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根據創新性實驗的要求,教學實驗中心首先在各實驗室實施了開放式管理,在實驗教學的時間和空間上安排更為靈活。如在“生物環境工程”課程的實驗教學過程中,將實驗班分成若干實驗項目小組,實驗指導老師給出一定范圍實驗內容,學生根據自己的興趣選擇其中一個方面來開展,或可以自行設計實驗題目,實驗教師對實驗各環節進行指導,并提供必要的實驗設備和實驗條件。整個過程由學生為主來組織實施,讓學生充分發揮自己的積極性和能動性,自主設計實驗過程和方案,實施每一個實驗環節,對實驗結果進行分析和處理。結合實驗室的開放,在實驗時間上予以自由,而不是傳統意義上必須在實驗室的規定時間內完成。在實驗室中開展實驗教學實踐的同時,根據實驗內容的需要,把學生帶到教學實驗基地,利用教學實驗基地提供的條件和設施,拓展實驗思路,進一步優化實驗方案。為使得學生在實驗基地能順利開展實驗工作,聘請了基地中經驗豐富的專業技術人員來協同指導,組織實施,這些實驗形式進一步開拓了學生的實驗思路,促進創新性實驗教學的發展。
1實驗教學條件的建設
近年來,國內外生物系統工程領域發展迅速,新的研究領域不斷開拓、先進的實驗方法和手段不斷涌現,浙江大學生物系統工程學科通過“211工程”,“985工程”以及學科建設和重點實驗室經費等的持續投入,學科和科研實驗室的設施設備條件得到很大程度的提升,硬件條件的改善豐富了研究內容,學科部分研究走在了國內外前列,這些發展為創新性實驗教學內容設計和實施提供了思路和條件[9-11]。因此,促進學科和科研實驗室資源與實驗教學的共享,建設創新性實驗教學開展的條件,以提升實驗教學水平就很有意義。在實驗教學與學科實驗室共享方面目前已做了一些有益的嘗試,建立了“精細農業與3S技術”、“生物生產機器人”和“生物質能源”等共享平臺,實驗教學的設備和設施條件得到很大的改善,可根據需要在這些實驗平臺開展實驗教學活動,這使得實驗教學的范圍和資源得到很大的拓展,豐富了實驗教學內容,為有潛力和興趣學生的自主探索提供了渠道,激發了專業學習的興趣。鑒于此,在2010年教學實驗中心也相應地改名為實驗中心,其職責在逐步發生改變。與之相對應地是,課程教學任務安排的時候,要求在相關領域科研活動活躍的老師擔任主講老師之一,在課程實驗教學過程中滲入學科領域研究內容的講解,對實驗室的各設備特點和項目研究內容和手段等方面向學生進行介紹,鼓勵他們通過設計項目或與研究生合作等方式參與到實驗室的研究探索中來,激發求知欲,提高研究探索性實驗的積極性和熱情,培養本科生創新性思和解決問題的能力。除實驗室探索外,校內外實驗教學基地的開拓也是開展創新性實驗教學的重要方面。在原校外實驗基地的基礎上,如傳化農業科技園,娃哈哈工廠等,近年來與學科發展領域相適應,相應地拓展了校外基地,如與桐廬萬強生態農莊、臨安生態污水處理廠等建立了合作關系,與杭州市農業科學院蔬菜研究所的喬司基地合作建立了實驗教學基地等,這些實驗和實踐基地的建立為課程如“精細農業與3S技術”、“生物環境工程”和“生物系統工程認識實習”等提供實習、實踐和實驗教學場所的同時,為設施栽培、溫室環境管理調控、灌溉系統設計與管理、廢棄物資源化等領域提供了自主性實驗探索的條件,學生可開展如溫室環境分析、基質栽培、環境調控和病蟲害無損檢測等多項研究與探索性實驗。在校內實驗和實踐基地建設方面,重新規劃和建設了農機具操作實驗基地。鑒于浙江大學的農業工程學科是從1958年創建農業機械專業開始的,對農機具和加工方面的教學和研究有相當長的歷史和積累。這次利用校區搬遷,對舊的農機庫進行了整理分類和重新設計,使其從模型觀摩為主逐步轉移到提供學生開展實踐動手為主,并購置了一批新的農機具進行補充,如新增了油菜聯合收割機、六腳鐵甲蟲機器人系統、自動嫁接移缽機等24臺/套計100余萬的儀器設備,為農業機具類和加工類的實驗教學和實踐提供了支撐。另外,為促進農機具實驗基地的資源共享,與杭州市相關單位和其他學校在農機庫的共享利用方面達成共識,并請經驗豐富的老師進行技術材料準備,逐步把農機庫建設成為學生動手實踐鍛煉的實驗教學場所,成為創新性實驗教學的重要校內基地。
