生物技术综合实验教改的探索

赵东旭，杨新芳，谢海燕，庆　宏，李　勤

(北京理工大学　生命学院，北京　100081)



生物技术综合实验教改的探索

赵东旭，杨新芳，谢海燕，庆宏，李勤

(北京理工大学生命学院，北京100081)

摘要对北京理工大学本科生课程生物技术综合实验的教改思路进行介绍，将课题导向型和兴趣型的教改方式有机结合，主要包括实验技术体系清单、课程监控体系、考评机制的建设与完善，使学生所掌握的技术类型多样化，促进了学生掌握写作科研论文的能力。最后，对需要进一步解决的问题进行了分析。

关键词生物技术；综合实验；教改；考评体系

现代生物技术始兴于20世纪70年代，是一门飞速发展、不断变化更新的技术。它是现代生物科学和工程技术相结合的产物，其核心是以DNA重组技术为中心的基因工程，其目标是通过研究或生产过程来生产有价值的产品或满足其他社会需求，在现代医药产业、农林牧渔等新品种的研发、环境修复、化学品的生物合成等方面正在发挥不可估量的作用。经过数十年尤其是近20年的发展，相关的技术瓶颈已经基本克服，生物产业的规模已初步形成，对相关专业人才的需求正逐步增加。实验教学是培养掌握基本生物学实验技能、具有较强的分析问题与解决问题的能力以及创新能力的人才的保证。作为培养学生专业技能的重要课程，生物技术综合实验的教学内容和方式的设计和教改得到了较为广泛的重视[1-6]。下面，在对生物技术综合实验相关教改资料分析的基础上，提出我校新的教改思路，以供大家交流、探讨。

1生物技术综合实验设计的现状

前已述及，生物技术综合实验的教改引起了较为广泛的讨论，不同的学校根据本单位的科研、学科及实验技术等积淀，形成了各自特色的实验体系和考核体系，在此简要评析几个较为典型的教改模式。文献[5]对已经成系统的传统的生化大实验进行改造，将上游的分子生物学技术如cDNA文库的构建和功能基因的分离、质粒DNA的提取及与功能基因组重组、重组DNA的检测及转化、筛选等实验项目，与下游的生化技术：重组DNA在大肠杆菌中的表达及表达蛋白的提取、分离、纯化方法及检测方法有机结合，形成环环相扣的实验系统，培养学生每一步都不能马虎的严谨精神。文献[1，4]在生物技术综合大实验的设计和教改时，对分子生物学、基因工程两门课和酶工程的部分内容的实验进行有机整合，形成两个独立且具有密切递进关系的操作单元，即分子生物学和基因工程，细化考核内容，结课时专设实际操作考核作为本课程评价学生掌握效果的一部分；文献[2]将上游的分子生物学技术，如功能基因的分离、克隆及重组克隆的鉴定及质粒的提取、转化等实验项目和下游的生化技术，如生物大分子的分离、纯化、鉴定技术综合起来，实现了传统的验证性实验向综合性、设计性、研究性实验模式的转变。我校以某种药物蛋白为模型蛋白，根据我校工科较强的基础，也基本参照上述模式进行实验体系的设计。文献[3]设计了以水母绿色荧光蛋白(greenfluorescentprotein，GFP) 为目标蛋白的生物技术综合大实验体系，内容包括质粒的转化、绿色荧光蛋白的诱导表达、细胞的破碎、硫酸铵分级沉淀、层析、透析、电泳等基本技术。文献[6-7]则将“大工程观”理念引入生物技术综合实验教学改革与探索，设计出以生物化工为特色的生物技术综合实验体系，由原来的60学时增至80学时，优化实验教学内容，在知识结构上体现宽与专的统一，形成了“蛋白酶的分离纯化与鉴定”“目的基因的提取、重组、转化及诱导表达”“发酵工艺及产品分离”3个综合大实验模块，通过汇报的方式来加强学生对实验体系的掌握情况。

总之，生物技术综合实验在进行设计时采用了“依山借势”的方法，同时也体现了“大”的概念、“大工程观”的理念以及综合性、系统性、工程性的思路。

生命科学既是交叉学科，更是实验科学，诸多进展都取决于新技术的发现和应用。从学科发展的角度看，根据研究对象的不同，一般可将生物技术大致分为以下6个大类：基因工程技术、蛋白质工程技术、植物细胞工程技术、动物细胞工程技术、微生物工程技术和纳米生物技术。从学科和专业以及培养方式的设计等角度看，我们认为以下5个问题还需进一步探讨。

