高校生物技术专业《综合实验》项目化教学探讨

张雅利

[摘  要]生物技术是以实验为基础的学科，作为专业基础课的《综合实验》课程，其目标在于更新和优化传统实验教学内容，巩固和加强学生的基本技能，培养学生自主学习力、综合创新力。西安交通大学通过对《综合实验》教学的改革，把实验教学与教师科研结合起来，构建项目任务式教学体系，改进考核方式，强化学生的综合素质和应用能力，以适应综合型创新人才培养的要求。

[关键词]生物技术  综合实验  项目任务  教学模式

基金项目：西安交通大学2018本科实践教学改革研究专项项目《项目驱动的生物专业综合实验教学改革与创新》（项目编号：18SJZX36）。

生命科学领域的生物技术专业主要培养生命科学领域的高级技术人才，其是以实验为基础的学科。这决定了高等院校生物技术教育要从培养学生动手能力的实验课入手，突破传统实验教学以知识灌输为主的局面，以培养具有创新精神和终身学习能力的高素质工程技术人才为目标。《综合实验》课程是国内生命科学相关专业的核心基础课，也是课程教学向毕业论文过渡的重要桥梁[1]。西安交通大学生物技术（工程）专业迄今正好开设20年，《综合实验》课程教学虽然积累了一定的经验，但也存在着一些普遍性的问题。

《综合实验》课程教学存在问题

传统的综合实验项目以基础性和验证性实验为主要内容，存在着安排不合理、开设不全面等问题。虽然有在教学中尽力改变教学内容陈旧的状况，融入综合设计性实验，但实验内容不能完全与生产和科研相融合，无法做到学以致用，因而不能很好地满足社会对生物技术领域人才的要求。学科前沿知识和新兴产业发展的技术需求更没有纳入课程教学考虑之列。传统实验项目的开设偏重于工程实践，没有和生命学院核心发展领域有机结合起来。

传统的生物技术综合实验教学是以理论课程的验证及重演为内容，以“实验指导书（手册）、实验室、教师”为核心，以“教师讲解示范，学生简单重复”为主要教学方式，甚少关注学生学习的主动性及创造性。传统实验教学中，学生按部就班按照大纲和实验教材（讲义）中设定的项目完成实验流程，出现异常数据时也不主动分析原因，直接弃之不用，重新开始。重结果，轻过程，没有求异思维，让探究心和创新思维失去了萌芽的机会。教师准备实验材料、讲解实验原理、对学生实验过程进行示范和引导，这种全程参与模式很容易使学生产生依赖心理，一定程度上影响了学生创新能力的发展。尽管目前实验结果的呈现已经改变了传统的一个实验项目一个实验报告的方式，学生实验考勤及实验过程中的表现都在实验成绩中有所体现，但仍旧不能全面准确地反映学生的能力，实验考核评价方式上仍然存在主观性较强的问题。

项目化《綜合实验》教学模式的探索

项目驱动的《综合实验》教学模式是以学科概念和原理为中心的，以制作一个完整的“作品”或完成某一“任务”为目的的新型探究性教学模式。将真实的任务场景导入实验教学，在有效开展探究式学习活动的同时，给学生的学习态度与科学观念带来积极影响。将整个课程内容体现在一个有机的完整项目中，既符合课程实践性和综合性强的特点，又符合人才的培养要求。

1.树立开放性实验教学理念，构建科学合理的实验项目体系

由于《综合实验》具有综合性强、多学科知识相互交叉融合的特点，结合生物专业的特点及后期专业课程的实验技能要求，西安交大生命学院在修订2015版人才培养方案时，根据专业特点，将综合实验分为横向并行的细胞生物学、基因工程、分离技术、发酵技术四个模块，体现生物技术的广度。每个模块又根据实验项目的层次特性，纵向设置了基础性、综合性、设计性三类实验单元，体现生物技术的深度。横向模块之间、纵向单元之间互有交叉、互为支撑，构建了一个由浅入深、具有内在联系的立体网状实验内容的层次体系。这一纵横交错、相辅相成的课程内容设置，将对学生基本实验技能的培养、自主学习能力的提升和科研思维模式的训练三方面的要求有机融合在了一起。

综合设计单元是该课程教学活动的重中之重，主要体现在实验项目任务的确立和分配上。教师会要求学生在完成基础模块任务的基础上，根据给定的任务要求，通过课本、数据库、网络等广泛搜集资料，提出实验方案，论证方案的合理性和可行性，进而独立完成实验过程并得出结果。教师在项目任务选择时，会在考虑学生现有的知识储备的前提下，尽量选择可能需要综合运用多个知识点的项目任务，以期在训练学生实验技能的同时，激发学生学习的主动性和创新意识。以分离综合实验模块为例，目前已在五届学生中分别进行了《______多糖提取及构效关系研究》《大豆尿酶结构及活性探析》《植物黄酮的分离及活性研究》等多项综合性强、多课程交叉的项目任务。活性多糖的制备是分离技术的经典研究内容之一，活性多糖的构效关系研究会用到分子细胞生物学、基因工程等多学科的关键技术，在横向上体现了多学科的交叉和融合。在纵向上有浓度分析、结构分析、活性分析等基本理论和实验方法的训练，也有纯化方法的选择与整合优化、实验流程设计、活性片段筛选等综合性、设计性极强的自主科研思维的锻炼和拓展。

