地方院校生物工程綜合大實驗教學(xué)實踐.docx

1、doi:10.3969j.issn.2095-1736.2021.06.127地方院校生物工程綜合大實驗教學(xué)實踐張滑澤口3,王久利口，王克宙L2,王雪韌七沈迎芳1.2青海民族大學(xué)生態(tài)環(huán)境與資源學(xué)院.西寧810007;2.青海省特色經(jīng)濟植物高值化利用重點實驗室.西寧810007;3.國家民委青藏高原資源化學(xué)與生態(tài)環(huán)境保護重點實驗室.西宇810007)摘要為提升地方院校生物工程專業(yè)教育水平.基于生物工程綜合大實驗教學(xué)目的和要求.結(jié)合地方特色，構(gòu)建基于PBL模式的生物工程綜合大實驗教學(xué)模式。以提高學(xué)生實踐創(chuàng)新能力為目標.由學(xué)生項目組自主設(shè)計實驗.將課程內(nèi)容與產(chǎn)品生產(chǎn)實踐相關(guān)聯(lián)，以項目化管理完成實驗全

2、過程。從課程的定位、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)手段創(chuàng)新等方面進行教學(xué)改革和實踐。通過融合學(xué)科教學(xué)與科研能力的培養(yǎng),體現(xiàn)從基礎(chǔ)到綜合實踐的生物工程實踐體系改革模式。關(guān)鍵詞生物工程:創(chuàng)新能力；人才培養(yǎng):課程建設(shè);PBL模式中圖分類號Q819文獻標識碼C文章編號2095-1736(2021)06-0127-04TeachingpracticeofbioengineeringcomprehensiveexperimentinlocaluniversitiesZHANGXuze1-2*3,WANGJiuli'*2,WANGKezhou1'2,WANGXueren',SHENYingfan

3、g'*2(1.CollegeofEcologicalEnvironmentandResources,QinghaiMinzuUniversity,Xining810007,China;2.QinghaiProvincialKeyLaboratoryofHighvalueUtilizationofCharacteristicEconomicPlants,Xining810007,China;3.KeyLaboratoryofResourceChemistryandEco-environmentalProtectioninTibetanPlateauofStateEthnicAffairs

4、Commission,Xining810007,China)AbstractInordertoimprovetheeducationlevelofbioengineeringmajorinlocaluniversities,basedonthepurposeandrequirementsofbioengineeringcomprehensiveexperimentteachingandcombiningwithlocalcharacteristics,aPBLmodelofbioengineeringcomprehensiveexperimentteachingwasconstructed.T

5、hismodelaimedtoimprovestudentspracticalinnovationability.Theexperimentaldesignwascompletedbyaprojectteamcomposedofstudents,whichassociatedthecoursecontentwiththeproductproductionpractice,andcompletedthewholeprocessoftheexperimentwithprojectmanagementTheteachingreformandpracticewerecarriedoutfromthea

6、spectsofcourseorientation,teachingcontentsettingandteachingmeansinnovation.Throughtheintegrationofdisciplineteachingandresearchabilitycultivation,thereformmodeofbioengineeringpracticesystemfrombasictocomprehensivepracticewasembodied.Keywordsbioengineering;innovationability;talentcultivation;curricul

7、aconstruction:PBLmodel增強大學(xué)生的責任擔當意識和家國情懷，建立實踐教學(xué)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)機制,努力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，以專業(yè)實踐強化大學(xué)生創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)是目前高等教育研究的重點O生物工程專業(yè)是以生物學(xué)技術(shù)手段解決工程學(xué)問題的綜合性學(xué)科，是把生命科學(xué)領(lǐng)域研究成果轉(zhuǎn)化為實際生產(chǎn)力的重要環(huán)節(jié).要培養(yǎng)具備生物學(xué)專業(yè)知識，同時具備良好的工程素質(zhì)、實踐能力及工程應(yīng)用能力的人才。目前生物工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,生物工程專業(yè)本科生如能掌握扎實的理論技能,具備創(chuàng)新實踐能力.將在以后發(fā)展中具有優(yōu)勢。然而.目前生物丁程專業(yè)行業(yè)就業(yè)率普遍不高，而較高專業(yè)素養(yǎng)的生物工程專業(yè)人才奇缺。在應(yīng)用轉(zhuǎn)型背景R如何培

