以學(xué)科競(jìng)賽為載體的生物工程類實(shí)踐教學(xué)研究

1、以學(xué)科競(jìng)賽為載體的生物工程類實(shí)踐教學(xué)研究摘要學(xué)科競(jìng)賽是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和動(dòng)手能力的良好途徑。以河北工業(yè)大學(xué)生物工程專業(yè)為例，基于大量的實(shí)踐教學(xué)研究結(jié)果， 開展以“學(xué)科競(jìng)賽為載體#研究適合生物工程專業(yè)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案。通過對(duì)優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)課程體系、構(gòu)建綜合實(shí)踐創(chuàng)新平 臺(tái)、豐富實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容和形式、探索學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目向?qū)嵺`教學(xué)內(nèi)容的轉(zhuǎn)化等內(nèi)容的研究和實(shí)踐，促使實(shí)踐教學(xué)從以知識(shí)傳遞為 核心的教育向以知識(shí)創(chuàng)新為核心的素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，以滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對(duì)高素質(zhì)創(chuàng)新型生物工程人才的需要。關(guān)鍵詞學(xué)科競(jìng)賽；實(shí)踐教學(xué)；改革;教學(xué)效果近年來，生命基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展推動(dòng)了諸如合成 生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)等新興學(xué)科的發(fā)展，對(duì)我國(guó)生

2、物工程人才培養(yǎng)提出新的要求。生物工程專業(yè)本 科教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）（2014）中指 出，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)生物工程專業(yè)的工程應(yīng)用性強(qiáng)的 特點(diǎn)，也要體現(xiàn)上述新發(fā)展動(dòng)向和趨勢(shì)，要求學(xué)生 不僅要掌握扎實(shí)的生物學(xué)、工程學(xué)基礎(chǔ)理論和生 物工程專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，而且要受到嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)技 能訓(xùn)練與工程實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練，適應(yīng)未來生物工程 產(chǎn)業(yè)發(fā)展。其中，將實(shí)驗(yàn)技能和工程實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié) 提到顯著的位置，這就要求我們加速傳統(tǒng)實(shí)踐教 學(xué)向綜合性、創(chuàng)新性實(shí)踐轉(zhuǎn)變1,2o但目前多數(shù)高 校對(duì)于實(shí)踐教學(xué)的設(shè)置還存在問題，側(cè)重于“科學(xué) 性”而非“應(yīng)用性”和“工程性”，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和 動(dòng)手能力不能得到有效訓(xùn)練，從而使實(shí)踐教學(xué)的 教學(xué)效

3、果難以得到充分發(fā)揮;將實(shí)踐、實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)作 為理論課程的附屬;實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的吸引力不足，缺少 實(shí)驗(yàn)的分析、設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不 強(qiáng)3,4O針對(duì)上述問題，基于大量的實(shí)踐教學(xué)研究 結(jié)果,開展以“學(xué)科競(jìng)賽為載體”，研究適合生物工 程專業(yè)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案，使實(shí)踐教學(xué)從以 知識(shí)傳遞為核心的教育向以知識(shí)創(chuàng)新為核心的素 質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對(duì)高素質(zhì)創(chuàng)新型 生物工程人才的需要具有重要意義。一、實(shí)踐教學(xué)改革面臨的問題由于生物工程的學(xué)科特點(diǎn)，需要理論與實(shí)踐、 與科技發(fā)展的前沿緊密結(jié)合。大量的實(shí)踐證明， 參與學(xué)科競(jìng)賽對(duì)培養(yǎng)全面的復(fù)合型生物工程人 才，推動(dòng)生物工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)改革具有積極 作用5，但

4、目前還存在以下問題。（一）參與學(xué)科競(jìng)賽的受眾面窄參與學(xué)科競(jìng)賽，并在賽事中獲得好成績(jī)是學(xué) 校、教師和學(xué)生三方共同的努力方向。學(xué)校層面 上，在學(xué)科競(jìng)賽中取得好的成績(jī)，可以提高學(xué)校知 名度，獲得上級(jí)教育部門和社會(huì)公眾的認(rèn)可;指導(dǎo) 教師層面上，通過指導(dǎo)學(xué)生參與競(jìng)賽，可以提高實(shí) 踐教學(xué)水平;參賽學(xué)生層面上，可以提升實(shí)踐能力 和實(shí)踐水平，為今后深造和從事相關(guān)科研工作打 下基礎(chǔ)。但是，參賽的只是學(xué)校中的少部分學(xué) 生，受眾面窄，同時(shí)，指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)會(huì)偏 向于競(jìng)賽相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)和指導(dǎo)，與日常教學(xué)活 動(dòng)脫節(jié)嚴(yán)重，因此，單獨(dú)憑借競(jìng)賽活動(dòng)并不能達(dá)到 教育、教學(xué)資源的共享，僅通過該種方式難以提高 整體實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量

