基于微生物学实验教改构建生物工程人才培养体系——以大连大学生命科学与技术学院为例

张庆芳，李 蓉，迟乃玉

（大连大学 生命科学与技术学院，辽宁 大连 116622）

基于微生物学实验教改构建生物工程人才培养体系
——以大连大学生命科学与技术学院为例

张庆芳，李 蓉，迟乃玉

（大连大学 生命科学与技术学院，辽宁 大连 116622）

本文着眼于生物工程应用型人才培养，在继承传统微生物学实验课结构上，提出了自主探索型实验项目（综合设计型实验）的教改方法和模式评价体系。针对大连大学生命科学与技术学院本科生缺乏学习兴趣和理论基础的普遍问题，进行包括分组方式、实验内容、实验模式、成果转化等方面的改革。首先，各组学生集体学习基础验证型实验理论和方法；其次，学生结合自身兴趣，联系实际热点，查阅相关资料进行思路总结；再次，学生进行可行性分析，自主拟题并设计实验框架；同时，教师在不违背学生意向的原则下，指导学生确立实验题目及实验方案；最后，各组依次有序进行实验答辩与总结提升；对于有应用价值的选题，提升为大创项目。该教改新模式有利于培养学生学习兴趣、激发学生自主探索和创新精神、提高学生科学实验能力，为学生社会实践提供了宝贵经验、为学生职业发展提供了广阔前景、为学生全面发展提供了必要准备。

自主探索型实验；教学改革；应用型人才培养；生物工程

生物工程作为生命科学领域三大专业之一，不同于生物技术和生命科学，更注重培养应用型及产业化人才[1]。因此该专业学生不仅要具备足够的创新意识和创新能力，同时还要“以用为本”[2]，以更好地适应生物工程产业的发展步伐。由于我校生命科学与技术学院建院较晚，过去专业课教学未能清楚认识各培养专业重点的不同，教学方案缺少整体规划，生物工程专业学生涉及领域广而不精[3]，同时，社会大众对生物专业的消极评价，导致部分学生对该专业没有兴趣，无心向学。因此，合理的课程宣传与设计模式对该问题的解决十分重要。微生物工程作为生物工程的重要部分，是目前生产应用（食品、医药等领域）的中流砥柱。但是，传统微生物实验中的综合实验（主要为土壤微生物分离纯化），有着内容单一，缺少创新性，学生过多依赖课本的缺点。同时，未能激发学生学习自主性，对教学评价也不高[4]。近来，虽有综合自主型实验，学生参与选题，但实际联系不强，或只是部分选题出自学生，不能满足生物工程学生培养要求[5]。且我院学生大多为调剂生，对学习生物的兴趣不高，在这样的消极情绪作用下，很难达到毕业生应具备的要求。为解决上述多方面问题，我院教师长期从事教学改革，用环境微生物检测取代土壤微生物分离，构建了自主探索型微生物学实验项目，以期构建网络型教学体系。

1 传统课程结构

传统微生物实验课主要由表 1中所示五部分实验组成。其中，前四部分为基础验证型实验。创新对生物工程专业学生固然重要，但无基础则无创新之说。因此，该部分是微生物实验的学习重点，整个过程循序渐进，由浅入深，旨在培养学生扎实的基础知识元及实验技能，科学严谨的实验态度，以及组内、组间融洽的氛围。第五部分实验——土壤微生物分离纯化，为综合设计型实验，旨在培养学生对知识的应用能力。传统教学中，此部分涉及范围狭窄，并未打开学生的创新性思维视野和对知识的综合应用。该部分是历来进行教学改革重点，但是，从大量文献阅读可知，该部分改革有限，受制于题，仍集中在多个不同地区的土壤微生物分离，近来，虽有教改尝试提高学生选题自主性，但受限于学生理论基础，确立题目仍由教师主导。因此，也并未做到真正的改革。