8、養(yǎng)適應(yīng)地方經(jīng)濟發(fā)展的生物工程專業(yè)人才具有重要的意義。實踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力的重要環(huán)節(jié)之一。對工科專業(yè)來說.實踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題、掌握專業(yè)技木的重要手段，也是培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力的重要環(huán)節(jié)。但FI前生物工程實踐教學(xué)存在的主要問題是理論和實踐教學(xué)脫節(jié),陳舊的驗證性實驗過多.傳統(tǒng)的驗證性實驗對實驗內(nèi)涵和收犒日期:2021-02-21;最后修回日期:2021-03-16基金項目：青海民族大學(xué)校級規(guī)劃項HC2021XJGH15)：青海民族大學(xué)課程建設(shè)項目(:2020-KC-20)作者簡介：張消澤.碩士.講師.研究方向為高校生物教學(xué)與科研.E-mail:zxz1904通信作者;

9、沈迎芳.博士.副教授.研究方向為分子生物學(xué)與基因工程.E-mail:syfnc原理理解不夠深入，對實驗結(jié)果分析不透徹，限制了對學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。此外.傳統(tǒng)實踐教學(xué)內(nèi)容大多來自教材.與地方經(jīng)濟發(fā)展聯(lián)系不緊密.學(xué)生參與度不高。開展綜合性實驗教學(xué)可培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力.讓每位學(xué)生都能參與其中,滿足新工科形勢下創(chuàng)新型應(yīng)用型人才培養(yǎng)。因此.提出以生物工程綜合大實驗為主要實踐課程的生物工程專業(yè)創(chuàng)新實踐課程體系。通過在實踐課程中弓I入新的教學(xué)模式改革傳統(tǒng)課堂.培養(yǎng)兼具實踐能力和創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才。鑒于生物工程綜合大實驗課程的特殊性,我們在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上引入基于項目驅(qū)動的教學(xué)方式（project-

10、basedLearning,PBL）作為生物工程綜合大實驗的教學(xué)模式,學(xué)生需綜合所學(xué)專業(yè)知識自主設(shè)計實驗，將生物工程多種技術(shù)串聯(lián)以進行綜合實驗,提升學(xué)生綜合實踐能力和創(chuàng)新思維"卸。實踐表明.基于PBL教學(xué)模式的生物工程綜合大實驗課程明顯激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，學(xué)習主動性明顯提升.綜合實踐能力、合作能力、創(chuàng)新思維以及工程素養(yǎng)都得到很好的鍛煉®。1基于PBL的課程建設(shè)思路1.1PBL教學(xué)理念及課堂教學(xué)思維PBL是由加拿大學(xué)者Barrows"°）提出的一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，以專業(yè)學(xué)習中存在的問題為學(xué)習起點,通過問題規(guī)劃學(xué)生學(xué)習內(nèi)容，將問題項目化，引導(dǎo)學(xué)生圍繞問

11、題尋求解決方案。在生物工程綜合大實驗教學(xué)實踐過程中,教學(xué)團隊基于地方經(jīng)濟發(fā)展需求提出科學(xué)問題,引導(dǎo)學(xué)生完善實驗設(shè)計思路，通過學(xué)生項目小組，開展團隊協(xié)作.建立開放實驗體系，構(gòu)建實驗全過程多元化考核體系EF。這種教學(xué)模式為學(xué)生提供在課程中完成從設(shè)計理念到具體產(chǎn)品生產(chǎn)實踐的機會（圖1）。1.2PBL課程設(shè)計原則生物工程綜合大實驗是為適應(yīng)現(xiàn)代生物I：程技術(shù)不斷發(fā)展而設(shè)立的一門綜合性實驗面向生物工程專業(yè)高年級本科生開設(shè).屬于創(chuàng)新實踐課程群課程，同時也是發(fā)酵工程和生物分離工程理論課的配套實驗課。生物工程綜合大實驗課程設(shè)計充分體現(xiàn)了生物工程專業(yè)本身所具有的應(yīng)用性與綜合性兩大特點'閭.我們以青藏地方特

