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生物工程實驗課程的構建探討范文

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生物工程實驗課程的構建探討

一、綜合實驗課程的特點

綜合實驗是建立在傳統的演示性實驗、驗證性實驗基礎之上的一種新型實驗課程體系,經過幾年實踐,總結出以下幾個特點。首先,選題由教師或學生自己確定,實驗方案接近工程實際,積極應用新技術,體現高新技術向課程的滲透。其中與教師科研相結合的課題使得實驗層次有所提高,更具有探索性和創造性。其次,選題一經確定,學生充分發揮其主觀能動性,認真查找資料并設計實驗方案,由過去的被動實驗變為主動參與,鍛煉了學生的設計能力和綜合創新意識。最后,在教學組織上,實現2~3人一組,組長負責協調,學生之間既有分工又有合作,教師對各環節給予有目的的指導,推進和保障實驗內容的順利實施。

二、綜合實驗課程實施的內容及步驟

綜合實驗教學過程可按以下步驟進行。第一階段:實驗分組、選定研究課題。綜合實驗選題的一般原則。

1.具有相對完整性。

綜合實驗應選取比較典型的工程問題,涉及本科生所學課程的多個知識點,實驗內容形成一個相對完整的工程訓練體系,達到訓練學生學會分析和解決工程實際問題的目的。

2.具有可行性。

應根據實驗經費和實驗室具體情況,結合學生所學知識,選取工業生產中具有代表性的技術問題為實驗內容。大多數問題應該難度適中,使學生在規定的時間內經過努力可以解決,易于調動學生學習的積極性。

3.具有應用性和可拓展性。

開出的綜合性實驗要聯系企業對工科大學生在技術層面上的要求,給學生一個較大的處理問題的空間。通過實驗設計將各門課程學習的各種實驗技能有機整合,并且靈活應用,解決實際問題。實驗的每個環節能深能淺,各自都能相對獨立和深入拓展。學生在實驗中既有規范指導而又不受到規范的約束,重在通過實驗而得到思維過程的訓練,基本上掌握解決一般工程問題

4.具有綜合性和靈活性。

知識是一個聯系緊密的整體,實驗中所包含的知識之間并非孤立,而是相互聯系、相互作用的。因此綜合實驗設計時不僅要考慮知識的覆蓋面,而且要著重考慮知識間的聯系,使整體功能得以最大限度地發揮。學生可充分利用基礎課和專業課的知識以及所掌握的實驗技能,充分利用實驗室的儀器設備,自行設計多種方案,在教師的指導下,修改完善課題方案,鍛煉提出假設、構想技術路線和預期結果的能力。第二階段:開題論證。對學生初步方案的可行性、難度進行論證、分析,在教師的指導下,修改完善課題方案,填寫開題報告。培養學生提出假設、構想技術路線和預期結果的科研能力。第三階段:實驗設計。教師先講解有關的文獻資料及查閱方法,然后明確實驗的內容、意義、重點、難點及需要解決的問題,為設計實驗方案奠定基礎。學生在課下根據自己所感興趣的課題,在查閱大量文獻的基礎上設計實驗方案。要求學生在報告實驗方案過程中,明確本課題實施的技術路線、實驗內容以及實驗方法,使不同課題組之間達到課題方案交流、互相啟發、互相學習、取長補短的效果。根據每個組的實驗方案,結合實驗室的具體條件,教師對課題方案進行評定,強調課題的理論依據、意義、創新性及可行性,并指出課題實施過程中的具體問題。第四階段:課題實施。學生根據方案分組實驗,課題組獨立完成實驗方案實施的全過程,教師主要是解答問題,宏觀調控,把握進度,引導學生獨立思考,鍛煉其動手能力,同時使學生將各專業課知識融會貫通,提高綜合運用知識及獨立工作的能力。教師定期組織學生進行學術討論,通過討論使各組互相了解實驗內容、研究思路和創新點等,也便于指導教師掌握各組的實驗進度、存在問題,并指出努力方向。要求學生隨時匯報工作進展,研究解決出現的問題,制定下一步工作方案。為每一位同學提供講解的機會,鍛煉其表達能力。第五階段:總結成果,進行答辯。要求學生根據自己在一定時間內的工作,按科研論文的形式寫出規范的研究報告。由教師組織答辯。根據學生資料查詢、實驗方案設計、實際操作、實驗報告寫作、答辯記錄等幾個方面綜合評定學生成績。

