探究生物工程专业实践教学改革的论文
摘要：分析高等学校生物工程专业实践教学中普遍存在的问题，提出深化实践教学改革的思路。依托吉林大学国家级生物实验教学示范中心，对实践教学体系、方法、评价体系进行一系列的改革与尝试，初步探索出一条适合吉林大学生物工程专业发展的实践教学道路。
Abstract This paper finds major problems in the practice teaching of biological engineering in Colleges and universities， and put forward the idea of deepening the reform of teaching practice. Relying on National Biological Experiment Teaching Demonstration Center of Jilin University， we carry out a series of reforms on the practical teaching system， practical teaching methods and practical teaching evaluation system， and find a way which is suitable for the development of biological engineering professional practice teaching way in our school.
Key words bioengineering； practical teaching； training base
1 前言
生物工程作为21世纪科学技术的核心之一，是一门实践性、应用性、综合性很强的交叉学科[1]。随着科技的进步，新技术、新方法不断涌现，生物产业的前景也愈发广阔。然而生物工程专业学生就业却较为困难，究其根本原因，一方面是我国生物工程产业化水平较低，另一方面是因为学生的“三个能力”即实验技能、工程能力、创新能力等方面有所欠缺。
实践教学是本科教学的重要组成部分，是学生将理论知识转化为实际能力的过程，对大学生实践创新能力和工程能力的培养也至关重要。本文在分析国内生物工程专业实践教学弊端的基础上，依托吉林大学国家级生物实验教学示范中心（以下简称实验中心），对生物工程专业实践教学改革进行初步探讨。
2 生物工程实践教学存在的问题
忽视实践教学，教育理念落后 传统教育观念重理论、轻实践，认为实践教学是理论教学的补充，是验证理论课的一种手段[2]。因此，生物工程专业的基础课和专业课设置门数较多，学生课业较重，课余时间不足。相对而言，实验课不设考试，没有学分，只注意如何更好地配合理论教学，这就造成学生不重视实验课和实验技能，成为生物工程专业实践教育的一大痼疾。
实验内容陈旧，实验课安排不合理 传统的实验教学内容大多是由课程指导教师独立设置，而部分指导教师科研方向与所教课程方向不一致，无法将新知识、新技术和新方法引入实践教学内容中，势必导致实验内容陈旧，方法老套。再加上各课程指导教师缺乏应有的沟通，故而实验课内容零散，实验内容重复[3]，使得学生丧失主动学习的兴趣。同时，由于实验课依附于理论课，没有独立的学时，实验课普遍安排在学生课余时间，实验时间不足，学生对实验中的一些现象缺乏思考[4]。由于整个实验中学生都是被动参与，他们的主动性和积极性没有被充分调动，一旦出现问题便难以解决，限制了他们创新能力和工程实践能力的发展。
实验教学经费投入少，师资队伍薄弱 由于经费投入不足，很多仪器设备台套数不够，许多实验中几个甚至是十几个学生共用一套仪器设备，且难以更新换代，先进的技术设备进入不到教学中来，造成理论与实际脱节，不能充分调动学生动手操作的积极性[5]。加之长期以来受传统教育观念影响，实验系列教师一直不被重视。从事实践教学的教师普遍存在学历低、水平不高、进修机会少、职称评定和工作量计算不合理的情况[6]，导致实验教学人员工作热情不高、责任心不强，严重影响了实践教学的质量。
3 生物工程实践教学体系的构建
