生物技術專業優質實驗課程教學改革探索

陸菁菁

（浙江萬里學院生物與環境學院，生物技術國家級實驗教學示范中心，浙江寧波315100）

0 引 言

實驗教學是提高高等教育質量的一個重要切入點［1-4］。生物技術專業具有“實驗性、創新性、應用性”強的特點，實驗教學在創新人才培養中具有重要的作用。長期以來，高校生物技術專業實驗教學缺乏系統性、層次性，簡單驗證性實驗居多，綜合性、技能性、設計性實驗不夠，與行業結合緊密度不夠，實驗教學模式與考核方法單一，學生主動實踐觀念與主體性不強，創新能力培養不足等問題，受到了各高校高度關注，并開展了大量改革探索，提供了許多卓有成效的解決方案［5-13］。針對這些問題，我校生物技術專業確立了“主動服務行業需求”的觀念，堅持以學生為本，注重實踐育人、合作育人，以提高實踐能力為重點，整合優化實驗教學體系，探索“全程參與、自主設計、合作研討、開放實施”的探究性實驗教學方法和創新“多元化、過程性”的實驗評價方法，培養學生服務社會的責任感、勇于探索的創新精神、善于解決問題的實踐能力，促進學生全面發展［14-16］。構建的“能力核心、行業導向、項目驅動”生物技術專業實驗教學模式，經過多年的實踐，已取得了良好的建設成效和育人成果。

1 “以行業為導向、以技能為主線”遞進式實驗教學體系

1.1 “一體化、三層次、五平臺”實驗課程體系

以行業需求為導向，設計“基礎—專業—行業”三層次、梯度式的實驗課程體系，構建了包括基礎生物實驗平臺（包括基礎化學、動植物、微生物、細胞生物學等實驗技術）、分析檢測實驗平臺（包括分析檢測技術、儀器分析）、生物化學實驗平臺（包括基礎生化實驗技術、生物大分子分離技術等）、生物技術專業實驗平臺（包括免疫制劑制備技術及基因工程、細胞工程、發酵與酶工程等實驗技術）、行業應用實驗平臺（包括生物制藥綜合、食品檢測綜合、海洋生物等實驗技術及生物商貿綜合實習）5 大實驗課程平臺、14 門獨立設置的實驗課程構成的“一體化、三層次、五平臺”實驗課程體系，強化了實踐能力、行業能力和創新精神的培養。

1.2 模塊化、技能遞進式實驗項目設置

圖1 生化實驗技術課程遞進式設計框架圖

根據“基礎實驗技能為專業實驗技能服務，專業實驗技能與行業技能訓練結合”的原則［15-16］，設計了“基礎實驗技能—綜合實驗技能—專業研發訓練—行業創新研究”的技能遞進式、模塊化實驗項目，讓學生參加產品研發、科研創新性實驗，強化技能的綜合性、設計性及應用性訓練，激發學生的創新能力，如生化實驗技術的課程設計如圖1 所示。將生化實驗技術課程設計為“基礎技能→綜合技能→行業應用技能→學科應用技能”4 個模塊，實驗教學內容體系體現學科先進性與行業應用性，實驗內容涵蓋蛋白質、糖、脂、核酸、酶等諸多領域，涉及膜分離技術、電泳技術、分光光度法、層析技術、大型精密儀器現代分析檢測法等常用的成分分離鑒定、定性與定量分析手段。每一個實驗訓練項目都有各自的實驗技能重點、知識技術重點和操作訓練重點，通過對不同的實驗項目選擇和設計、不同教學模式的運用、不同的實驗考評方法來達到各項目訓練實驗技能的目標。

