基于实践创新能力培养的生物综合大实验教学改革研究

孙玉林，赵春巧，罗琴琴

（1.岭南师范学院生命科学与技术学院 广东 湛江 524048；2.岭南师范学院化学化工学院 广东 湛江 524048）

生物科学是一门以实验为基础，主要研究生命活动及变化规律的科学。生物科学专业主要培养具备生物学基本理论、知识和技能，了解专业的发展历史和趋势；把握学科基础、前沿和特色，具有良好的创新意识，能运用所学知识、技能去分析和解决问题；从事与生物学相关的教育教学、科学研究、技术开发及管理等方面工作的复合型人才[1]。生物科学专业包括的课程门类特别多，其核心课程有：植物学、动物学、生物化学、生物化学实验、人体及动物生理学、微生物学、遗传学、免疫学、细胞生物学、分子生物学等，其中生物综合大实验是生物类专业的一门集生物分离工程、基因工程、分子生物学实验、细胞生物学实验、生物信息学、植物组织培养等多门课程于一体的综合性实验课程，该门课程能较好地提高学生的专业素质，培养学生的实践创新能力。

在生物科学专业学生能力架构中，实践创新能力的培养是一个重要的环节，不可缺少，同时在本科生人才培养方案中也有明确规定与要求。笔者在对岭南师范学院生命科学与技术学院生物科学专业部分本科生的调研访谈中发现，有些学生对生物综合大实验的兴趣不浓厚，实验操作技能欠缺，实践创新能力没能得到较好的锻炼与提升。因此，本文旨在探索生物科学专业生物综合大实验的课程改革，以期提高学生的科学素养和实践创新能力，为他们今后从事相关工作及继续深造奠定扎实的基础。

1 存在的问题

①学生的主观能动性没有得到充分发挥。在教学过程中，教师还是采用“满堂灌”的教学模式，即首先集中讲解本节课的重难点和实验的注意事项，接着进行操作示范，最后由学生独立开展实验。有些学生没有课前预习，对整个实验内容比较生疏，加上课堂上无法清晰观察到教师的实验动作要领，导致实验过程中操作不规范，错误频繁发生，实验积极性受挫，最后出现一个小组仅有一人动手，十几个人旁观的现象，学生普遍抱着应付的心态，久而久之，不利于学生实践动手能力的培养和专业知识体系的构建。

②教师考核方式单一。对该门课程的考核主要以实验报告为依据，不能真实反映学生实际的掌握程度，缺乏对实验的过程性评价，教学效果不显著。学生的实验操作欠缺规范性，无法胜任中学生物实验课堂教学工作。

基于此现状，本文立足于现行教学体制条件，对生物综合大实验课程内容、教学方式及考核体系进行改革，并加强实验室的投入间数、仪器设备的投入台数和加大实验室的开放力度（增加平时及寒暑假开放时间），为该门课程的开设提供平台保障。另外，通过“科研反哺教学”，将教师的科研项目与生物综合大实验教学内容有机结合，成立“科研兴趣小组”，实行本科生导师制，通过导师对学生的有效指导培养他们从事科学研究和实践创新的能力。以上这些改革举措对提高生物类专业人才培养质量，满足创新型国家建设和科教兴国战略都具有重要的理论与实践意义[2]。

2 生物综合大实验改革体系探索

2.1 对生物综合大实验内容进行改革

将实验内容与教师的最新研究成果相结合，增加实验的新颖性。让学生更多地接触学科前沿的研究动态和技术手段，培养学生对科学探究的兴趣，从而提高他们的实践创新能力。如依托本院教师的科研项目——“虎斑乌贼内脏多糖结构解析及其对胆固醇逆转运（RCT）的作用机理研究”“拟目乌贼活性多糖酶解制备、结构鉴定及降高胆固醇血脂症作用机制研究”“蓝斑背肛海兔卵多糖提取、纯化、表征及其免疫调节作用机理研究”等，可设立海洋软体动物多糖提取及初步纯化的综合性实验。依托本院教师的教改项目——“基于生物博物馆创建粤西青少年生命科技创客体验中心及创客教育研究”“青少年生命科技创客体验科普课程研发—优秀科普作品创作”“湛江市珍稀动植物博物馆青少年科普教育推广”等，来提高学生的实践能力。此外，在编排生物综合大实验内容的基础上，可增加一些生物学前沿的内容，以适应大数据时代多学科交叉、融合发展的趋势。在分子鉴定这一块，利用Primer 5 软件来对目标引物进行设计，通过基因bank（NCBI）进行基因序列的比对，采用MEGA 7.0 进行系统发育树的构建；在基因克隆表达方面，增加生物信息学的分析内容，利用代谢组学、转录组学来分析相关基因的表达情况；在蛋白纯化方面，增加AKTA 蛋白纯化仪的工作原理、使用方法及技术要点等。

2.2 对综合大实验教学模式进行改革

2.2.1 运行导师制“科研兴趣小组”

