培养创新人才的高校生物工程专业实践教学模式的探索

李由然 顾正华 张梁 丁重阳 石贵阳

【基金项目】江南大学本科教学改革研究项目JG2015022。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）04-0240-02

作为全球性的新兴战略产业，生物产业以期高增长，高收益的产业特性，引领着世界经济的增长，2015年全球经济的增长率位3.3%，而生物产业的增长率却达30%[1]。当前该专业面临的一个重大问题是课程体系的设置不够成熟，尤其是实践教学环节的欠缺十分显著；部分学校甚至不具备相应的教学条件，这些都为生物产业领域创新人才的培养带来了极大困难。

江南大学自生物工程专业开设伊始就有针对性地对本专业的高年级本科学生开设了生物工程综合实验课程。概况课程的内容要求表明，生物工程综合实验室一门深层次的，多学科性的和综合性实验技能培养的实践性课程[2]。从培养人才的角度看，开设生物工程综合实验的目的在于缩短学生在所学的专业基础与实践中解决实际问题能力之间的差距，培养学生的创新意识和创新实践能力。随着2011年粮食发酵工艺与技术国家工程实验室的建成，其作为生物工程实践教学的重要组成部分，又为创新人才的培养提供了新的探索及模式。

1.探索培养创新型人才的生物工程综合实践教学模式的必要性

生物工程是工程型课程，在实践教学方面，它不仅要培养学生实验室的基本技能，而且要培养学生操作工程设备，检测过程参数以及分析这些解决实际问题的能力。[3]由于受到传统的培养应用型人才教学方法的影响，其教学模式仍是以教师，课堂，教材为中心的模式；在各单元实验中采用“照本宣科”的方式（即学生严格按照实验教材中的实验步骤进行实验），不需要进行太多的思考就可以完成实验，无法发挥学生的创新性和主动性。另一方面，随着电子技术，信息技术，化学分析技术的进展，生物工程的研究也有传统的细胞外环境发展到细胞水平乃至基因水平的多参数多尺度研究。随着人们对环境治理的重视和生物能源的开发，其应用也越来越广泛。这就要求我们随着教学改革的深化，在加强实践教学和培养创新型人才的今天，要充分发挥学生的主动性，积极性和创新性，使学生在实践中获得知识，学会创新。

对于生物工程专业如何培养创新型人才，张梁等在国内教育类杂志上指出：需要将课程教学，专业生产实习和毕业工程设计联系起来，形成理论（课程教学）-实践（专业生产实习）-理论（专业课程）-实践（发酵工艺实践，毕业论文/设计）多位一体的实践教学新模式。

2.培养创新型人才的生物工程综合实验教学模式实践

我们多年来不断对培养创新型人才的生物工程综合实验教学模式的实践模式进行完善，具体操作如下：

（1）实验室面向本科生开放的探索与实践

江南大学粮食发酵工艺与技术国家工程实验室于2011年5月获得国家发展与改革委员会批准建设。建有粮食精深加工、通风发酵、厌氧发酵、分离提取与包装等四个中试平台。四个中试平台可以实现单体设备独立操作，形成从原料处理到产品包装（GMP水平）整各个生产过程的中试能力。自其建设完成，我校本科生的生物工程综合实验课程即安排在本实验室中进行。我们充分利用中试实验室现有的空间，划分成3米和6米两种层高，3米作为学生实验台实验的场所，6米层高的空间作为工艺设备的空间，分别有机整合成工艺实验室和分析实验室两部分。工艺实验室中配备了实验所需的中，大型设备和常用分析仪器，分析实验室配备了代表了当代分析测试仪器国际先进水平的各种精密仪器与设备，包括透射电子显微镜、液相色谱串联四级飞行时间质谱联用仪、全数字化核磁共振波谱仪、气相色谱串联质谱联用仪、液相色谱-质谱联用仪、离子色谱仪、微射流均质机、流式细胞仪等。实验室和仪器设备基于预约制度面向本科生全天候开放。实验室中的所有仪器都附有仪器原理，使用说明和操作步骤，大型仪器还录制简明的样品处理及仪器操作视频。在教师指导后，由学生在教师的辅助下操作这些仪器，学生可对实验中各种感兴趣的参数随时进行分析表征。实验室的开放制度虽然一定程度上增加了仪器与试剂的损耗，给实验室的管理增加了一定难度，但多年的实践表明，开放式的综合实验课程真正做到了以学生为主体，充分发挥了学生的创新精神，增强了动手，动脑的能力，受到了广大师生的欢迎。