三、綜合實驗課程教學改革措施

根據實驗室現有條件,開設了“人白細胞介素2原核表達系統的建立”、“大豆中脲酶的提取、分離、鑒定、活性以及反應動力學參數的測定”、“產纖維素酶微生物菌種的分離和篩選”等綜合性實驗。實驗內容包括了原核系統的建立、表達、分離,生物活性有效成分的提取、分離、純化、活性測定、定性定量檢驗,培養基的制備、實驗材料的收集、微生物菌種的分離、純化及產物鑒定等數十個綜合性、設計性實驗,覆蓋了整個生物工程產業的上、中、下游過程,涉及生物化學、微生物學、分子生物學、基因工程、生物物質分離及現代儀器分析等專業基礎課和專業課,使學生得到全過程、全方位的科研訓練,提高學生的學習興趣和工作的責任心,為學生的就業以及再深造學習打下良好的基礎。在實施過程中,以下幾方面是我們關注的重點。一是實驗教學與科研相結合。指導教師在確定實驗題目時,結合實驗室經費、科研立項基金或教師的科研項目內容和研究目標,選擇適當的科研項目中的部分研究內容,作為學生綜合實驗教學中的課題。不僅加深了實驗課教學內容的深度和廣度,而且可以培養學生嚴謹的治學態度和工作作風,消除學生對科研的畏懼感和神秘感,大大提高學生對科研的興趣和自信。二是教學方法上講授、討論、實驗研究三結合。在綜合型實驗中,教學方法由已知知識的“傳授法”變為探索未知的“指導法”。教師對課題要求、新儀器與設備的應用、科研的環節和方法進行專題講授,引導學生檢索、查閱文獻資料和工具書,對查閱的文獻資料和方案進行集體討論,有效地鍛煉學生檢索文獻資料,分析與評價他人研究工作的能力。在教師組織下,通過討論,制訂和完善實驗方案,根據方案分階段實施。教師的精講、解疑和指導都是根據學生自主學習的具體情況有針對性地進行,以學生講述和爭論為主,教師及時給予解疑和幫助。這種教學方法將學生本科后期從事畢業設計乃至研究生階段的教學方法引入專業基礎課實驗,為突破以講授為中心的教學法提供了新的途徑。三是加強實驗教材改革,綜合實驗課程教學中我們注意了實驗課題的設置水平,確保學生進行實驗設計時必須參考一定數量的文獻資料。據統計,每位學生平均查閱期刊5種,參考文獻9篇,多的達20多篇。四是重視實驗前的準備,綜合實驗課程中通過讓學生自己準備實驗,使學生懂得每做一個實驗不僅要花費不少財力物力,而且還要付出大量的辛苦勞動,更加珍惜每一次實驗,進而提高學習的積極性。有些學生通過查閱資料發現普通食用黃豆和黃豆種子在脲酶活性上有差異,于是自己跑到楊凌農科所購買了黃豆種子作為實驗材料,學生的學習熱情特別高漲,求知欲望更加強烈,學習效果更為顯著。五是加強實驗中的指導和結果分析。首先,必須使學生對實驗的目的、步驟及所用儀器、工具、藥品等有較透徹的了解之后才能動手,切忌盲目行事。其次,必須具體講解觀察方法、步驟及注意事項。再次,對某些技巧性較強的步驟,教師需精心指導,并讓學生反復練習,比如在脲酶分離時的裝柱。最后,對某些實驗,教師可根據教學需要或本校的實驗條件,適當改變實驗方法或步驟進行指導,不必拘泥于教條式的教學。強調學生做好操作過程的紀錄,注重對實驗效果的分析,要求學生實事求是,不受主觀臆斷約束,不可抄襲書本或他人的實驗結果。成功的實驗結果易于分析,而失敗的結果分析往往使學生感到困惑,找不出失敗的原因所在。例如有些學生第一次裝柱后發現有大量的氣泡存在,花費了很多時間仍不能使氣泡除凈,以致影響實驗的進程,通過查閱資料及多次嘗試,找到了煮沸的訣竅。雖然因查找原因多用了時間,但卻教會學生必須以科學態度認真對待每一步實驗操作,并且要及時地發現和解決實驗中的各種問題。六是實驗課程論文的寫作。改革了羅列實驗數據、敘述實驗過程的做法,要求學生以科研論文的形式撰寫實驗報告。報告內容增加了文獻資料查閱、方案設計、實驗結果分析和實驗結論等內容。強調參與與互動,自評與他評相結合,實現考核評價主體的多元化。綜合實驗時間安排在每學期期末考試前進行,為期半個月。將考核內容分為3個部分:實驗設計占30%,實驗過程綜合表現占30%,實驗課程論文占40%。考核標準在實驗開始前予以公布。強調考核成績不是單純以實驗結果好壞評定,而且要看學生的實驗的綜合能力,包括對實驗原理的理解程度、實驗操作技術、實驗結果及分析、綜合能力等。打破了以教師為主的單一評價主體模式,逐步形成由教師、學生、實驗技術人員,甚至包括專業研究人員共同參與的交互過程。將評價變成了主動參與、自我反思、自我教育、自我發展的過程,充分調動學生的學習積極性。

