生物工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探討范文

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1實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的優(yōu)化

原有實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)中,授課教師依據(jù)各自的經(jīng)驗(yàn)和對理論課程重點(diǎn)內(nèi)容的理解自行設(shè)置實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容。由于授課教師間缺乏應(yīng)有的溝通,并出于對傳統(tǒng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的重視,造成了專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課重復(fù)性內(nèi)容較多,不能喚起學(xué)生的興趣,浪費(fèi)了教學(xué)資源。在專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的設(shè)置上,授課老師在有限學(xué)時內(nèi)將實(shí)驗(yàn)分解成幾個部分來強(qiáng)化理論知識,造成課程設(shè)置前后不銜接、不連貫,導(dǎo)致了學(xué)生知識面過窄,不能綜合運(yùn)用所學(xué)解決實(shí)際問題。為了改變生物工程專業(yè)不合理的實(shí)驗(yàn)課程體系,考慮到專業(yè)的辦學(xué)特色和實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件,統(tǒng)一調(diào)整了實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu),將重復(fù)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容保留在一門課程中,其它課程則增加一些實(shí)用性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),并在專業(yè)實(shí)驗(yàn)課階段,以綜合性大實(shí)驗(yàn)的要求來建設(shè)每門課程,使每門實(shí)驗(yàn)課都有一個完整的體系,有針對性地培養(yǎng)學(xué)生的不同素質(zhì),使每門課程在有限的學(xué)時內(nèi)都有不同的內(nèi)容、不同的重點(diǎn),同時使整個實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)具有前后聯(lián)系、逐漸加深、互相支撐的特點(diǎn),有利于調(diào)動學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情,并使其掌握更多的實(shí)驗(yàn)方法。

專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的目的是訓(xùn)練和規(guī)范學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能和操作方法,對所觀察的現(xiàn)象做出合理的分析,并通過獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)撰寫合格的實(shí)驗(yàn)報告。在調(diào)整實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)時,刪除了部分重復(fù)實(shí)驗(yàn),增開了一些實(shí)用實(shí)驗(yàn)。同時,在實(shí)驗(yàn)條件滿足的前提下,去除了一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),增加了一些學(xué)科前沿性實(shí)驗(yàn)。例如在原有課程結(jié)構(gòu)中,普通生物學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)中都開設(shè)了“顯微鏡的結(jié)構(gòu)和使用”這一實(shí)驗(yàn),在依據(jù)理論課程結(jié)構(gòu)對實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行調(diào)整后,這一實(shí)驗(yàn)只保留在細(xì)胞生物學(xué)中,其他兩門課則分別改設(shè)了“血涂片的制作和血型鑒定”和“啤酒或其他樣品中微生物的分離和純化”,改設(shè)的兩個實(shí)驗(yàn)將理論知識應(yīng)用到解決具體實(shí)際問題上來,調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性,使學(xué)生掌握了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)技能,并使學(xué)生對于理論知識的理解更加深刻。再如免疫學(xué)實(shí)驗(yàn),在原有課時不變的基礎(chǔ)上增開了“免疫印跡實(shí)驗(yàn)”,使學(xué)生掌握了蛋白質(zhì)垂直板電泳、電轉(zhuǎn)移的原理和方法,學(xué)會用Bradford法測定蛋白質(zhì)濃度并能夠根據(jù)蛋白質(zhì)免疫印跡結(jié)果對蛋白質(zhì)進(jìn)行定性分析,通過這一實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握了相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù),引起了學(xué)生的科研興趣,取得了良好的教學(xué)效果。