2.实验项目的选题与科研相得益彰，增强对学生科研能力的培养

生命科学领域人才培养的核心之一是科研能力培养。教师在研的科研项目在创新性、合理性和可行性等方面会对学生有着极强的吸引力。校方鼓励教师利用一切条件和机会吸引学生参与到教师的科研项目里，学生可以了解和学习小到每一个实验、大到整个科研项目完成过程中若干环节的基本要求，学生的实验知识与技能得到发挥的同时，他们更能感受到科学的奥秘和浓厚的学术氛围。最近几年，课程组都会分流部分学生参与到教师的科研团队，比如鼓励学生参与《柿叶黄酮对糖尿病患者口腔菌群的影响》《金丝桃苷基于ATF3调控的抗结肠癌分子机制研究》等项目的研究工作中。课程时长一般只有几个月，课程的历史背景和未来延伸往往会随着结课戛然而止。但是学生接受具体任务而参与到科研项目中，课程时间会历时更久，但学生有了对相关领域进行更深入学习的机会。《综合实验》项目任务的选择还可以从大学生创新创业活动的角度考虑，鼓励学生自行拟定课题，从提出假设、广泛调研、问题形成、实验设计、实验进行、数据分析处理、得出结论等过程中，教师全程跟踪指导，切实提高学生创造能力和科研实践动手能力。

3.课程实施过程中师生角色的转变

项目任务式的《综合实验》项目化教学以学生为中心。无论项目任务来自教师还是学生，都没有现成的讲义、教案、教材或Protocol供学生“照方抓药”。学生在开始实验之前，面对具体的任务，必须提出假设并寻找解决方案。这个时候教师可以提醒或要求学生就所进行课题的研究文献进行综述。学生在这个过程中学会了各种专业数据库的应用、文献检索整合的方法、研究问题解决的基本思路、实验流程的设计及实验方法的选择等科学研究必备技能。这完全是一种自主学习的模式[2]。在这些环节中，学生潜能得到发挥，独立思考和独立开展实验的能力得到训练，创新素质得到发展。

教师最关键的任务是根据专业发展方向和人才培养目标，尽可能地引入创新性实验项目和教师科研成果，设计出科学、实用、完整的既符合专业发展方向，又体现课程内容要求的项目任务，还要考虑到教学过程中可能出现的问题并有解决对策。教师在项目任务执行过程中引导学生发现新知识、掌握新内容。教师身兼组织者、解惑者、设计者等多重角色，但是却淡化或摒弃了传统的授业者角色[3]。

4.多元化考核方式

传统的实验教学考核方式往往以考核实验操作或撰写实验报告为主，弊端已如前述。本课程的考核采用过程评价（选题、文献综述、方案设计）和目标评价（实验过程、结果分析、结果展示）相结合的多元评价方式，注重考核學生分析问题、解决问题的自主学习力和创新力，客观全面反映学生实验综合能力和教学效果[4]。本课程将阶段性实验答辩纳入考核内容。通过调研选题，各组设计方案并就方案进行答辩，然后确定实验项目;在选题和实验方案设计、实验完成后分别进行小组答辩，聘请专家或技术人员就学生设计的实验方案、实验室操作情况、实验结果分析和数据处理等进行评审。可以将占总成绩20%的课程答辩成绩交由学生相互评定，让学生切身感受到公平与公正。通过这种方式加大考核的力度，充分检验学生的实验效果及综合能力，有效督促学生认真对待实验教学。

项目任务式的《综合实验》课程教学体现了“科研项目引领、学生实现、教师引导”的特征，是一种学生主动参与、自主协作、探索创新的新型教学模式，使人才培养更符合创新人才的要求，为学生创新项目、毕业设计等实践环节教学工作的开展做好铺垫工作，也为其读研深造、行业领域内就业等提供保障。

参考文献：

[1]程捷、罗云杰、闫红强：《〈高分子化学实验〉课程的教学改革与学生实践能力培养》，《高分子通报》2012年第1期，第117-119页。

[2]王存、陈绍成、熊政委、王跃、朴健荣：《“翻转课堂”与实验项目模块设计在仪器分析实验教学中的应用》，《中国药房》2017年第24期。

[3]王利君、朱海峰、唐洁芳、丁笑君、熊杰：《“面料结构与性能测试”实验课程项目教学法的探索与实践》，《纺织服装教育》2012年第5期，第463-465页。

[4]王琛、史永纯、邵成：《“大气污染控制实验”课程教学模式的创新与实践》，《黑龙江生态工程职业学院学报》2017年第3期。

作者单位：西安交通大学生命科学与技术学院  陕西省生命科学实验教学中心  陕西西安