近几年，针对生物工程专业存在的实际问题，进行许多改革尝试。通过专业整合，将原属于农业与机械学院的生物工程专业调整到生命科学学院，依托实验中心对生物工程专业实践教学进行改革，把实验从理论课中分离出来，设计独立的实践课程和考核方法，理顺学科脉络，明确各课程的授业范围，引入学科交叉和开放创新实验，强化课程实验与实训实习内容的相互衔接，构建循序渐进、逐步深入、全面系统的课程体系。这样调整，使得课程内容既避免重复，又相互衔接；既反映学科前沿，又突出学科交叉融合之势。
专业基础实验 专业基础实验以培养学生的实验能力为目的，强化学生的理论知识和实验技能训练。同时，在每门实验课程内设计一定学时的设计实验项目和综合实验项目供学生自主选做，有一定加分，提高实验的深度和广度，促进学生的学习兴趣发展。以微生物学实验为例，设计为64学时，必选实验有3项为54学时。同时，设计6项选做实验，其中3项综合性实验“从酸奶中分离、培养产乳链菌肽的乳酸乳球菌及乳链菌肽效价测定”“大肠杆菌噬菌体的分离、纯化及效价测定”“纤维素酶产生菌的选育”，每项为8学时；3项设计性实验“高产淀粉酶霉菌的分离纯化”“高产酒精的酿酒酵母菌株的诱变选育”“高产抗菌肽乳酸菌的分离纯化”，每项为2学时。学生做完必选实验后，至少再选作1项综合性实验和1项设计性实验才能结课，這样有助于确立学生在实践中的主体地位，激发其学习兴趣，锻炼其实验技能。
另外，承办院、校、省级生物实验技能大赛，根据竞赛成绩选拔下一级参赛人员。通过这样一种“层层递进式”的竞赛方式，学生的实验技能进一步得以巩固、加深。
实习实训 为了更好地实现教学与生产的对接，将专业实践分为校内实训和校外实习两个阶段。
校内实训建设了实训基地，配备了相应的仪器设备，如多台5～100 L发酵罐、空压机、电锅炉、大容量冷冻离心机、高压均质机、喷雾干燥器、中试型流化床、滴丸机、冻干机等先进仪器。同时，将基因工程、发酵工程、代谢控制工程、生物分离工程等课程有机整合在一起，以典型的生物产品和教师的科研成果为内容，在学生具备专业基础实验能力的基础上，从原材料开始到终产物的制备，用一个完整的实验过程培养学生综合运用所学知识、技术与方法解决实际问题的能力。
如“好氧发酵—谷氨酸发酵”和“重组人白介素18的发酵、纯化及鉴定”分别是传统生物产品实验及科研成果实验的代表。为了使课程内容与产品生产一致、仪器设置与生产要求一致、教学过程与工艺流程一致，校内实训以学生为主，教师负责指导，学生按照企业的生产流程通过小组合作生产出相应产品，通过这一过程使得学生对生物产品的开发、生产、提取、检验等一系列过程有了深刻的了解。
同时，积极推进产学研紧密结合，推动教师参与企业的产品与技术开发，从企业引进生产经验丰富的工程师到学校任教，并与16家科研院所和企业联办实习基地。在学生完成校内实训，掌握相关生产原理及工艺流程后，带领他们到相关的工厂实地实习，了解工厂设计，熟悉生产流程，加深对自动化的认知。这样既促进了学生职业能力的发展，也为教师和企业的合作提供了平台，实现了共赢。
创新实验 创新实验依托开放实验、大学生创新创业计划、吉林省生命科学创新实验大赛、本科毕业论文等来推动学生学习热情和科研兴趣。在大创计划和创新大赛中，学生自主选择题目并由教师指导学生自主阅读文献、设计路线和进行试验。在毕业论文中，教师以自己的科研课题为主设计题目，教师和学生实行双向选择，确保一人一题。在这一过程中，使学生了解科研过程，具备文献检索、设计实验方案、论文写作等科研工作必备素质。
经过几年的积累与沉淀后，学生的实践能力和创新能力显著提高，本科生承担创新实验项目47项，发表研究论文19篇，参与申请发明专利6项。
4 生物工程专业实践教学方法的创新
随着信息技术的迅猛发展，信息技术与教育的深度融合已成为必然趋势。“互联网+”实践教学不受时间的限制，学生可随时通过手机等现代通信工具进行选课、预习、复习、查询成绩、课后交流，由“被动灌输”变为“主动探索”，提高了学习效率，促进了自主学习。
以实验中心网站为平台，将现代信息技术与启发式、互动式、探究式的教学方法相结合，进行数字化教材、虚拟仿真技术、微课等辅助教学。