專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的目的是通過交叉學(xué)科知識運(yùn)用、自主文獻(xiàn)檢索和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力,因此在這一類實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中加入了許多設(shè)計(jì)性、綜合性、工程性知識的應(yīng)用。同時,將“課題制”引入專業(yè)實(shí)驗(yàn)課,實(shí)驗(yàn)以課題的形式布置給學(xué)生,由學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn),開拓了學(xué)生的眼界,熟悉了科研的一般過程。實(shí)驗(yàn)分為三個階段:第一階段為準(zhǔn)備階段,在這一階段教師給出題目,學(xué)生自主查文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,定期向老師匯報進(jìn)度,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力;第二階段為操作階段,在這一階段學(xué)生進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)操作,由于實(shí)驗(yàn)連續(xù)性較強(qiáng),實(shí)驗(yàn)技能要求較高,鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能;第三階段為總結(jié)階段,在這一階段教師對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評述,同時對實(shí)驗(yàn)成績進(jìn)行評定,實(shí)驗(yàn)成績的80%取決于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中所表現(xiàn)出的查閱文獻(xiàn)能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)報告撰寫能力四方面,20%取決于實(shí)驗(yàn)結(jié)果,新的考評機(jī)制打破了以往通過出勤率及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象評分的機(jī)制,有效地促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考能力,提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)。以基因工程課為例,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)依托教師的科研課題,國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于人參發(fā)根的人參皂苷生物合成機(jī)理研究”設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),以目前的研究熱點(diǎn)人參皂苷合成途徑中的關(guān)鍵酶達(dá)瑪烯二醇合成酶(DS)為研究對象,通過DS在釀酒酵母中的異源表達(dá)來研究DS在人參皂苷合成途徑中的應(yīng)用,整個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了分子生物學(xué)、免疫學(xué)、微生物學(xué)、基因工程、生物分離工程等多門課程內(nèi)容,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和科研思維,提高了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)驗(yàn)中遇到的實(shí)際問題的能力。再以生化工程為例,以發(fā)酵法制備酒精為內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),通過固定化酵母進(jìn)行酒精發(fā)酵及對發(fā)酵性能進(jìn)行測定,使學(xué)生掌握細(xì)胞固定化的多種方法和發(fā)酵法生產(chǎn)酒精的流程,整個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了微生物學(xué)、發(fā)酵工藝原理、生物工程設(shè)備、生物分離工程等多門課程內(nèi)容,培養(yǎng)了學(xué)生的工程應(yīng)用能力,為將來的工作和學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。值得一提的是,學(xué)生在正式實(shí)驗(yàn)之前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,在實(shí)驗(yàn)室老師的指導(dǎo)下自行準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所需的藥品和儀器,這樣就有效的使學(xué)生熟悉了儀器并規(guī)范了其實(shí)驗(yàn)操作,為下一階段的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

2生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)論文改革

實(shí)習(xí)和畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))是生物工程本科實(shí)踐教學(xué)中非常重要的環(huán)節(jié),是將所學(xué)的理論知識、專業(yè)知識與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的實(shí)踐過程。生產(chǎn)實(shí)習(xí)是通過學(xué)生在工廠內(nèi)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐,使其接觸工業(yè)化生產(chǎn),了解實(shí)際生產(chǎn)的過程。由于工廠方面對安全和生產(chǎn)有要求,學(xué)生在生物工廠實(shí)習(xí)期間,很難切身參與到實(shí)際生產(chǎn)過程中,實(shí)習(xí)效果不理想。畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))是本科教學(xué)過程中最后一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié),是培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力,提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題能力的重要一步。由于師資力量不足、選題脫離實(shí)際等原因,畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))存在諸多問題。為了培養(yǎng)創(chuàng)新型及工程型的生物工程人才,改進(jìn)了原有實(shí)習(xí)和畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))環(huán)節(jié),將企業(yè)的生產(chǎn)工藝在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下加以實(shí)現(xiàn),同時聘請企業(yè)高水平技術(shù)人員指導(dǎo)本科生的工藝實(shí)習(xí)和畢業(yè)論文,并將解決的企業(yè)問題作為學(xué)生的畢業(yè)論文選題,調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,取得了較好的教學(xué)效果,具體措施體現(xiàn)在以下三方面:

