生物类专业实践教学改革与大学生创新能力培养

李 波，张晓雪，付学鹏，刘丽杰，孙婴宁，焦德志

（齐齐哈尔大学 生命科学与农林学院 抗性基因工程与寒地生物多样性保护黑龙江省重点实验室，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

创新能力是新时期对人才素养提出的新要求，很多高校已经认识到实践教学对培养大学生创新能力的重要性，在各学科都已开展不同程度的教学改革，但是由于各种原因导致目前对大学生实践创新能力的培养系统还不健全，在实际教学中仍存在偏重教学理论学习而轻实践的现象[1-2]。生物类专业是建立在实验基础上发展起来的学科类别，是实践性很强的专业。在教学过程中，由于管理人员教学理念存在差异，部分专业教师教学能力和责任心有待提高，以及实践教学设施不齐全和大学生实践参与意识不强等各种问题的存在，致使实践教学亟待形成系统的教学体系，来确保大学生实践创新能力的培养。

1 生物类专业中培养大学生创新能力的重要性

在深化教育改革和全面推进素质教育的过程中，培养大学生的创新意识和创新能力具有十分重要的意义，也是全面贯彻国家教育方针和社会发展的需要，创新能力的培养应贯穿于高等教育的全过程[3-4]。生命科学与人类生存和社会发展有着密切关系，是当今最受关注的基础性自然学科之一。

生物类专业大学生创新能力是指高等学校在人才培养的过程中，以培养学生的生物专业基础知识、基本技能和科学实践能力为基础，进行创新教育，培养创新意识，形成生物科技创新的综合能力。

随着社会和教育的不断发展，原有的教育观念、教育体制和人才培养模式已不能适应提高大学生综合素质，本着培养创新型人才的需要，以生命科学研究为专业基础，对生物类专业实践教学的现状和存在的问题进行研究，分析影响生物类本科生科研和创新能力的主要因素，以期对高校有效开展大学生创新能力的培养有所裨益。

2 生物类专业实践教学的现状与存在的问题

2.1 专业基础实验内容滞后，难以适应学科的发展

基础实验内容滞后，一方面是由于实践课时减少及设备陈旧、匮乏。自从国家实施《普通高等学校本科教学工作审核评估方案》后，全国高校进行了新一轮的课程改革，各高校通过减少实践课时来压缩总课时，导致理论教学和实践教学的课时比例失衡，使实践育人的目的难以达到。例如在分子生物学实验中，PCR是很经典的技术，但是由于经费的限制，使得本科教学用的 PCR数量极少，同时在课时压缩的情况下，使得很多学生没有实践操作的机会。由于生物技术发展迅速，行业中兴起了多种 PCR，如 RT-PCR、梯度PCR、反向PCR、实时定量PCR、巢式PCR等，学生很多情况下只是在课堂上听教师讲过这些PCR，但是没有机会进行实践，陈旧的设备和实验内容已经难以适应学科的发展。另一方面，综合性和设计性实验内容偏少，不利于学生创新能力的培养。生物类专业包括生物技术、生物科学、园林园艺等专业，教学计划规定的实验课时为 24或 32课时，设置8～10个实验，每个实验3课时。开设的实验内容多属于验证性内容，综合性实验占比例比较小，缺少设计性实验或设计性实验非常少，这样的实验教学限制了学生的自主思考和动手能力的培养。多年来，针对生物类专业基础课和专业方向课的实验内容改革力度不大，当今生命科学前沿研究领域所用的现代实验技术，如免疫荧光、流式细胞术和体外细胞培养等实验在教学中都没有涉猎，导致实践教学内容滞后，实验技术相对落后，难以适应现代生命科学的发展。

2.2 学生参与意识不浓，难以实现创新能力的培养

实践教学一般包括教学实验、教学实习、生产实习、毕业论文（或设计）和社会实践，它是深化理论认识和培养具有创新意识的高素质人才的有效途径，是培养学生掌握科学方法、提高实践能力和实现理论联系实际的重要平台。高校中有一部分学生学习态度不端正，他们只求修够学分、考试及格拿到毕业证，将实践能力的锻炼置之脑后。导致这种现象出现的原因，一方面是课程考核评价方式过于简单，偏重于理论期末考试，实践考核比重偏低；另一方面，是存在大量的验证性实验，致使学生对实践失去兴趣。

