“以學生為中心”構建生物工程綜合實驗

趙晴瀟 鄭勝 魏群 張秀廷

摘? 要：時代的不斷進步、社會競爭的日漸加劇及網絡教學手段的日益更新，對高校教學改革提出了新的要求。“以學生為中心”的教學理念日益深入教學改革的核心。唯有教學理念的轉變、教學過程的改革才能更好地提高學生觀察問題、分析問題、解決問題的能力，為學生就業、考研奠定更為扎實的實驗基礎。該文就筆者學校生物工程綜合課程的教學內容、教學過程和教學模式等方面進行了詳細的闡述。實施以來，學生的動手能力、思維能力在實驗過程中相比以往教學模式得到較大的提升。

關鍵詞：生物工程? 實驗教學? 以學生為中心? 生物工程綜合實驗

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2020）10（c）-0084-03

Abstract： The increasing social competition and the renewal of network teaching means put forward new requirements for college teaching reform. "Student-centered" educational concept is more and more important in the teaching process. The change of teaching concept and the reform of teaching content stimulate the students' enthusiasm for classroom participation， and lay a more solid experimental foundation for the students' employment and postgraduate entrance examination. This paper expounds the teaching content， teaching arrangement and teaching mode of the course of biological engineering. The students' practical ability and thinking ability have been greatly improved compared with the previous teaching mode in the process of experiment.

Key Words： Biological engineering; Experimental teaching; Student centered; Bioengineering experiment

面對教學改革的不斷深化，“以學生為中心”的教育理念逐步得到廣大教育工作者的認可，理念的實施對教學管理理念、教學方法、教學過程評價手段的改革提出了新的要求[1]。東北電力大學地處東北地區，毗鄰國家生物產業基地長春，學生除集中就業于長春外，還面向全國各大生物企業。近年來就業單位有雪花啤酒、梅花味精、科倫藥業、湛江燃料乙醇、電廠等企業。專業通過走訪、座談、問卷調查等方式深入了解生物工程類企業的人才需求實際，參考國內相近培養目標生物工程專業的人才培養方案，制訂出有利于提高學生能力素質的培養方案。

其中實驗課程的設置力求既具有一定特色又符合該專業的人才培養目標。該文將從生物工程綜合實驗課程的課程安排、教學內容和教學模式等方面逐一進行闡述。

1? 課程安排

生物工程綜合實驗課程的開設要求學生已具備微生物學、生物化學、分子生物學、酶工程、基因工程、細胞工程、發酵工程等課程的理論基礎。該專業將該課程安排在大學四年級的第一學期，這樣就可以集中利用兩個星期的時間，全天進行實驗，排除其他課程對實驗的影響，以確保實驗可以連貫完整地完成。以往開設實驗，實驗時間需嚴格遵循課程表時間安排，導致實驗連續性差、學生責任心不強、敷衍了事的問題。實驗時間改為兩個星期后，學生專心完成實驗，實驗環環相扣，馬虎、敷衍后帶來的自然結果懲罰機制（重做實驗）極大地扭轉了學生的不良心態。

2? 優化實驗教學內容

著眼于拓寬學生就業方向，切實提高學生操作能力、觀察能力和思維能力，根據企業走訪、座談及畢業生反饋信息結合現有的科研優勢擬定了生物工程綜合實驗教學大綱，教學內容中突出體現來自行業企業涉及的實驗項目、減少驗證性實驗，提高研究設計性實驗比例， 部分實驗采用啟發式教學，由學生根據實驗室現有條件，自行設計切實可行的實驗方案，經實驗教師審核后方準許開展實驗[2]。經實踐，學生在解決問題的過程中工程能力得到了極大的提高。具體的教學內容如下。

