以學科競賽為載體的生物工程類實踐教學研究

馬麗 周麗亞 賀瑩 劉冠華

[摘 要] 學科競賽是培養學生實踐和動手能力的良好途徑。以河北工業大學生物工程專業為例，基于大量的實踐教學研究結果，開展以“學科競賽為載體”，研究適合生物工程專業的應用型人才培養方案。通過對優化實踐教學課程體系、構建綜合實踐創新平臺、豐富實踐教學的內容和形式、探索學科競賽項目向實踐教學內容的轉化等內容的研究和實踐，促使實踐教學從以知識傳遞為核心的教育向以知識創新為核心的素質教育轉變，以滿足現代社會發展對高素質創新型生物工程人才的需要。

[關鍵詞] 學科競賽;實踐教學;改革;教學效果

近年來，生命基礎學科發展推動了諸如合成生物學、系統生物學等新興學科的發展，對我國生物工程人才培養提出新的要求。《生物工程專業本科教學質量國家標準（征求意見稿）》（2014）中指出，應充分認識生物工程專業的工程應用性強的特點，也要體現上述新發展動向和趨勢，要求學生不僅要掌握扎實的生物學、工程學基礎理論和生物工程專業知識基礎，而且要受到嚴格的實驗技能訓練與工程實踐環節訓練，適應未來生物工程產業發展。其中，將實驗技能和工程實踐訓練環節提到顯著的位置，這就要求我們加速傳統實踐教學向綜合性、創新性實踐轉變[1，2]。但目前多數高校對于實踐教學的設置還存在問題，側重于“科學性”而非“應用性”和“工程性”，學生的創新意識和動手能力不能得到有效訓練，從而使實踐教學的教學效果難以得到充分發揮;將實踐、實習環節作為理論課程的附屬;實驗內容的吸引力不足，缺少實驗的分析、設計能力的培養，學生學習主動性不強[3，4]。針對上述問題，基于大量的實踐教學研究結果，開展以“學科競賽為載體”，研究適合生物工程專業的應用型人才培養方案，使實踐教學從以知識傳遞為核心的教育向以知識創新為核心的素質教育轉變，滿足現代社會發展對高素質創新型生物工程人才的需要具有重要意義。

一、實踐教學改革面臨的問題

由于生物工程的學科特點，需要理論與實踐、與科技發展的前沿緊密結合。大量的實踐證明，參與學科競賽對培養全面的復合型生物工程人才，推動生物工程專業的實踐教學改革具有積極作用[5]，但目前還存在以下問題。

（一）參與學科競賽的受眾面窄

參與學科競賽，并在賽事中獲得好成績是學校、教師和學生三方共同的努力方向。學校層面上，在學科競賽中取得好的成績，可以提高學校知名度，獲得上級教育部門和社會公眾的認可;指導教師層面上，通過指導學生參與競賽，可以提高實踐教學水平;參賽學生層面上，可以提升實踐能力和實踐水平，為今后深造和從事相關科研工作打下基礎[6]。但是，參賽的只是學校中的少部分學生，受眾面窄，同時，指導教師對學生的指導會偏向于競賽相關知識的培訓和指導，與日常教學活動脫節嚴重，因此，單獨憑借競賽活動并不能達到教育、教學資源的共享，僅通過該種方式難以提高整體實踐教學質量和人才培養水平[7]。

（二）競賽內容與實踐教學設計脫節

現有的實踐教學環節基本是由教師根據教學的知識點來設計一些驗證性的教學項目，每個實驗之間的關系相對獨立，且由于教學設備及教學經費的限制，實踐教學的具體課程一般都是為了滿足一個或幾個教學知識點而設計出來的驗證性項目，缺乏持續改進和技術更新[8]，與當前最新的知識和技術有脫節。而且，單個的教學項目間沒有連貫性，如生物化學實驗中的蛋白質性質、紫外分光光度法測定蛋白質含量、血清蛋白的醋酸纖維膜電泳等實驗，難以滿足和適應未來生物工程產業發展的需要[9]。

（三）實踐教學質量監控和反饋的力度較弱

以往的教學評價過程，一般就是采用平時成績與實驗報告成績相結合的方式進行，這種評價機制脫離了實際的實驗學習情境，不能直觀反映學生的實踐動手能力[ 10 ]，不利于對學生動手能力和實驗分析、設計能力的培養。

二、學科競賽為載體的實踐教學改革探究

（一）目標導向，優化實踐教學課程體系

本專業立足于京津冀生物產業協同發展帶，圍繞生物工程本科生培養目標要求，參照國標和企業或行業專家建議，構建了工程學、化學、生物學三大課程群模式組成的課程體系（圖1），完善本科人才培養方案，健全通識教育體系，整合課程內容，優化專業教育課程體系。針對賽事題目設置“問題導向”課程、“學科前沿”課程、“交叉技術”課程，開設科研訓練課、創新創業訓練課、自主實驗課等一批能力拓展課程，將原本分散在不同理論課程中的實習、實驗項目重新整合，組織成為具有綜合性、研究性的實踐課程，將程式化、乏味的固化實驗課程轉變為可以引發學生思考、培養科學思維和動手能力的啟發式實驗，使學生能夠在其中完成方案設計和形成產品創新，強化了學生的工程意識，增強了解決實際問題的能力，強化實踐教學，提高學生綜合素質。

