張慶芳，李 蓉，遲乃玉

（大連大學 生命科學與技術學院，遼寧 大連 116622）

基于微生物學實驗教改構建生物工程人才培養(yǎng)體系
——以大連大學生命科學與技術學院為例

張慶芳，李 蓉，遲乃玉

（大連大學 生命科學與技術學院，遼寧 大連 116622）

本文著眼于生物工程應用型人才培養(yǎng)，在繼承傳統(tǒng)微生物學實驗課結(jié)構上，提出了自主探索型實驗項目（綜合設計型實驗）的教改方法和模式評價體系。針對大連大學生命科學與技術學院本科生缺乏學習興趣和理論基礎的普遍問題，進行包括分組方式、實驗內(nèi)容、實驗模式、成果轉(zhuǎn)化等方面的改革。首先，各組學生集體學習基礎驗證型實驗理論和方法；其次，學生結(jié)合自身興趣，聯(lián)系實際熱點，查閱相關資料進行思路總結(jié)；再次，學生進行可行性分析，自主擬題并設計實驗框架；同時，教師在不違背學生意向的原則下，指導學生確立實驗題目及實驗方案；最后，各組依次有序進行實驗答辯與總結(jié)提升；對于有應用價值的選題，提升為大創(chuàng)項目。該教改新模式有利于培養(yǎng)學生學習興趣、激發(fā)學生自主探索和創(chuàng)新精神、提高學生科學實驗能力，為學生社會實踐提供了寶貴經(jīng)驗、為學生職業(yè)發(fā)展提供了廣闊前景、為學生全面發(fā)展提供了必要準備。

自主探索型實驗；教學改革；應用型人才培養(yǎng)；生物工程

生物工程作為生命科學領域三大專業(yè)之一，不同于生物技術和生命科學，更注重培養(yǎng)應用型及產(chǎn)業(yè)化人才[1]。因此該專業(yè)學生不僅要具備足夠的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，同時還要“以用為本”[2]，以更好地適應生物工程產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐。由于我校生命科學與技術學院建院較晚，過去專業(yè)課教學未能清楚認識各培養(yǎng)專業(yè)重點的不同，教學方案缺少整體規(guī)劃，生物工程專業(yè)學生涉及領域廣而不精[3]，同時，社會大眾對生物專業(yè)的消極評價，導致部分學生對該專業(yè)沒有興趣，無心向?qū)W。因此，合理的課程宣傳與設計模式對該問題的解決十分重要。微生物工程作為生物工程的重要部分，是目前生產(chǎn)應用（食品、醫(yī)藥等領域）的中流砥柱。但是，傳統(tǒng)微生物實驗中的綜合實驗（主要為土壤微生物分離純化），有著內(nèi)容單一，缺少創(chuàng)新性，學生過多依賴課本的缺點。同時，未能激發(fā)學生學習自主性，對教學評價也不高[4]。近來，雖有綜合自主型實驗，學生參與選題，但實際聯(lián)系不強，或只是部分選題出自學生，不能滿足生物工程學生培養(yǎng)要求[5]。且我院學生大多為調(diào)劑生，對學習生物的興趣不高，在這樣的消極情緒作用下，很難達到畢業(yè)生應具備的要求。為解決上述多方面問題，我院教師長期從事教學改革，用環(huán)境微生物檢測取代土壤微生物分離，構建了自主探索型微生物學實驗項目，以期構建網(wǎng)絡型教學體系。

1 傳統(tǒng)課程結(jié)構

傳統(tǒng)微生物實驗課主要由表 1中所示五部分實驗組成。其中，前四部分為基礎驗證型實驗。創(chuàng)新對生物工程專業(yè)學生固然重要，但無基礎則無創(chuàng)新之說。因此，該部分是微生物實驗的學習重點，整個過程循序漸進，由淺入深，旨在培養(yǎng)學生扎實的基礎知識元及實驗技能，科學嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度，以及組內(nèi)、組間融洽的氛圍。第五部分實驗——土壤微生物分離純化，為綜合設計型實驗，旨在培養(yǎng)學生對知識的應用能力。傳統(tǒng)教學中，此部分涉及范圍狹窄，并未打開學生的創(chuàng)新性思維視野和對知識的綜合應用。該部分是歷來進行教學改革重點，但是，從大量文獻閱讀可知，該部分改革有限，受制于題，仍集中在多個不同地區(qū)的土壤微生物分離，近來，雖有教改嘗試提高學生選題自主性，但受限于學生理論基礎，確立題目仍由教師主導。因此，也并未做到真正的改革。