生物综合大实验课程实施前，教师把自己的研究方向、专业特长及最新获得的国家级和省部级科研项目（如国家自然科学基金、省自然科学基金及重大科技攻关项目）列出来供学生选择，同时教师也可以根据学生拟开展本科毕业论文的研究内容及考研的专业方向来确定所带的人选，通过师生互选最后成立导师制“科研兴趣小组”[3]，该模式与传统实验课程中1—2 名教师给学生进行集中授课的模式不同，导师制团队由多名不同系列的教师搭配组成（约5—6 人），包括教师系列和实验员系列，职称从正高级到副高级再到中级。首先，根据课程的设置，导师先提出一个综合型实验题目；接着，各个科研兴趣小组的学生通过查阅文献，制订出实验方案；最后，报导师批准后，选择合适的时间段进入实验室开展实验，可自主完成实验前的一些准备工作，如实验材料的准备、试剂配制、实验装置的搭建、实验安全防护等。该模式使学生在巩固基础知识的同时提高了动手能力[4]，同时也为学生的自主探索营造了良好的氛围。

2.2.2 信息化教学模式

生物综合大实验教学活动中可充分利用超星泛雅平台、慕课、虚拟仿真实验等现代教学资源。教师利用这些信息化平台，在实验课前与学生进行沟通，学生可在实验前对实验设计方案进行调整；课后教师在平台上对学生的实验进行分析点评。此外，虚拟仿真实验可以打破时间和空间的限制[5]，为学生提供进一步了解实验内容的机会，从而更好地提高学生的动手操作能力。

2.2.3 翻转课堂教学模式

翻转课堂是一种新的教学模式，以学生为主体，自主式地进行学习。教师事先将录制好的教学视频提前发放给学生，学生按照要求提前观看学习，正式上课时，学生将所理解的内容讲述出来，并将困惑也一一列举出来，然后大家一起讨论，从而进一步加深了对所学知识点的理解与掌握。以生物综合大实验中的基因工程实验为例，具体步骤如下：

①教师将事先录制好的基因克隆、载体构建、蛋白表达纯化等相关视频发放给学生，并提出实验目的和要求。

②学生根据本章课程安排及要求，观看教师发放的视频材料，调研文献，进行实验方案的设计和实验前的准备工作。

③教师对学生设计的实验方案进行完善、优化，引导学生对实验过程中出现的现象进行分析与讨论，师生互动，最后顺利完成整个实验。

翻转课堂能够让学生在课前产生想法，然后带着问题去实践。实践过程中，由于学生在课前已经对相关知识点有了较为深入的思考，因此人人均可以独立开展实验，不再出现围观的现象，学生的实验参与度与积极性都能得到较大幅度的提升。此时教师的角色转变为“学生身边的引导者”，引领学生在实验探究过程中不断进行思考，不断积累经验，逐步提升学生的实践创新能力。

2.3 对生物综合大实验考核体系进行改革

实验课程考核体系的内容涉及实验方案设计评价、实验过程评价、协作能力评价、实验报告撰写、理论考试和实践实操等方面[6]。在以往的实验课程考核体系中，仅仅以学生提交上来的实验报告作为评分的唯一标准，而对学生的实验过程关注过少，以致学生在实验中容易出现不主动、不操作、不认真观察实验现象等懈怠行为，而且实验报告较难体现学生对实验的掌握程度，对学生实践创新能力的培养效果不显著。因此，改革生物综合大实验教学内容及方式的同时，考核体系也需进一步完善。实验课程总评成绩由平时成绩、期中成绩和期末成绩构成。其中平时成绩包括学生考勤、实验参与度、小组协作精神、实验报告的撰写等；期中成绩包括实操考核成绩；期末成绩由理论考试和现场问答构成，这三部分所占分值的百分比为40%∶30%∶30%。

3 生物综合大实验教学改革的效果

自2021 年实施该课程改革以来，2018—2020 级生物科学专业学生的实践创新能力均有较大幅度的提升。在课程改革和新的评价体系驱动下，学生都较早地进入各自的科研团队和实验室，能结合课程内容及导师的科研项目，进行文献查阅和实验方案制订，其学习兴趣和积极性逐渐增强。近3 年，岭南师范学院生命科学与技术学院生物科学专业的学生在第五、六、七届全国大学生电子商务“创新、创意、创业”大赛广东赛区、第六、七、八届全国大学生生命科学竞赛、广东省第十四、十五、十六届“挑战杯”、2021—2022 年广东省大学生生物化学实验技能大赛等多项大赛中获奖60 余项；参与发表学术论文100 余篇，其中第一作者论文30 余篇；申请专利30 余件。另外，2018 级与2019级学生的考研率较2017 级稳步提升，2018 级考研率为19.4%，2019 级考研率跃升到24.6%，而2017 级考研率仅为13.5%。专业就业对口率方面，2018 级与2019 级分别为86.9%和88.5%，较2017 级的80%而言，分别提高了8.63%和10.63%。综上，生物综合大实验教学改革的效果逐渐凸显出来，提高了学生的生物综合实验素养和创新能力，增强了他们就业竞争的优势，同时也为他们继续深造奠定了坚实的基础。