以教學實驗中心為學科競賽管理平臺的教學改革探索

陳偉釗，莫蓓莘，胡章立，汪安泰，鄧 利

（深圳大學生命與海洋科學學院生命與海洋科學教學實驗中心，廣東深圳 518060）

0 引言

進入21 世紀以來，生命科學研究取得了一系列突破，迅猛發展的生命科學及相關產業對創新人才的需求與日俱增。如何培養適應新時代發展需求的創新型人才，成為擺在生命科學領域教育者面前的一道難題。參加學科競賽可以有效地提升學生的創新能力及綜合知識水平，已成為教育者們的共識［1-3］。生命科學相關學科發展迅速，知識更新快，而學科競賽本身具備緊追學科前沿熱點的特點，更使其成為傳統教學手段的必要補充。

如何更好地管理、組織、開展好學科競賽，使學科競賽更有效地提升大學生的創新能力，是教學單位普遍關注的問題［4］。目前國內高校對學科競賽的管理日益重視，制度建設普遍成體系，但由于管理平臺未能有效持續進行支持，參賽團隊經驗難以傳承，學生競賽成績難以大幅度提升。本文以教學實驗中心為管理平臺對競賽組織管理進行了積極的探索，組織參與6 項生命科學領域相關的競賽皆獲得佳績，在創新人才培養上取得了較好的成效，教學改革成果顯著。

1 學科競賽在生命科學創新人才培養中的作用

生命科學是一門實驗科學，實驗是生命科學研究探索的基礎。傳統的生命科學人才培養，以傳授知識與經驗為主，特別在實驗教學方面，僅按照教學大綱限定的基礎實驗課傳授知識，內容更新緩慢，無法追蹤學科前沿熱點。目前傳統的實驗教學模式存在如下不足：①學生學習模式一般為集中型課堂式教學，教學內容嚴格按照教學大綱安排，所有學生進度一樣；②即使部分課程開設有少量的創新性實驗，也是按照老師指定的內容進行實驗，自主創新性不足；③實驗中心開設的各門實驗課之間聯系不緊密，無法形成跨學科、多學科交叉的學習體系，僅靠傳統課堂教學，難以培養緊跟時代步伐的創新人才。這與培養高質量復合型人才的目標存在很大的差距，因此急需在日常的課程教學之外發展其他的教學教育手段，達到培養復合型優秀人才的目的［5］。

與此同時，現在大學校園已經進入“90 后”“00后”時代。新時代的大學生有一些新的特點，他們對新鮮事物充滿熱情，熱愛挑戰，但不喜歡古板、教條化的說教。因此也更加迫切需要開發新的教學手段，激發學生學習興趣，調動學生學習的主觀能動性，從而達到培養創新人才的目的。學科競賽因其含有競爭及類似“對抗”的屬性，能夠激發年輕人的斗志，因此，有效地利用學科競賽，可以更好地開展教學。

通過開展學科競賽，以學生為主導，全面改革人才培養方式：①改變學生學習模式。在集中型課堂式教學基礎上，以具體競賽為基準，進行目標導向性學習，充分激發學生的主觀能動性。②改變學生由同一專業組隊學習的傳統模式，將不同專業學生組合起來，形成跨學科、多學科交叉的學習體系。③改變學生只進行知識學習或者實驗操作的單一學習模式，以展現項目為基礎，全面發展學生創新能力。

2 以教學實驗中心為學科競賽管理平臺的優勢

實驗中心擁有大量實驗室資源，實驗技術崗教師可長期穩定組織競賽，以教學實驗中心作為學科競賽的綜合管理平臺，有利于集中利用實驗中心資源，有利于學科競賽組織的有序傳承，有利于學科競賽與實驗中心的創新實驗課程、大學生創新創業計劃、創新短課及聚徒教學內容的相互轉化（見圖1）。

圖1 實驗中心在競賽組織管理中的作用

2.1 有效利用實驗室資源

生命科學是實驗科學，實驗室是人才培養、科學研究、知識創新的基地。生命科學相關的學科競賽基本上都是建立在實驗操作的基礎上。充足的實驗空間和精良的實驗設備是獲得競賽成績的前提條件［6］。以往學生參加學科競賽時，只能由指導老師提供實驗室，經常存在資源不足等問題。部分年輕老師有精力有激情，愿意指導學科競賽，但經常因為缺乏實驗場地而無法施展；而現在學科競賽通常強調跨專業、跨學科等多層次融合，指導教師個人固定的實驗場地及固定的設備也常常難以滿足競賽需求。

