基于应用型创新人才培养模式下的《生物工艺综合实验》教学改革与实践

魏 群，贾艳萍，郑 胜，于大禹，赵晴潇

(东北电力大学化学工程学院，吉林 吉林 132012)

生物工程是一门以生命科学为基础包含基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程新技术手段而综合形成的新兴学科，具有很强的实验性和应用性[1]。作为工科专业的生物工程专业，其中的实践教学环节《生物工艺综合实验》的教学在应用型创新人才培养过程中显得尤为重要。生物工艺综合实验是学生完成全部基础课、专业基础课和专业课之后而进行的一次综合性实验，它在教学计划中占有重要地位。从国内外生物工程技术发展的规律看，许多生物工程产业的开发都是在基础理论和实践技能指导下完成的，削弱或忽视基础理论和实践技能培养的实验教学会使培养出的科技人才后劲不足，缺乏创新能力。因此对生物工艺综合实验进行改革，合理调整设置实验项目、改革实验教学方式及考核方式，对于培养适应社会需要的高级应用型创新人才是极其重要的[2]。

1 存在的主要问题

2009年我专业进行了“生物工程创新创业型人才培养体系实践教学平台的研究与搭建”教学改革项目的研究，搭建了具有我校特色的实践教学平台，对实验及课程设计内容进行了改革，几年的实践应用证明，该项目的研究对学生的培养已经取得了一定的成效，但现行的生物工艺综合实验教学还存在一些问题，有待于进一步的深化和改革。存在的问题主要表现在以下几个方面:

(1)部分实验内容显得陈旧。由于实验教学条件等因素的限制，目前生物工艺综合实验内容多局限在葡萄酒的酿造、酸奶的制作和自然界菌种的分离筛选等内容。对于那些推动生物技术快速发展的新技术、新方法缺少教学资料与手段，在一定程度上造成了实验教学与理论教学的脱节。

(2)实验教学模式单一，难以激发学生的积极性和主动性。现行的实验教学方式基本上都先由学生预习实验教材，然后来到已准备好的实验仪器前，按教师的讲解，按部就班地做，最后写出实验报告，不要求学生查阅文献、分析资料，也不要求学生设计实验步骤，缺乏主动思考和相互的研讨，这种模式难以很好地启迪学生的创造性思维，不利于培养学生分析问题和解决问题的能力，毕业后难以适应工作的需要。

(3)验证性实验内容的比例较大，创新度不够，不利于学生应用创新能力的培养。如啤酒的酿造，仅局限在生产这一环节，不涉及产品质量检验和新产品的研发等内容，在一定程度上局限了学生的思维，难以实现学生综合素质的培养。

(4)目前采用的实验课成绩的评定方式不能对学生的综合能力进行较为合理的评价，难以调动学生的积极性，成绩评定常常较多地依赖于学生实验报告书写的工整和完整程度，因此亟待建立起可操作性强的实验课成绩评价体系。

2 改革方案及实施步骤

2.1 构建新型的生物工艺综合实验教学体系

以教育部《关于全面提高高等教育质量的若干意见》为导向，按照学校“272”工程提出的目标，结合社会对生物工程专业人才的需求状况，更新实验教学内容，突出专业特色，注重应用型创新人才的培养。全面梳理整合生物工艺综合实验项目，将该教学环节的实验划分为三个不同层次:跨课程的生物工艺综合性实验、设计型应用型实验以及研究创新型实验。

(1)跨课程的生物工艺综合性实验:为使学生将课堂中学到的理论知识应用于实际生产，我们以完整的生物工业产品生产过程为线索，对生物工艺综合实验内容进行调整。从理论内容上涵盖生物工业上游技术(包括菌种的筛选和鉴定、微生物遗传育种)、中游技术(即发酵生产过程及控制)、下游技术(包括产品的提取、纯化)及生物产品的分析与检验，具有较强的科学性、系统性与连贯性。进一步加强学生对生物工程专业理论知识的认识，提高学生综合运用理论知识的能力;在生物产品生产过程上，由原料和菌种的选择，到发酵生产体系的建立、发酵生产设备的选用、发酵工艺条件的优化及控制、产品的提取纯化工艺以及分析检验(包括原料、半成品、成品)、产品的卫生指标检测，从而将发酵生产整个工艺过程连贯起来，形成一个系统、开放的实验教学平台。经整合后的实验项目有:酸奶的生产、自然菌株的筛选、葡萄酒的生产、啤酒的酿造、白酒的生产、氨基酸发酵工艺实验和抗生素发酵等实验(学生可以选做自己感兴趣的一项或两项实验内容)，为学生搭建起系统完整的知识体系，并培养了学生融会贯通地运用各种实验技术的能力[3]，这类实验占生物工艺综合实验的比例为50%。

