生物技术专业实验教学改革与实践

郭新红, 何晓晓， 周 苹， 周 玲

(湖南大学 生物学院， 长沙 410082)

生物技术专业实验教学改革与实践

郭新红, 何晓晓， 周 苹， 周 玲

(湖南大学 生物学院， 长沙 410082)

湖南大学生物技术专业实验教学经过10多年改革与实践，在服从实验教学目标的基础上形成了基础性实验、综合性实验和研究创新性实验“一体化、三层次”的实验教学新体系，探索了课内与课外结合、教学与科研结合等“多形式”的开放实验教学模式。从改革实验教学内容、改进实验课教学方法、完善实验成绩考核方法和加强实验室建设等方面进行了论述。通过改革与实践，充分发挥了实验教学在创新型科技人才培养中的重要作用。

生物技术； 实验教学； 教学改革

21世纪是生命科学世纪，生物经济将会引领时代潮流, 国家和地方都已经将生物技术产业化列入发展规划，它成为许多国家科研开发和资金投入的战略重点和国际科技竞争的重点之一，生物产业正在成为全球新的经济增长点[1-2]。在新的形势下，高等学校肩负着为国家现代化建设培养高素质、高层次创造性人才的重任[3]，教育改革尤为重要。实验教学是高校教学的重要组成部分，是培养大学生实践能力、创新能力和综合能力的关键性环节[4],它对学生知识、能力、技能等综合素质的培养有着理论教学不可替代的作用[5]。

生物技术是运用现代自然科学和工程技术原理与方法，从分子、细胞、组织、器官等不同层次研究生物体的遗传、发育、生长、繁殖以及生态结构与功能等生命现象和规律，并在研究或改造生物体的结构、功能的基础上，运用生物的独特性质和能力为人类的健康及各种生产实践服务[6]。它是一门多学科交叉融合、理论与实践并重的综合性新型学科,实验实践能力培养对生物技术专业应用型人才培养质量至关重要[7]，而生物技术专业的实验课程是本专业学习的主要实践环节。通过实验，能加深学生对所学生物技术理论基础知识的理解与深化，培养学生运用该领域的基本理论知识和技能来解决科研、生产实际问题的能力，从而增强学生创新意识和创新能力。针对我校生物技术专业实验教学的实际情况，本文从不同的角度论述了如何进行实验教学改革，培养创新人才。

1 建立实验教学新体系

我校从2002年开始设置生物技术专业,目前已招收13届本科生。经过10多年的探索和实践，先后4次对教学计划进行调整和修改，构建了现行的“一体化、三层次、多模式”的实验教学新体系。一体化是指服从实验目标，以培养新世纪应用型、创新型人才为宗旨，追求知识体系完整。“三层次”是指实验内容设置分3个层次：基础性实验、综合性实验和研究创新性实验，在每个层次的实验中也设计3个层次。“多模式”是指在开放实验教学模式的基础上, 以“课内与课外结合、教学与科研结合、优生优培”的创新人才培养机制的思想为指导[8], 形成多模式的开放实验教学模式。

首先，我们对第一层次的基础性实验内容进行精炼，实现基础实验技术模块化，把细胞培养技术、生物化学技术、分子生物学技术、显微操作技术等系列基础实验按照技术进行归类，以便压缩学时。其次，增加第二层次的综合性实验学时，如遗传学实验中的“农杆菌电击感受态的制备及电击转化”， 分子生物学实验中的“蛋白的SDS-PAGE电泳与蛋白转印”及“基于ELISA的分子诊断技术”等；同时开设了以综合性为主的生物技术大实验和发酵工程大实验。第三，开展了以课题研究为主的课程设计及科研训练等研究性实践教学，实现研究创新性实验的研究化。以《国家大学生创新性实验计划指南》(教高厅函[2007]20号)为指导，湖南大学开展了各类(国家级、省级和校级)大学生创新训练计划项目，湖南大学生物学院根据学生培养的实际情况，同时也设置了院级大学生创新训练计划项目，保证了90%以上的生物技术专业的本科生能参与到科研训练中，实行开放式的“多模式”教学方式。大学生创新训练计划项目的指导思想是：以学生为主体，以项目为载体，以兴趣驱动、自主实验、重在过程为原则，改革教学方法，推广研究性学习和个性化培养方式，调动学生学习的主动性、积极性和创造性，激发学生创新思维、创新意识以及参与创新的兴趣，培养学生团队协作能力和创新实践能力[9]。在专业综合性实验教学中采取讲授、讨论、实践相结合的方式，在教师指导下学生自主进行文献检索、设计实验方案、实施实验过程、总结和处理实验数据，最后撰写论文和答辩，突出以学生为主体、培养学生创新意识和创新能力的实践目标。

