理工農交叉融合的生物技術與工程實驗教學中心建設

王 芳, 郭興啟, 李 濱

(山東農業大學 生命科學學院, 山東 泰安 271018)

隨著高校教學改革的深入和素質教育的全面推進,實驗教學受到高度重視,其在塑造學生實踐能力和創新創業能力方面具有不可替代性的作用[1-2]。因此,加強實驗中心建設、提高實驗教學質量,成為各高校的重要任務之一[3-5]。山東農業大學生物技術與工程實驗教學中心(簡稱中心)是我校重點建設的實驗教學中心,是山東省實驗教學示范中心。中心立足于培養具有“扎實的專業基礎知識、熟練的實驗操作技能、突出的創新創業能力、寬廣的國際化視野、強烈的社會責任感”的高素質專業人才,在建設具有“特色鮮明、全國一流”的農業大學中發揮著重要作用。在此基礎上,中心緊緊圍繞人才培養的根本宗旨,加大建設力度,將生命科學學院的生物技術和生物工程相關實驗室、食品科學學院的食品工程相關實驗室,以及資源與環境學院的資源與環境實驗室進行了資源整合,實現了資源共享,形成了理工農交叉融合的生物技術與工程實驗教學中心。

1 構建功能集約、資源優化、開放共享、運行高效的專業實驗教學平臺

基于“既有基礎教學實驗室,又有創新研究實驗室；既有對知識的整體宏觀認識,又有對生物的微觀研究；既強調理論的重要性,又重視實踐的必要性”的原則[6],通過科學規劃,組建了生物技術實驗平臺(包括細胞生物學實驗室、細胞工程實驗室、基因工程實驗室、生化與分子生物學實驗室和生物信息學實驗室)、生物工程實驗平臺(包括微生物實驗技術實驗室、發酵工程實驗室、生物分離工程實驗室)、食品工程實驗平臺(包括食品檢測分析實驗室、釀造工藝學實驗室)、資源與環境實驗臺(包括植物生理與營養學實驗室、土壤與肥料實驗室)等4個技能實驗室、1個開放創新實踐平臺和1個校企合作研發平臺(包括生物工藝學實驗室、生物技術檢測實驗室、乳品益生菌研發實驗室、植物組培與快繁實驗室、生物肥料研發實驗室)(見圖1)。通過建立校企合作實驗室,強化了中心和企業的深層次合作,形成了功能集約、資源優化、高效運行的實驗教學平臺,更好地滿足了學生創新創業能力培養的需求。

圖1 實驗中心實驗實踐教學平臺

2 理工農交叉融合的“三三式”實驗教學體系

為了最大限度滿足學生創新能力需求,使實驗教學體系在結構上更加注重層次性和開放性，在實驗內容上既重視基礎能力的培養,又重視與前沿科學、工程實際和社會應用的密切聯系。2011年以來,結合特色專業和山東省名校工程重點建設項目,進一步優化實驗教學體系,將食品科學與工程、食品質量與安全、食品質量與安全(中英項目)、葡萄與葡萄酒工程5個工科專業,以及農業資源與環境科學1個農科專業的相關實驗課程(食品分析技術實驗、葡萄酒分析技術、食品微生物檢驗、土壤農化分析、植物營養學實驗等)納入中心實驗教學體系,構建了3層次、3類型的“三三式”的實驗教學體系。

3層次即基礎型、綜合提高型和研究創新型。第一層次是基礎型,以專業基礎實驗訓練為主,加強學生對科學原理和概念的深入理解,培養學生對生物學現象的觀察和分析能力；第二層次是綜合提高型,以專業課實驗和技能訓練為主,培養學生專業實踐能力；第三層次是研究創新型,結合教師科研成果、校企合作研究項目,以設計性、綜合性實驗為主,培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力,提高學生的創新意識。

3類型即專業實驗、專業拓展實驗和創新創業實驗,通過細胞生物學、細胞工程、基因工程、微生物實驗技術、食品檢測分析技術、土壤農化分析等專業實驗,培養學生的生物學基礎實驗技能；通過發酵工程、生物信息學、生物分離工程、釀造工藝學等專業拓展實驗,提高學生創新思維,激發學生潛能；通過創新創業實驗,進一步提高學生掌握利用生物技術提升和改造傳統農業學科,以及綜合利用生物學知識和技術措施,解決生產實際問題的能力。

3 探索合作育人實踐教學新模式

首先,將高水平、高層次的生命科學前沿研究作為重要的教育要素整合到實踐教學過程中去,開展專業拓展實驗,實現了實踐教學與科學研究有機結合[7-8]。充分利用作物生物學國家重點實驗室、國家緩控釋肥工程技術研究中心、土肥資源高效利用國家工程實驗室等國家級科研平臺,發揮生物學、生態學、農業資源與環境、食品科學與工程等4個一級學科博士學位授予點和10個二級學科博士學位授予點的學科優勢,依托教師科研項目,建成了科技社團,開展了創業大賽,設立了大學生創新訓練項目,讓學生盡早參與科研工作,承擔部分科研任務,鍛煉他們的科研能力。