5、和人才培養(yǎng)水平7!（二）競(jìng)賽內(nèi)容與實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)脫節(jié)現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)基本是由教師根據(jù)教學(xué) 的知識(shí)點(diǎn)來設(shè)計(jì)一些驗(yàn)證性的教學(xué)項(xiàng)目，每個(gè)實(shí) 驗(yàn)之間的關(guān)系相對(duì)獨(dú)立，且由于教學(xué)設(shè)備及教學(xué) 經(jīng)費(fèi)的限制，實(shí)踐教學(xué)的具體課程一般都是為了 滿足一個(gè)或幾個(gè)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)而設(shè)計(jì)出來的驗(yàn)證性 項(xiàng)目，缺乏持續(xù)改進(jìn)和技術(shù)更新，與當(dāng)前最新的 知識(shí)和技術(shù)有脫節(jié)。而且，單個(gè)的教學(xué)項(xiàng)目間沒有 連貫性，如生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的蛋白質(zhì)性質(zhì)、紫外分 光光度法測(cè)定蛋白質(zhì)含量、血清蛋白的醋酸纖維 膜電泳等實(shí)驗(yàn)，難以滿足和適應(yīng)未來生物工程產(chǎn) 業(yè)發(fā)展的需要9o（三）實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控和反饋的力度較弱以往的教學(xué)評(píng)價(jià)過程，一般就是采用平時(shí)成 績(jī)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)

6、相結(jié)合的方式進(jìn)行，這種評(píng)價(jià) 機(jī)制脫離了實(shí)際的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)情境，不能直觀反映 學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力10，不利于對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力 和實(shí)驗(yàn)分析、設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。二、學(xué)科競(jìng)賽為載體的實(shí)踐教學(xué)改革探究（一）目標(biāo)導(dǎo)向，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)課程體系 本專業(yè)立足于京津冀生物產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展帶， 圍繞生物工程本科生培養(yǎng)目標(biāo)要求，參照國(guó)標(biāo)和 企業(yè)或行業(yè)專家建議，構(gòu)建了工程學(xué)、化學(xué)、生物 學(xué)三大課程群模式組成的課程體系（圖1）,完善本 科人才培養(yǎng)方案，健全通識(shí)教育體系，整合課程內(nèi) 容，優(yōu)化專業(yè)教育課程體系。針對(duì)賽事題目設(shè)置 “問題導(dǎo)向”課程、“學(xué)科前沿”課程、“交叉技術(shù)”課 程，開設(shè)科研訓(xùn)練課、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練課、自主實(shí)驗(yàn) 課等一批能力拓

7、展課程，將原本分散在不同理論 課程中的實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目重新整合，組織成為具有 綜合性、研究性的實(shí)踐課程，將程式化、乏味的固 化實(shí)驗(yàn)課程轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢砸l(fā)學(xué)生思考、培養(yǎng)科學(xué) 思維和動(dòng)手能力的啟發(fā)式實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠在其 中完成方案設(shè)計(jì)和形成產(chǎn)品創(chuàng)新，強(qiáng)化了學(xué)生的 工程意識(shí),增強(qiáng)了解決實(shí)際問題的能力，強(qiáng)化實(shí)踐 教學(xué),提高學(xué)生綜合素質(zhì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）個(gè)畢業(yè)實(shí)習(xí)I畢業(yè)論文I生產(chǎn)實(shí)習(xí)ZE認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)生物工廠設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)1生物分離工程1生物反應(yīng)工程八生物工程設(shè)備、基因工程工程學(xué)與生物學(xué)結(jié)合生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)生物工程開放實(shí)驗(yàn)生物工程設(shè)備工程圖學(xué)IV不|分子生物學(xué)|化工原理IIA工程圖學(xué)實(shí)踐電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)由丁與由子畢