四、生物工程綜合實驗課程教學效果分析

第一,提高了學生的學習興趣和創造性思維。通過綜合實驗課程的開設以及教學方法的改革,實驗課堂氣氛活躍,學生不再是機械地做實驗,而是主動閱讀教材,查閱資料,與同學和教師共同探討實驗過程和結果,大大激發了學生的求知欲望。每個同學提交的方案都顯示了他們的努力和能力,表明他們是在查閱了大量文獻的基礎上,經過積極的思考后寫成的。大大激發了他們探索問題的興趣,提高了學習的自覺性。要求學生在設計實驗方案時,必須強調實驗的可行性,同時也強調實驗室在開放實驗中,實驗器材、器具等實驗用品不可能樣樣俱全,要求學生開動腦筋,積極思維,鼓勵學生因地制宜自行設計和制作,解決實驗中的具體問題。這樣做,不僅可以節約開支,而且培養了學生的創造性以及解決實際問題的能力。第二,培養了學生的科研素質,綜合實驗使學生對科學研究工作有了初步的認識。無論是獨立設計實驗方案,還是在實驗中遇到問題,除了教師的指導外,都需要同學們自己查閱文獻資料,完善實驗設計,解決遇到的問題。為此,他們不斷地跑圖書館、資料室,掌握了多種文獻檢索的方法,也更加熟悉了相關的資料、刊物,培養和鍛煉了他們的獨立學習能力,拓寬了知識面,也使他們初步掌握了尋找課題、開展課題研究的基本方法。每次實驗前,實驗安排、實驗步驟的欠缺和不清晰是造成同學們實驗混亂、失敗的主要原因之一。比如有些組在設計方案時用丙酮作為脲酶提取劑,可在實驗過程中發現提取液非常粘稠以致于無法進行后續分離,不得不重復提取實驗。實驗完成后,同學們切實認識到了寫好實驗方案、合理安排實驗、做好實驗記錄、熟悉各個實驗環節的重要性,認識到只有做到心中有數,才能使實驗順利進行,獲得科學的結論,嘗到成功的滋味。在整個實驗過程中,由于同學們是第一次按照這種模式學習實驗課內容,一開始很興奮,想得也很簡單,在實際操作過程中,才發現這種學習方式是想著容易做著難。面對大量同一操作的重復,面對實驗的失敗,他們必須投入比過去多的多的時間和精力拓寬自己的知識面,解決實驗中遇到的問題,除正常的課堂時間外,還需要利用業余時間完成實驗。兩周的實驗做下來,同學們認識到進行科學研究需要縝密的思維、正確細致的實驗操作,需要毅力、膽識,更需要吃苦耐勞和敢于面對失敗和堅持到底的精神。科學實驗的全程訓練,提高了學生的實驗操作技能。從查文獻到確定實驗對象,從實驗原理到具體操作,從實驗儀器到實驗藥品,從藥品主要指標的測定到國家的有關標準,從實驗數據的采集到實驗數據的分析,最后形成實驗報告。