2.3 专业实践环节管理不灵活，不利于综合能力培养

培养学生创新能力的重要手段之一是实践训练，通过专业实习可实现最大限度地利用学生的实践训练时间，提高学生理论联系实际的水平，锻炼学生的实践能力和科研开发能力。由于省内外相关的生物技术研究所和公司接收本科生实习的单位能力有限，不能满足各地区大专院校相关专业接收学生实习的需求，因此，学校应根据每年各地实习单位的具体情况，适当调整实习的时间或采取学生部分分流实习，拓宽实习平台，以实现学生真正意义上的实践能力培养。

3 改革实践教学体系，提高学生创新能力

3.1 开展实践教学体系改革，培养应用型创新人才

3.1.1 完善人才培养计划，增加实践教学课时

生命科学是一门以实验为基础的科学，在保证理论教学的前提下，更应注重实践教学，学校对人才培养方案进行修改，调整专业基础理论课和专业实践教学课时比例，两者的课时比例约为1.25∶1，以坚实的理论指导与实践学习并举的原则，提升学生实践能力。针对生命科学的特点和相关内容，整合课程内容，设置了4层次实践教学模块（见图1），体现不同阶段学生在生命科学实践教学能力方面的培养。

3.1.2 开展实践课程改革，注重培养学生的综合能力

（1）通过验证性实验培养学生实验的基本技能。在传统的教学模式中，重理论、轻实践，方法过于僵化，使得抽象理论教学难以形象化，不利于学生对理论内容的理解[2-5]。验证性实验是学生通过实验验证理论知识的正确性，学会验证理论知识的方法，加深对理论知识的理解和记忆。目前的生命科学各专业的课程实验多以验证性实验为主，课前学生应通过预习实验指导了解相关仪器设备、实验原理和基本操作过程，课上教师提出问题，引导学生回答问题，实验过程中检查学生是否规范操作。在这一过程中，教师起主导作用，创造条件让学生多动手，对出现的问题及时纠正，提高学生基本实验能力[6]。

（2）通过综合性和设计性实验培养学生分析和解决问题能力。在验证性实验基础上，开展综合性与设计性实验。在综合性实验过程中，注重学生的综合分析与解决问题能力的培养[7-8]。如在细胞生物学实验教学中，将原本的孚尔根核反应染色法和显微摄影技术2个独立实验合并后更改为综合实验，让学生对洋葱根尖进行培养，秋水仙素预处理、HCl水解、希夫试剂染色，以获得理想中期染色体，进行显微摄影，并对洋葱根尖细胞染色体进行核型分析，这样的实验加深学生对相关细胞生物学理论课内容的理解。在设计性实验过程中，培养学生的创新能力、实验设计能力和团队合作精神，如植物的愈伤组织诱导和分化实验，可以让学生设计不同的外植体、不同生长素和细胞分裂素及其激素水平，从而找出最佳实验条件，交流实验成功和失败的经验或教训。这样给学生足够的空间和时间，调动学生的主观能动性，鼓励学生自行设计或改进实验[7]。学校要求生命科学与农林学院各专业每门实验课至少有1～2个设计性实验或综合性实验，以创新能力人才培养为出发点，构建知识、能力和素质协调发展生命科学的特色课程体系，为高素质应用型人才培养提供有力的支撑。

图14层次实践教学体系的模块

（3）拓展实践教学平台，提高培养学生的综合能力。生命学院以“黑龙江省高校实验教学示范中心”为依托，在校内设立实践基地。在教师的指导下，学生从二年级就陆续进入实验室，结合教师的科研项目，安排学生参与科研项目，形成本科生—研究生—导师链锁式管理模式[9]。在校外与科研院所和企事业单位共同建立实践教学基地，拓宽实践教学平台。目前已经建立了中国疾病预防控制中心中科院北京动物研究所、黑龙江省农业科学院大豆研究所、中国农业科学院哈尔滨兽医研究所等较为完善的实践基地，加强与校外的交流合作，促进实践教学体系的不断扩展，部分学生将在实习结束后由用人单位招聘或继续在前实习单位工作，为本科生展现专业素质和创新能力开辟了舞台，实现校企共赢、优势互补的效果。

