生物工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

1、生物工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討摘 要：在面向制造2025的高等教育工作中，海南大學(xué)生物工程實(shí)驗(yàn)室教學(xué)存在師資水平不高、開拓型人才培養(yǎng)不足等現(xiàn) 狀。在大化工背景下，改革實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)思路，實(shí)施跨學(xué)科的教學(xué)。將理論課引入實(shí)驗(yàn)室，以提高實(shí)驗(yàn)教師水平和教學(xué)效果。增 加交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)，開發(fā)生物工程與化工、材料等交叉密切學(xué)科的綜合實(shí)驗(yàn)，以利于培養(yǎng)復(fù)合型人才。設(shè)立學(xué)生科研自助基金，鼓 勵(lì)學(xué)生自由探索，以利于培養(yǎng)開拓才型人才。關(guān)鍵詞：生物工程；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改革Discussion on Teaching Reform of Bioengineering ExperimentIn the work of higher ed

2、ucation of facing manufacture 2025，the teaching of bioengineering laboratory of Hainan University has some problems，such as the low level of teachers and the lack of cultivation of pioneering talents. Under the background of chemical engineering， we should reform the teaching idea of laboratory and

3、carry out interdisciplinary teaching. The theory course should be introduced into the laboratory to improve the level of experimental teachers and teaching effect. In order to cultivate compound talents，we should increase interdisciplinary experiments and develop comprehensive experiments of bioengi

4、neering， chemical engineering， materials and other interdisciplinary subjects. Self-help fund for students scientific research should be set up，which will encourage students to explore freely， so as to help cultivate talents with pioneering talents.Key A0%6s： bioengineering; experimental teaching; r

5、eform實(shí)驗(yàn)課教學(xué)是高等教育中特別是工科類教育的一個(gè)重要環(huán) 節(jié)，通過這一環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析實(shí)際問題的 能力，提高其運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行研究探索的能力。海南大學(xué)生 物工程專業(yè)通過16年不斷的建設(shè)和發(fā)展，取得了長(zhǎng)足進(jìn)步， 培養(yǎng)了萬(wàn)名優(yōu)秀學(xué)子，為海南乃至國(guó)家的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展作出了 積極的貢獻(xiàn)我國(guó)從1999年起，高校招生規(guī)模不斷擴(kuò)大， 對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)施和實(shí)驗(yàn)師資提出了更高的要求。然而，在目前 大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在和出現(xiàn)了一些問題，造成實(shí)驗(yàn)室教學(xué)改革 迫在眉睫。這些問題集中在：（1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資一直得不到提 高。實(shí)驗(yàn)室教學(xué)是以技術(shù)人員為主，理論課教師基本上較少參 與實(shí)驗(yàn)課教學(xué)2，容易造成理論教學(xué)與

6、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的嚴(yán)重脫節(jié)， 不利于學(xué)生更直接、系統(tǒng)地掌握知識(shí)。（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)以單純專 業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，缺少交叉學(xué)科的綜合性實(shí)驗(yàn)，不利于培養(yǎng)復(fù) 合型人才。（3）學(xué)生自由探索實(shí)驗(yàn)難以開展，不利于培養(yǎng)開拓 型人才。本文以海南大學(xué)生物工程綜合實(shí)驗(yàn)室教學(xué)為例，就如 何改進(jìn)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出一些想法，以期能夠在面向制造2025 的生物工程工科人才實(shí)踐培養(yǎng)中，探索出合理高效的實(shí)驗(yàn)室教 學(xué)方法，為社會(huì)培養(yǎng)更多更好的實(shí)用型優(yōu)秀人才。1將理論課教學(xué)引入實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，提高實(shí)驗(yàn) 室老師總體水平生物工程是新興的綜合性應(yīng)用學(xué)科，與諸多學(xué)科、領(lǐng)域交 叉融合，特別是與化工學(xué)科的關(guān)系密切。生物工程所涉及的生 產(chǎn)工藝，生產(chǎn)設(shè)備均是在化工的

7、基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。當(dāng)今生物 工程技術(shù)的發(fā)展極為迅速，與化工領(lǐng)域的融合更加廣泛，如酶 催化、生物降解等。國(guó)家教育部對(duì)生物工程本科專業(yè)課程有規(guī) 范要求，在制訂培養(yǎng)計(jì)劃時(shí)，要增強(qiáng)特色，拓寬專業(yè)基礎(chǔ)和專 業(yè)口徑，以適應(yīng)市場(chǎng)需求，提升生物工程專業(yè)內(nèi)涵我校生 物工程專業(yè)基于大化工的要求，其綜合實(shí)驗(yàn)室包括生物工藝實(shí) 驗(yàn)室和生化技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。目前的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)是以技術(shù)人員為 主，大部分理論課教師師基本上不參與實(shí)驗(yàn)課，這樣容易造成 理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的嚴(yán)重脫節(jié)，不利于學(xué)生更直接、系統(tǒng)地 學(xué)習(xí)并掌握知識(shí)?？蓞⒄找恍┬值茉盒５淖龇?，將理論課引入 實(shí)驗(yàn)室E。1.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革要從根本上吸收高水平人才進(jìn) 行本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)