8、業(yè)實(shí)習(xí)I畢業(yè)論文I生產(chǎn)實(shí)習(xí)ZE認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)生物工廠設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)1生物分離工程1生物反應(yīng)工程八生物工程設(shè)備、基因工程工程學(xué)與生物學(xué)結(jié)合生物工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)生物工程開放實(shí)驗(yàn)生物工程設(shè)備工程圖學(xué)IV不|分子生物學(xué)|化工原理IIA工程圖學(xué)實(shí)踐電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)由丁與由子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)化工原理IIB化工原理課程設(shè)計(jì)II物理化學(xué)IIA物理化學(xué)IIB物理化學(xué) 實(shí)驗(yàn)IIA物理化學(xué) 實(shí)驗(yàn)IIB工程訓(xùn)練inASPEN化工 過程模擬化工原理 實(shí)驗(yàn)IIA 化工原理 實(shí)驗(yàn)IIB有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)IIB有機(jī)化學(xué)IIB有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)IIA有機(jī)化學(xué)IIAT分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)I分析化學(xué)I|生物化學(xué)I|大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)IB 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)IA大學(xué)物理II無機(jī)

9、化學(xué)實(shí)驗(yàn)I無機(jī)化學(xué)I工程學(xué)知識(shí)領(lǐng)域化學(xué)知識(shí)領(lǐng)域生物學(xué)知識(shí)領(lǐng)域圖1工程學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)三大專業(yè)主干課課程群（二）基于學(xué)科競(jìng)賽，構(gòu)建綜合實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái) 依托生物學(xué)一級(jí)學(xué)科碩士點(diǎn)、生物與醫(yī)藥碩 士專業(yè)學(xué)位點(diǎn)、化工節(jié)能過程集成與利用”國(guó)家 地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室、綠色化工與高效節(jié)能”河 北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、河北省分子生物物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn) 室等教學(xué)科研資源，構(gòu)建學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)等平臺(tái)，開展實(shí)踐教學(xué)、創(chuàng)新教育、學(xué)科競(jìng)賽 等多層次綜合訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了工程能力與素養(yǎng)的完 整性培育（圖2）!學(xué)生在各項(xiàng)基礎(chǔ)性、專業(yè)型、綜合 性學(xué)科競(jìng)賽中獲得了優(yōu)異成績(jī),近三年，獲得包括 全國(guó)大學(xué)生生命科學(xué)競(jìng)賽、大學(xué)生挑戰(zhàn)杯、大學(xué)生 創(chuàng)新創(chuàng)

10、業(yè)計(jì)劃、化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽、化工實(shí)驗(yàn)大賽等在 內(nèi)的國(guó)家級(jí)和省部級(jí)獎(jiǎng)50余項(xiàng)。（三）豐富實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容和形式圖2工程能力與素養(yǎng)的完整性培育多層次訓(xùn)練，完整性培養(yǎng)第圖2工程能力與素養(yǎng)的完整性培育多層次訓(xùn)練，完整性培養(yǎng)第1層實(shí)踐教學(xué)I 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 實(shí)習(xí)教學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第2層創(chuàng)新教育校創(chuàng)新基金創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃參與教師科研第3層學(xué)科競(jìng)賽生命科學(xué)競(jìng)賽化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽“挑戰(zhàn)杯”本專業(yè)特別注重培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)，推行 工學(xué)并舉、校企合作的培養(yǎng)模式，縮短學(xué)生與社會(huì) “最后一公里”的距離?，F(xiàn)已與河北石藥控股集團(tuán) 有限公司、天津天士力集團(tuán)有限公司、北京邁基諾 基因科技股份有限公司等共建實(shí)踐實(shí)習(xí)教學(xué)基 地!通過生產(chǎn)實(shí)踐教學(xué)，近距

11、離參觀學(xué)習(xí)相關(guān)生產(chǎn) 流程、操作規(guī)范等，加深對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)的理解和 掌握，在理論教學(xué)和生產(chǎn)實(shí)踐之間搭建了橋梁。同 時(shí)選聘了 16名企業(yè)專家擔(dān)任兼職教師，強(qiáng)化工程 實(shí)踐教學(xué),強(qiáng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題“產(chǎn)學(xué)研”結(jié) 合,體現(xiàn)專業(yè)特點(diǎn)，反映培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的工 程意識(shí)和創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的科研素養(yǎng)、動(dòng)手能 力及綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。（四）探索學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目向?qū)嵺`教學(xué)的轉(zhuǎn)化學(xué)科競(jìng)賽為課程設(shè)計(jì)提供了新思路和新課 題，通過將學(xué)科競(jìng)賽作品和案例作為載體,以探索 式、研討式教學(xué)方法融入各學(xué)科課程設(shè)計(jì)中，結(jié)合 課程所需要的知識(shí)點(diǎn)和技能訓(xùn)練內(nèi)容，建立以課 題為核心的課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式，將實(shí)踐教學(xué)由單 一向

