱洪波. 論高等學校創新人才培養的重要性［J］. 貴州大學學報(社會科學版)，2004，22(2):112-115.

［15］ 鄭 權，趙 峰，榮 龍，等. 建立設計性生物工程綜合實驗培養大學生科技創新能力［J］. 實驗室研究與探索，2012，31(11):121-123，127.

［16］ 張雅利，孔 宇，亓樹艷，等. 生物工程綜合實驗課程的構建與實施［J］. 教育教學論壇，2014，13:202-204.