其次,結合專業特色和社會需求,與技術力量雄厚、實力強的現代化企業進行深層次合作,開展創新創業實踐,實現實踐教學與社會生產的有效結合[9]。目前中心已與保齡寶生物股份有限公司、金正大生態工程集團股份有限公司、山東榮豐食用菌有限公司等20多個大中型企業建立了長期穩定的合作關系。通過合作,學生在這些大中型企業進行創新創業實踐,提高了學生的綜合運用能力。

4 創新和采用多樣化的教學方法

4.1 基礎與前沿、經典與現代的結合

改進實驗手段,適時引入現代科學實驗新技術,讓學生及時了解科學新技術的發展,注重培養學生掌握新技術的能力,實現基礎與前沿的結合[6，10]。一方面購置先進儀器設備,如熒光倒置顯微鏡、CIRAS-2型便攜式光合測定系統、Unispec-SC型光譜儀取代傳統測定儀器；另一方面實驗教學由淺入深、由基礎到綜合,將教師的科研內容和科研成果、工程實際問題等引入到實驗教學中,把知識學習、技能訓練、能力培養等融合在一起,增強學生的實際應用能力,提高教學效果。例如將先進的計算機技術和分子生物學實驗技術相結合,增設生物信息學實驗課,使實驗內容緊跟學科發展,實現經典與現代的結合。

4.2 虛擬仿真與真實體驗相結合

中心建設了生物信息學實驗室,購進了虛擬仿真教學軟件,模擬生物學實驗環境,如設計核酸、蛋白質合成的過程及預測蛋白質等大分子物質的空間結構,學生通過計算機自主設計實驗方案、選擇實驗材料,形成以自主創新為主要特色的實驗平臺。建立校企聯合基地,聘請校外專家參與實驗、實踐教學過程,讓學生產品參與研發、生產,體驗真實生產實踐過程。

4.3 基本技能訓練與創新能力培養相結合

中心明確提出了“基本實驗技能培養是創新能力培養的基石”的教學理念,經探索和實踐,建立了加強學生基本實驗技能訓練的長效機制:確定各門實驗課的基本實驗技能與規范操作；隨堂講評基本實驗技能訓練情況；教學督導人員抽查或檢查,及時反饋其結果；組織不同形式的“基本實驗技能競賽”。在加強學生基本實驗技能的基礎上,為培養其創新意識和創新能力,注重與第二課堂的結合,建立了多層次、多樣化的大學生科技創新訓練項目:第一,設立科技創新項目,通過立項的形式,設立“大學生開放實驗”“學院大學生SRT項目”“協會科研項目”等本科生科研項目基金；第二,建立大學生科技創新社團,鼓勵學有余力的大學生參與社團活動,目前,依托相關學科建立的“百奧微生物科技協會”和“飛動植物協會”,為學生創業意識和能力培養搭建了良好的平臺。

5 取得的效果和成效

目前,中心儀器配置合理,體現專業特色,適應科技、工程和社會應用實踐的變化,在滿足實驗實踐教學需求的同時,為大學生開放、創新實驗的開設提供了先進的實訓平臺。

緊跟實驗課程設置,出版了《微生物遺傳學實驗》《生物化學實驗技術原理和方法》《農業微生物實驗技術》《植物學實驗》《植物學野外實習指導》《植物學實習教程》《動物生物化學實驗》等系列實驗教材。圍繞課程建設,中心教師編寫了《基礎生化化學》《農業生物技術》《現代儀器分析》《植物學》以及《食品安全學》等10余部國家級規劃教材。課程建設特色鮮明,主干課程如“生物化學”“分子生物學”“基因工程”“細胞生物學”等選用國際上通用的英語原版教材,實行雙語教學。

在學校和學院的大力支持下,積極爭取并實施了各級教學研究項目,教師主動開展各類教學研究活動,教育教學水平不斷提高[11]。近3年來,中心教師先后主持國家級及省部級教學質量工程項目17項,獲得省級優秀教學成果一等獎1項、二等獎1項、三等獎3項,校級優秀教學成果一等獎6項,在歷屆全國、山東省和學校舉行的微課教學、多媒體課件、講課技能等各種比賽活動中取得了優異成績。

依托中心優質的教學科研資源、先進的儀器設備和良好的教學科研環境,搭建了集“生物化學實驗技能大賽”“創新項目”“社團活動”于一體的學生課外學術創新實踐平臺體系。通過聘請國內外學者開設專題課及講座、安排研究型實驗、建立穩定的校外實習基地,以及開展多種形式的社會實踐活動,鍛煉學生的實踐能力。另外,通過校企合作,建立校企共建實驗室,拓展了大學生社會實踐領域。大學生進入企業進行合作研發,促使學生走出學校接觸社會,激發社會責任感。

參考文獻(References)

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