1)生物技术发展迅速，涉及多个研究领域和技术领域，单一设定的技术体系可否满足将来的需求？可否与学生的兴趣共振？

2)综合性实验在培养学生创新性思维模式中的作用可否得到体现？综合性实验是否有助于实现学生跨越式学习方式的形成？

3)所设定的内容与常规的“生物化学实验”“分子生物学实验”等基础课程有无本质性区别？是时间上的集中还是内容上的扩大？

4)从教学模式看，如何体现研究型或课题导向型的教学理念？

5)综合性实验的实验报告的质量如何提升？

基于以上问题，我们对我校的生物技术综合实验开展了如下的教改探讨。

2生物技术综合实验教改的探索

根据教育教学规律，具有相当或相似水平的学生入学后，培养方案决定了学生所掌握知识的轮廓体系，而培养效果取决于教学模式，比如哈佛大学在1940年、1974年、2002年3次大的教育教学改革全都是以课程体系改革为主。在我国，目前大学教育实行的是“宽口径、重基础”的育人思路，使得各种实验教学环节对于学生的实践能力和创新能力的培养显得尤为重要，实验室是现代大学的心脏[8]。因此，教学模式的改革一直是教育部门大力倡导和教师热切探讨的课题。从目前比较为大家所接受的实验性课程教改模式看，主要有研究型教改[9-12]和兴趣型教改[13]两种。研究型教改有时也称为项目导向型或课题导向型教改，一些综合性的工科实验的教学工作正在尝试。研究型的实验教学在教学理念、教学内容、授课方式、考核方式等方面均不同于常规性教学，更加强调学生的主体意识、探索意识，有利于拓宽学生的视野，帮助学生掌握科学的方法、科学的手段以及正确的思维方法，培养学生对新事物新知识的敏锐洞察力[9-12]。实施时一般是选择几个较为成熟的课题组，完成相关的教学任务。文献[12]在具体的教学过程中尤为关注实验预习和实验操作，以便达到预期的教学效果。关于兴趣性教改的相关研究还有待深入。

在此我们提出一种集学生兴趣、课题导向型为一体的新型研究性教改思路，通过两届的实验，取得了比较理想的效果。基本思路是，首先，通过课程学习，学生已掌握了基本技术和技能，在我院教师中征集相关的具有综合性实验性质的课题，筛选后，交由学生自由选择，再将学生下放到各教师的课题组进行课题研究，课程组负责进度检查、结题考评等工作。该项工作因分散进行，涉及多位教师，同时还需要相对较多的实验经费要提供给相关课题组等多个环节，为了保证教改的顺利、有序进行并获得成功或经验，我们对相关细节进行了考量，并制定了详细的操作规范，使参加实验的学生能获得内涵实质性相当的教学效果。

2.1实验技术体系清单的建立与完善

我院有20余位在生物技术领域从事相关科研的教师，其科研工作涉及现代生物技术的诸多领域，如基因工程技术、蛋白质工程技术、微生物工程技术、纳米生物技术以及空间生物技术、芯片生物技术等，其中部分研究工作处于现代生物技术的前沿，如以葡萄糖醛酸苷酶为目标蛋白的分子设计技术，以纳米微球为荧光分子载体的纳米生物技术，对固体有害物进行脱毒化处理的微生物脱毒技术，基于丝素蛋白片段为主的蛋白质修饰技术等，将其中的部分工作融入生物技术综合实验的教学当中不失为一种有益的尝试。为此，原课程组教师对我们提交的课题计划进行筛选，对选取的课题进行修改和完善，确保：1)从总体内容和工作量看，内容丰富而不庞杂，学生利用课余时间能够分阶段逐步完成全部的设计内容；2)从实验目的看，以验证性实验为主，兼具一定的探索性；3)从涉及的实验体系看，要完全包括或部分包括现代生物技术的核心技术体系，如目标基因片段的扩增、检测，目标蛋白的诱导表达和纯化技术等。

2.2课程监控体系的建立与完善

本次教改一改传统的教学班上课模式，这给教学质量的监控带来了一个不可小视的挑战，为此，我们采取三级监控的方式进行。因课题难度、时间要求、学生熟练程度和重视程度等都有一定区别，采取了“总量达标”的宽松型管理模式。具体在以下5个方面。1)“总量达标”。我们所规定的主要课程内容包含两个主要环节或阶段：一是明确的实验环节，每个小组要完成所预定的实验内容；二是要到另一个课题组见习新的研究体系。对导师提出明确要求，总工作量必须达标，有详细的阶段计划，但如何进行，完全由指导教师和实验小组(3位同学)协商进行。平时的出勤情况完全由指导教师监控。在见习阶段，学生所学习并总结的内容不局限于参加本次实验的课题组的实验内容，可以到开展生物工程综合实验的课题组进行见习；学生见习时，既可按原组单位进行，也可以单独进行，体现自由与统一；见习成果仅进行了解和文字整理，不要求开展实验。2)指导教师亲自指导。为确保学生掌握第一手的实验技术，要求对于学生第一次接触到的技术或设备，要由指导教师直接传授，不得由所在实验室的研究生代为讲解，最大限度地避免了信息衰减。3)课程组阶段性分析和总结。在为期1个学期的实验期间，总共要完成两次中期的实验报告和一次最后的研究报告，课程组教师在平时仅随机到实验室抽查学生的课题实验情况，并同指导教师进行简要沟通，但在收到实验报告后，会对照预定的计划，检查学生的实验进展情况，并对实验进展进行分析，找出不足，并给出具体的改进意见。4)严格阶段性工作，按时提交实验报告和研究报告，养成良好的研究习惯。5)规范实验报告格式和研究报告格式。