表1 微生物学实验课程安排

2 教改内容

根据微生物工程所占分量及微生物实验易掌握特性，为加大力度推进生物工程人才培养目标的实现，我院提出《关于提高学生科学实验能力的自主探索型项目》。实验进行分组，小组学生参照前四项基础实验，联系社会热点，设计不同的课题，范围涉及食品，卫生等领域，题目新颖、有一定应用研究价值。不仅使学生对已有知识进行了复习，更重要的是学生在该过程加入了自己的想法，培养了学习兴趣，同时培养了学生对事物的整体把握及分工合作的能力。

本次微生物学实验教改主要分为三部分内容。

分组方式的改革：推行学生自由分组（四人一组），而非老师根据学号分组。此改革目的在于培养学生根据以往的熟悉度，合理分析彼此优劣势，自行分组，以便后期合理分工合作。

实验内容的改革：本部分为教改关键内容。鉴于前四部分基础实验的不可取代性及第五部分实验的综合性，故选第五部分实验作我院教改项目——自主探索型实验项目。该部分占总学时的1/3，在微生物实验课开始时即通知学生，结合前四部分实验与社会实际问题，对第五部分实验进行自主选题。与传统综合设计型实验——土壤微生物分离纯化相比，由于题目完全来自学生，内容得到丰富拓展。如表2所示为近两年部分学生自主探索型实验选题。此部分实验，我们培养学生动手实践能力，以老师为辅，旨在培养学生兴趣及创新意识，提高学习自主性，学以致用及分工合作等能力。

教学模式的改革：将张学新[6]提出的“对分课堂”教学模式——分配一半课堂时间给教师进行教授，另一半课堂时间给学生以讨论的形式进行交互式学习，体验课堂讨论过程，将其引入微生物学实验的教学。通过教师讲解基础型实验，学生则注重自主探索型实验的讨论，来设计答辩环节，作为考核成绩的一部分。该部分改革旨在开拓学生知识面，提高学习兴趣。

表2 两种综合设计型实验内容比较

成果转化：为推进生物工程人才培养目标的实现，我院以“产学研结合”为发展依据，对于有应用、指导价值的实验选题，鼓励学生申请为大创项目，深入研究。如近两年，我院根据微生物自主探索实验，由大三学生领队申请到大创项目，其中“对‘人类外挂器官’——手机卫生状况的研究”升级为校级项目，并已发表篇文章[7]；课后，部分学生主动联系老师，申请关于海洋微生物多样性的创新项目，目前已分离出70余种菌，拟继续分离并建立菌种库。根据自主探索实验，衍生出毕业论文题目“面膜卫生安全研究”及“酸奶生产设计”等，由大四学生完成。

3 项目模式

整个项目实验流程如图1所示。该过程学生为主体，教师只是对学生选题能否进行作出判断，对实验大体流程进行指导，具体实验安排（即如何在较短时间内完成实验设计）由学生自己控制。

以某组实验为例：

发现问题：所提问题不仅为学生要有兴趣，同时要求学生的问题必须与实际，或社会热点相关，有探索、应用价值。如有学生在上述两点要求下，根据“3·15”晚会对一次性有毒筷子的曝光，引起了人们的恐慌，联想到食堂的“筷子消毒机”，提出该机器能否在作用范围内瞬间杀死病毒、细菌，起到消毒作用的疑问。该问题的解答可使人们在日常生活中更注意卫生安全，有一定的指导意义。

立题：该过程切忌教师对学生积极性的打击，和过多参与学生立题。该阶段，学生怀揣好奇心，查阅相关资料、组员讨论后初步立题；经老师指导确定实验题目为：某品牌筷子消毒机杀菌效果研究。

方案设计：学生根据课程时间安排，自行设计实验。对于部分时间不可调和的问题，学生可联系指导教师借用实验室。教师对学生设计方案的可行性进行检查，确定以正常清洗的筷子为对照组，筷子消毒机消毒处理的筷子为实验组，检测表面残留微生物数量及其种类。

结果与分析：根据实验目的，获取不同结果并对之分析。如消毒机杀菌效果实验中，对培养所得微生物进行菌落观察，菌体镜检，拍照，并进行所需数据的统计分析，得出杀菌效果的高低。

