基于大學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動的開放實(shí)驗(yàn)設(shè)計*

賀 瑩，馬 麗，周麗亞，劉冠華，姜艷軍

(河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，天津 300130)

創(chuàng)新是一個國家和一個民族發(fā)展的要求，也是其具有勃勃生機(jī)、始終保有強(qiáng)大活力的體現(xiàn)[1]。今天，培養(yǎng)大學(xué)生的科技創(chuàng)新能力已成為高等教育的一項(xiàng)重要任務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代社會要求高等學(xué)校培養(yǎng)的理工科學(xué)生，不僅要有一定的科學(xué)技術(shù)知識和實(shí)踐動手能力，更應(yīng)該有明確的科技創(chuàng)新意識、一定的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)[2]。

課外科技活動注重學(xué)思結(jié)合、知行統(tǒng)一、因材施教，因此對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有著重要的促進(jìn)作用。同時在此過程中，學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力得到增強(qiáng)，回到課堂學(xué)習(xí)時，也能夠更好的理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)知識的融會貫通，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合能力的全面提升[3]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)，不僅可以加深和鞏固學(xué)生對理論知識的認(rèn)識，鍛煉學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能；而且通過綜合型和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的開展，還可以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和綜合設(shè)計能力[4]。開放性實(shí)驗(yàn)是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一項(xiàng)重大措施，以學(xué)生為本，以能力培養(yǎng)為核心，通過合理化設(shè)計，可以拓寬學(xué)生的專業(yè)視野，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性，通過實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練提升學(xué)生的創(chuàng)新能力[5]。以生物工程專業(yè)開放實(shí)驗(yàn)為例，旨在鍛煉生物工程專業(yè)本科生的基本實(shí)驗(yàn)技能，同時對各種生化儀器的性質(zhì)和使用進(jìn)行了解。通過開放實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，加深和鞏固學(xué)生對生物工程相關(guān)理論知識的認(rèn)識，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力及設(shè)計和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生具備一定的科學(xué)研究能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

1 開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

開放實(shí)驗(yàn)設(shè)計應(yīng)緊跟學(xué)科發(fā)展的新動向，密切聯(lián)系科研與實(shí)踐，及時引入新知識與新技術(shù)到教學(xué)活動中。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要由簡單的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)向復(fù)雜的綜合型、設(shè)計型實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變[6]。建立分層次的開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，因材施教。根據(jù)學(xué)生年級的不同，所學(xué)理論知識的不同，能力水平和興趣愛好不同分層次開展實(shí)驗(yàn)[7]。實(shí)驗(yàn)主要分為三個層次：驗(yàn)證型、綜合型、設(shè)計創(chuàng)新型。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)，綜合型實(shí)驗(yàn)是過渡，設(shè)計創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)是核心。低年級學(xué)生因課堂教學(xué)為主要任務(wù)，可以開展驗(yàn)證型為主的簡單實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，既鞏固了他們所學(xué)的課堂知識，又鍛煉了實(shí)驗(yàn)操作的基本技能，還學(xué)習(xí)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計的基本方法。高年級學(xué)生則開展綜合型、設(shè)計型等具有創(chuàng)新型的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這些實(shí)驗(yàn)涉及到學(xué)科知識的綜合運(yùn)用，同時要求學(xué)生能自己提出實(shí)驗(yàn)方案，教師合理適當(dāng)?shù)募右灾笇?dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生對知識綜合運(yùn)用的能力，循序漸進(jìn)的提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。

生物工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握生物工程研究的方法和手段，具備綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識、基本技能和現(xiàn)代工具等發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決本領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力；并培養(yǎng)學(xué)生具有一定的創(chuàng)新意識和可持續(xù)發(fā)展理念，具有生物工程技術(shù)設(shè)計和開發(fā)的能力。因此我校生物工程開放實(shí)驗(yàn)設(shè)計緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，引入本學(xué)科最新發(fā)展的成果，將分散的知識點(diǎn)系統(tǒng)化，使學(xué)生得到了綜合性訓(xùn)練[8]。生物工程專業(yè)的開放實(shí)驗(yàn)以酶制劑的產(chǎn)業(yè)化為視角進(jìn)行目的產(chǎn)品全生命周期的設(shè)計訓(xùn)練，如圖1所示，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容綜合了生物產(chǎn)品上游的提取加工過程及下游的分離純化過程。實(shí)驗(yàn)整體是由五部分組成的綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，但其中也涵蓋了驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生可自主設(shè)計選擇的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)等，比如選擇不同的提取、分離、固定化方式，對實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化等。通過整個流程的訓(xùn)練，使學(xué)生系統(tǒng)的掌握酶蛋白表達(dá)、純化以及固定化的思路、方法，運(yùn)用生物化學(xué)、微生物學(xué)、發(fā)酵工程、生物反應(yīng)工程、生物分離工程、分子生物學(xué)、基因工程和酶工程的基本理論和方法，進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)操作，提高學(xué)生利用理論知識指導(dǎo)實(shí)踐的能力，鍛煉學(xué)生的動手能力，以及在實(shí)際工作中解決問題的能力。