一系列的實驗過程都是由學生在查閱文獻的基礎上自己設計和完成,沒有統一的模式要求,給學生留下了廣闊的發揮空間,富有挑戰性和創新性。學生在獨立準備、獨立完成實驗的過程中,操作技術普遍得到了良好的訓練。實驗中,盡管教師多次強調實驗操作要正確、嚴謹,但同學們仍不夠重視,直到他們從失敗中接受了教訓。在撰寫實驗報告的過程中,學生學會了分析實驗數據、總結實驗過程、探討實驗中遇到的各種現象和問題;同時也學會了用計算機處理實驗小論文的內容。學生的學習方法“由死變活,由被動變為主動”,他們不僅加深了書本知識的理解和認識,還熟悉了科研的基本方法和思路。第三,培養了學生的良好學風,提高了他們的道德素質。由于常常會有幾個課題小組同時在實驗室做實驗,實驗室的衛生和秩序就顯得更加重要。整個實驗進行過程中,同學們逐步認識到了這一點,從開始的手忙腳亂、雜亂無章到有條不紊、秩序井然,并相互為對方創造有利的條件和環境。提高了他們的公共意識,這為他們今后的學習和工作奠定了良好的基礎。總的來說,綜合實驗充分給予了學生思考、選擇、自學、嘗試和失敗的權利,約束力大大減小,特別是思維約束的打破,使他們勇于思考、勇于創新,活躍了思維,開闊了思路,體會了樂趣。

五、綜合實驗課程的體會

一要加強實驗室管理,確保綜合實驗課程順利實施。在綜合實驗過程中,學生對藥品、器具、儀器的使用量大,并且具有一定的隨機性。為了確保實驗合理、有序地進行,應采取相應管理措施。在今后的工作中,還要對綜合實驗的模式進行深入摸索,進一步拓展學生選題的廣度和深度,同時逐步改進實驗室的現有條件,逐步實現生物工程實驗室全面而有序的開放。二是綜合實驗課對教師提出了更高的要求。學生的個性、素質、思維方式不同,在預習學習、講述和實驗中提出的見解和問題也不同,這就要求教師對實驗操作、專業知識等有扎實的基礎和實踐經驗,還要對本專業及相關學科的研究動態和新成果有所了解,才能更好地指導學生。指導綜合實驗的教師不但知識面要寬,而且要有實踐經驗。要善于引導學生仔細觀察實驗過程細節,在刻意或自然的過程中使學生養成嚴謹求實的工作作風和善于學習的習慣。教師要組織好小組內各個實驗方案設計的答辯會、小組間交流會,可以此作為學生中的學術活動。特別是綜合實驗后的小結,讓學生總結哪些是成功的做法,哪些是失敗的做法,失敗的原因,需要改進的地方,促進教學相長,不斷改進和完善教學過程。

作者:張雅利孔宇亓樹艷莫曉燕單位:西安交通大學生命科學與技術學院

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