科研教研与教学相结合 促进学生核心能力培养

张小菊，黄慧艳，杨娟，李横江

（华中科技大学武昌分校城市建设学院，湖北 武汉430060）

华中科技大学武昌分校的教学定位是培养应用型、大众化的人才, 现代大工程观教育理念下培养的人才要具备基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、富有创新精神等特点。[1]生物工程属于交叉学科，在本校与环境工程、给排水工程专业组合构建形成给水排水－环境－生物工程学科群，相互支撑共享。 生物工程在构建专业核心能力体系时，以“微生物工程”为本校生物工程专业的主要方向，按照体现生物工程与环境工程交叉与综合的要求构建了专业核心能力培养体系，该体系主要由三大核心能力构成，见下表1。

表1 生物工程专业核心能力

借学校启动并推动教研科研的东风， 本专业进行了比较多的科教研课题的申报， 并积极将取得的课题成果应用于教学中，采用“能力本位”的课程模式，强调理论与实践的渗透，极大促进了学生核心能力的培养[2]。 笔者结合本校的实际情况， 逐步探索出一些将教学与科研和教研有机结合的方法和模式。

一、优化传统的实践教学环节

传统的实践教学环节主要由实习、实验、课程设计、毕业设计等组成。生物工程学科日新月异，实践环节的教学也需要与时俱进，不断更新。科研和教研对实践环节的改进主要体现在以下几个方面：

（一）开设综合性大工艺实验

生物工程专业核心能力明确了利用微生物技术手段进行环境治理的基本能力，在实践环节中，增设了《发酵工艺综合性实验》，课程历时3 周，主要内容包括两个大的工艺试验：微生物好氧发酵试验（生物农药）；厨余垃圾沼气发酵试验。 这两个大的实验均来自本专业教师承担的科研课题的成果转化， 其中一个大工艺试验来自李世杰教授的横向课题——井冈霉素菌的诱变育种； 另外一个工艺大实验来自张小菊老师的校级科研课题——城市有机废弃物微生物处理及应用技术研究。 本综合性大工艺试验，包含了种子的制备富集、培养基的制备、接种、发酵过程的检测控制、 产物的提取分析等。 学生需要设计实验装置， 对整个工艺过程进行有效的监测和检测。 在这种综合性的工艺课程中，学生把理论知识融会贯通地运用到实际中，提升了一般生物工艺过程分析与控制能力， 生物相关领域工艺设计与产品开发的基础能力，有效地实现了与工程实际接轨。 科研课题成果有机应用于实验教学，保证了实验内容的新颖性和实用性，并有效激发了学生的专业兴趣。 下图为同学们自己设计的实验装置：

图1 餐厨垃圾发酵装置

图2 集气瓶的点火装置

图3 集气瓶中沼气燃烧实验

（二） 加大设计性、综合性、创新性实验的比例

生物工程专业是一个实验课程比较多的专业， 本校生物工程专业涵盖实验的课程及相关的实验学时见下表2。

表2 生物工程含实验的专业课及实验学时

实验对学生核心能力的提高非常重要， 在这些课程的实验教学中， 注重将课题的研究成果引入实验教学，丰富实验教学内容，大力提升设计性、综合性、创新性实验在整个实验体系中所占的比例。 在相关的化学实验教学中， 周传佩老师将其教改课题——构建化学实验教学的创新教育机制的成果有效应用，建立起了以学生为本的开放式的实验教学体系，为学生提供了全方位、多角度思考问题和创新探索的机会， 对学生核心能力要求中的化学与生物物质的认知能力的提升有极大的促进作用；在专业课实验教学中，更高层次的能力培养是通过综合性、设计性实验完成的。 如在微生物学的实验教学中，张小菊老师将承担的校级教研项目——给排水、环境、生物工程专业学生综合实践能力的培养——黄酒制作的成果有效运用，引入了曲药中根霉糖化酶菌株的分离、玉米黄酒的制作等新的综合性的实验内容。 以黄酒的制作为实例，让学生进行相关的实验设计，通过让学生自己运用所学知识结合新旧内容，尝试解决各种问题，可使学生处于积极思考的状态， 并有效地掌握分析和解决问题的方法。 通过黄酒制作中酒曲的形态观察、 酒曲的微生物培养、酒曲的发酵力、糖化力以及黄酒制作中温度、PH 的监测、产物品质的检测等整个环节的内容，体现理论联系实际，对学生进行创新能力和综合素质培养，将综合性的小型产品生产课题和实验教学相结合是改革传统的实验教学模式，提高实验教学效率的重要途径。

