生物工程專業大學生科研素質培養模式探索*

張　儒, 張變玲

(湖南工程學院化學化工學院，湖南　湘潭　411104)

?

生物工程專業大學生科研素質培養模式探索*

張儒, 張變玲

(湖南工程學院化學化工學院，湖南湘潭411104)

科研素質是生物工程專業人才創新能力培養的基本要求。基于專業綜合實驗課程教學模式的探索與實踐，通過對相關課程內容有機地融合，構建融課程學習、參與科研、課外科技活動等于一體的培養專業創新人才平臺。讓學生樹立良好的科研意識、培養科學的研究方法和創新精神。通過此模式培養了學生的創新思維、提高了綜合分析解決問題能力和科嚴素質，對培養高素質有創新精神的生物工程人才具有重要的理論價值和實踐意義。

生物工程；專業綜合實驗；科研素質

隨著現代科學技術的迅猛發展，對本科生綜合素質的要求日益提高。本科生的科研素質已經成為高校教育的一個重要培養目標。基本的科研素質要求學生有良好的科研意識、科學的研究方法和創新的研究精神[1]。通過大學的培養，使學生具有從事科學研究的意識，潛心捕捉和發現科學問題的探求欲。實踐教學是高等工科院校培養學生實踐應用能力、創新精神和工程素質的重要環節，是進一步鞏固和深化學生理論知識，提升實踐與創新能力的重要途徑[2]。生物工程是生命科學領域科研成果轉化為實際生產力的重要環節，是一門實踐應用性非常強的學科[3]。其中，綜合實驗課程是將基礎知識和專業知識有機結合，既體現專業特色又注重實踐應用的重要實踐環節。合理科學開設綜合性實驗可以使理論教學內容與科研相結合，又可以使學生受到更為實際和全面的科學研究與實踐創新訓練，從而提高學生的科研素質。

經過探索與實踐，結合生物工程專業人才培養目標和實踐環節的具體特點，構建一個基于專業綜合實驗課程為核心，融課程學習、參與教師科研、課外科技活動和畢業論文于一體的科研素質培養模式。在一定程度上提高了學生查閱資料和數據處理能力、實驗設計動手能力、發現和解決問題等方面的能力，增強了學生的科研興趣，激發了學生的求知欲望和探索精神，提高了學生的科研素質。

1營造良好的實驗環境，初步培養學生的科研意識

1.1提前做足準備，培養學生的科研認知能力

科研意識是探究、認識未知事物的覺察和主動性[4]。帶有較強的主動性，最重要的是對科研有興趣。而興趣是建立在一定的科學認知基礎之上，無知便無趣。傳統實驗教學多為基礎性和驗證性的內容，使學生缺乏探索、懷疑和思考的內在動力。因此，對科研缺乏興趣。教師需要在開始綜合實驗之前引導學生對研究內容有所了解和認知，學生才能有機會了解研究內容的前沿熱點，才能獨立思考、大膽探索和懷疑，才能激發學生的學習興趣和創造力。

為了提高學生對科研的認知能力，我們在大學第三、五和七學期分別開設專業基礎操作訓練、專業基礎綜合實驗和專業綜合實驗，逐級深入的方式開設綜合實驗。通過基礎操作訓練培養基本的實驗操作技能，規范實驗過程，培養學生動手能力；在專業基礎綜合實驗期間，組織有豐富科研經驗的教師進行專題講座，講授科學研究的基本知識，包括實驗的設計、技術操作及撰寫科研論文等內容，給學生一些啟示和引導。同時要求專業教師介紹自己的科研方向、經驗及思路，引導學生加強學術交流和討論，拓展學生的科研認知領域。

為了給學生營造一種良好的科研環境和氛圍，我們鼓勵學生從第三學期開始參與到各專業教師的科研團隊，引導學生在搞好基礎知識學習的同時，增強其動手能力、提出問題和分析解決問題的能力。在這個鍛煉的過程中，當學生觀察到自己親手做出的實驗結果或新的發現時，就會十分興奮，對學生是一種極大的激勵和促進，即使失敗也會使他們的反思。經歷這樣的前期準備鋪墊，既拓寬了學生的認知空間，又增加了學生的認知機會，提高了學生的科研認知能力。

1.2合理設置問題，培養學生的科學思維

經過1～2年(第3至6學期)的培養，學生的科研認知能力得到很大的提高。以生物工程教研室為例，近五年來，共形成了3～5個針對本科生的科研團隊，每個團隊由10～15人的大二至大四學生組成，經過1～2年的梯隊培養，團隊成員具有十分濃厚的科研興趣。在這些團隊的帶領下，每年都會吸引一批新生進入團隊，形成了傳幫帶良性科研循環。在此模式下，要求學生在進入團隊后，能夠根據課題組設置的問題，獨立查閱文獻，通過小組討論思考課題中存在的科學問題。例如，所研究的課題是否重要？是否使用了新的研究手段？這些研究手段是否能解決所提出的科學問題？實驗中是否有創新的思想？如何開展研究？研究的預期結果能說明什么問題？并在開始實驗之前要基本搞清楚這些問題。讓學生在實驗過程中始終有一個清晰的思路。通過思考和解答問題，培養了學生的科研思維。