1.3 強化綜合性、應用性、研發創新性實驗項目內容

以學生實驗綜合能力培養為核心，對主干核心實驗內容進行重新設計，重點將多個單一的實驗技術有機融合為一個綜合性實驗項目，使生物技術專業實驗課程中綜合設計性實驗比例達75%以上，如基因工程實驗技術課程的實驗內容設計是把原基因工程的十大核心基礎實驗技術（DNA 的提取、質粒的提取、PCR、酶切、連接、轉化、重組子篩選鑒定、目的蛋白的誘導、電泳分析檢測、基因產物的分離純化），融入枯草芽孢桿菌堿性磷酸酶基因的克隆與表達、泥蚶谷氨酰胺合成酶基因的克隆和表達分析、弧菌外膜蛋白基因的克隆及蛋白的表達等自選開放型綜合性實驗項目中，培養學生實驗綜合實踐能力。

主動設計與行業應用相關的科技創新型實驗項目，培養學生的探究精神、科研思維及實驗創新能力。如免疫制劑制備開設有免疫預防、診斷、治療三大類免疫制劑制備的實驗項目，包括雞白痢滅活苗、雞新城疫免疫血清及雞白痢診斷制劑等的制備，實驗結果產品化，培養學生的產品質量意識與行業能力，增強學生的成就感，調動學生參與實驗的積極性。

另外，教學計劃規定學生必修5 個專業素質拓展學分，引導學生主動參與教師科研或者學生自己設計的研發創新項目。每年有600 多人次參加教師的科研，近5 年有45 項學生研究課題得到浙江省大學生科技創新項目和國家大學生創新創業項目資助。

2 研究性實驗教學方法

研究性實驗教學方法的核心內容就是“全程參與、自主設計、合作研討、開放實施”。研究性實驗教學中，堅持以學生能力培養為根本，踐行“學生為主體，教師為主導”的理念。基礎實驗主要采用“全程參與”的實驗方法，綜合實驗、應用設計實驗則圍繞“自主設計”的方式開展，結合實驗合作研討和開放實驗模式，強化學生自主探索，充分發揮學生學習的主動性。

2.1 全程參與、自主設計

基礎性實驗以“全程參與”為主，在實驗中，教師對實驗目標和關鍵點提出要求，對學生的實驗方案和部分操作進行指導，而學生則作為實驗主體積極參與實驗準備、實驗操作、實驗分析總結等過程［15-16］，以此來培養學生實驗基本功、嚴謹、細致的實驗作風和學生的責任感、實驗綜合操作能力。通過學生全程參與，使學生對實驗有更全面的認識，培養學生的實驗綜合能力。綜合、應用性實驗則圍繞“自主設計”的方式開展，教師提出實驗的目標和選題，學生通過查閱資料，撰寫實驗方案，完成實驗過程，撰寫實驗總結或實驗小論文。經過系統實驗訓練，學生查閱資料、數據分析、實驗設計、論文撰寫等基本技能都得到了加強和提升。

2.2 合作研討，交流提高

綜合、應用性實驗合作研討實驗一般流程如下：①首先教師在實驗教學網站上發布實驗項目和要求；②自由組合實驗小組，一般3 ～5 名同學1 個小組；③ 教師集中講解實驗理論、要求及關鍵點；④ 小組查閱資料初步制定實驗方案；⑤教師對方案進行審核、完善；⑥方案確定后，學生網上預約實驗時間，并按預約時間進入實驗室自主實驗；⑦實驗完成后，大班集中匯報各小組的研究方案、研究結果、遇到的問題和解決方法等，接受質疑；教師進行必要的講解和答疑。⑧ 小組撰寫實驗論文。通過實驗，培養學生查閱資料、寫作能力、表達能力、團隊合作和質疑精神。

2.3 開放實驗，線上線下雙線管理

利用課程Moodle教學平臺輔助、實施線上線下雙線管理、開放式實驗教學。在整個實驗過程中，教師發布實驗項目和要求、學生遞交實驗預習報告或設計方案、實驗時間預約、實驗論文遞交等都在實驗課程網絡平臺上進行。實驗實施和交流研討等環節則在線下開展。雙軌管理制提高了工作效率，實現了實驗文檔即時保存，也便于查閱、核對。

