生物工程專業研究性教學的實踐與分析

［摘 要］ 從課堂教學設計、學科競賽、科研項目參與、創新實驗班、成果驅動等方面，探討生物工程專業研究性教學的實踐及效果，系統分析研究性教學在提高學生創新能力和解決實際問題能力方面的作用，為研究性教學模式的改革和實施提供了參考和依據，同時為培養具有學習熱情、探索精神、合作能力、科學素養和解決復雜工程問題能力的高素質創新人才提供了借鑒，有利于有效推動生物工程專業人才培養內涵質量的持續提升。

［關鍵詞］ 生物工程；研究性教學；實踐；創新能力

［基金項目］ 2020年度河南工業大學教育教學改革研究與實踐項目“基于新工科建設的生物工程專業人才培養體系的改革與實踐”（JXYJ2020006）；2023年度河南工業大學教育教學改革研究與實踐項目“基于‘生物分離工程’的研究性教學實踐與探索”（JXYJ2023021）；2020年度河南工業大學教育教學改革研究與實踐項目“新工科背景下以學生發展為中心的生物工程專業實踐教學改革研究”（JXYJ2020033）

［作者簡介］ 屈建航（1976—），女，河南南陽人，博士，河南工業大學生物工程學院教授，主要從事生物工程專業教育教學改革研究；周 佳（1991—），女，河南洛陽人，博士，河南工業大學生物工程學院講師，主要從事生物工程專業教育教學改革研究；黃 亮（1979—），男，河南鄭州人，碩士，河南工業大學生物工程學院副教授，主要從事生物工程專業教育教學改革研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）52-0114-04 ［收稿日期］ 2023-11-11

一、生物工程專業現狀及研究性教學的意義

我國創新驅動發展戰略的實施，對工程技術人才提出了更高的要求。生物工程專業是以工科為主、理工結合的復合型專業［1］，是以研究和開發高科技生物產品、生物制藥、環境治理等為主要目標的綜合性學科領域。目前，生物工程處于快速發展的階段，隨著生物技術的迅猛發展，以及其與大數據、人工智能等技術的融合加速，對生物工程專業創新型人才的需求越來越大。

河南工業大學生物工程專業立足輕工、能源、環境和生命科學技術領域，強化生物醫藥、微生物制造和生物催化特色，拓展發酵工業、生物質資源高值轉化、生物基材料能源、功能性產品生物轉化等方向，培養高素質工程技術人才。該專業始建于1991年，目前擁有生物學省級一級重點學科和生物學一級碩士點，建有河南省重點實驗室和河南省工程研究中心等省級科技創新平臺，主持建設“食品微生物”省級一流課程等，于2022年通過國家工程教育專業認證，是河南省一流本科專業建設點。

大眾創業萬眾創新，創新是一個國家興旺發達源源不斷的動力。創新的關鍵是人才，而人才的培養靠教育，教育方式能否充分激發學生的創新能力至關重要。研究性教學將傳統簡單的知識傳授轉變成融知識學習、創新能力培養和綜合素質提高為一體的多方位教育模式，特別是生物工程專業復合型和創新型人才的培養，研究性教學的方式必不可少［2］。研究性教學作為一種強調學生主體性和創新性的新型教學模式，越來越多地被應用于各個學科領域［3］。研究性教學是培養學生創新能力和實踐能力的有效途徑。通過開展研究性課程和實驗，學生可以更好地理解理論知識，并將其應用于實際問題解決中。這種教學模式可以培養學生的創新思維和科研能力，提升學生的競爭力。近年來，生物工程專業得到越來越多的關注，教學模式也在不斷地進行調整和改進［1］。在這樣的背景下，研究性教學模式逐漸被引入生物工程專業教學中。因此，筆者以生物工程專業為例，探討研究性教學的實踐及其效果，不僅為生物學相關知識的應用夯實了堅實的理論基礎，還為知識的創新提供了原創性的啟發，使生物工程專業學生的創新能力得以提升。