8、驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍的建設(shè)對(duì)于培育應(yīng)用型人才的地方高校 至關(guān)重要。目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資多出身于各大普通高校，實(shí)踐 能力弱于理論能力，缺乏扎實(shí)的化工基礎(chǔ)，在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室承擔(dān) 教學(xué)任務(wù)之前沒有的相關(guān)的實(shí)踐工作或教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，參加工作后 更是缺乏綜合實(shí)踐技能方面的系統(tǒng)化培訓(xùn)。因此，長(zhǎng)期重視理 論培訓(xùn)、輕實(shí)踐技能培訓(xùn)導(dǎo)致在各學(xué)科實(shí)驗(yàn)課程的系統(tǒng)化建設(shè) 方面嚴(yán)重滯后3 !在此背景下引進(jìn)高水平實(shí)驗(yàn)人才到實(shí)驗(yàn)室顯 得至關(guān)重要，既可以將學(xué)校內(nèi)部教學(xué)科研崗位的高水平教師引 進(jìn)到實(shí)驗(yàn)室工作，也可以從其他高校、研究院或企業(yè)引進(jìn)高水 平實(shí)驗(yàn)人才，可以非常有效地提升實(shí)驗(yàn)室隊(duì)伍的素質(zhì)和水 平皿。此外，高水平人才可以將更多科研課題方向和理

9、念帶入 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，整體提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平和學(xué)生的實(shí)驗(yàn) 水平。1.2理論課引入實(shí)驗(yàn)室，可在很大程度上集中學(xué)生 注意力，充分活躍課堂氣氛，形成一種實(shí)實(shí)在在的互 動(dòng)教學(xué)當(dāng)前的課堂教學(xué)使用大多的是講授式教學(xué)方法，雖然在授 課過程中教師在教學(xué)方法上博采眾長(zhǎng)，但是受制于教材及教學(xué) 內(nèi)容，教學(xué)方法相對(duì)單一，教學(xué)效果總是差強(qiáng)人意。理論課引 入實(shí)驗(yàn)室，可極大促進(jìn)教師的主動(dòng)教學(xué)能動(dòng)性，推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí) 的積極性。教師可以針對(duì)不同授課內(nèi)容設(shè)計(jì)更為合理、有效的 教學(xué)方法，一方面讓專業(yè)知識(shí)更容易被學(xué)生所認(rèn)知，另一方面 改變枯燥的講授教學(xué)方式，利用所見即所得的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段強(qiáng) 化學(xué)生的認(rèn)識(shí)、理解和記憶，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)

10、興趣，進(jìn)而提高 教和學(xué)的質(zhì)量5。例如，生物工程設(shè)備是生物工程專業(yè)的專業(yè) 課程，要求強(qiáng)化生物學(xué)和化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。教學(xué)改革后，增加了 8個(gè)學(xué)時(shí)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。在課程學(xué)習(xí)過程中實(shí)現(xiàn)了講授與訓(xùn)練結(jié) 合，理論與仿真結(jié)合，理論與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。通過增加動(dòng) 手環(huán)節(jié)，充分活躍了課堂氣氛，形成一種實(shí)實(shí)在在的互動(dòng)教 學(xué)。教師循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，作出科學(xué)的解 釋，從抽象的概念進(jìn)行具體的概括，進(jìn)而歸納出一般的結(jié)論， 有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和運(yùn)用知識(shí)解決一般問題的能 力。在針對(duì)生物工程工科特點(diǎn)的素質(zhì)要求方面，新增的課內(nèi)實(shí) 驗(yàn)很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生的專業(yè)訓(xùn)練，如專業(yè)設(shè)備裝配圖、帶控 制點(diǎn)工藝流程圖、工廠布置圖的

11、學(xué)習(xí)和繪制等。這種學(xué)習(xí)方式 充分體現(xiàn)了化工與生物工程的融合與貫通，使學(xué)生的知識(shí)系統(tǒng) 更扎實(shí)。理論課引入實(shí)驗(yàn)室要有充分的硬件條件和合理的課程安 排。首先，實(shí)驗(yàn)室必須具備上課的條件。要安裝多媒體演示系 統(tǒng)，各類演示課件以及仿真系統(tǒng)。第二，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目穿插在理論 課中，要精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。能以實(shí)驗(yàn)說明的，盡量要讓學(xué)生 動(dòng)手，親自體驗(yàn)，沒有條件實(shí)驗(yàn)的，要用多媒體演示以及操作 影像片段介紹。第三，要保證教學(xué)的系統(tǒng)性，在課時(shí)安排上， 宜按章節(jié)連續(xù)進(jìn)行。1.3有利于提高老師的自身素質(zhì)，促進(jìn)教學(xué)科研工 作的發(fā)展高校實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展依賴于實(shí)驗(yàn)室隊(duì)伍的建設(shè)。高校實(shí)驗(yàn)師 隊(duì)伍是一支骨干力量，其業(yè)務(wù)能力以及創(chuàng)新思維都直接影響

