生物工程综合设计型实验教学改革的

摘 要：生物工程专业是20世纪70年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科.该专业知识具有综合性强和应用性广的特点,在大学开设生物工程综合设计型实验课程,对原有实验内容进行重新设计,对教学方法、评价方式进行改革,可以使学生系统全面的掌握生物工程专业知识,同时提高了学生的自主性和创新性,更好地适应社会发展的需要.

关 键 词 ：生物工程 设计性实验 综合素质 创新教育

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）09（a）-0038-02

针对生物工程专业知识具有涉及领域广、综合性强和应用性广的特点,各高校都开设了多门相关专业的实验课程,包括基础生物学实验、微生物实验、基础生物技术实验、生物化学实验、酶工程实验和生物制药实验等课程实验.这些实验为培养学生的基础操作,提高学生的实践动手能力奠定了良好基础,但这些实验课程都是以验证、单一、经典为主的单个小实验,各项实验所涉及知识点较零碎、独立,逻辑联系不紧密,学生完成实验后没有一个整体的概念.因此,为了让学生系统地掌握生物工程专业知识,以提高学生的综合素质,发挥学生的自主性和创新性,生物工程综合设计型实验教学改革势在必行.

1.开设生物工程综合设计型实验的目的

1.1 系统地掌握生物工程专业知识

综合设计型实验能够补充和丰富学生的专业知识,学生通过自己设计实验,既可以培养学生查阅文献、独力思考能力,又可以巩固以前所学专业知识、实验技术.在实验设计的实施过程中,学生通过将理论教学中的重要知识点搜集整理出来,再建立他们之间的网络联系,根据知识点的相关性和整和性进行实验的设计,使学生理解所涉及知识点的逻辑联系.在实验过程中,通过理论知识与实验实践相结合,可以促使学生系统地掌握生物工程专业知识,尤其提供了所学知识的纵向和横向扩展与融会贯通.

1.2 实验设计能力的培养

实验对于生物学的重要性不容置疑,实验教学是培养学生观察能力和实验动手能力的重要环节.在传统的教学活动中,有的学生虽然有较强的基本实验技能,但综合、系统性思维能力比较薄弱,对实验的设计和实施一无所知、无从下手.这就要求在实验教学中,培养学生的科研思维能力,提出问题,解决问题,分析问题.指导学生进行实验设计,让学生深刻认识和体会实验的一般程序,理解、归纳和应用实验设计的主要方法,教师的作用应在于“授之于渔而非鱼”.

1.3 发挥学生的自主性和创新性

强调以学生自身活动为主体的实验教学形式.在老师给定研究目的和基本实验材料的情况下,学生通过查阅文献资料,设计实验方案,与老师对设计思路、实验技术方案等进行讨论和修改,最终形成具有自我特色的实验设计.整个教学过程中更注重让学生自己去思考、去调查分析、去发现并解决问题；注重让学生发展自主性、创新性的思维,使其具有开拓式的发展.

2.综合设计型实验课程的基本内容

学生设计实验具体方案并在老师的引导下完成实验.在实验内容设计上,综合设计型实验以产淀粉酶基因工程菌的构建、目的产物淀粉酶的生产、产物（淀粉酶）分离纯化及其淀粉酶酶学特性分析为主线,综合利用多种实验技术,力争使学生得到多方面的综合训练.实验内容涵盖了基因工程、发酵工程、生物分离工程、酶工程及生物信息学等专业知识及实验技术.由于综合实验是一个连续的过程,前一个实验项目的结果与产物是后一个实验项目的材料,前后内容紧密衔接,环环相扣,每项实验都可能直接影响到最终的结果,从而增加了实验的系统连续性与完整性,使学生对每项实验的结果及各项实验间的逻辑联系性更加关注,具有更深的印象.综合设计型实验课程突出生物工程实验的综合性与现代性,使学生能更加系统全面地掌握原理,实验操作,实验仪器.实验主要内容涉及相关原理技术如表1所示.

3.综合设计型实验教学方式的改革

3.1 转变“学生为辅,老师为主”的教学方式

首先,根据老师提出的实验目的,学生自行查阅文献,设计实验技术路线.其次,学生与老师对实验设计思路、实验技术方案进行讨论和修改.然后,以开题报告的形式,对实验方案的可行进行论证,学生在老师指导下再次修改和完善实验设计方案.最后,明确实验方案和各项实验所涉及的技术手段,学生进入实验阶段.实验过程中,每天详细记录实验内容、步骤和原始数据,整理和分析数据,绘制图表及图表的规范化.实验结束,以PPT演讲形式汇报实验结果并按照科技论文的形式撰写实验小论文.整个实验过程中,学生成为教学主体,经过这种系统的实验训练,学生对实验的设计和实施过程有了系统连贯的认识,科研思维能力得到锻炼,查阅文献、分析数据、撰写论文等科研基本技能和协调配合能力都得到了训练.

3.2 转变“看为主做为辅”的教学方式

实验前的准备工作,溶液的配制、培养基的制备灭菌、电泳试剂的配制、缓冲液的配制、PCR引物的设计、基因序列的分析、微生物的培养和实验所需仪器的调试等均由学生自主完成.例如,让学生自己计算溶剂和溶质的量,称量溶解并装瓶标记；利用软件设计PCR扩增引物,应用生物信息学对DNA序列进行比对、分析；实验前对仪器进行外观检测、性能调试和试用；正确使用一些复杂的精密仪器设备（如发酵罐）,准确地采集实验数据.学生亲自完成这些之前均由老师准备的工作,一方面培养了学生扎实的基本功；另一方面有利于培养学生良好的实验习惯和严谨的工作作风,使学生对实验的具体实施过程有一系统完整的认识.

4.完善综合设计型实验结果的考核方式

改革实验结果的考察方式,变传统的以记忆为主的考核为实际知识运用能力的考核.

首先,考察学生查阅文献和阅读文献的能力.考察学生在设计实验方案过程中,是否能通过查阅文献,提出新颖的实验方案或更好的实验技术,并能正确理解文献内容；在实验实施过程中遇到问题时,是否能利用文献分析和解决问题；在撰写实验小论文时,能否恰当引用文献分析或支持实验结果.将这些作为学生是否真正掌握综合设计型实验的原理指标之一,也考察了学生获取和学习新知识的能力.

其次,考察学生对专业知识和实验技能的掌握程度,主要是对学生专业理论知识理解、应用能力和实验技能进行考察.学生只有具备扎实的理论知识,全面地掌握各咱实验技能、正确使用仪器设备（特别是复杂精密的仪器）、准确地采集实验数据,才能顺利的完成整个实验.这些反映了学生所学专业知识的掌握程度和融会贯通能力.

然后,考察学生对实验结果的分析、归纳、整理能力.实验数据的准确、可靠、完整,对于实验结论有着重大影响.在数据采集、整理、分析、归纳,以及图表绘制过程中,可以增强学生对实验数据和结果的逻辑分析能力及做出正确合理结论的能力.

最后,考察学生学术交流能力.在实验方案设计、实验实施、实验结果讨论中,学生之间、师生之间互相交流,一起讨论实验的现象、结果及实验过程出现的问题,使大家对其他同学的实验结果和进展有一个了解.一方面在讨论中学生可以获取一些成功经验或避免出现错识；另一方面这也是一种竞争,可以督促学生更加积极、努力地进行实验.