2創新性實驗教學的管理和措施
實驗教學內容的設計上,要求具有一定比例的研究性探索性方面的實驗內容,內容和范圍都經過學科老師和相關領域專家的討論,與學科研究發展趨勢和技術手段相吻合[12-13]。在實施過程中,要求實驗技術老師、課程教師、研究生等共同參與到實驗教學中來,形成指導小組,定時或不定時地對學生設計的實驗方案和采用的技術手段進行討論,對實驗過程的各個環節根據需要進行輔導或指點,引導學生對實驗結果進行分析,啟發他們在實驗過程中思考,獲得的實驗經驗并鍛煉他們的創新能力。尤其重要的是允許失敗,因為失敗的結果也是探索鍛煉過程中重要的一環,給予學生充分的寬容與自由度。與之相適應的是,實驗室采用開放式和信息化管理方式,以保障學生進行創新性自主探索、畢業設計、大學生科研訓練計劃等各類實驗項目的順利進行。實驗技術人員的水平和技能的提高對創新性實驗管理和實施有著舉足輕重的作用[14]。尤其是學科實驗室與教學實驗室的共享給實驗技術人員工作上提出了更高的要求,因此提高實驗教學指導、實驗室管理和儀器設備維護水平更為迫切。目前主要措施是加強實驗技術人員的引進和培訓,以使得實驗技術人員在實驗內容設計、方法和技術、以及實驗室管理方面得到提升和進步。并要求實驗技術人員與課程教師一起參與實驗教學內容調整的討論,對實驗教學創新性教學內容的設計和實施給予鼓勵和資助。為促進創新性實驗的持續開展,多渠道爭取建設經費,逐步提高和完善實驗室設施條件是必須的。生物系統工程專業利用浙江省實驗教學示范中心的建設資金的投入,建立本科生科技創新實驗平臺,對學生部分綜合性設計性和自主設計的研究性探索性實驗項目給予資助。為與創新性實驗靈活的實施形式相配合,實驗中心實驗教學網站進行了重新規劃和設計,增強與學校數據庫之間的共享,在實驗室使用預約,設備介紹、實驗展示以及實驗室的開放、資源共享等方面進行擴展[15]。
3結語
生物系統工程專業以培養通用性較強的生物系統裝備工程師為目的,所培養的人才既具有生物科學知識背景又具有工程技術背景,能夠將工程原理與設計應用于生物系統中,解決與生物生產和加工相關的工程問題,改善、控制和設計生物生產過程和生物系統等,專業的交叉性強。該專業自2002創建和第一屆招生以來,其基于生物系統裝備工程師的培養思路得到了社會各界的認可,通過一系列的專業調整和改革措施,課程體系和培養方向也日趨完善和清晰,生物系統專業建立和建設成果“多學科融合國際化拓展—生物系統工程專業創建與復合型創新人才培養的實踐”獲得了2009年國家教學成果一等獎。隨著課程體系的逐步完善,實驗教學內容設計方面如何根據學科交叉的特點,加強創新性人才培養,與迅速發展中的生物系統工程學科相適應是值得進一步探索的。自2010年以來,在兩年的實驗教學實踐中,在與學科與科研實驗室的共享發展上做了有益的嘗試,使得本科生能在部分設施設備先進的科研實驗室中能進行自主的實驗探索,擴展了實驗教學的資源,同時結合新校區的搬遷,重新調整和建設了部分教學實驗室和校內教學實踐基地,并積極拓展校內外實驗教學和實踐基地,為創新性實驗教學提供了更為廣闊的舞臺。在實驗室管理上采用開放式管理模式,并引進和提高實驗技術人員的實驗技術和管理水平等方式,通過以上各措施促進創新性實驗教學的發展和深入,以培養生物系統工程領域的優秀人才。
作者:沈明衛郝飛麟何勇馮雷單位:浙江大學生物系統工程與食品科學學院浙江樹人大學生物與環境工程學院