1）在实验中心网站上发布本学期实践教学日程安排，学生根据选课查阅相应的数字化资源，通过相关仪器使用视频、课件和相关资料预习，尽早熟悉操作技能，理解实验原理，提高实验效率，减少实际操作中的错误。
2）通过基本实验技术、选做和验证性等微实验知识点或技能点视频的学习，使学生在短时间内熟悉实验原理、实验过程、实验操作和实验现象，进而将更多的时间投入到综合性、探究性实验上。
3）通过对操作复杂、大型设备使用技术、不可见的实验原理和不可见的实验现象或结果的虚拟仿真实验学习，如动物解剖、外源基因转入受体菌的过程，发酵罐控制、高效液相色谱的操作等，使学生网上模拟实验过程操作，形象、直观地熟悉实验原理和实验现象，加深对实验过程的理解，为真实的`实验操作打下基础。
4）學生通过网络互动平台，实现自主答题、自主测试、师生互动、成绩查询、教学评价等。
5）教师可登录后台，查看学生的观看视频次数、时间、模拟实验操作情况，评定学生自学成绩等。
几年来，中心开发网络课程13部、在编数字化课程3部、视频71部、多媒体课件89个、仿真实验6个，促进了学生的自主学习和创新，取得较好的教学效果。
5 生物工程专业实践教学评价体系的建立
完善的实践教学评价体系是实践教学目标得以实现的根本保障。经过几年的摸索、总结和实践，构建了一套以学生为主体、内容多元性、渠道多样化、注重评价对象未来发展的实践教学评价体系。该体系由实践教学考核体系和实践教学效果评价体系两部分组成。
1）学生实践成绩评价体系由五部分组成：
①学生预习实验、观看仪器操作的程度，占总成绩的10%；
②进行仪器操作的考核，合格者发仪器使用许可证，占总成绩的20%；
③良好的实验习惯，由研究生助教和实验系列人员对实验中的行为打分，占总成绩的20%；
④全部实验结束后的考试，占总成绩的25%；
⑤实验报告、实验结果电子分析报告，占总成绩的25%。
另外，如果实验为探究型实验，则降低④⑤各5%的占比，增加实验设计和论文撰写10%的占比。
2）实践教学效果评价体系由三部分组成：
①学期末，对在校学生、毕业一年的学生和任课教师做调查问卷，并收集网上反馈信息，以此作为改进的依据；
②学期初，组织任课教师、校内专家、用人单位专家认真总结实践教学不足，提出改进意见并参与培养方案制订，使各项改革有利于培养学生综合素质，符合社会需要；
③设立实践教学督学委员会，指导并监督各项实践工作落到实处。
实践证明，该评价体系对促进学生提高创新能力、工程实践能力、科研素质等具有明显效果，大学生创新创业训练计划立项不断增加，发表论文、申请专利的数量和质量一直攀升，各级学科竞赛获奖大幅度增多，被国内外知名院校录取的研究生数量逐年增加，得到用人单位广泛认可。
6 高水平的实践教学团队的建设
教师是培养方案的执行者，教师的素质、能力与水平，直接关系到教育质量的高低，关系到培养学生的社会认可度[7]。针对青年教师的培养，首先，采取老教师传、帮、带的措施，定期对青年教师进行教学理念、教学方法的指导，提高青年教师的教学水平；其次，鼓励中青年教师在职攻读博士学位，提高学历层次；最后，为中青年教师提供参加各种教学、科研会议的机会，帮助中青年教师申请教学、科研项目，提高业务水平，开阔科研视野。
经过几年的建设，中心教学团队的年龄结构、学历结构和职称结构趋于合理，中青年教师比例为72%，博士学位获得者比例为39%，高级职称拥有者比例为28%。教学成果不断涌现，主编出版实验教材15部、实验教改专著6部，发表教学研究论文120篇，获各类教学改革奖励与荣誉158项，确保了培养方案的顺利实施和实践育人质量的不断提高。
7 结语
吉林大学生物工程专业于2000年在工学部食品科学与工程的基础上开始建设，成立时间短、积累少，实践教学环节比较薄弱，阻碍了专业发展。因此，在专业建设和发展过程中一直重视实践教学改革，不断探讨提高实践教学质量的方法，并取得较好的成绩，学生的实验技能、综合能力、创新意识都有了很大程度的提高。将进一步进行实验教学梯队建设、数字化教材建设、教学管理的探索和改革，使学生更好地适应学科的发展和社会的需要。
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