12、色產(chǎn)品為主線，設(shè)計綜合實驗,采用多種技術(shù)手段完成實驗。通過綜合性、應(yīng)用性實驗融合學(xué)科教學(xué)與科研能力培養(yǎng)，體現(xiàn)了基礎(chǔ)性實驗-設(shè)計性試驗-探究性試驗完美結(jié)合,從而達到培養(yǎng)具備科學(xué)思維、動手能力強的優(yōu)秀生物工程人才的目的。2教學(xué)方法與內(nèi)容2.1實驗方案設(shè)計本課程于2019-2020學(xué)年第1學(xué)期開設(shè),3學(xué)分，3課時/周。指導(dǎo)老師在開課前積極查閱文獻，結(jié)合地方經(jīng)濟發(fā)展需要設(shè)置選題作為綜合實驗指南（表1）；開課后,學(xué)生每34人組成實驗小組,根據(jù)自己興趣選擇綜合實驗項目，也可在與指導(dǎo)老師交流的過程中提出自己感興趣的問題;確定選題后，學(xué)生利用12周查閱文獻,完成實驗方案并與指導(dǎo)老師討論修改;實驗方案確定后,下

13、撥實驗經(jīng)費，學(xué)生自行管理經(jīng)費，購置原料及部分試劑耗材。常規(guī)試劑及分析檢測設(shè)備由教學(xué)團隊提供支持。實驗進行期間，生物工程實驗室對本科生全天開放，任課教師隨時答疑解惑。圖1生物工程綜合大實驗PBL教學(xué)設(shè)計模式圖Figure1Schematicchartofintegrateddesignofcomprehensiveexperimentofbioengineering2.2實驗內(nèi)容與進展生物工程綜合大實驗重視實驗方案應(yīng)用性和綜合性盡可能選用地方特色原料進行綜合性實驗項目設(shè)計。通過科學(xué)合理設(shè)計實驗，讓學(xué)生體會產(chǎn)品開發(fā)過程中實驗條件易變性和條件控制的重要性。開展綜合表1生物:程綜合大實驗主要實驗項目及

14、實驗內(nèi)容Table1Themainexperimentalitemsandcontentsofbioengineeringcomprehensiveexperiment實驗編號No.實驗項目名稱Experimentaltitle實驗方法及內(nèi)容Methodandcontent實驗創(chuàng)新思路Experimentalinnovativeidea1背海當?shù)芈镁妻p母的分離辟選及發(fā)酣性能洌定酵母鑿株篩選;單酵母發(fā)酹性能:發(fā)辮性能測定適應(yīng)高原環(huán)境的高效醉母隋株旃選2沙棘枸杞酒的研制沙棘果漿的制備;枸杞漿的抽提;發(fā)醉沙棘枸杞配制酒的開發(fā)3蕨麻白酒生產(chǎn)工藝探充原料配比篩選;浦曲活化;發(fā)酹蒸憎宵裸香型蔽麻白酒產(chǎn)品開

15、發(fā)設(shè)計4復(fù)合水果白蘭地的釀造及勾調(diào)原料配比篩選:酒曲活化;發(fā)酵蒸飼適隘高原環(huán)境的白蘭地發(fā)酵蒸飼工藝5纖維素酶產(chǎn)生苗篩選及前活測定土堆中分高倘株；菌株純化；菌株篩選；的活測定高寒地區(qū)產(chǎn)纖維素的銜株分離.篩選產(chǎn)酶活性高的菌株6不同水果果皮中果膠的提取工藝及指標檢測果膠的提取匚藝選取:果膠中指標測定本地水果果皮中果膠的提取12藝優(yōu)化7黑曲客產(chǎn)擰檬酸發(fā)酵工藝研究培養(yǎng)基配置;黑曲霉菌株復(fù)壯;發(fā)酵條件篩選黑曲再Q(mào)M-I發(fā)醇產(chǎn)檸械酸工藝優(yōu)化8玉米乙醇發(fā)酵工藝試驗培養(yǎng)基配置;黑曲寄曲株復(fù)壯;發(fā)酵條件篩選乙醇發(fā)酵工藝模擬與優(yōu)化大實驗.最終篩選出對乙醇、SO2和偷萄糖耐受性較強的酵母菌株,分解纖維素能力較強的菌株