2.3考评机制的建设与完善

3生物技术综合实验教改的体会

两年的教改结束后，课题组与学生开展了交流，还专门与参与教改的部分教师进行了座谈，对教改工作的得失进行总结，总体来看，本次教改得到了大部分教师和同学的认可。通过本次教改，获得一些经验，也暴露出一些需要克服的问题。

3.1教改积极的一面

1)学生所掌握的技术类型的多样化。这里实际包含了3个层次的技术体系：①从所从事的课题研究中获取的扎实的技术体系；②从第2个课题组见习并多次聆听的技术体系；③从最后的汇报中所获得的“海量”技术体系，开阔了眼界，拓展了思维，在知识结构上体现宽与专的统一，在某种程度上促进了创新素质的积累。

2)锻炼和培养了学生撰写科研论文的能力和答辩时的临场应变能力。

3)培育了新的课题。教师们提交的一些课题，经过改造和试验后，逐步达到作为生物技术综合实验的要求，丰富了实验体系。

3.2教改有待进一步改进的地方

1)实验经费问题。由于将常规教学班(约24～30人)分成若干小组进行，所需要的实验费用比原来增加约3倍。

2)学生的负担有所加强。本课程原来是集中时间上课，连续2周完成整个教学过程，采用新的教学模式后，从时间上看持续约1个学期的时间；从实验报告的内容看，虽然名义是实验报告，但在实验期间，还要求有数篇期刊论文的阅读；从最后的研究报告看，是以期刊论文的形式提交总结报告和PPT汇报，而不是简单的结果堆砌，对大三学生也是一种“挑战”。

3)从内容安排看，虽然采取了“总量达标”的管理思路，但由于相关实验内容或作为研究生课题的一部分，对于实验组的学生来说，起止时间是不可调的，时间安排是可调的，而对于研究生或教师自己进行的课题来说，起止时间相对固定，总体时间也无太大的调整空间，每个阶段都有规定的工作，如何协调两者的时间达到合拍也需要进一步探讨。

4结束语

生物技术实验教学是重要的实践性教学环节，一方面，通过参与实验，学生的动手能力、逻辑思维能力得到一定锻炼和提高；另一方面，学生可以对所学的生物技术理论进行验证，从而为提高生命科学类专业学生的基本科研素质创造条件。随着创新人才教育的开展和“教育部高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的实施，实验教学逐渐由过去单纯验证理论知识的旧模式向综合性、设计性实验转变，由被动型、灌输式的旧教学模式向主动型、兴趣化的新教学模式转化[13]，促进学生发散性思维和创新能力的发展，为其以后独立从事生命科学及相关学科领域的基础研究和产品开发奠定基础。为进一步深化实验教学改革，针对实验过程中出现的不足，在今后的教学实践中，需要用更多新的科研成果充实教学内容，需要更为科学的教学模式使学生获得最大的收获，同时实现教学相长。

参 考 文 献

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Study on the Teaching Reforms of BiologicalTechnique Integration Experiment

ZHAO Dongxu，YANG Xinfang，XIE Haiyan，QING Hong ， LI Qin

(SchoolofLifeSciences，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，China)

AbstractThis paper introduced the idea of teaching reform of integrate experimental course of biotechnology.To enrich and diversify the technique for the undergraduate and improve the ability writing of scientific paper，this program combined closely the topic-targeting and interesting，focused on the construction and perfection of detailed account of experiment systems，monitoring system of the course process and the evaluating method for the effect.At last，this paper discussed the problems appearing in process and gave suggestion for resolution.

Key wordsbiotechnology；integrate experiment；teaching reform；evaluating method

收稿日期:2014-11-03；修改日期: 2014-12-18

基金项目：北京理工大学第十批(2013年)教育教学改革基金——“课题导向型、研究型课程的教学方式改革研究”(084号)。

作者简介：赵东旭(1965-)，男，博士，副教授，主要从事生物活性成分的分离分析方面的研究。

中图分类号G642.423

文献标志码A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.02.045