所有實驗室全天開放，學生通過預約，進入實驗室實驗，保證了實驗連續性，緩解了實驗室和實驗設備緊張的條件限制，拓展了實驗教學的時空，生物技術專業實驗室年開放達2 500 人時數。以生化實驗技術為例，課程組織形式和實施流程如圖2 所示。

圖2 課程組織形式和實施流程圖

3 評價體系

以能力評價為導向，在實驗評價環節中更多加入了學生的參與度、實驗設計與研究能力、實驗結果與分析能力等，在評價方式上采用平時表現、操作考核、理論考試、合作研討、實驗結果等多種形式相結合，同時對有創新表現的學生給予額外加分或直接獲得優秀，鼓勵學生大膽創新，促進學生實驗綜合能力提升。評價體系的主要內容如表1 所示。

4 教學改革成效

（1）學生創新意識與實踐技能提高。幾年來的實踐表明，生物技術專業優質實驗課程教學經改革后，學生的自主學習能力、表達能力、團隊合作精神、實驗綜合技能、科學研究能力、實驗創新能力得到顯著提高，獲得了用人單位普遍認可，有多家單位給學校寫來了表揚信。考研學生在復試中，較強的實驗技能和創新能力受到浙江大學、廈門大學等老師的充分肯定。

表1 不同類型實驗項目學生綜合能力評價體系%

近年來，畢業生一次性就業率都高于95%，創業率達到6.2%，學生獲浙江省大學生科技創新項目和創新創業項目資助45 項，獲浙江省“挑戰杯”課外科技作品競賽特等獎1 項和二等獎11 項，學生學科競賽獲國家級一等獎4 項、二等獎8 項、三等獎5 項；省級一等獎6 項、二等獎13 項、三等獎35 項，學生公開發表專業科研論文85 篇。

（2）教學建設與研究成果喜獲豐收。基于“能力核心、行業導向、項目驅動”的生物技術專業系列實驗課程教學改革促進了實驗教學條件建設和專業建設，建成生物與環境實驗示范中心網絡平臺1 個和實驗課程網站8 個，獲國家教學成果二等獎1 項，省教學成果一等獎3 項、二等獎5 項，國家級課程2 門，省級課程4門，完成市級及以上實驗教學研究項目14 項，其中省新世紀教改項目4 項，正式出版實驗系列教材9 部（其中省重點教材1 部），發表實驗教研論文26 篇，生物技術實驗教學中心入選“國家級實驗教學示范中心”，浙江省“十三五”省級重點建設實驗教學示范中心，生物技術專業獲批為“國家級特色專業”“浙江省優勢專業”“寧波市品牌專業”，2019 年生物技術專業入選“十三五”國家一流專業建設點。

（3）促進交流、共謀提高。近年來，在我校承辦的全國、全省各級教學現場會和骨干教師研修班等會議上對生物技術專業實驗教學改革的成果進行交流發言，生化實驗技術、基因工程實驗技術等實驗課程作為示范課程進行現場觀摩，同時在各種全國性的教學會議和論壇上應邀作主題發言，累計達到40 多場，介紹教改經驗。先后承辦浙江省第24 屆高校生命科學院（系）協作會、浙江省第11 屆大學生生命科學競賽決賽等會議賽事，為全省高校生物技術等相關學科學生培養、學科發展提供參考和學習方案。

近5 年來，接受省內外有同類專業的60 多家高校300 多位教師來校進行教學觀摩和改革經驗交流，共謀提高生物技術專業實驗教學水平。

5 結 語

實踐表明，我校在生物技術專業實驗課程教學上改革探索與實踐有效提升了學生知識、技能和創新能力，有力支撐了高水平應用型人才培養目標，也為相關高校專業課程提供了參考和借鑒。在目前持續推進一流專業和“金課”建設中，將繼續鞏固現有教改成果，圍繞專業、學科、行業發展，持續改進，以切實保障并提高本科教育教學水平。