16、,開發(fā)出“小沙杞”沙棘枸杞保健酒、“肆時三渡”青裸香型白酒、“名兒”系列白蘭地(圖3);優(yōu)化鹽析法提取果皮中果膠的工藝.優(yōu)化檸檬酸發(fā)醉發(fā)醪條件,篩選玉米乙醇發(fā)酵最佳發(fā)酵工藝等。本實驗將以往的驗證性實驗轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合性、設(shè)計性實驗旨在提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力和實驗數(shù)據(jù)的處理能力。主要實驗項目涉及實驗條件的篩選、實驗過程的參數(shù)監(jiān)控、產(chǎn)物的初步鑒定以及產(chǎn)品的提取、分離、純化、檢測等實驗時間不分課內(nèi)課外,要求任課老師和實驗室管理人員認真監(jiān)管.共同完成實驗室開放管理工作。教師雖不需要在課堂上親自動手操作,但卻需要花費34倍時間完成學(xué)生實驗方案選題,參與實驗全過程指導(dǎo)以及實驗室全天開放中的實驗室管理工

17、作，對教師貴任心是嚴峻的考驗。實驗完成后,教師對學(xué)生實驗過程進行梳理，核查實驗數(shù)據(jù).與學(xué)生討論形成論文撰寫思路及提綱，與學(xué)生交流論文撰寫進度,保障課程論文完成質(zhì)量3。2.3多元化考核評價體系構(gòu)建單一的考核評價無法體現(xiàn)對學(xué)生綜合素質(zhì)的全方位考核.不利于形成良好實驗氛圍。生物工程綜合大實驗改革以往單的成績考核模式，構(gòu)建生物匚程綜合大實驗考核模式。這種考核模式以實驗全過程考核,院創(chuàng)新實驗大賽評分以及實驗課程論文考核構(gòu)成，具體為平時成績占25%.實驗方案設(shè)計占20%.中期考核占10%.項目答辯占20%.期末論文成績占20%.團隊貢獻占5%。平時成績注重課程過程化考核,在教學(xué)過程中不定期開展實驗過程匯報

18、.重視實驗原始記錄，將實驗報告原始記錄作為平時成績的重要參考依據(jù)。實驗方案設(shè)計考核點為文獻調(diào)研情況.方案的可行性、完整性和創(chuàng)新性。中期考核是指在第12周考核項目實驗進度。項目答辯為參加生物工程創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽時的評委打分成績.通過學(xué)院專家評價來獲得更合理的項目完成分。期末論文考查學(xué)生最終實驗完成情況、創(chuàng)新性、實驗論文格式、小組成員參與度等。團隊貢獻加分是在生物匚程綜合大實驗進展過程中.項目團隊每個人的頁獻度評分。3教學(xué)改革創(chuàng)新生物工程專業(yè)傳統(tǒng)實驗課以每堂課開展單個實驗為主,主要是演示性實驗和驗證性實驗.經(jīng)基礎(chǔ)理論知識的掌握或?qū)W習某種儀器的使用方法為目的.無法系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新能力和科學(xué)素質(zhì)。綜合性

19、實驗側(cè)重于實驗內(nèi)容的綜合性.實驗方法和手段多樣、綜合.注重對學(xué)生能力培養(yǎng)?；赑BL模式的生物工程綜合大實驗在完成過程中形成了以下教學(xué)改革創(chuàng)新點：(1)由學(xué)生成立研充小組,設(shè)計實驗方案.各研充小組共同協(xié)作完成;(2)項目化管理.讓本科生有機會全程參與完成科研項R.獨立思考設(shè)計實驗方案.親自動手完成實驗.撰寫項目總結(jié).匯報答辯;(3)多元化考核.重視學(xué)生實驗記錄，組織創(chuàng)新實驗大賽，全面考核實驗情況；(4)開放實驗，學(xué)生白主安排實驗進度和時間,實驗室對授課學(xué)生全面開放.任課教師全程參與指導(dǎo)。4教學(xué)改革成效生物工程綜合大實驗在教學(xué)過程中側(cè)重實驗內(nèi)容的綜合性和應(yīng)用性.多個知識點綜合交又,實驗方法多樣、