1.3理論聯系實際，培養學生邏輯分析能力

有了基本的科學思維能力后，實驗過程變得相對簡單。在階段性完成實驗后，如何分析結果，如何將實驗結果和已有的理論聯系起來，這要求學生具備較高的理論聯系實際及邏輯分析的能力。我們從以下四個方面培養學生的邏輯分析能力：首先，階段性的通過小組會議匯報實驗進程，即做了什么實驗？能夠得到什么結論？還會存在什么問題？如何解決？引導學生根據微生物學、生物化學、分子生物學和酶工程等理論知識進行分析討論，使學生進一步理清思路。其次，通過開放式討論和交流培養學生如何思考并有效解決問題。最后，通過網絡資源，如QQ群、專業相關的論壇等解答提出的問題，拓寬了學生的知識面，鍛煉了他們對具體科學問題的邏輯分析能力。

2加強實驗過程師生互動，培養正確的科研方法

2.1選題靈活多樣，內容切合實際

綜合實驗內容的設置對學生的培養至關重要，教師必須充分考慮學生的特點、專業基礎、特長及興趣。本教研室在綜合實驗周開始前，要求指導教師結合實驗經費、科研項目內容和研究目標，選擇科研項目中的部分內容作為學生綜合實驗教學中的課題。一般要求所選的題目具有如下特點：首先，應涉及所學課程的多個知識點并且內容是相對完整的體系。其次，選取具有代表性的技術問題，在規定的時間內可以解決，且易于調動學生的積極性。最后，應具有較高應用性和拓展性。通過實驗設計盡可能將理論課程中的實驗技能有機整合，實驗的每個環節相對獨立并能深入拓展。

例如，我們結合專業課程設置，圍繞細胞工程、基因工程、發酵工程、酶工程和生物分離工程、現代儀器分析等課程模塊，根據各專業教師的研究方向和實驗室現有條件，分別開設了“人參細胞培養及次生代謝產物分離”、“產葡萄糖苷酶微生物菌種的分離和篩選”、“β-葡萄糖苷酶基因克隆及其原核表達系統的建立”、“β-葡萄糖苷酶固定化及其特性研究”等一系列綜合性實驗。內容包括了細胞培養、基因原核表達、生物活性成分提取分離、菌株分離等數十個綜合設計性實驗，內容涉及生物工程上、中、下游。實驗為2～3人一組，實行組長負責制，保證了實驗過程順利推進和實施。經過合理的設置實驗內容，全方位的科研訓練，不僅加深了實驗課教學內容的深度和廣度，也增加了學生對科研的興趣。

2.2指導學生掌握科學的實驗方法

生物工程是一個實踐性很強的專業，絕大部分研究結果必須、也只能從實驗研究中獲得。實驗方法是否合理、操作是否正確、結果測定是否可靠和數據分析是否科學等，直接影響最終的結果和結論。因此，必須使學生對實驗目的、步驟及所用儀器、工具、藥品等有較透徹的了解；應盡可能為學生創造良好的機會和條件，如分管實驗室的教師利用所管理的設備，結合科研讓學生接觸一些“高精尖”的設備，掌握相關的技術。對于技巧性強的實驗，指導教師需精心指導學生，讓學生能夠規范的操作，迅速的掌握其方法與技巧，不僅可以消除學生對科研的畏懼感和神秘感，也能提高學生對科研的興趣和自信心。比如涉及到“MS培養基配制”、“感受態細胞制備與轉化”、“聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)”、“發酵過程控制”、“紅外光譜儀操作過程”和“TLC分析”等的一系列實驗，指導教師悉心指導其中的一些技巧、操作規范，學生的實驗技能得到突飛猛進的提高，對實驗的思考能力大有益處。

除了科學的實驗方法，數據的記錄和分析同等重要。培養學生做好操作過程的紀錄，注重實驗結果分析，做到實事求是，漸進地培養學生分析數據和歸納總結的方法，然后獨立思考，最終能提出新思想和新思路。

2.3指導學生掌握撰寫實驗報告和論文的方法

長期以來，如何撰寫學術論文一直是科研能力培養中忽略的問題。結合試驗設計與統計分析、專業英語等課程，指導學生了解學術論文的組成要素、寫作方法、圖表分析、參考文獻的規范性等知識。在撰寫的過程中，指導學生如何掌握構思要點、基本撰寫方法和技巧，如何對結果分析和討論，如何避免常見錯誤，提高論文的可讀性等。在綜合型實驗中，引導學生查閱文獻資料，要求根據文獻資料對方案集體討論，探討他人的科研思路以及撰寫論文的方法。實驗結束后，按照類似的思路撰寫論文，經過學生的模仿，教師的指導，學生的修改，教師的潤色等一系列過程，逐漸培養學生的寫作能力。采用這種模式，許多學生能夠將綜合實驗中的實驗結果獨立撰寫論文，經指導教師完善后，多篇文章發表在國內外SCI或EI收錄的期刊。