答辩：对该部分实验内容进行汇总，制作 PPT（包括目录，实验目的，实验材料及仪器，实验方法，实验结果与结论，讨论六部分），进行答辩，教师及其它小组成员对其答辩进行验收，共同讨论，指点不足。每组答辩讲解时间10 min，提问时间不限。

补缺及提升：对于答辩时评委指出的不足，小组自愿选择修补改进。对于部分研究价值较大的实验，进行拓展，提升为创新实验。如手机膜实验现已申请为校级项目。此阶段教师以“艺术源于生活而高于生活”来提醒学生科研也是同样道理，生活中的任何问题都可拿来研究。因此某些同学在课程结束后，主动联系老师申请了关于海洋微生物多样性的创新项目，已经葡萄酒酿造工艺创新项目。

图1 自主探索型实验流程

4 教改效果

自主探索型实验项目在本校已试行2年，学生反馈结果良好，达到预期效果。与传统实验相比，最大特点在于以生物工程本科生培养目标为出发点，以培养应用型人才为出发点，为学生搭建了一个充分发展的平台。并让学生认识到，科研往往来源于生活。该项目激发了学生学习兴趣和自主性，拓展了学生思维，提高了学生整体素质，培养后的学生符合市场人才要求。

4.1 培养学习兴趣

谈到生物专业，不得不提大众对生物发展的普遍不了解，和生物方面投资力度的不足，致使学生自身对生物专业不看好。由于本院学生近80%为调剂生，对生物工程专业普遍不感兴趣，因此，若不改变此情形，很难提高教学质量和效果。施一公等诸多杰出生物人才的事例，都表明兴趣是可培养的。据此，我院进行课程改革，以学生为中心，通过微生物学实验，引导学生进入微观奇妙世界后，让学生自行选题，摆脱乏味的教师为主导的教学模式，学生在验证，拓展新知识的同时，学习兴趣猛增。

4.2 提高自主性

有目标即得用行动去实现。信息爆炸使得提高学生自主学习能力异常重要，但传统照本宣科式教学法，有悖于知识学习的最佳途径——自己探索，学生很多时候在实验前就可根据专业知识知道最后的实验结果，对实验的期待不强。归根是学习动机不明确[7]。

本试行项目，学生在设计准备实验时获得更多的实验主动权，学习主动性提高；答辩环节突破了传统教学，激烈的讨论调动了课堂氛围，激发学生热情，对知识掌握更牢固。学生学会了发问，思考，多方面的看待问题，学会了自我评价，自我强化，自我完善。这些因素共同作用，提高了学生自我认识和定位。

4.3 提高创新性

学生实验的设计，教师只起指导作用（不能实现的过程，提示学生寻找其它解决途径），不会轻易改变选题。这使得选题范围不再局限于教师研究领域，而是扩展到多方面。对于有意义的选题，后续作为创新课题。这种模式使学生思维更加灵活、开放，能更好地寻找、开发、利用资源。本院多名学生在课程结束后，主动联系老师，做相关课程大创，取得了一定成果。诸如有学生为解决大连室内因潮湿引起的霉菌问题，经市场调查，和老师沟通探讨，申请创新项目，并且课题取得成功。该成果完全可在大学生创业项目扶持下开始生产，投放市场。

4.4 满足专业培养要求

相对于理学学生，工学本科生更需要锻炼将理论应用于实际的能力，从而创造出更多的价值。本项目中，教师从主导地位转向辅助地位，把更多的空间和资源留给学生自行探索，使学生能力得到全方位的锻炼和发展。目前公司普遍招收会技术，懂技术，有思想的人才，应聘工作时，与其它大学的学生竞争，完全可以显示出我院的优势。同时自主探索型实验的展开，将过度强调实验技能转向了提高实验者整体科研素质。对学生实验技能的训练主要集中在基础实验部分，该过程着重教师对学生随时进行操作指导；后期的自主探索型项目，从设计到实行，教师基本不参与，学生完全为其实验负责，旨在培养责任感。学生为完成课题，必须严格控制各方面因素，养成了科学严谨、认真踏实的实验态度，最终使学生整体科研素质提高。