（二）基于學科競賽，構建綜合實踐創新平臺

依托生物學一級學科碩士點、生物與醫藥碩士專業學位點、“化工節能過程集成與利用”國家地方聯合工程實驗室、“綠色化工與高效節能”河北省重點實驗室、河北省分子生物物理重點實驗室等教學科研資源，構建學科基礎實驗、專業基礎實驗等平臺，開展實踐教學、創新教育、學科競賽等多層次綜合訓練，實現了工程能力與素養的完整性培育（圖2）。學生在各項基礎性、專業型、綜合性學科競賽中獲得了優異成績，近三年，獲得包括全國大學生生命科學競賽、大學生挑戰杯、大學生創新創業計劃、化工設計競賽、化工實驗大賽等在內的國家級和省部級獎50余項。

（三）豐富實踐教學的內容和形式

本專業特別注重培養學生的工程素質，推行工學并舉、校企合作的培養模式，縮短學生與社會“最后一公里”的距離。現已與河北石藥控股集團有限公司、天津天士力集團有限公司、北京邁基諾基因科技股份有限公司等共建實踐實習教學基地。通過生產實踐教學，近距離參觀學習相關生產流程、操作規范等，加深對課堂所學知識的理解和掌握，在理論教學和生產實踐之間搭建了橋梁。同時選聘了16名企業專家擔任兼職教師，強化工程實踐教學，強化畢業設計（論文）選題“產學研”結合，體現專業特點，反映培養目標，培養學生的工程意識和創新思維，提高學生的科研素養、動手能力及綜合應用所學知識解決實際問題的能力。

（四）探索學科競賽項目向實踐教學的轉化

學科競賽為課程設計提供了新思路和新課題，通過將學科競賽作品和案例作為載體，以探索式、研討式教學方法融入各學科課程設計中，結合課程所需要的知識點和技能訓練內容，建立以課題為核心的課程設計教學模式，將實踐教學由單一向綜合方向遞進。同時，根據學時要求可將實驗按照知識點和實踐技能訓練的內容進行合理分解，解決實驗教學內容之間連貫性差的問題。目前，在大學二年級和三年級開設了研究型實驗和開放實驗，這些課程通過介紹競賽和科研過程中的相關知識和基本技能，培養學生實際解決復雜工程問題的能力，提高學生掌握和使用現代工具的能力，使學生具有自我知識更新和拓展的能力，開啟在校課程所學知識和所獲能力的更新與拓展之門，為學生結束本科學業后開始后續的終身自主學習做好鋪墊。

以大三年級為例，設計了固定化漆酶及對去除廢水中的2，4-二氯苯酚的研究型實驗，實驗中引入固定化酶技術，學生根據自己的理解可選擇不同的固定化方法（樹脂吸附法、交聯法等）。學生在理論課程學習和生物化學基礎實驗的基礎上，以小組為單位，對給定的實驗任務進行設計并優化相關實驗參數，獲取實驗數據并完成課程任務。通過本實驗項目，主要使學生深入理解不同固定化方法對酶活性的影響，培養學生系統性思維能力。同時通過團隊合作，使學生認識到分工與合作的重要性，增強團隊意識。

（五）學科競賽為載體，形成科研和教學融合

指導學生參與學科競賽的教師，多數都承擔科研項目的研究工作，實現科研工作和實踐教學過程的有機結合，需要不斷完善實踐教學體系，以創新教育和提高學生綜合素質為目的，有組織、有領導、有計劃地開展實踐教學活動。從實驗課程內容的選擇、實驗教學中心的開放式管理、教師隊伍的選擇和培養、監管制度和考核制度等多方面同時進行。引導教師將先進的技術或科研成果轉化為實踐教學內容或手段，推動現有設備的改造和功能提升，給學生提供自主發展和實踐鍛煉的空間，最大限度地發揮實驗教學資源的效能，提高實踐教學水平和質量，探索出一條可持續提升實踐教學整體水平的新途徑，從而有效提高學生工程實踐技能，增強學生交流和團隊協作能力。

（六）建立實踐教學質量監控體系

對于實踐教學改革，不僅是要注重實踐教學過程，也需要加大對實踐教學質量監控和反饋的力度，及時掌握實踐教學改革的效果。實踐教學質量的監控一般分為三個階段，即實踐教學準備階段、實踐教學過程實施階段、實踐后鞏固階段。準備階段主要是對實踐教學安排情況、學生預習情況進行監控;實踐教學過程實施監控是指對實踐教學過程中進行的實時監控，及時了解學生和教師在教學過程中的情況，是否達到教學預期效果;實踐教學后的反饋監控主要是實踐教學總結，對學生的學習實踐總結以及專業知識的鞏固情況的調查。

三、結論

面向各類工科專業的學科競賽，對于培養工科專業大學生的創新能力、創業意識，以及錘煉其團隊意識、工匠精神等具有重要意義。因此，將學科競賽融入實踐教學，切實培養學生的創新思維和實踐能力。通過學科競賽帶動面向“新工科”的專業人才培養方案、實踐課程體系的動態優化、調整，豐富及完善新工科實踐教學的內容和形式，提高學生的學習積極性、創新思維和實踐能力，為新工科人才的培養提供了新途徑。

參考文獻

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