3　幫助學生形成良好的科研精神

科研精神是指由科學性質所決定的并貫穿于整個科學活動和科研工作之中的基本精神狀態和思維方式，是體現在科學知識中的思想或理念[5]。培養良好的科研精神，需要有嚴謹的科學態度和創新能力。

3.1嚴謹的科研態度

科學研究的本身就是不斷探索的過程，實驗過程不可避免地會遇到各種失敗。因此，指導教師要讓學生意識到科學研究不是一朝一夕就能完成，更需要通過教師自身的科研和實驗經歷教育學生，反復的失敗和成功更能磨煉堅韌的科研意志，更容易通過總結失敗的教訓取得創新性的科研成果。也只有經得起失敗，忍得住寂寞，扎扎實實的實驗，實事求是的對待科研的結果，才能培養出嚴謹的科研態度，最終解決科學問題。

3.2培養創新能力

培養創新能力的培養科研人才的核心。其培養過程中最需要的是讓學生參與科研實踐，才能使其認識到，相比于枯燥晦澀的理論知識，實驗過程的認識就更為深刻，更容易通過實驗獲得學習的成就感，更容易激發學習的積極性和興趣，激發學生討論和思考，發展其個性思維能力，開拓其科研想象力，最終激發學生的創新動力和能力。這種科研重新能力培養可以通過引導學生主持各級科技創新項目，指導學生閱讀與所從事課題最相關的國內外文獻，彌補部分專業知識系統性不夠的缺陷。

總之，經過比較系統的綜合實驗，使本科生的思考、動手和寫作等綜合能力都得到很好的培養。經過專業教師與學生的共同努力，取得了較多的科研成績，其中生物工程專業的學生科研小組所提供的科技作品連續三屆(第9、10和11屆)獲得湖南省“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽二等獎，參賽同學通過對研究成果的現場演示和答辯，科研素質得到了極大的展示，亦得到同行的專家和與會者的廣泛好評。近5年，學生主持國家級大學生創新創業訓練計劃項目2項，省級大學生科技創新項目3項，湖南工程學院大學生科技創新課題近30項，學生撰寫并發表的科研論文近30篇，分別發表在《Biotechnology Letters》、《現代食品科技》、《農業機械學報》、《中國糧油學報》和《天然產物研究與開發》等國內外雜志上，其中SCI或EI收錄論文近10篇。獲省化學化學化工科技作品競賽獎26項，參與學生100余人。這一系列成績是學生從綜合實驗開始所培養的科研能力的綜合體現。學生基于綜合實驗，培養出設計、實驗、結果分析到撰寫論文，通過教師的專業指導，逐漸培養了學生的科研熱情，使其掌握了基本的科學研究方法與技巧，激發了學生的創新欲望和科研思維。

4　結　語

本科生的科研素質培養是一項長期的系統工程，需要在多種教育因素長期不懈的配合與協作才能實現。對于普通的地方本科院校而言，由于培養條件、師資力量和培養模式等方面的局限，通過傳統的科研項目培養學生的科研素質是不夠的。專業綜合實驗不僅是鍛煉學生實踐能力的重要途徑，更是激發學生探索興趣，培養學生創新精神的切入點。因而，將專業綜合實驗引入到本科生的科研素質培養環節中，可以提高學生的學習興趣和創造性思維，培養學生的科研素質。當然，我們仍需要不斷的探索和推進生物工程專業綜合實驗教學改革，以滿足社會對高素質生物工程專業人才的需要。

[1]李杰,朱延明,柏錫. 淺談對學生科研素質的培養[J]. 東北農業大學學報(社會科學版), 2005,3(3):53-54.

[2]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.

[3]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,2014,13:202-205.

[4]滕延江. 外語教師科研意識的培養與科研規劃淺析[J]. 外語藝術教育研究,2014,1:53-57.

[5]趙薇,李鳳學,孫志明,等. 論學報對高校科研精神的培育[J]. 吉林省教育學院學報, 2013,29(1):14-15.

Development of Scientific Research Qualities for Undergraduates of Bio-engineering Specialty*

ZHANGRu,ZHANGBian-ling

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Institute of Engineering, Hunan Xiangtan 411104, China)

Scientific research qualities for undergraduates of bio-engineering specialty are basic requirement for fostering the innovative ability. Based on the exploration and practice of the teaching model of comprehensive experiment, the innovative platform were built by combining the course related to comprehensive experiment, taking part in the scientific research and participating extra-curricular science and technology activities. The good innovation idea was constructed, the scientific research method and innovative spirit were cultured by the model mentioned above. As a result, the innovative thinking, the ability to analyze and solve problems independently and the scientific research qualities were obtained for the tested undergraduates. The teaching model has important theoretical significance and practical value for cultivating the bio-engineering students with the innovative spirit.

bio-engineering specialty; comprehensive experiment; scientific research qualities

湖南工程學院博士科研啟動基金項目(15059)。

張儒(1979-)，男，博士，從事生物工程方面的教學與研究。

G642

A

1001-9677(2016)02-0187-03