二、研究性教學的實施

（一）課堂教學設計

相較于傳統的教學模式，研究性教學更注重學生自身的主動性，將學生置于探究和創造的環境中，通過自主思考、實踐探索和交流磨煉，逐步提升學生的創新能力和綜合素質。教師不僅要對教學內容進行合理地編排與優化，還要對交叉和重復內容進行重難點剖析處理，實現綜合性和系統性教學。此外，教師角色的轉變需要教師不斷提高自身的素質，提高對研究性教學的認識和了解，不斷學習新知識、新技術和新方法，提升自己的科學研究水平和創新能力，同時不斷規范自身的教學行為，激發學生的學術研究熱情和創新精神［4］。在課前教學中，介于生物工程專業的前瞻性，基于專業教材的內容基礎，可以在學習通等平臺發布生物領域相關的文獻資料，拓展生物工程領域的前沿研究動態，同時融入自身科研課題的最新科研成果和經驗，激發學生的學習熱情［5］；在課堂教學中，不同章節實現體驗式、啟發式、討論式、案例式教學及“翻轉課堂”“對分課堂”等不同的互動式教學方法，實現以教師“教”為中心向學生“學”為中心的轉變，采用小組PBL（問題式學習）形式，依據話題引入、團隊合作、自主探究、匯報展示、師生評價五個關鍵步驟，深度提高學生的學習積極性，拓寬學生對生物工程領域在醫藥、農業和環境保護等方面的應用前景的視野；以生物相關的諾貝爾獎獲得者的故事、病毒疫苗的開發等為載體，多角度挖掘生物工程專業課程中蘊含的思政元素，以趣味性和專業性引導學生的專業情懷，激發學生熱愛生物工程專業、扎根生物工程專業的熱情［6］；針對生物工程這種注重實踐的學科，可根據教學目標設置具有引導性、開放性的問題，學生分組對相關文獻進行分析、總結和歸納后修訂實驗方案，對涉及實驗結果的關鍵環節要重點探討，教師仔細觀察學生的實驗操作過程，結束后組織討論總結，撰寫實驗報告，將生物工程理論學習和實驗操作有機整合，提升學生的動手能力和創新能力［7］；基于河南工業大學生物工程學院與多家生物相關公司建立的穩定合作關系，為學生提供課外實踐的場所，學生可親身感受生物企業文化，認知生物產品的生產工藝，為學生未來職業的發展提供有力指導；與此同時，聘請企業專家及技術人員與生物工程專業教師進行行業和技術需求交流，鼓勵生物工程專業教師深入生物相關企業進行實踐鍛煉，提升教師的工程實踐能力和把握行業發展前沿需求的能力，使得學生所學內容更加契合企業對高素質生物人才的需求，為未來職業發展奠定前提和基礎。因此，與傳統的“填鴨式”教學相比，研究性教學更能激發生物工程專業學生的學習興趣和創造力。

（二）學科競賽和創新競賽

在高速發展的新時代，生物工程專業的學生面臨嚴峻的挑戰，就業競爭壓力大，但新時代也給創新型人才提供了更好更大的平臺。學科競賽和創新競賽是生物工程專業教師和學生之間進行深度交流的橋梁，在參賽機制的激勵下，可有效調動學生的主觀能動性和自主學習性。生物類的學科競賽如全國大學生生命科學競賽科學探究類和創新創業類、微生物培養皿設計大賽、微生物實驗設計大賽等［8］，學生掌握常規的生物學相關專業知識和實驗操作后，參加上述學科比賽可以從實驗方案的設計、實驗菌種的選擇、實驗數據的處理和學術論文的撰寫等環節，多層次提升團隊合作能力和專業自豪感，同時激發專注于科學探索的精神，更有利于堅定學生在生物工程領域深耕發展的決心和信心［9］。生物工程專業學生應該與時俱進，抓住時代的機遇，在創新創業教育的理念指導下，提升自我創新能力的發展［10］。尤其是挑戰杯和“互聯網+”這些重要的綜合性比賽，更能促進生物工程專業的學生與其他學科學生之間的交流合作［11］，如生物學科的研究結果與法學、物理學、數學等專業性進行交叉融合，形成特征鮮明的生物相關創新創業計劃書，進一步促進生物類學科中“以賽促學”的實驗教學模式的應用和有效實施，更有利于科學地對生物工程專業的教學內容和模式進行改革。