表1 微生物學實驗課程安排

2 教改內(nèi)容

根據(jù)微生物工程所占分量及微生物實驗易掌握特性，為加大力度推進生物工程人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)，我院提出《關于提高學生科學實驗能力的自主探索型項目》。實驗進行分組，小組學生參照前四項基礎實驗，聯(lián)系社會熱點，設計不同的課題，范圍涉及食品，衛(wèi)生等領域，題目新穎、有一定應用研究價值。不僅使學生對已有知識進行了復習，更重要的是學生在該過程加入了自己的想法，培養(yǎng)了學習興趣，同時培養(yǎng)了學生對事物的整體把握及分工合作的能力。

本次微生物學實驗教改主要分為三部分內(nèi)容。

分組方式的改革：推行學生自由分組（四人一組），而非老師根據(jù)學號分組。此改革目的在于培養(yǎng)學生根據(jù)以往的熟悉度，合理分析彼此優(yōu)劣勢，自行分組，以便后期合理分工合作。

實驗內(nèi)容的改革：本部分為教改關鍵內(nèi)容。鑒于前四部分基礎實驗的不可取代性及第五部分實驗的綜合性，故選第五部分實驗作我院教改項目——自主探索型實驗項目。該部分占總學時的1/3，在微生物實驗課開始時即通知學生，結(jié)合前四部分實驗與社會實際問題，對第五部分實驗進行自主選題。與傳統(tǒng)綜合設計型實驗——土壤微生物分離純化相比，由于題目完全來自學生，內(nèi)容得到豐富拓展。如表2所示為近兩年部分學生自主探索型實驗選題。此部分實驗，我們培養(yǎng)學生動手實踐能力，以老師為輔，旨在培養(yǎng)學生興趣及創(chuàng)新意識，提高學習自主性，學以致用及分工合作等能力。

教學模式的改革：將張學新[6]提出的“對分課堂”教學模式——分配一半課堂時間給教師進行教授，另一半課堂時間給學生以討論的形式進行交互式學習，體驗課堂討論過程，將其引入微生物學實驗的教學。通過教師講解基礎型實驗，學生則注重自主探索型實驗的討論，來設計答辯環(huán)節(jié)，作為考核成績的一部分。該部分改革旨在開拓學生知識面，提高學習興趣。

表2 兩種綜合設計型實驗內(nèi)容比較

成果轉(zhuǎn)化：為推進生物工程人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)，我院以“產(chǎn)學研結(jié)合”為發(fā)展依據(jù)，對于有應用、指導價值的實驗選題，鼓勵學生申請為大創(chuàng)項目，深入研究。如近兩年，我院根據(jù)微生物自主探索實驗，由大三學生領隊申請到大創(chuàng)項目，其中“對‘人類外掛器官’——手機衛(wèi)生狀況的研究”升級為校級項目，并已發(fā)表篇文章[7]；課后，部分學生主動聯(lián)系老師，申請關于海洋微生物多樣性的創(chuàng)新項目，目前已分離出70余種菌，擬繼續(xù)分離并建立菌種庫。根據(jù)自主探索實驗，衍生出畢業(yè)論文題目“面膜衛(wèi)生安全研究”及“酸奶生產(chǎn)設計”等，由大四學生完成。

3 項目模式

整個項目實驗流程如圖1所示。該過程學生為主體，教師只是對學生選題能否進行作出判斷，對實驗大體流程進行指導，具體實驗安排（即如何在較短時間內(nèi)完成實驗設計）由學生自己控制。

以某組實驗為例：

發(fā)現(xiàn)問題：所提問題不僅為學生要有興趣，同時要求學生的問題必須與實際，或社會熱點相關，有探索、應用價值。如有學生在上述兩點要求下，根據(jù)“3·15”晚會對一次性有毒筷子的曝光，引起了人們的恐慌，聯(lián)想到食堂的“筷子消毒機”，提出該機器能否在作用范圍內(nèi)瞬間殺死病毒、細菌，起到消毒作用的疑問。該問題的解答可使人們在日常生活中更注意衛(wèi)生安全，有一定的指導意義。