12、實(shí) 驗(yàn)室整體發(fā)展水平。隨著教育改革的深化，實(shí)驗(yàn)教學(xué)人才培養(yǎng) 是學(xué)校的重要任務(wù)，只有采取積極措施提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍 的整體水平，才能打造一支高素質(zhì)、高水平的隊(duì)伍，才能促進(jìn) 高校實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展皿。理論課引進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)實(shí)驗(yàn)教師和技術(shù) 人員素質(zhì)的要求不同，原來分別理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師、 技術(shù)人員相互了解并不多，實(shí)驗(yàn)室引進(jìn)理論課后，對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 的開設(shè)、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用、綜合實(shí)驗(yàn)的開設(shè)等方面都對(duì)老 師的綜合協(xié)調(diào)能力提出了挑戰(zhàn)。因此，對(duì)教師、技術(shù)人員進(jìn)行 培訓(xùn)，提高教師的自身素質(zhì)是很有必要的。對(duì)教師技術(shù)人員的 培訓(xùn)包括相關(guān)設(shè)備的使用，教師集體備課（包括預(yù)實(shí)驗(yàn)），基本 操作和綜合實(shí)驗(yàn)等。通過培訓(xùn)使教師、

13、技術(shù)人員擴(kuò)展專業(yè)知 識(shí)，提高自身素質(zhì)，為順利開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)造必要條件。2增加交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)，有利于開拓學(xué) 生創(chuàng)新思維，為培養(yǎng)復(fù)合型人才打下良好基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革按課程開設(shè)實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)方式，融合專業(yè)基礎(chǔ) 課實(shí)驗(yàn)和專業(yè)課實(shí)驗(yàn)，專門設(shè)置交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)課程，同時(shí)增加 多個(gè)大型綜合性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)供選修，學(xué)生在發(fā)展自己興趣的基礎(chǔ) 上進(jìn)行設(shè)計(jì)或預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)。工科大學(xué)生普遍缺乏創(chuàng)新觀念、創(chuàng) 新性思維能力和創(chuàng)新洞察能力，但他們大都具有創(chuàng)新潛能，只 要采取適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，其創(chuàng)新能力就可以大幅度提高6 !2. 1開發(fā)生物工程學(xué)科與化工、材料科學(xué)等交叉密 切學(xué)科的綜合實(shí)驗(yàn)生物與化工、材料有著密切的關(guān)系，生物對(duì)于新型材料的 設(shè)

14、計(jì)起著極大的引導(dǎo)作用，如荷葉的自清潔清作用，鯊魚皮的 減阻作用等。生命科學(xué)已經(jīng)滲透到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，多學(xué)科的融 合促進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展!生物材料是目前的研究熱點(diǎn)，由于生 物材料在食品、醫(yī)藥、紡織、造紙、化工、采油、選礦等行業(yè) 各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，生物材料、生物基聚合物以及生物合成 材料已經(jīng)可能逐步代替相關(guān)石化產(chǎn)品甚至可以媲美于棉麻等天 然材料。而新型的生物材料很大程度上取材于在自然界廣泛存 在的微生物，因此生物工程實(shí)驗(yàn)室將是化工、材料專業(yè)進(jìn)行學(xué) 科研究及教學(xué)的重要場(chǎng)所。例如生物燃料電池、生物傳感器等 是化工結(jié)合生物工程研究的實(shí)用成果，其中涉及的固定化、電 極和材料技術(shù)是目前研究的熱點(diǎn)，因此增加化工、

15、材料專業(yè)在 生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的學(xué)時(shí)數(shù)將為學(xué)生將來拓展研究打下良好 的基礎(chǔ)。涉及生物功能材料的交叉學(xué)科綜合實(shí)驗(yàn)已經(jīng)相繼在一 些大學(xué)成功開展。本校生物工程專業(yè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在生物柴油、防 污損生物涂料研究中取得進(jìn)展，并在過去16年中成功應(yīng)用于 發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)和畢業(yè)論文實(shí)踐環(huán)節(jié)！2.2計(jì)算機(jī)與機(jī)電專業(yè)與生物工程專業(yè)的充分交叉 將為生物工程的發(fā)展帶來質(zhì)的飛躍目前我國(guó)的生物工程設(shè)備技術(shù)水平大大落后于發(fā)達(dá)國(guó)家， 特別是生物工程的下游設(shè)備。正是由于下游設(shè)備的落后，一些 水平很高的上游技術(shù)無法體現(xiàn)其價(jià)值，廣大科研工作者深感其 痛。本人認(rèn)為，很重要的一個(gè)原因是我們?nèi)狈Χ鄬W(xué)科一體化的 復(fù)合型人才。至少在大學(xué)本科階段