3.2 建立科学的实验教学评价体系，激发学生内在动力

为了引导学生在平时的学习和实验过程中注重自身实践能力和创新能力的培养，同时培养学生的科研能力，现行的教学计划中将实验课单独设置为一门课程[10]，对每门实验课程的考核方式进行了改革，对学生的实验能力进行综合测评。例如每门实验课总成绩为100分，其中每个实验占10～12.5分。每个实验的考核成绩又分为3个部分，第一部分为课堂考勤和课堂提问占10%，第二部分为实验操作占50%，第三部分为实验报告完成情况占40%。

在实验课程考核中，制定实验预习、实验操作和实验报告详细的评分标准，教师可根据学生完成实验的态度和完成的效果给予评价，最后给出一个相对科学合理的成绩，这样可以调动学生学习积极性，培养学生正确的科学态度和科学精神。

3.3 开展各种科技活动，提高学生的科研能力

3.3.1 开放实验室为学生提供创新实践平台

高校实验室的功能主要是进行实践教学和科学研究，学校增加了在生命科学实验室建设的投入，重点改进实验室的功能，增加了一些先进的实验设备投入，如扫描电子显微镜、透射电子显微镜、流式细胞仪、凝胶共聚显微镜成像系统等。重视实验室开放系统的建设，并通过开放实验的建立，为学生提供创新实验操作平台。此外，学校为各实验室定期提供学术讲座平台，为提高大学生科研素质营造学术氛围，鼓励和促进学生创新能力的提升。通过这些措施的实施，学生能够正确站在学习者和创造者的角度，在实践过程中发挥主观能动性和提高科学探究能力。

3.3.2 通过大学生创新创业训练提高学生的科研能力

本科教育阶段是培养创新人才的重要阶段，学校已建立了4个与生命科学相关的专业，这些专业的实践教学均依托于生命科学实验室为平台，以大学生创新创业训练项目及教师科研项目为驱动，师生共同开展科学研究。学生在本科阶段参与科研活动，可以激发学生的科研兴趣，充分发挥学生的想象力和创造力，增强分析问题、解决实际问题的能力。目前，生命科学与农林学院学生加入大学生创新创业训练项目及教师科研团队学生逐年增加，近3年获得不同层次的创新创业训练计划项目，包括国家级、省级和校级，多项研究成果已发表在国家级中文核心期刊。

3.4 以科研促教学，提高学生创新能力

以往实验教学包括验证性实验和综合性实验 2种，经过本轮实践教学改革，增加自主性设计实验，由学生根据实践教学计划自主设计技术路线、研究内容和实验方法等，由学生独立完成实验操作过程，对获得的实验结果进行科学分析和论证。在实验过程中，教师可以采用启发式教学法，引导学生发现问题、提出问题和解决实际问题，激发学生的求知欲和创造力，为学生创新能力的培养奠定科研基础。

学校在生命科学实践教学领域，除进一步改革实践教学计划外，拓展到大学生的创新项目领域，与大学生的创新项目相结合，为学生创新意识的培养和能力培养提供了条件。科研与实践教学改革相结合，在培养科研创新能力、提高教学水平和质量、促进实践教学改革的深化等方面发挥了重要作用。

将教学与科研相结合，继续深化和教师的科研课题相结合，以科研成果充实和更新实验教学内容[11-12]，如学生通过系统地掌握载体构建和质粒转化、荧光和共聚焦显微镜使用、生物信息学对基因功能分析等技术，使学生在学习知识的同时深刻认识到科学实验的系统性和严谨性，很好地促进了实践教学质量的提高。

4 结语

实践教学体系的改革与建设，一定要结合学校定位、学科特色和人才培养计划，充分调动教师的积极性，积极地将科研成果和学科前沿知识融入实践教学，引导学生积极参加各种实践活动，激发学生的学习兴趣，拓展学生的视野，学会如何开展科学研究，为学生科研训练及创新能力培养提供平台。以科研促进教学质量提高，推动学生创新能力形成，可有效地促进教学内容的不断更新，保障教学质量稳步提升。