（1）基因工程實驗模塊。

實驗一：藍色素基因的序列分析及PCR擴增。

①藍色素基因的序列分析及表達引物的設計。

②藍色素基因的PCR及純化回收。

實驗二：表達質粒載體的提取、酶切、與目的基因的連接、轉化。

①表達質粒的提取。

②表達載體和藍色素基因PCR產物雙酶切及連接。

③基因表達載體轉化大腸桿菌。

④重組大腸桿菌工程菌株的鑒定。

（2）發酵工程實驗模塊。

實驗三：大腸桿菌工程菌株的發酵及產物的萃取。

①大腸桿菌工程菌株的發酵。

②藍色素的萃取。

③發酵工廠仿真模擬實驗。

（3）酶工程實驗模塊。

實驗四：胰蛋白酶比活力的測定。

實驗五：酵母細胞的固定化。

實驗六：溶菌酶的提取。

（4）細胞工程實驗模塊。

實驗七：馬鈴薯莖尖組織培養。

實驗八：月季快繁。

3? 優化教學模式

在之前的生物工程實驗中，實驗藥品完全由實驗教師準備，大四畢業設計時發現部分學生藥品配制中計算不過關，藥品作用原理不知，不具備遇到問題分析解決的能力。學生上課時照方抓藥，懶于動腦，機械性完成實驗，功利的僅以拿到高分為目標。傳統的實驗教學模式對部分學生來說，學習興趣不能被有效激發，學生也缺乏遇到問題、解決問題的機會，學生能力提升有限。該課程每次上課前要求學生通過網絡資源查找此次實驗內容除教材規定外的不同解決方案，并組織全體進行討論，由任課教師進行提問，計入成績。督促學生認真預習自編教材《生物工程綜合大實驗》，理解實驗原理、操作步驟、注意事項等各個方面，每次課前由任課教師進行測評，計入成績。爾后任課教師對此次實驗的實驗原理、實驗內容、藥品原理、易犯錯誤、理論實驗結果等方面逐一講授，加深學生對此次實驗內容的理解。對于部分設計性實驗，教師不給予統一實驗方案，學生根據自己對實驗內容預習情況，與指導教師討論后形成切實可行的實驗方案。無論是驗證性實驗還是設計性實驗，實驗用試劑都需要學生自行配制，對于用量少的試劑可以由若干組合作配制。這就要求學生具備計算能力及團隊溝通、合作能力。實驗過程中，由于實驗環環相扣，學生實驗積極性及責任心有所提高，鍛煉了學生的動手能力和操作技巧。由于實驗時間的持續性，學生需要自行合理安排、規劃實驗時間，自行進行組內分工，有效提高了學生的自律性、規劃能力和合作能力。實驗過程中，指導教師負責答疑解惑、指導監督、及時糾正不規范操作。實驗結束后，實驗報告中要求呈現實驗結果、實驗中遇到的問題及解決方法、實驗的心得體會。整個實驗過程對擴展學生知識面、鍛煉學生解決實際問題，加深對理論知識的理解具有巨大的幫助作用[5-6]。

4? 建設線上實驗平臺

（1）采用多媒體教學， 優化實驗教學設備。在正式實驗開始前， 采用多媒體示范， 利用幻燈片、動畫等方式， 將實驗的大概流程、注意事項、儀器的操作要點展示給學生， 使學生對預習過的實驗的內容有形象的認識， 在這個基礎上進行獨立自主實驗。

（2）利用線上教育平臺，建設實驗教學課程，提高教學效果。利用雨課堂構建生物工程綜合實驗，在雨課堂上呈現PPT、動畫等實驗預習用材料，對于以往學習過的實驗技能提供基礎實驗操作小視頻，以便糾正其不規范操作。有效提高學生的自主學習能力， 也利于提高學生實驗興趣和技能[7-8]。利用雨課堂進行預習內容的隨堂測試，用時短，覆蓋面大且極大地簡化了實驗教師的計分工作量。

（3）學院購置了東方仿真系統，可以進行啤酒發酵車間、青霉素發酵車間等的仿真訓練。學生不需進入生產車間，就可以短時間模擬發酵工藝流程，為學生日后實習、參加工作奠定了工業化生產基礎，有效地完成了從理論—實驗—實踐的過渡。經過實踐，我們發現學生的參與積極性有所提高，學生對工廠的認識有所提高。

5? 結語

經過教學實踐，學生的動手能力、思維能力、解決問題能力得到了較大提高，為學生走向工作崗位，走入科研院所從事研究性工作打下了堅實基礎。隨著實驗室軟硬件條件的逐步提高，實驗體系的進一步優化，將更符合當今時代對生物工程專業人才的需求，切實增加學生的競爭能力。

參考文獻

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[6] 陶永清.內涵式發展建設生物工程專業綜合實驗教學[J].教育現代化，2018，46（5）：312-313.

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[8] 李馨，劉吉升，周玉萍.生物工程上游技術實驗的教學改革與實踐[J].實驗技術與管理，2019，36（3）：225-228.