16、，實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)無法滿足復(fù) 合型人才的培養(yǎng)，學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)缺乏必要的引導(dǎo)!如果增加 計(jì)算機(jī)信息、化工自動(dòng)化專業(yè)等在生物工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課時(shí) 數(shù)，特別是專門為這些跨專業(yè)學(xué)位設(shè)計(jì)的如單片機(jī)設(shè)計(jì)及操作 實(shí)驗(yàn)，生物質(zhì)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)等，將有利于開拓學(xué)生的創(chuàng)新思 維，開闊其視野，為其在將來進(jìn)行跨行業(yè)、跨專業(yè)的發(fā)明創(chuàng)造 和科學(xué)研究打下良好基礎(chǔ)!本校生物工程專業(yè)正在開發(fā)多項(xiàng)生 物工程自控設(shè)計(jì)學(xué)生教學(xué)實(shí)驗(yàn)，以期開闊其視野，強(qiáng)化工業(yè)生 產(chǎn)的自控意識(shí)!3設(shè)立學(xué)生科研自助基金，有針對(duì)地開放專 業(yè)實(shí)驗(yàn)室，鼓勵(lì)學(xué)生開展自由探索采取企業(yè)贊助或?qū)W校專項(xiàng)撥款的方式，設(shè)立學(xué)生科研自助 基金，將專業(yè)實(shí)驗(yàn)室有針對(duì)地向有志進(jìn)行科研的學(xué)生開放

17、，在 老師指導(dǎo)下，學(xué)生自行擬題，自行選擇指導(dǎo)老師，自行預(yù)算經(jīng) 費(fèi)并申報(bào)。經(jīng)由專家評(píng)審?fù)ㄟ^，可按預(yù)算撥付款項(xiàng)。3.1充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，獨(dú)立或半獨(dú)立進(jìn)行 開拓性的科學(xué)研究在開放實(shí)驗(yàn)研究過程中，學(xué)生從項(xiàng)目選題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、藥 品采購(gòu)、實(shí)驗(yàn)操作、撰寫論文均可以教師指導(dǎo)下或獨(dú)立進(jìn)行， 可充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)其自主創(chuàng)造靈感，實(shí)驗(yàn)教 師所要作的是在實(shí)驗(yàn)室規(guī)章、日志記錄、文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)記錄等方 面規(guī)范其運(yùn)作。學(xué)科競(jìng)賽作為基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)的升華，是檢驗(yàn)學(xué) 生實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要手段，在培養(yǎng)大學(xué)生的綜合運(yùn)用知識(shí)能 力，開拓創(chuàng)新能力以及科學(xué)研究能力等方面起著不可估量的作 用。本校生物工程綜合實(shí)驗(yàn)室在改革過程中重

18、視學(xué)科競(jìng)賽的參 加與開展，積極組織學(xué)生參加各級(jí)學(xué)科競(jìng)賽，鍛煉了其實(shí)踐創(chuàng) 新能力，并多次在全國(guó)及省市級(jí)比賽中獲獎(jiǎng)。積極組織學(xué)生參 加自由科研探索，充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性。大學(xué)生參與創(chuàng)新創(chuàng) 業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目的本質(zhì)是進(jìn)行探究式的學(xué)習(xí)過程，最終形成具有科 技含量的研究報(bào)告、創(chuàng)業(yè)設(shè)計(jì)方案或創(chuàng)業(yè)實(shí)體。項(xiàng)目一經(jīng)立項(xiàng) 就可以申請(qǐng)進(jìn)入開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開展項(xiàng)目11 !實(shí)驗(yàn)室開放體系 構(gòu)筑了由學(xué)科競(jìng)賽基礎(chǔ)訓(xùn)練，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練和校企聯(lián)合培養(yǎng)基 地組成的體系化的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐教育平臺(tái)。3.2充分?jǐn)U展實(shí)驗(yàn)室職能，通過學(xué)生科研鞭策學(xué)科 發(fā)展實(shí)驗(yàn)室教學(xué)是實(shí)踐性的科學(xué)，對(duì)本科學(xué)生而言，基本操作 技能是不可或缺的，在簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)過程中開拓創(chuàng)新能力和科研 能力的提高是我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的根本目的。在課堂教學(xué) 中，要求老師能引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際的基礎(chǔ)前沿和科研熱點(diǎn)方面進(jìn) 行較深入的思考，并鼓