（2）改进和优化实验内容，学生可分层次自由选择实验

我们重点从以下几点改进和优化了已沿用多年的综合性实验内容。首先，精选实验内容。减少固定实验步骤的简单重复性实验内容，只保留极少部分应熟练掌握基础操作的经典实验。同时跟踪学科发展，把具有学科前沿性和交叉性的成熟的研究成果转化为实验内容。其次，保持实验的系统性和完整性。生物工程研究范围近几年来拓展很快，基因工程、蛋白质工程等现代技术使越来越多的产品可通过生物法生产，而工艺与设备的操作往往贯穿在这些产品生产的中下游阶段。为培养学生的创新能力，拓宽视野，使其今后有更大更广阔的发展，有必要对一些非常规生物过程的认识，如增加固态发酵、基因工程菌发酵和动植物细胞培养的实验。同时结合工程实验室中试平台实地介绍包括工艺流程、设备选型、车间布置及工程核算等工程设计的核心内容。再次，学生自由选择实验内容。在总计16个实验中，基础性综合实验开设4个，每位学生可选做2个以上；文献型、研究型的设计性综合实验开设6个，每位学生选做3个以上；探索性综合实验（由我院教师比较成熟的科研成果转化）开设6个，每位学生选1个以上。具体选择所做实验的个数，由学生根据教学时数自行确定。

（3）构建多层次实践教学体系，引导学生开展Seminar交流活动

构建以学生认识专业、实习综合实践、课外科技活动、学科竞赛、技术实习、专业技能认证、职业技术资格证书、专项设计和毕业顶岗实习等多层次的实践教学体系。让学生自己选择一个实验，要求其从选题依据、实验设计、实验实施、数据分析到最终结论，完成一个完整的过程。小组合作是让学生参与课堂的重要形式。学生完成实验选题和实验设计后，让每个研究小组派出代表以幻灯片的形式宣讲自己的实验设计，让其他同学提建议，一方面锻炼学生的科学表述能力，另一方面可根据大家的建议进一步完善实验方案。环境研究法课堂授课结束后，就进入实践环节，实践就是让学生将确定好的研究方案付诸实施，让学生亲身感受实验完整过程，同时将理论知识应用到实际中去，最后形成一份完整的实验报告，教师可对报告进行检查，对出现的问题进行及时指导。通过这些环节，全方位训练学生的创新思维、创新能力、科研能力、设计能力，实现教程、工艺合一，产品合一，全面提升学生的专业应用能力。通过多层次实践教学，打破了传统实验课教学条块分割的局面，将生物工程的上、中、下游技术有机结合在一起，既减少实验重复内容，给予学生全局的观念，又有利于学生开阔视野，培养学生综合运用生物工程技能分析问题和解决问题的能力。在实践教学形式上，除了教师讲解及演示以外。还应该增强学生创新性的自主学习，根据教学进度定期安排学生进行seminar。例如将班级成员分成多个小组，每组设置组长一名。每个小组根据指导教师讲解的知识点自由准备材料，在组长的组织下提出针对某一问题的解决方案。以幻灯片的形式展现，并上台讲解展示，在此过程中其他组别对其进行提问打分。通过这样一种形式，能够增强学生创新性的自主学习能力，学生为了准备材料会查阅很多资料，也是对知识点的再次复习过程，同时也是理论结合实际，增强了学习效果。在Seminar活动讨论交流后，对学生自己设计的或自带课题的实验，只要所设计的实验方案合理、实验条件许可，即允许进入开放实验室开展实验。

（4）建立实践性课程考核新体系

要全面真实地检查学生的创新水平和实践能力，就必须建立和实施以基本操作技能与创新能力并重的实验教学考核体系，重视对学生实践过程的评价。以实验理论、实验操作考核、平时成绩、实验报告、成果评价等多样化考核方法，从设计思路、实验操作能力、分析综合能力、创新能力及实验报告（或论文）等方面对学生进行全方位综合评价。考核学生在全面掌握和融合知识、培养科学思维和创新意识，掌握基本技能等方面的情况，重点考核学生运用所学的知识和技能创造性地发现问题、分析问题和解决问题的能力，促进学生实验技能的提高。考评成绩由平时成绩，期末成绩，综合创新能力成绩3部分组成。平时成绩占实验成绩的30%，包括实验预习、学习态度、科学作风、平时操作熟练程度、结果、实验报告等几个方面。期末成绩占实验成绩的40%，包括抽签实际操作和抽签回答实验理论性问题两部分。综合创新能力成绩占实验成绩的30%，考核学生的基本知识和基本技能以及综合分析思考问题的能力。考核的依据是学生的实验设计方案和综合性的实验论文。经过这样的改革，突出对实践能力、创新精神及综合能力的考核，以培养学生求实意识和严谨治学的态度，大大激发了学生技能训练的热情，调动了学生重视实验的主观能动性，有利于培养学生良好的学风，提高了学生的动手能力和实验基本素质。

参考文献：

[1]朱林江，郑飞云，李永仙，等.创新设计型生物工程工艺大实验的应用[J].实验科学与技术，2015，13（5）：194-196.

[2]黄敏，邱建平，张影陆，等.产学研合作教育是培养工程应用型人才的有效途径[J].江南大学学报（人文社会科学版），2004，3（2）：11.

[3]江珩，陈守文，喻子牛.以微生物学为特色的生物工程专业实验教学改革[J].微生物学通报，2006，33（2）：172-175.

作者简介：

李由然（1985-），男，河南郑州人，讲师，工学博士，主要从事发酵工程方面的研究。

通讯作者：石贵阳（1963-），男，浙江绍兴人，教授，博士，博士生导师，主要从事发酵工程方面的研究。