5 总结

生物工程专业自主探索型实验项目的建立，联系了社会实际，试行两年取得了一定成果。调剂生普遍对微生物学产生了兴趣，不再一味的厌恶生物学科，学生自主性、创新思维也因此提高，此过程中，科研素质或社会活动能力等也得到了提高。但不得不说，还是存在一些问题需要后续完善。大量选题均对生活实际有指导意义，但成果化较少，可在课程结束后，加大对成果的转化，促进应用型人才培养，包括论文发表，创业创新等；本项目虽然是教改项目，但却集中在微生物学实验，但不可忽略的是微生物工程在生物工程专业中的作用，为构建更加完善的教学体系，应加大多学科交叉改革。对这些问题的解决也将是新教改方向，在此将该模式分享给大家，以供商榷，共同提高生物工程专业学生的培养。

[1] 赵玉凤, 程波, 喻发全, 等. 以就业为导向的生物工程专业综合实验教学探索[J]. 实验室科学, 2007(5): 17-18.

[2] 吴中江, 黄成亮. 应用型人才内涵及应用型本科人才培养[J]. 高等工程教育研究, 2014(2): 66-70.

[3] 王媛媛, 任大明, 杨玉红, 等. 以培养专业应用型人才为宗旨的生物工程专业建设改革探索[J]. 吉林农业, 2014,23: 83.

[4] 张庆芳, 迟乃玉. 微生物学实验教学考核评价体系的建立及实施[J]. 微生物学通报, 2009, 36(9): 1432-1435.

[5] 江珩, 潘勋. 新世纪生物工程人才培养研究——首届全国高等学校生物工程专业课程体系与人才培养研讨会论文集[M]. 北京: 高等教育出版社, 2003.

[6] 张学新.“对分课堂”: 大学课堂教学改革的新探索[J]. 复旦教育论坛, 2014, 12(5): 5-10.

[7] 王斌, 任楠楠, 张庆芳, 等. 手机膜表面微生物的数量分析与种类鉴定[J]. 科技创新与生产力, 2016, 11:112-113.

[8] 李宏, 江澜. 面向多专业应用型人才的微生物实验教学体系探索[J]. 中国微生态学杂志, 2013, 25(12): 1454-1457.

Constructing Bioengineering Personnel Training System based on Microbiology Experimental Teaching——A Case Study of College of Life Science and Technology, Dalian University

ZHANG Qing-fang, LI Rong, CHI Nai-yu
(College of Life Science and Technology, Dalian University, Dalian 116622, China)

In this paper, we focus on the cultivation of applied talents in bioengineering. Based on the inheritance of traditional microbiology experiment, this paper puts forward the teaching reform method and model evaluation system of self-exploratory experiment project (integrated design experiment). Aiming at the common problems of undergraduates' lack of interest in learning and theoretical foundation, this paper conducts a series of reforms including grouping, experiment content and experimental mode and transformation of results. Secondly, students combine their own interests, the actual hotspots, access to relevant information to summarize ideas; Third, the students feasibility analysis, independent research and design of experimental frameworks; at the same time, the students to learn the basic theory and methods of experimental verification; The teacher does not violate the student's intention under the principle, instructs the student to establish the experiment title and the experiment plan; Finally,each group carries on the experiment reply and the summary promotion in turn；For the application of the value of the topic, to upgrade to a large project. The new teaching reform model is conducive to cultivating students' interest in learning, inspire students to explore and innovate spirit, improve students' ability of scientific experiment, provide valuable experience for students' social practice, provide broad prospects for students' career development, and provide necessary for students' all-round development ready.

independent exploratory experiments; teaching reform; application-oriented personnel training;biological engineering

G642.0

A

1008-2395(2017)03-0109-04

2016-12-05

辽宁省普通高等学校本科工程人才培养模式改革试点专业（GM201418）。

张庆芳（1965-），女，博士，教授，硕士生导师，研究方向：微生物与发酵工程。