2 更新和完善实验教学内容

我校的生物技术专业开设了生物化学实验I、生物化学实验II、动物生物学实验、植物生物学实验、细胞生物学实验、遗传学实验、分子生物学实验、微生物学实验、细胞与基因工程实验、发酵工程大实验和生物技术综合大实验等实验课程，其中细胞与基因工程实验为2012年新增开设。大部分实验课程独立设课，独立计算学分。实验课时与理论教学课时原则上为1∶1，每门实验课程的实验内容设置基础性实验、综合性实验和研究创新性实验3个层次。

为了进一步培养学生的创新能力和分析问题、解决问题的能力，学院组织各门实验课程的教师多次讨论，修改和完善实验课程中的每一个实验项目。在2015版新修改的生物技术专业培养方案中，从实验内容设置上降低了验证性实验的比例，适当增加了综合性和研究创新性2个层次的实验内容。同时对各门实验课程的内容进行了纵向和横向的比较，对实验内容相同或相近的实验项目进行了整合。例如：“普通光学显微镜的结构和使用方法”这个实验项目在生物技术专业的“植物学实验”、 “细胞生物学实验”、“微生物学实验”、“遗传学实验”等课程中都会设置，我们根据课程的先后，把该项目设置在“植物学实验”中。又如实验项目“核酸提取与纯化”和“质粒DNA的提取与纯化”在生物技术专业的“遗传学实验”、 “分子生物学实验” 等课程中可能都会设置，我们合理调整了这些实验教学内容。如生物化学和分子生物学中有些实验是连续的，通过综合后形成独立的大实验。通过改革实验教学内容，综合性实验训练的内容与层次更高，体现了更强的综合性与探索性，与学院教师科研方向联系更为密切。这样使学生能够掌握和综合运用各种生物技术实验技能，并加强学生动手能力和综合素质的培养。

3 改进实验课教学方法

生物技术专业的所有实验课程基本上都在我校生物/医学本科实验教学中心完成。2011年，学院对中心实验室进行了改建或扩建，中心所属的各个实验室均配备了全新的多媒体教学系统，所有的实验课程均可采用多媒体技术辅助教学。实验课程中的少数演示实验，可利用多媒体技术提高可见度，培养学生观察和注意的品质。实验课程中一些不容易演示成功的实验，可以通过录像播放，增加学生的感性认识，加强对知识的理解。利用多媒体实验教学课件，可把一些抽象的生物学概念或原理变得形象生动，易于理解。通过使用多媒体辅助教学，明显地改善了实验教学效果。

实验实践教学是高等学校教学的重要组成部分，是培养高素质应用型人才的关键，同时也是提高学生创新精神和实际动手能力的重要手段[10]。一直以来，学校学院非常重视本科实验教学。学院要求实验教师对实验课程的每个环节都认真负责，并提出如下要求：1)课前做好预实验。2)要求学生参加实验准备(如药品试剂的配置等)，并适当记入平时成绩。3)课堂中讲解实验原理和进行演示实验；观察和指导学生实验操作，及时指出或纠正操作中的错误或不恰当的地方。4)课后要及时认真批阅实验报告，给出相对公平的实验成绩。5)下次课前进行总结，指出上次实验课中的不足之处，要求学生下次实验纠正错误。此外，学院对实验课程也执行了学院教学督导团听课制度，有效地提高了教师的实验教学质量。

4 完善实验成绩考核方法

在2012年前，生物技术专业实验课程的成绩考核主要依据是：学生的日常表现、实验室的现场操作、实验报告，当时没有具体详细的评分细则，因此，实验课程成绩的评定带有一定的随机性。2012年后，我们针对前面10余年实验课程教学改革情况的总结，制定了详细的日常考核基本要求和成绩评定方法，学院出台了一系列文件，如《生物学院实验预习报告和实验报告格式》、《生物学院实验考核及管理办法》等。实验课的成绩包括平时成绩和期末考试成绩两个方面，成绩评定分配比例为：平时成绩占60%，期末考试成绩40%。每个实验平时成绩中的各部分所占比例大致如下：实验预习占10%，实验操作占45%，结论及总结分析占30%，到课率、实验器具和服装准备以及实验室卫生与台面整理占15%。李聪等在生物工程专业实验教学改革与实践中论及，实验预习成绩占总成绩的10%，学生在实验过程中的实验态度占10%，学生的实验操作技能占40%[11]。这与我们生物技术专业实验课程平时成绩的构成比例基本一致。我们规定，因故不能上实验课的学生，必须补做。具体补做时间由学生申请，经任课指导教师同意后安排，否则该次成绩以零分计。学生缺做两次或两次以上实验或者有两次以上实验教师认为未通过的，不准参加实验课考试，该门课程以不及格论。期末考试以操作为主，根据各课程的具体要求也可进行笔试，并根据一定比率综合评定期末考核成绩。改革后的实验成绩评定方法，一方面提高了教师的教学质量，另一方面调动了学生的学习积极性。