(1)工廠認(rèn)識實(shí)習(xí)與實(shí)驗(yàn)室操作相結(jié)合。實(shí)習(xí)前,指導(dǎo)教師會對總體內(nèi)容進(jìn)行介紹,同時布置關(guān)鍵問題,引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料并設(shè)計(jì)總體試驗(yàn)方案,然后組織學(xué)生去相關(guān)生物工廠認(rèn)識實(shí)習(xí),通過工廠相關(guān)技術(shù)人員的介紹及實(shí)地考察學(xué)習(xí),學(xué)生與自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案相印證,從而加深對某一生物產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備、工藝路線的認(rèn)識。同時我們依據(jù)學(xué)生理論課所學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識和生物工程的發(fā)展趨勢選取了三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,能夠在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室條件下,實(shí)現(xiàn)小規(guī)模制備,有利于學(xué)生充分理解某一生物制品的生產(chǎn)工藝原理并掌握相關(guān)工藝路線,這三個實(shí)驗(yàn)分別是:以淀粉為原料,發(fā)酵制備酒精,使學(xué)生熟悉整個生產(chǎn)工藝,理解和掌握發(fā)酵法生產(chǎn)酒精的工藝原理和關(guān)鍵技術(shù);利用白腐真菌發(fā)酵制備降解木質(zhì)素粗酶等,使學(xué)生了解生物質(zhì)資源的利用狀況及發(fā)展趨勢;通過實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的生物反應(yīng)器培養(yǎng)人參發(fā)根來提取人參皂苷,并對其含量進(jìn)行測定,使學(xué)生了解發(fā)根培養(yǎng)的原理及優(yōu)勢。通過這些精心選擇的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,使學(xué)生實(shí)際操作與企業(yè)參觀相結(jié)合,培養(yǎng)了學(xué)生積極思考的習(xí)慣,鍛煉了學(xué)生操作技能,達(dá)到工程訓(xùn)練的目的,實(shí)習(xí)效果明顯提高。

(2)與企業(yè)合作實(shí)現(xiàn)雙贏。組織教師到工廠調(diào)研,并聘請相關(guān)企業(yè)高水平技術(shù)人員給教師授課,使教師充分認(rèn)識某一生物產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備、工藝路線、工廠設(shè)計(jì)等,積極鼓勵教師承擔(dān)企業(yè)橫向項(xiàng)目或與企業(yè)聯(lián)合承擔(dān)科研項(xiàng)目,解決企業(yè)生產(chǎn)中存在的實(shí)際問題或研發(fā)新工藝。教師通過這類項(xiàng)目,真正參與到企業(yè)的生產(chǎn)中,熟悉了企業(yè)的生產(chǎn)工藝,提高了科研應(yīng)用能力,便于指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)踐與畢業(yè)設(shè)計(jì)。同時,教師將科研項(xiàng)目中的一部分作為學(xué)生的畢業(yè)論文選題,由于學(xué)生有過生產(chǎn)實(shí)習(xí)的經(jīng)歷,這種以企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際為背景開展的畢業(yè)論文較易喚起學(xué)生的科研興趣,提高了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決生產(chǎn)中存在的實(shí)際問題能力,為今后的學(xué)習(xí)及工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。例如我系教師與大成集團(tuán)合作進(jìn)行的“玉米淀粉酶法浸泡生產(chǎn)工藝”的項(xiàng)目,在玉米淀粉生產(chǎn)工藝中,采用酶來處理玉米,減少了一氧化硫用量及浸泡時間,降低了環(huán)境污染,提高了生產(chǎn)效率,取得了較好的研究結(jié)果。其所帶本科生的畢業(yè)論文為“一株產(chǎn)中性蛋白酶菌種的篩選”,引導(dǎo)學(xué)生在解決實(shí)際問題的同時,熟悉淀粉生產(chǎn)的工藝。再如我系教師承擔(dān)的項(xiàng)目“大腸桿菌木糖好氧發(fā)酵生產(chǎn)琥珀酸的研究”,其所帶本科生的畢業(yè)論文為“琥珀酸代謝網(wǎng)絡(luò)的改造”,使學(xué)生更好地理解琥珀酸生產(chǎn)工藝的同時,大膽進(jìn)行科研創(chuàng)新,改造原有工藝,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力及工程意識,取得了較好的教學(xué)效果。