（三）學生深度參與教師課題

生物工程專業研究性教學的一個核心特點是學生可以參與教師的科研課題，不僅有效促進學生對生物領域知識的理解和認知，有助于學生取得豐碩的成果，未來為生物工程領域的發展做出貢獻，還可以促進教師科研課題的可持續發展。教師是教學和研究的導師，可以通過引導學生進行研究性學習，啟發和激勵學生的學術創造力和探索精神。一方面，學生在參與教師課題的過程中，可以通過收集、整理文獻資料，深入學習生物工程領域的前沿知識和最新研究進展，并通過理解和融會貫通將其運用到實際的課題研究中，自行設計課題的研究方案，有助于強化學生理論學習基礎的運用，進而促使學生能更好地理解實驗設計和創新性解決實際問題的重要性。同時，通過實驗設計和數據分析，在教師的指導下進一步驗證研究假設，獲得一系列有意義的結果，對于解決特定問題和推動生物工程領域的發展具有重要意義。另一方面，學生通過撰寫研究報告，包括前言、目的、方法、結果和討論等環節，可以提高學術表達能力和科研思維能力，掌握具有實際性、綜合性的專業技能，從而對學術研究和科技創新具有更深層次的理解以及更具獨立思考探索的能力。讓學生真正地參與研究工作的綜合實踐，從理論出發進行探究和實踐，能夠使學生的科學素養和合作精神得到良好的培養與提升。

（四）開設創新實驗班，培養拔尖人才

生物工程專業設立創新實驗班，通過綜合筆試和面試，選拔優秀的學生組成創新學習群體，旨在培養生物工程領域的拔尖人才，在整個專業內形成創新引領力量。通過創新實驗班的建設，可以探索新的生物工程技術和應用，建立一套完善的學術型人才培養體系，推動生物學科的快速發展［12］。創新實驗班建立了一套完善的導師制度，將優秀的教師與學生進行匹配，教師為學生的學術研究提供專業的指導意見和嚴謹的科研環境，學生根據自己的學習興趣，選擇合適的科研課題，包括基因編輯技術在育種中的應用、微生物酶工程、微生物菌劑開發與研制等，這些課題的開展可為農業生產、生物制造、清潔生產等領域提供新的思路和方法。創新實驗班的系列措施，能夠為學生提供良好、高效的學術環境和資源支持，激發學生的學術熱情，有助于取得一些突破性的研究成果，進而促進學生的個人成長和創新能力發展。

（五）成果驅動

研究性教學模式下，學生積極參與學科前沿知識學習和學術研究實踐，基于得到的研究數據撰寫學術文章，在生物工程領域相關期刊上發表，提高學生的學術研究和表達能力，積累生物工程專業學生的核心競爭力。同時，針對創新型研究成果，學生可以在教師指導下申請發明專利，保護其在相關領域的應用效果，有望帶來潛在的商業價值。這些成果的積累，將激勵學生在學業上進一步深造，不僅是對學生學術成績和研究能力的認可，還為學生未來的學習生涯提供了良好的支持和激勵，能夠不斷提高學生的學術水平和創新能力。

結語

綜上所述，研究性教學將學生置于一個探索性的學習環境中，教師的角色不單單是知識的單向傳授者，還是學生自主學習和創新實踐的引導者和指導者。在生物工程專業的人才培養過程中，通過課堂教學內容及模式改革、學科競賽、參與科研課題、創新實驗班、學生學術成果驅動等形式，深度而系統地貫徹研究性教學，能夠顯著提高學生的創新能力、解決實際問題的能力，培養專業熱情和合作精神，形成生物工程專業明顯的創新和發展優勢，提高生物工程專業的教育教學質量。因此，研究性教學對于提高生物工程專業的人才培養質量具有非常重要的積極作用，為未來教育教學的改革提供了一定的參考依據，有助于推動教學模式、育人體系等方面的突破和創新。

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Practice and Analysis of Research-Based Teaching in Bioengineering Major

QU Jian-hang， ZHOU Jia， HUANG Liang， ZHAO Shuai

（School of Biological Engineering， Henan University of Technology， Zhengzhou，

Henan 450001， China）

Abstract： This paper discusses the practice and effect of research-based teaching in bioengineering from the aspects of classroom teaching design， disciplinary competitions， participation in scientific research projects， innovative experimental classes， and results-driven， systematically analyses the role of research teaching in improving students’ innovative ability and solving practical problems ability， provides reference and basis for the reform and implementation of the research-based teaching mode. Meanwhile， this study provides reference for the cultivation of high-quality innovative talents with enthusiasm for learning， exploratory spirit， cooperation ability， scientific literacy and the ability to solve complex engineering problems， which is beneficial to the effective promotion of the continuous enhancement of the connotative quality of the cultivation of talents for bioengineering majors.

Key words： biological engineering; research-based teaching; practice; innovation ability