二、以科研课题为载体，开展实践训练，参与生物实验技能竞赛

我校生物工程的学生已参加了两届（共举办了两届,每两年一届）由省教育厅主办的湖北省生物实验技能竞赛，获得了一个省二等奖、三个省三等奖和优秀组织奖的好成绩。 开展本科生实验技能竞赛是为了进一步加强我校实践教学工作，推动生物实验教学改革，切实提高生物实验教学质量和学生生物实验技能， 提升学生的核心能力。 对于大赛，课题组精心准备，制定制度，遵循管理流程，见表3。 关键环节在于基础培训和强化培训的实施过程，我们借助于科研课题，让学生在进行科研课题研究的同时，融入大量的实验操作，提高基本技能，升华核心能力。 如学生在进行张小菊老师的横向课题——液态牛奶微生物活性快速检测时， 微生物菌悬液的梯度稀释、接种、培养、到菌落观察、革兰氏染色分析、玻璃器皿的消毒灭菌等微生物相关的基本操作都能够得到有效的锻炼。图4 为学生根据国标法对牛奶中的微生物总数进行检测的培养结果。 学生通过对这种课题进行试验， 基本技能都掌握得很好。 这种方式一定程度上弥补了完成科研课题人力的不足，同时使学生的基本技能更加扎实，大大锻炼提高了学生的核心能力。

表3 生物学实验技能竞赛备赛流程图

图4 微生物的平板菌落计数

三、以老带新——形成本科生科研梯队

大多数独立学院教师承担科研课题存在着一些困难，一是设备相对不足，二是人力相对缺乏；所以老师承担的科研课题主要是通过本科生做实验，在完成毕业论文阶段进行，但这带来的矛盾是往往一个科研课题还没有完成，学生就要离校了；另一方面，现在的大学生普遍实践机会较少， 专业核心能力的培养并不是很扎实。 所以本专业在实验教学上强调体现“早”，对学生的专业知识进行“倒置式”培养，鼓励大一、大二的学生利用课余、假期及实践教学的时间，进入实验室，从简单的科研前期工作开始，在高年级同学带领下从事实验工作，并形成完整的制度， 培养以老带新的本科科研梯队。 这种计划在生物工程2011 级的学生中已经施行。 大四学生指导大一、大二学生，大一、大二学生提前进入实验室，参与老师科教研项目，形成本科生科研梯队。

毕业论文与教师实际科研任务相结合， 从而将科研活动与学生培养挂钩， 消除学生对科研工作的神秘感，改变科学研究只是教师或研究生工作的旧观念，使学生毕业后， 能尽快地参与承担理论研究与实际应用研究，创造性地解决实际问题。 同时大四从事毕业论文的学生一定程度上承担起指导教师的角色，以老带新，带动低年级学生提早进入科研课题， 形成比较浓厚的科研氛围。这种模式由于今年刚试行， 还有些规范制度有待完善，有些方法和实施措施需要改进，但对于培养学生的核心能力是非常有效的。

四、科教研成果融入理论教学

专业课教师将成熟的科教研成果用于理论教学，可以让课堂的教学更加生动和具体，更加有利于学生对理论知识的掌握。 如李横江老师在进行《生物化学》的授课时，将生物化学精品课程建设项目中已经取得一些成果应用于课堂教学，如习题集及解答，更新的课件等等；在进行酶活力相关内容的讲解时，结合我们正在进行的花生饼发酵课题，花生饼粕通过接种微生物发酵，提高蛋白酶活力，抑制脂肪酶活力，可极大地提高榨油之后剩下的花生饼粕的附加值， 将酶活力的检测从理论上升到实际应用的高度；张小菊老师在讲授微生物课程中微生物数量检测的相关内容时，将自己的横向课题内容——ATP 荧光法检测微生物活性用于课堂讲解，内容保持新颖先进，应用性强，并能启发学生的思维，学生也有兴趣听。 在课堂教学的讲解过程中，给学生以科学研究的启迪，通过宣传和引导，学生能更好地掌握理论知识，更深层次的认识到提高和锻炼动手能力、实践能力的重要性，并激发大家的创新意识。在科教研成果用于课堂教学的尝试中，学生还为教学提出了很多宝贵的意见，为科研课题的开展提出了一些新的思路。

大力提倡教师将科学研究的成熟成果转化为教学内容，走教学科研结合的道路。[3]通过积极地科、教研成果的转化，拓展了实验教学、毕业设计、理论教学等与科研和教研的结合，让大多数学生在锻炼和提高实验操作技能的同时，充分体会到实验、理论、科研、教研的紧密结合。 当代大学生教育，要着重解决学生应用、实践和创新能力薄弱的问题，[4]科教研与教学的有机结合，引导学生从较高的立足点看问题，实现全面提升教师的理论、实验教学水平，充分挖掘学生的创新意识，培养学生的核心能力， 同时还可以促进学生学习的积极性、 主动性和创造性，不断提升本专业的人才培养质量。

[1]李润，关志强，邹刚明.“大工程观”研究综述，南方论刊.2011（5）.

[2]李善波，张金城，姚玉蓉.高等工程教育的课程体系改革初探，中国大学教学2005（2）.

[3]张敏，袁志辉，余响华等.生物工程专业综合改革的思考，广州化工.2012,40（24）.

[4]吕维忠.环境工程专业卓越工程师培养方案研究，林区教学.2013（9）.