高校生物工程专业分层次实验教学体系构建探索

方成+颜海玲+蒋永荣+陈洪波+冯小珍

【摘 要】本文分析高校生物工程专业实验教学体系存在的问题，以培养学生工程素质和创新能力为目标，对生物工程专业实验室建制、实验教学内容、实验教学方法等进行改革，构建生物工程专业分层次实验教学体系。

【关键词】生物工程专业 分层次实验教学体系 构建 工程素质

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2017）02C-0155-03

生物工程专业主要培养能在生物技术与工程领域从事工艺设计、生产管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才，使其掌握生物技术及其产业化的基础原理、工艺基础理论和工程设计基本技能。实践教学是生物工程专业教学的重要组成部分，也是培养具有工程素质和创新能力的应用型人才的重要环节。长期以来，生物工程专业实验教学体系受我国经济发展水平和传统教学理念束缚，普遍存在“四重四轻”的现象，即重知识传授轻能力培养、重标准答案轻求异创新、重习题训练轻潜能开发、重分数评价轻个性发展。因此，有必要以培养学生工程素质和创新能力为目标，构建生物工程专业分层次实验教学体系。

一、生物工程专业实验教学体系存在的问题

目前，生物工程专业实验教学体系存在的问题集中表现在以下三个方面。

（一）实验内容结构不合理。首先，实验教学附属于课程理论教学，往往偏重理论教学轻视实验教学，实验课时较少。或者由于教学投入不足，实验内容上验证性的实验多，综合设计性实验少；实验设备台套数少，学生亲自动手做实验的机会少。其次，各门实验分属不同老师承担，实验指导书编写缺少统筹，因此造成教学内容重复，且大多为低水平重复。最后，实验内容陈旧，不能与时俱进，例如，分子生物学实验技术是生物工程实验的核心，它的发展非常快，新技术、新工艺不断涌现，实验教材更新的速度往往跟不上时代的发展。

（二）实验联系实际不够紧密。目前，生物工程专业实验内容主要是传统发酵产品的验证实验，缺乏与现代生物工程产品的联系，学生无法掌握现代生物工程制品的生产工艺。或者使用商品化的基因工程菌株或细胞进行实验，学生没有经历生物工程上游技术的训练，不明了整个工艺流程上下游的关系，就很难达到工程实验教学的目的。

（三）实验考核方法偏主观片面。传统的实验教学中，由实验指导教师准备好仪器设备和试剂，学生对照实验指导书完成指定的实验和操作步骤，这抑制了学生的学习积极性，不利于其创新能力的培养。教学运行机制上以教师讲授为主、学生动手为辅，实验教学趋同于理论教学，学生学习的创造性和主动性被扼杀。

因此，生物工程专业只有建立完善的实验室体系、分层次实验教学体系和改革现有实验教学方法，才能适应我国新世纪生物工程专业发展和高素质创新人才培养的需求。

二、实验室体系建立

（一）实验室建设。生物工程专业实验室根据其教学功能，分为基础、专业和研究三级，包括基础化学实验室、分析化学实验室、生物化学实验室、微生物实验室、生物制药实验室、药物分析实验室、模拟实训室和大型精密仪器平台，总实验室面积约700平方米。

1.基础化学实验室。该实验室总面积120平方米，主要承担普通化学、无机化学、有机化学及相关毕业论文教学工作。该实验室目前配备了低温等离子体诱变仪器、酶标仪、水浴锅、摇床、超净工作台、激光诱变仪、凝胶成像系统、分光光度计等仪器设备；电泳仪、离心机、超低温冰箱等分子生物学相关教学专用设备。

2.分析化学实验室。该实验室总面积80平方米，主要承担分析化学、仪器分析及相关毕业论文教学工作。该实验室目前配备了低温等离子体诱变仪器、酶标仪、水浴锅、摇床、超净工作台、激光诱变仪、凝胶成像系统、分光光度计等仪器设备；电泳仪、离心机、超低温冰箱等分子生物学相关教学专用设备。