(3)聘請企業(yè)高水平技術(shù)人員作為副導(dǎo)師指導(dǎo)本科生的工藝實(shí)習(xí)和畢業(yè)論文。這些技術(shù)人員對其工作領(lǐng)域的工藝路線和設(shè)備較為熟悉,因此其指導(dǎo)內(nèi)容針對性較強(qiáng),更加注重生產(chǎn)中的實(shí)際問題,有效地解決了科研與生產(chǎn)相結(jié)合的實(shí)際問題,提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果;同時,這一措施也解決了我們的師資力量不足和學(xué)生缺乏工程意識的問題。經(jīng)過近幾年不斷對教學(xué)方案進(jìn)行改革和實(shí)踐,學(xué)生的工程應(yīng)用能力有了顯著提高,能夠針對工廠存在的實(shí)際問題通過查閱文獻(xiàn)提出解決方案,同時通過畢業(yè)設(shè)計(jì)也能對一些工藝路線和設(shè)備結(jié)構(gòu)提出設(shè)計(jì)方案,有效地培養(yǎng)了學(xué)生分析問題和解決問題的能力,為學(xué)生就業(yè)提供了更好的保障。

3課外實(shí)驗(yàn)構(gòu)建

為了更好地拓寬學(xué)生的知識領(lǐng)域、延伸專業(yè)技能、掌握科學(xué)研究的方法和手段,將“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”作為延伸課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的平臺,“開放實(shí)驗(yàn)室”為這個平臺的有益補(bǔ)充。每一次申報“創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”前,相關(guān)任課教師經(jīng)討論研究后都會從承擔(dān)的科研項(xiàng)目中提出與課程實(shí)驗(yàn)相關(guān)的研究項(xiàng)目供學(xué)生選擇,學(xué)生可以根據(jù)興趣自組科研團(tuán)隊(duì)申請加入項(xiàng)目研究,經(jīng)導(dǎo)師同意后,在導(dǎo)師的指導(dǎo)下自行文獻(xiàn)檢索、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、向?qū)W校申請“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”立項(xiàng)。由于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建立在課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上,學(xué)生較易接受,因此項(xiàng)目申報率2012年達(dá)到70%,同時,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建立在科研項(xiàng)目的基礎(chǔ)之上,立項(xiàng)也較為容易,項(xiàng)目申報成功率2012年達(dá)到56.7%,項(xiàng)目的水平也不斷提高,2012年國家級、校一級項(xiàng)目數(shù)占總項(xiàng)目數(shù)的60%以上,這也從另一個側(cè)面說明學(xué)生的創(chuàng)新意識和綜合素質(zhì)在不斷提高。立項(xiàng)失敗的科研小組由指導(dǎo)教師提供一定實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi),實(shí)驗(yàn)室提供常規(guī)的藥品和耗材,在“開放實(shí)驗(yàn)室”進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。鼓勵學(xué)生將選題與畢業(yè)論文相聯(lián)系,提高了學(xué)生參與課外實(shí)驗(yàn)的熱情。例如“人參三萜苷元生物合成關(guān)鍵酶P450的分離與鑒定”、“人成纖維細(xì)胞生長因子-10(FGF-10)在人參中的表達(dá)”、“利用人參根際微生物發(fā)酵法轉(zhuǎn)化人參皂苷的研究”等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與基因工程課程實(shí)驗(yàn)都出自教師的同一項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。再如“產(chǎn)1,3-丙二醇微生物的篩選及其發(fā)酵條件的優(yōu)化”、“生物降解秸稈木質(zhì)素的瘤胃微生物的篩選及其理化性質(zhì)研究”、“人參發(fā)根簡易培養(yǎng)裝置的研制及人參皂苷工廠化生產(chǎn)方式的研究”等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目全都建立在生產(chǎn)實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目雖然各自研究重點(diǎn)不同,但其相關(guān)科研背景及實(shí)驗(yàn)方法學(xué)生在課程實(shí)驗(yàn)中都有所了解,較易產(chǎn)生科研興趣,同時新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開闊學(xué)生的科研視野,最大限度地提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4結(jié)語

隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展,生物產(chǎn)業(yè)對于創(chuàng)新型和工程型復(fù)合人才的需求不斷提高。針對這一點(diǎn),我們對原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了改革,教學(xué)效果不斷改善,學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程意識不斷提高。新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綄τ趯?shí)驗(yàn)教師提出了更高的要求,因此實(shí)驗(yàn)教師必須與時俱進(jìn)、推陳出新,不斷地學(xué)習(xí)新知識、掌握新技術(shù)、開發(fā)新實(shí)驗(yàn)。

作者：徐立新陳玉香錢延春單位：吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院