20、綜合，注重對學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)。在教學(xué)過程中.學(xué)生能夠積極主動查閱文獻.設(shè)計實驗方案，分工協(xié)作完成實驗,有效培養(yǎng)了學(xué)生的實驗操作能力和創(chuàng)新意識.學(xué)生在提升實驗操作能力的同時.綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力也得到提高.團隊意識有明顯加強。圖2“蟬時三渡”育裸香型白酒工藝Figure2Productionprocessofhighlandbarleyflavorliquornamed4Sishisandu*對生物工程綜合大實驗教學(xué)過程中完成的課程論文,根據(jù)作品性質(zhì)鼓勵學(xué)生積極申報大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、參加各級各類競賽、申報專利并在校內(nèi)外進行成果展示。通過綜合訓(xùn)練，提高學(xué)生對現(xiàn)代生物工程產(chǎn)品研發(fā)水平的認識.

21、培養(yǎng)學(xué)生開展課外自主創(chuàng)新實踐的能力。在2019年院級創(chuàng)新實驗大賽上,本課程項目團隊參加比賽，獲得等獎1項,二等獎2項.三等獎2項?；谏锕こ叹C合大實驗教學(xué)成果，指導(dǎo)團隊參加第六屆中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽青海賽區(qū)決賽,獲銀獎、銅獎各1項,部分成果己申請專利。5總結(jié)與展望近年來，青海民族大學(xué)生物工程專業(yè)針對專業(yè)實踐教學(xué)體系進行一系列創(chuàng)新改革網(wǎng),如將成果導(dǎo)向教育應(yīng)用在生物工程實踐教學(xué)中，將實踐教學(xué)體系設(shè)置為基礎(chǔ)實驗課程群專業(yè)實踐課程群-綜合實踐課程群。做到基礎(chǔ)實驗著重基礎(chǔ)操作，專業(yè)實驗著重專業(yè)核心技術(shù)運用，綜合實踐若重能力提升和創(chuàng)新訓(xùn)練?；A(chǔ)-專業(yè)綜合循序漸進。注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題、

22、解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)，增強學(xué)生創(chuàng)新能力。實踐證明.生物工程綜合大實驗多維度教學(xué)改革體系的實施,有效地促使學(xué)生從“被動學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃訉W(xué)”.實現(xiàn)理論教學(xué)與實踐教學(xué)的有機融合。創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)是新時代高校改革轉(zhuǎn)型的垂要問題mmo增強實踐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力是新工科建設(shè)的關(guān)鍵。地方高校在教學(xué)過程中應(yīng)該著力培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題能力、實驗動手能力、數(shù)據(jù)處理能力及查閱文獻資料的能力。通過綜合實驗.充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習主動性、積極性和創(chuàng)造性,讓學(xué)生把基礎(chǔ)知識運用于實驗方案設(shè)計、實驗操作、數(shù)據(jù)分析及論文撰寫，使學(xué)生基礎(chǔ)知識與應(yīng)用實踐更好地結(jié)合，最終達到提出問題、分析問題、解決問題的目的，培養(yǎng)出創(chuàng)新能力強，

23、適應(yīng)地方經(jīng)濟發(fā)展需要的工程技術(shù)人才。參考文獻趙東旭.周連景，李勤.等.基于STEAM模式提高生物技術(shù)和生物工程專業(yè)學(xué)生的核心競爭力J.高校生物學(xué)教學(xué)研究(電子版)，2020.10(3):18-22.1 沙莉.孫淑靜.立足專業(yè)定位，改革生物工程綜合實驗課程J.高校生物學(xué)教學(xué)研究(電子版).2017.7(2):52-55.2 張曉娟，張辰籍，陳琛，等.基于實踐創(chuàng)新能力培葬的生物工程綜合實驗教學(xué)改革研究高師理科學(xué)刊，2020,40(9):91-95.3 普禮.焦揚.郝軍元，等.地方高校生物工程專業(yè)實踐教學(xué)改革的思考J.生物學(xué)雜志.2019,36(6):108-111,114.4 季曉巖.畢冰，許志茹

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