3.生物化学实验室。该实验室总面积80平方米，主要承担生物化学与分子生物学、基因工程、酶工程课程實验及相关毕业论文教学工作。该实验室目前配备了低温等离子体诱变仪器、酶标仪、水浴锅、摇床、超净工作台、激光诱变仪、凝胶成像系统、分光光度计等仪器设备；电泳仪、离心机、超低温冰箱等分子生物学相关教学专用设备。

4.微生物实验室。该实验室面积80平方米，主要承担微生物与免疫学、细胞生物学、细胞工程及毕业论文教学工作。该实验室目前仪器设备配置主要包括光照培养箱、超净台、震荡培养箱、发酵罐、超声波破碎仪、灭菌锅、生化培养箱、细胞融合仪等。

5.生物制药实验室。该实验室面积160平方米，承担生物分离工程课程、药物制剂学实验、毕业论文教学工作。已配备仪器设备包括凝胶层析系统、旋转蒸发仪、微纳滤系统、压滤机、制丸机、造粒机、烘箱、大容量离心机、水浴锅等。

6.药物分析实验室。该实验室面积约80平方米，主要承担药理学、药物分析课程实验教学及毕业论文教学工作。已配备仪器设备包括溶出分析仪、薄层层析分析仪、熔点仪、崩解时限测定仪、脆碎度检查仪、电脑伺服剥离试验机等。

7.模拟实训室。该实验室面积约100平方米，为生物工程专业新建的实验室。该实验室目前配置计算机40余台，安装药物制剂实训仿真系统和CAD机械制图软件，辅以教师自制多媒体教学软件。主要承担化工原理、制药设备工程、制药工艺学及多门理论课程的多媒体辅助教学。

（二）实验室开放。通过完善实验中心管理制度，规范实验教学管理，建立高效的实验中心运行体系。提升建设后的专业实验室实施多种形式的开放，实行开放式运行管理，完善资源共享机制，满足学生对生物技术领域开放实验的需求，促进大学生科技创新和第二课堂的发展。在保障本专业本科实验教学基础上，力争最大限度地服务于专业学生的非课程实验实训，包括科技协会、大学生创新实验项目训练。学校生物类专业学生实验受益率达到50%以上。

三、分层次实验教学体系构建

（一）实验内容创新。实验内容注重理论联系生产实践，加强设计训练，提高学生解决实际问题的能力。按照循序渐进的原则，根据培养方案的要求，确立分层次实验教学体系。体系包含基础生物学实验、现代生物技术、生物制药实践、生产实践四个教学层次，每个层次开设相应的实验课程。每门实验课程要求开设基础型、综合设计型和研究创新型三种实验类型，比例上三者各占三分之一。如图1所示。

（二）实验教材建设。市场上虽然有大量相关的实验教材，但由于各个学校专业方向各异，设备条件不同，现成的实验教程往往使用不便，因此，需要编写一系列符合学校实验条件及专业特色的实验指导教材。首先，我们对现有的实验项目进行了分类、修订和优化，使之既适应于本院实验平台，又注重实验项目的衔接和关联性。在编写教材时，注重对实验原理的阐述，并根据实际教学效果，及时对教材内容作出调整和补充。根据多年教学经验，针对性编写《实验教学指导书》《实习实训指导书》等教材。

（三）实验教学方法改革。具体如下：

1.通过基础型实验，加强学生基本实验技能的训练。利用学生实验课时开展基础型实验，进行实验基本技能训练。学生达标合格后才允许进入综合设计和研究创新型实验，达标的采取先进带后进和课外补课的方式促使其务必达标。学生主要熟练掌握各种仪器设备基本操作和养成良好实验习惯；教师偏重启发和引导学生在实验中去发现和分析问题，并在提交的实验报告中去探讨和解决问题。

2.通过综合设计型实验，激发学生学习自觉性和创造性。将从原来若干个相互独立的实验升级为综合设计型实验，要求学生课外通过查阅文献资料，并根据学过的基础知识自主设计实验步骤。实验课内按流程完成实验内容，实验结束时相当于完成了一个自命题的小课题。例如我们在“土壤中微生物的分离、筛选和培养”实验中，将之前相互独立和分散安排的几个实验，按其内在科学联系重组为综合设计型实验。这样学生不但学到了各个环节的基本实验技能，更重要的是培养了学生综合运用基本技能和实验方法的能力。综合设计型实验的开设，培养了学生自觉分析问题和解决问题的能力，提高了学生的自觉动手和创新能力，对学生进入研究创新型训练起到引导和推动作用。