12、綜合方向遞進(jìn)。同時(shí)，根據(jù)學(xué)時(shí)要求可將實(shí)驗(yàn) 按照知識(shí)點(diǎn)和實(shí)踐技能訓(xùn)練的內(nèi)容進(jìn)行合理分 解，解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容之間連貫性差的問題。目 前，在大學(xué)二年級(jí)和三年級(jí)開設(shè)了研究型實(shí)驗(yàn)和 開放實(shí)驗(yàn)，這些課程通過介紹競(jìng)賽和科研過程中 的相關(guān)知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際解決復(fù)雜 工程問題的能力，提高學(xué)生掌握和使用現(xiàn)代工具 的能力，使學(xué)生具有自我知識(shí)更新和拓展的能力, 開啟在校課程所學(xué)知識(shí)和所獲能力的更新與拓展 之門，為學(xué)生結(jié)束本科學(xué)業(yè)后開始后續(xù)的終身自 主學(xué)習(xí)做好鋪墊。以大三年級(jí)為例，設(shè)計(jì)了固定化漆酶及對(duì)去 除廢水中的2,4-二氯苯酚的研究型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中 引入固定化酶技術(shù)，學(xué)生根據(jù)自己的理解可選擇 不同的固定化方

13、法（樹脂吸附法、交聯(lián)法等）!學(xué)生 在理論課程學(xué)習(xí)和生物化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上, 以小組為單位，對(duì)給定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)并優(yōu) 化相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并完成課程任務(wù)。 通過本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要使學(xué)生深入理解不同固定 化方法對(duì)酶活性的影響，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)性思維能 力。同時(shí)通過團(tuán)隊(duì)合作，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到分工與合作 的重要性，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)。（五）學(xué)科競(jìng)賽為載體,形成科研和教學(xué)融合指導(dǎo)學(xué)生參與學(xué)科競(jìng)賽的教師，多數(shù)都承擔(dān) 科研項(xiàng)目的研究工作，實(shí)現(xiàn)科研工作和實(shí)踐教學(xué) 過程的有機(jī)結(jié)合,需要不斷完善實(shí)踐教學(xué)體系,以 創(chuàng)新教育和提高學(xué)生綜合素質(zhì)為目的,有組織、有 領(lǐng)導(dǎo)、有計(jì)劃地開展實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。從實(shí)驗(yàn)課程內(nèi) 容的選擇、實(shí)

14、驗(yàn)教學(xué)中心的開放式管理、教師隊(duì)伍 的選擇和培養(yǎng)、監(jiān)管制度和考核制度等多方面同 時(shí)進(jìn)行。引導(dǎo)教師將先進(jìn)的技術(shù)或科研成果轉(zhuǎn)化 為實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容或手段，推動(dòng)現(xiàn)有設(shè)備的改造和 功能提升，給學(xué)生提供自主發(fā)展和實(shí)踐鍛煉的空 間，最大限度地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的效能，提高實(shí) 踐教學(xué)水平和質(zhì)量，探索出一條可持續(xù)提升實(shí)踐 教學(xué)整體水平的新途徑，從而有效提高學(xué)生工程 實(shí)踐技能，增強(qiáng)學(xué)生交流和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。（六）建立實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系對(duì)于實(shí)踐教學(xué)改革，不僅是要注重實(shí)踐教學(xué) 過程，也需要加大對(duì)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控和反饋的 力度，及時(shí)掌握實(shí)踐教學(xué)改革的效果。實(shí)踐教學(xué)質(zhì) 量的監(jiān)控一般分為三個(gè)階段，即實(shí)踐教學(xué)準(zhǔn)備階 段、實(shí)踐教學(xué)過程實(shí)施階段、實(shí)踐后鞏固階段。準(zhǔn) 備階段主要是對(duì)實(shí)踐教學(xué)安排情況、學(xué)生預(yù)習(xí)情 況進(jìn)行監(jiān)控；實(shí)踐教學(xué)過程實(shí)施監(jiān)控是指對(duì)實(shí)踐 教學(xué)過程中進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)了解學(xué)生和教 師在教學(xué)過程中的情況，是否達(dá)到教學(xué)預(yù)期效果； 實(shí)踐教學(xué)后的反饋監(jiān)控主要是實(shí)踐教學(xué)總