生命與海洋科學教學實驗中心成立于2006 年，于2007 年獲評為“廣東省實驗教學示范中心”。中心擁有本科教學實驗室21 間，總面積約2 000 m2，教學設備總值3 000 余萬元。為進一步支持學科競賽，實驗中心專門建設了學科競賽專用創新實驗室，為挑戰杯競賽團隊、iGEM（國際基因工程機器大賽）團隊等參與學科競賽的團隊提供穩定的場地和設備支持。同時，實驗中心所有教學實驗室及儀器設備24 h 向參賽本科生開放，學院各課題組科研實驗室及大型儀器公共平臺也可通過競賽指導老師預約使用。以實驗中心為組織管理平臺在實驗室資源的保障方面優勢明顯［7］。

2.2 統一組織管理，使學科競賽常態化、系列化、品牌化

各類兄弟院校開展學科競賽時，其競賽指導老師及競賽組織者一般以科研小組或教師個人為主，這種指導方式存在的主要問題是過于依賴科研小組或者老師個人的科研基礎，因此在指導1～2 次之后，由于無法重復利用現有科研優勢，導師便對指導競賽失去興趣。此外，現在高校重科研的評價機制也使老師們動力不足。這些因素都導致競賽團隊無法延續與傳承，競賽組織不可持續。因此，導致教師對競賽的指導的寶貴經驗難以積累沉淀，無法形成理論體系，指導水平難以提高［8］。

以教學實驗中心作為學生參與競賽的硬件支持和組織管理平臺，有利于建立長效的競賽組織機制，將學科競賽常態化、系列化、品牌化。穩定的傳承為競賽獲取佳績起到堅實的支撐作用。以實驗中心為競賽組織平臺，將各項競賽的經費進行統一管理。項目的組織申報與運行管理，甚至競賽隊伍的招新宣講、招新選拔、基礎技能培訓都由實驗中心技術崗專職教師負責。實驗中心在保障學院各專業的本科必修實驗教學任務的基礎上，已成為學科競賽指導老師和參賽學生對接的平臺。

以iGEM競賽為例，實驗中心由技術崗專職教師擔任第一指導老師并負責組建參賽團隊，包括隊伍注冊、招新宣講、參賽隊員選拔、技能培訓等，學生自主選定競賽題目后，尋找與該項目研究內容相近的教授合作指導，后續指導教師發生更換也不影響團隊的正常運行；挑戰杯團隊也由實驗中心技術崗老師組織并帶隊指導，歷年來參與指導的老師有數十位，連續獲得國家級挑戰杯“累計創新獎”銀獎2 項、銅獎1 項。持續多年的競賽成果產出，充分證明基于教學實驗中心的管理模式可保障參賽隊伍的傳承和參賽項目的質量。

2.3 競賽成果與實驗課程的相互轉化，促進實驗課程改革

（1）將競賽成果轉化為創新實驗課。我院目前必修的創新實驗課程體系包括“基礎生物學創新實驗”“細胞與遺傳創新實驗”“生化與分子生物學創新實驗”等課程，在實驗中心組織下，以優秀學科競賽項目為來源，充分利用其研究前沿、技術先進的特點，用以輔助設計創新實驗課程，實現了以綜合型實驗取代單一型實驗，以創新型項目取代驗證型實驗的教改目的［9］。轉化后的創新實驗課程具有一定的復雜性和綜合性，同時具有較高的創新性［10］。

例如實驗中心汪安泰老師將挑戰杯全國二等獎項目“水螅3 新種1 新紀錄種與應用技術研究”“三種單腸目渦蟲個體發育與其分類性質”、全國挑戰杯一等獎項目“中國渦蟲三腸目1 新紀錄科1 新種及單腸目3 新種”中所用到的創新思維與研究技術整理成為“水螅渦蟲創新實驗講義”，用于面向生物科學、生物技術專業學生開設必修的“基礎生物學創新實驗”課程中，以水螅、渦蟲的分類鑒定為課程考核內容，取得了較好的教育效果。通過數年調整與修改，以“講義”為藍本不斷實踐和優化，最后編輯出版了實驗課教材《動物生物學實驗》，成功地實現了學科競賽成果與課程的相互轉化。

（2）將競賽成果轉化為創新研究短課及創新訓練計劃項目。優秀的競賽項目涵蓋了學科前沿方向，也是將多門課程知識綜合應用的過程。依據學科競賽項目實踐過程中得到的經驗，提煉內容并建成“植物生物多樣性研究”“文獻查閱與論文寫作”“渦蟲類系統發生分析技術”“植物小RNA研究進展”“渦蟲生物多樣性研究方法”等創新短課，這些創新短課的開設為學生提供觸及科研前沿的機會，對學生的創新意識、科研思維的提升產生了積極影響，也為下一步培訓參與競賽的學生打下基礎。

大學生創新創業訓練計劃項目主要用課外時間完成，需提交研究論文、成果實物和項目結題報告書，然后通過答辯對項目進行評定，這與學科競賽的評比過程類似，因此開展學科競賽可以為大學生創新訓練計劃項目的申報與立項奠定基礎。創新創業訓練計劃項目反過來可以促進競賽的開展［11］。學生的多項競賽成果被提煉補充到創新短課，同時，使后續學生的研究課題獲得拓展與深入，促進了大學生創新訓練項目的申請與立項，為下一屆競賽積累基礎。競賽成果轉化為創新研究短課及創新訓練計劃項目，賽教融合，師生協同提高，顯示了教學實驗中心為管理平臺的優越性與高效性。