立題：該過程切忌教師對學生積極性的打擊，和過多參與學生立題。該階段，學生懷揣好奇心，查閱相關資料、組員討論后初步立題；經(jīng)老師指導確定實驗題目為：某品牌筷子消毒機殺菌效果研究。

方案設計：學生根據(jù)課程時間安排，自行設計實驗。對于部分時間不可調(diào)和的問題，學生可聯(lián)系指導教師借用實驗室。教師對學生設計方案的可行性進行檢查，確定以正常清洗的筷子為對照組，筷子消毒機消毒處理的筷子為實驗組，檢測表面殘留微生物數(shù)量及其種類。

結(jié)果與分析：根據(jù)實驗目的，獲取不同結(jié)果并對之分析。如消毒機殺菌效果實驗中，對培養(yǎng)所得微生物進行菌落觀察，菌體鏡檢，拍照，并進行所需數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，得出殺菌效果的高低。

答辯：對該部分實驗內(nèi)容進行匯總，制作 PPT（包括目錄，實驗目的，實驗材料及儀器，實驗方法，實驗結(jié)果與結(jié)論，討論六部分），進行答辯，教師及其它小組成員對其答辯進行驗收，共同討論，指點不足。每組答辯講解時間10 min，提問時間不限。

補缺及提升：對于答辯時評委指出的不足，小組自愿選擇修補改進。對于部分研究價值較大的實驗，進行拓展，提升為創(chuàng)新實驗。如手機膜實驗現(xiàn)已申請為校級項目。此階段教師以“藝術源于生活而高于生活”來提醒學生科研也是同樣道理，生活中的任何問題都可拿來研究。因此某些同學在課程結(jié)束后，主動聯(lián)系老師申請了關于海洋微生物多樣性的創(chuàng)新項目，已經(jīng)葡萄酒釀造工藝創(chuàng)新項目。

圖1 自主探索型實驗流程

4 教改效果

自主探索型實驗項目在本校已試行2年，學生反饋結(jié)果良好，達到預期效果。與傳統(tǒng)實驗相比，最大特點在于以生物工程本科生培養(yǎng)目標為出發(fā)點，以培養(yǎng)應用型人才為出發(fā)點，為學生搭建了一個充分發(fā)展的平臺。并讓學生認識到，科研往往來源于生活。該項目激發(fā)了學生學習興趣和自主性，拓展了學生思維，提高了學生整體素質(zhì)，培養(yǎng)后的學生符合市場人才要求。

4.1 培養(yǎng)學習興趣

談到生物專業(yè)，不得不提大眾對生物發(fā)展的普遍不了解，和生物方面投資力度的不足，致使學生自身對生物專業(yè)不看好。由于本院學生近80%為調(diào)劑生，對生物工程專業(yè)普遍不感興趣，因此，若不改變此情形，很難提高教學質(zhì)量和效果。施一公等諸多杰出生物人才的事例，都表明興趣是可培養(yǎng)的。據(jù)此，我院進行課程改革，以學生為中心，通過微生物學實驗，引導學生進入微觀奇妙世界后，讓學生自行選題，擺脫乏味的教師為主導的教學模式，學生在驗證，拓展新知識的同時，學習興趣猛增。

4.2 提高自主性

有目標即得用行動去實現(xiàn)。信息爆炸使得提高學生自主學習能力異常重要，但傳統(tǒng)照本宣科式教學法，有悖于知識學習的最佳途徑——自己探索，學生很多時候在實驗前就可根據(jù)專業(yè)知識知道最后的實驗結(jié)果，對實驗的期待不強。歸根是學習動機不明確[7]。

本試行項目，學生在設計準備實驗時獲得更多的實驗主動權，學習主動性提高；答辯環(huán)節(jié)突破了傳統(tǒng)教學，激烈的討論調(diào)動了課堂氛圍，激發(fā)學生熱情，對知識掌握更牢固。學生學會了發(fā)問，思考，多方面的看待問題，學會了自我評價，自我強化，自我完善。這些因素共同作用，提高了學生自我認識和定位。