3.通过研究创新型实验训练，强化学生掌握生物学实验前沿技能。从大学二年级开始，选择一些优秀学生分期、分批进入研究室参加教师的课题研究，和研究生一起在教师的指导下开展实验研究。研究创新型实验由任课教师根据自己研究课题，分解提出众多子课题，全院公開，让学生自愿组合选择，学生小组在出题老师指导下自主查阅文献、设计实验方案和路线，并开展实验研究。研究创新型实验时间灵活安排，采用弹性制。实验室开放期间，安排教师和专门的实验员进行指导和管理。

4.合理的实验考核体系，保证实验教学质量不断提高。建立学生实验成绩综合评定体系、教师实验教学效果评价体系以及实验教学质量监控体系，三管齐下，保证实验教学质量不断提高。学生实验成绩综合评定体系中，坚持过程评价，统筹考核实验前预习、实验中表现和实验报告结果，重点考查学生能力。教师实验教学效果评价体系中，教研室组织相关教师进行同行互评，就实验大纲、实验项目、现场指导等内容进行评价，考评结果作为评优、职称评定等的参考。实验教学质量监控体系中，要求成立院级实验教学质量监督委员会。委员会对任课教师进行的各实验教学内容实施情况作定期或不定期检查，作出评价并及时提出改进建议。学生通过教务系统对任课教师的课程讲授、辅导、作业批改等各项教学任务作出评价，并反馈到院级实验教学质量监督委员会。

四、结语

我们在坚持“高等学校基础课教学实验室评估标准”的基础上，重点抓实验室软硬件建设和实验教学的改革。在实验教学体系的改革上，打破了实验教学依附于理论教学、实验教学中只强调基本技能训练的传统实验教学模式，着力从培养学工程素质（包括研究素质、心理素质）、创造能力等诸多方面出发构筑实验教学新体系。新的实验项目分三种类型：基础型、综合设计型、研究创新型，分别针对不同的教学目的。实验目标明确，可操作性强，真正体现了实验教学在培养高层次人才中的重要性。实现了实验教学从过去的知识技能型向能力培养型的转变，建立了以基本能力训练为基础、综合素质培养为核心、创新能力培养为主线的“基本技能—工程素质—创新能力”的培养模式，形成了既相对独立，又相互联系的分层次实验教学体系。

【参考文献】

[1]邱爱东，刘达玉，王跃华，等.应用型地方本科院校生物工程专业的人才培养模式与特色[J].教育与教学研究，2015（9）

[2]郑春龙，邵红艳.以创新实践能力培养为目标的高校实践教学体系的构建与实施[J].中国高教研究，2007（4）

[3]许晓革，王兴芬.构建有利于高素质应用型人才培养的实践教学体系[J].中国高等教育，2011（19）

[4]雷刚，杨雄，陈禅友，等.生命科学基础实验课程结构改革的探索[J].实验室研究与探索，2008（11）

[5]王岩.浅论现代生物技术在发酵食品生产中的应用[J].中国西部科技，2011（23）

[6]尚丽娜，高广春，张翠.团队项目制教学模式的探索与实践[C].Third International Conference on Education Technology and Training，2010

[7]浩歌.深化教育教学改革创新人才培养模式[J].成才之路，2015（9）

[8]李文君.正确评估中国工程教育质量[J].教育与职业， 2015（1）

[9]顾佩华.创新时代的工程教育：思考与探索[J].高等工程教育研究，2016（4）

【基金项目】2014年桂林电子科技大学教育改革项目“生物工程专业分层次实践教学体系构建”（ZL2875）；2015年度广西高等教育本科教学改革工程项目“基于学科交叉培养本科生创新能力的研究与实践”（2015JGA203）

【作者简介】方 成（1978— ），男，广西桂林人，副研究员，桂林电子科技大学生命与环境科学学院实验室主任。

（责编 卢 雯）