（3）學科競賽與聚徒教學相互促進。聚徒教學是以“師徒”模式進行教學組織和知識傳授的新型教學模式［12］。這種教學模式很適合學科競賽的組隊的特點，反過來，學科競賽的成果也可以作為聚徒教學項目，實現競賽成果和創新教育模式的相互融合。

實驗中心組織，其他老師共同指導的聚徒教學團隊，每年招收約30 位同學，分別組織了單腸目、三腸目、大口蟲目、原卵黃目等渦蟲生物多樣性研究多個聚徒教學項目。這些項目以“挑戰杯”競賽成果為基礎，在渦蟲的分類、鑒定上進行深入研究。研究結果反過來也促進了學生參加競賽。參加聚徒教學的本科生經過近5 年的努力，編撰了《大口渦蟲鑒定手冊》《多腸目渦蟲鑒定手冊》《杰氏渦蟲屬物種鑒定手冊》《海棲三腸目渦蟲鑒定手冊》《達氏科動物鑒定手冊》《巨吻亞目渦蟲鑒定手冊》等重要的教學科研輔助材料。學生的競賽成果促進了聚徒教學向縱深拓展，競賽成績的展現，激勵了更多優秀學生加盟聚徒教學活動，形成了學科競賽與聚徒教學協同提升與良性循環的人才培養體系。

2.4 競賽與實驗課教改相結合，促進教師教研教學能力提升

傳統教學中學生學習的主動性不夠，而參與學科競賽帶來的師生合作、課題探究、競賽挑戰能形成師生互動，激發學生學習的主觀能動性，同時還促進教師知識結構、思維模式及教學觀念更新，提升教師的教學教研能力［13］。通過賽教融合新模式的實施，實驗中心教師近10 年主持了13 項與實驗課及競賽相關的教改項目，發表17 篇相關的教改論文。

3 教學改革獲得的成果

在實驗中心的組織下，學生近10 年來參加6 項學科競賽，獲得國際級獎項10 項，國家級獎項38 項，省級獎項26 項，參加的各項競賽全部獲得過最高等級獎項，取得了豐碩成果。

實驗中心以國際競賽“iGEM”及“挑戰杯”大學生課外科技作品大賽為品牌，國際基因工程機器大賽（iGEM）是國際頂級大學生科技賽事，具有廣泛的國際影響力［14］。全球最為知名的大學例如哈佛、MIT、斯坦福等均參賽，國內的清華、北大等“雙一流”高校幾乎全部派出隊伍參賽［15］。實驗中心組織的深大iGEM競賽團隊歷年來參賽累計獲得5 金1 銅、3 項單項獎及5 項單項提名，2018 年更是獲得了本科生全球第三名（Second Runner-up）的佳績（見圖2）；“挑戰杯”參賽累計斬獲全國特等獎1 項（為深圳大學目前所獲的唯一特等獎），一等獎4 項、二等獎5 項、三等獎3 項，累進創新獎銀獎2 項、銅獎1 項；省級獎項14 項。此外，在全國大學生生命科學競賽、全國大學生生命科學創新創業大賽、全國大學生基因應用創意大賽、廣東省生物化學技能大賽中均獲得最高等級獎項，實驗中心多次獲評為競賽優秀組織單位。

圖2 深圳大學iGEM競賽團隊在美國波士頓獲獎

實驗中心老師指導的“動物新物種探索”挑戰杯團隊，依托競賽成果已發表本科生為第一作者的學術論文70 余篇，其中20 余篇為SCI 收錄論文，該團隊2014 年被評為“大學生‘小平科技創新團隊’”。

本項目所獲得的學科競賽成績也被南方都市報、深圳特區報、晶報、深圳電視臺、搜狐等多家媒體報導；國內外十幾所高校到校交流iGEM及挑戰杯競賽參賽經驗。媒體的報道及兄弟院校的關注認可，表明創新性人才培養成就得到社會各界的廣泛肯定。

4 結語

經過多年實踐，表明了以教學實驗中心為競賽管理平臺，可以有效利用實驗室資源，保障學科競賽團隊相關管理組織經驗的傳承，能有效將學科競賽資源與各類實驗課程有效整合，相互轉化，相互促進。深圳大學作為地方院校，師資及生源與老牌名校存在一定的差距，但我院學生在iGEM 競賽及挑戰杯競賽等一系列重大學科競賽中獲得的獎項等級及數量與名校相比毫不遜色。這體現了以教學實驗中心為平臺管理的優勢，也為地方院校如何集中力量有效管理組織學科競賽提供了積極的參考。