4.3 提高創(chuàng)新性

學生實驗的設計，教師只起指導作用（不能實現(xiàn)的過程，提示學生尋找其它解決途徑），不會輕易改變選題。這使得選題范圍不再局限于教師研究領域，而是擴展到多方面。對于有意義的選題，后續(xù)作為創(chuàng)新課題。這種模式使學生思維更加靈活、開放，能更好地尋找、開發(fā)、利用資源。本院多名學生在課程結(jié)束后，主動聯(lián)系老師，做相關課程大創(chuàng)，取得了一定成果。諸如有學生為解決大連室內(nèi)因潮濕引起的霉菌問題，經(jīng)市場調(diào)查，和老師溝通探討，申請創(chuàng)新項目，并且課題取得成功。該成果完全可在大學生創(chuàng)業(yè)項目扶持下開始生產(chǎn)，投放市場。

4.4 滿足專業(yè)培養(yǎng)要求

相對于理學學生，工學本科生更需要鍛煉將理論應用于實際的能力，從而創(chuàng)造出更多的價值。本項目中，教師從主導地位轉(zhuǎn)向輔助地位，把更多的空間和資源留給學生自行探索，使學生能力得到全方位的鍛煉和發(fā)展。目前公司普遍招收會技術，懂技術，有思想的人才，應聘工作時，與其它大學的學生競爭，完全可以顯示出我院的優(yōu)勢。同時自主探索型實驗的展開，將過度強調(diào)實驗技能轉(zhuǎn)向了提高實驗者整體科研素質(zhì)。對學生實驗技能的訓練主要集中在基礎實驗部分，該過程著重教師對學生隨時進行操作指導；后期的自主探索型項目，從設計到實行，教師基本不參與，學生完全為其實驗負責，旨在培養(yǎng)責任感。學生為完成課題，必須嚴格控制各方面因素，養(yǎng)成了科學嚴謹、認真踏實的實驗態(tài)度，最終使學生整體科研素質(zhì)提高。

5 總結(jié)

生物工程專業(yè)自主探索型實驗項目的建立，聯(lián)系了社會實際，試行兩年取得了一定成果。調(diào)劑生普遍對微生物學產(chǎn)生了興趣，不再一味的厭惡生物學科，學生自主性、創(chuàng)新思維也因此提高，此過程中，科研素質(zhì)或社會活動能力等也得到了提高。但不得不說，還是存在一些問題需要后續(xù)完善。大量選題均對生活實際有指導意義，但成果化較少，可在課程結(jié)束后，加大對成果的轉(zhuǎn)化，促進應用型人才培養(yǎng)，包括論文發(fā)表，創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新等；本項目雖然是教改項目，但卻集中在微生物學實驗，但不可忽略的是微生物工程在生物工程專業(yè)中的作用，為構建更加完善的教學體系，應加大多學科交叉改革。對這些問題的解決也將是新教改方向，在此將該模式分享給大家，以供商榷，共同提高生物工程專業(yè)學生的培養(yǎng)。

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Constructing Bioengineering Personnel Training System based on Microbiology Experimental Teaching——A Case Study of College of Life Science and Technology, Dalian University

ZHANG Qing-fang, LI Rong, CHI Nai-yu
(College of Life Science and Technology, Dalian University, Dalian 116622, China)

In this paper, we focus on the cultivation of applied talents in bioengineering. Based on the inheritance of traditional microbiology experiment, this paper puts forward the teaching reform method and model evaluation system of self-exploratory experiment project (integrated design experiment). Aiming at the common problems of undergraduates' lack of interest in learning and theoretical foundation, this paper conducts a series of reforms including grouping, experiment content and experimental mode and transformation of results. Secondly, students combine their own interests, the actual hotspots, access to relevant information to summarize ideas; Third, the students feasibility analysis, independent research and design of experimental frameworks; at the same time, the students to learn the basic theory and methods of experimental verification; The teacher does not violate the student's intention under the principle, instructs the student to establish the experiment title and the experiment plan; Finally,each group carries on the experiment reply and the summary promotion in turn；For the application of the value of the topic, to upgrade to a large project. The new teaching reform model is conducive to cultivating students' interest in learning, inspire students to explore and innovate spirit, improve students' ability of scientific experiment, provide valuable experience for students' social practice, provide broad prospects for students' career development, and provide necessary for students' all-round development ready.

independent exploratory experiments; teaching reform; application-oriented personnel training;biological engineering

G642.0

A

1008-2395(2017)03-0109-04

2016-12-05

遼寧省普通高等學校本科工程人才培養(yǎng)模式改革試點專業(yè)（GM201418）。

張慶芳（1965-），女，博士，教授，碩士生導師，研究方向：微生物與發(fā)酵工程。