圖1 生物工程專業(yè)開放實(shí)驗(yàn)設(shè)計

大學(xué)生思維活躍，很容易對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和理論提出質(zhì)疑，非常愿意做一些有自主思考價值的實(shí)驗(yàn)。開放實(shí)驗(yàn)的設(shè)計正是最大限度的滿足學(xué)生的這種需求。在開放實(shí)驗(yàn)中可自主設(shè)計選擇的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，同學(xué)們可以充分展現(xiàn)個人才華，在好奇心的驅(qū)使下選擇自己的實(shí)驗(yàn)方案，比如選取哪種酶的固定化方法，種類很多，各有利弊。這樣他們在自主選擇的實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常會碰到大量的問題，有些可以根據(jù)之前課本所學(xué)知識解決，有些即使是指導(dǎo)老師可能也沒有碰到過，這時怎樣解決實(shí)驗(yàn)中的這些“攔路虎”，對于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力就顯得非常關(guān)鍵。通常，指導(dǎo)老師不會直接告訴學(xué)生答案，而是引導(dǎo)他們?nèi)ゲ殚喯嚓P(guān)書籍或文獻(xiàn)，鍛煉他們自己解決問題的能力，等他們找到合適的方法后再給予必要的修正。對于比較難的問題，指導(dǎo)老師也會給出建設(shè)性的意見，讓學(xué)生大膽提出自己的方案，然后共同去驗(yàn)證。這樣的指導(dǎo)方式，在學(xué)生克服了一個個實(shí)驗(yàn)難關(guān)之后，既使他們經(jīng)歷了科研思維的訓(xùn)練，也體驗(yàn)了創(chuàng)新過程的喜悅與成就感，有效的激發(fā)了他們創(chuàng)新意識和創(chuàng)新熱情。

2 開放實(shí)驗(yàn)運(yùn)行模式

開放實(shí)驗(yàn)的根本目的是為學(xué)生提供一個開放、寬松的實(shí)驗(yàn)和研究環(huán)境，既包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的開放，也包括實(shí)驗(yàn)室管理模式的開放。通過開放實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計思維、開拓意識、創(chuàng)新能力、科學(xué)素養(yǎng)和動手能力，為國家培養(yǎng)創(chuàng)新型人才打下良好基礎(chǔ)[9]。

人才培養(yǎng)，關(guān)鍵在教師。培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的一流人才，師資隊(duì)伍建設(shè)尤為重要[10]。開放實(shí)驗(yàn)往往涉及多門課程內(nèi)容交叉，實(shí)驗(yàn)過程出現(xiàn)的問題和困難也較多，因此要加強(qiáng)指導(dǎo)教師的科研業(yè)務(wù)水平和工程實(shí)踐能力。通過老教師“傳幫帶”作用、以及開展對外交流、培訓(xùn)學(xué)習(xí)、合作研發(fā)等措施，使指導(dǎo)教師具備扎實(shí)的理論功底、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及創(chuàng)新思維驅(qū)動的鉆研能力。為調(diào)動青年教師的積極性，引導(dǎo)他們在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)活動中發(fā)揮更重要的作用，考慮到青年教師資源少的現(xiàn)實(shí)問題，學(xué)校積極聯(lián)系地方企業(yè)，通過走訪、合作的方式開展交流、實(shí)踐，及時了解企業(yè)需求，逐步調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和模式，使每位青年教師都能獨(dú)立進(jìn)行開放實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，適應(yīng)國家發(fā)展需求。此外，為了鼓勵更多高素質(zhì)的教師都能參與學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動的指導(dǎo)，出臺了具體的獎勵措施，如對參與競賽獲獎的開放實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師在課題申報、職稱評定等方面給予相應(yīng)的優(yōu)惠政策，同時根據(jù)獲獎級別給予相應(yīng)的獎勵。

開放實(shí)驗(yàn)選擇學(xué)生課外時間完成，這使得實(shí)驗(yàn)室教師的工作壓力增大，實(shí)驗(yàn)室日常管理更為復(fù)雜，故通過建立健全實(shí)驗(yàn)室使用及安全等一系列管理規(guī)定，保障開放實(shí)驗(yàn)的正常開展，保障實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的良好使用。

3 結(jié) 語

大學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動是以學(xué)生為主體，以導(dǎo)師適當(dāng)引導(dǎo)的方式來開展的。目的是通過具體科學(xué)問題的提出，尋找解決問題的方案，最終解決某一個在該領(lǐng)域尚未解決的問題，從而實(shí)現(xiàn)一定程度上的創(chuàng)新。開放實(shí)驗(yàn)有效地利用了實(shí)驗(yàn)室資源，充分發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)造性思維，獨(dú)立思考能力，主動挑戰(zhàn)困難的能力，可全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，為我校生物工程專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式探索出一條有效途徑。