5 加强实验室硬件建设

我校生物技术实验室始建于2002年，2012年更名为生物/医学本科实验教学中心，是学校重点建设的9个校级基础实验中心之一。该中心隶属于生物学院，实施校、院两级管理。2011年，对生物楼原有的360多平方米的实验室进行了实验条件改善，建设了细胞遗传实验室、细胞与组织培养实验室、生物医学影像与图像处理实验室、核磁共振成像及发酵工程实验室；在逸夫楼划拨了500多平方米的本科实验场地，新建解剖生理与组织工程学实验室、显微互动实验室、分子生物学实验室、生物化学实验室、微生物实验室等5个本科实验室。特别是数码显微互动实验室建立，明显提高了形态学实验等方面的教学质量。中心配备有独立的常规教学仪器和一定数量的先进设备。现有多功能显微互动系统、高速冷冻离心机、超微量紫外分光光度计、生物图像处理系统、生物信号采集系统、PCR仪、凝胶成像系统、电击转化仪、小动物核磁共振成像系统、全数字彩色多普勒超声诊断仪、高压静电纺丝装置、恒温冷冻切片机等大量仪器设备。中心现有仪器设备680多台件(套)，总价值1 000多万元，其中价值10万元以上的大型仪器设备8台。生物/医学本科实验教学中心软硬件设施的不断完善为学生创新精神和实践能力的培养提供了有力的保障。

6 结语

通过多年的实验教学实践，实验中心基本上建立了“一体化、三层次、多模式”的实验教学新体系。通过实验教学改革，提高了教师的实验教学质量，激发了学生的学习热情和学习兴趣，促进了学生综合能力的提高，充分发挥了现代实验教学在应用创新型人才培养中的重要作用。“创新型、研究型”人才培养是一项极其复杂的系统工程[12]，实验教学是培养生物技术应用型人才各项素质能力的最直接有效的方式之一，需要教育工作者在实验教学中不断地探索和实践。

[1]黄训端. 生物工程本科专业实验教学内容设计与体系建设[J]. 生物学杂志, 2013, 30(3):103-105.

[2]钱 洁, 房健民, 陈志宏. 生物技术专业综合性和设计性实验教学改革与实践[J]. 实验室研究与探索, 33(1): 207-210.

[3]张兆强. 以学科竞赛为载体,培养土建类大学生创新素质的探索与实践[J]. 中国科教创新导刊, 2011, 31: 16-17.

[4]李凡修, 孙首臣, 邓仕英, 等. 浅谈应用化学专业实验教学改革与实践[J]. 实验室研究与探索, 2014, 33(4): 198-202.

[5]马纯艳,卜 宁, 李胡莹. 生物技术专业实验教学的改革实践[J]. 沈阳师范大学学报:自然科学版, 2014, 32(1): 120-124.

[6]吕岫华，刘 伟，谭京敏， 等. 工科院校：生物技术专业人才培养模式的改革与实践[J]. 高校生物学教学研究(电子版), 2014, 4(1)：43-45.

[7]韩新才. 生物技术专业应用型人才实践能力培养机制创新研究. 教育教学论坛, 2012, 52:39-40.

[8]赵云岭，欧阳津，申秀民，等. “一体化、三层次、多渠道、多模式”的化学实验教学改革[J]，实验室科学，2007(6): 55-57.

[9]刘子健， 李勇军. 创新实验教学提升学生实践能力和创新能力[J]. 高等理科教育，2008(4): 81-84.

[10]钱森和, 薛正莲, 杨超英, 等. 生物技术专业实验实践教学模式的改革探索[J]. 高师理科学刊, 2012,32(2):56.

[11]李 聪, 张连红, 蒋林时. 生物工程专业实验教学改革与实践[J]. 生物学杂志，2014, 31(3): 111-112.

[12]蒋林彬, 吴群英, 王凌宇, 等. 研究型和创新型人才培养的尝试肖福英[J]. 中国高等医学教育, 2013(5): 47-48.

Reform and practice of experimental teaching method in biotechnology

GUO Xin-hong, HE Xiao-xiao, ZHOU Ping, ZHOU Ling

(College of Biology, Hunan University, Changsha 410082, China)

According to the educational objectives of biotechnology in our university, the new experimental teaching system of integration and three levels based on basic experiments, comprehensive experiments and innovative experiments were constructed after 10 years of reform and practice. The multi-models of open experimental teaching methods in combination aspects in inside and outside the classroom, teaching and research were explored. In addition, the reform of experiment teaching content, improvement of the experimental teaching method and experimental result assessments, and enhancement of laboratory construction were discussed. Through reform and practice, the important role of the experiment teaching in the cultivation of innovative science and technology talents was fully played.

biotechnology; experiment teaching; teaching reform

2015-05-15；

2015-05-27

2014年湖南省普通高等学校教学改革研究项目(521201894)

郭新红，女，汉族，教授，博士生导师，主要从事遗传学实验教学与研究工作，E-mail: gxh@hnu.edu.cn。

G642.0

C

2095-1736(2015)05-0111-03

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2015.05.111