(2)应用型和设计型实验:主要考察学生运用所学理论知识分析问题和解决问题的能力。为适应国家和地方经济的发展，突出专业特色[4]，我们在跨课程的生物工艺综合性实验的基础上，增加如营养型酸奶、果肉型酸奶的生产;工程菌的构建、产能性微生物的筛选;营养保健型的啤酒和白酒的生产等扩展后的实验内容，学生自己设计生产的工艺流程，自己选择生产方法，独立进行整个生产过程和检测，在一定程度上培养了学生的创新能力，这类实验占生物工艺综合实验的比例为30%。

(3)研究创新型实验:用来提高学生学习的主动性和科研创新能力，结合大学生课外科研创新活动和教师的科研项目，进行有一定深度的研究创新型实验，使学生在校学习期间了解并掌握一些生物工程前沿知识，为今后走向工作岗位或进一步学习深造打下坚实的基础。为此，我们在生物工艺综合实验中增加了基因工程菌废水处理、新型生物电池的研究以及秸杆原料生产发酵产品等当前生物科技热点研究内容，这类实验内容占生物工艺综合实验的比例为20%。

2.2 编写生物工艺综合实验指导书

生物工艺综合实验教材则是体现实验内容和教学方法的载体，是培养高素质创新人才的重要保证。目前，很多生物工艺综合实验教材体系不健全，实验项目陈旧，联系实际不够;综合性、设计性和研究创新性实验项目所占比例太小，新的实验方法和实验技术等不能及时编入实验教材;选做实验项目太少，同时，传统实验教学是以教师为中心，着重强调教师的“教”，教材中对每个实验步骤都描述过多、过细、过全，在整个实验过程中，学生只需按实验步骤操作，创新能力和科学研究素养的培养尤显不足;[5]教材价格过高，根据我们的资源条件可选择的实验项目过少。我们在这一教学环节中一直由教师参照多种教材选择实验内容，学生上课很困难，可参考的教学资料过少，编写新的实验指导书将克服以上缺点。

2.3 改革实验教学方法，引导学生“自主学习、合作学习和研究性学习”

针对不同类型的实验采用不同的教学模式。

(1)综合性实验要求学生事先做好预习，自己到实验室准备实验器材和药品，教师课前讲解力求少而精，在讲解过程中多提问、多启发、多引导，让学生去主动思考、相互讨论，引导学生自主学习。

(2)设计型应用型实验由指导教师根据大纲和教材要求确定大致的实验内容或研究方向，以学生为主体，由学生自己选择感兴趣的题目，然后，在进行了国内外期刊、图书和网上资源查询的基础上自己进行实验设计，采用角色转换式的教学方法，由学生上台讲解，授课老师听的教学方法，然后，指导教师对实验方案进行评价，再经小组讨论修改后，由学生具体实施。

(3)在研究创新型实验中，在双向选择的前提下，安排学生进入相关导师的研究室参与科研课题的研究，也可结合学生课外创新实践活动进行实验研究，鼓励学生参加国家、省、市级的创新大赛，激发学生学生学习的热情，提高学生的综合素质，也增强了我专业学生的市场竞争力。

通过以上实验教学手段，可以引导学生“自主学习、合作学习和研究性学习”，可以培养学生的创新能力和动手实践能力。

2.4 改革实验考核评价体系，科学合理的设置考核指标，建立合理的可操作性强的评价体系，保证综合实验的教学质量

为了充分体现学生在实验过程中的主体地位，调动学生开展实验的积极性，改革以往以考勤和实验报告为主进行实验成绩评定的旧体系，构建新的学生实验教学考核体系[6]。综合实验成绩包括平时成绩和考查成绩两部分。平时成绩包括出勤、实验预习、资料收集、实验设计安排、团队合作、实验记录完备程度等;考查成绩包括实验操作考试、创新设计能力、独立思考能力、查阅资料能力、材料的组织能力、实验总结和讨论情况、实验报告等几部分。在多尺度的考核方式下，学生对实验的重视程度增加了，在实验准备和操作过程中更加注重独立思考和自身技能的提高，动手能力和创新意识得以提高[7]。

3 实施效果

改革后的生物工艺综合实验，使学生能够将课堂上学到的专业基础知识、专业知识创造性地应用到实践当中，鼓励和引导学生结合专业特色，以团队形式开展有指导性的自主创新活动，充分发挥科研训练活动在实践教学中的作用，使学生在课堂上学到的知识，达到学以致用的目的，有益于其创新能力的培养，并有利于提高我校生物工程专业在社会上的认知度，为今后学生的工作和深造打下了坚实的基础。

[1]肖连冬.生物工程综合性专业实验的教学改革与实践[J].广东化工，2009，36(8):317－318.

[2]张建丽，范蕾.生物工程综合实验教学改革与实践[J].实验技术与管理，2008，25(5):144－146.

[3]陈瑜，吴世卫.《生物化学》实验教学改革之初探[J].安徽农学通报，2008，14(17):221－223.

[4]赵晴潇，刘月华，魏群，等.生物工艺实验改革研究与实践[J].东北电力大学学报，2010，30(3):27－29.

[5]史金联.基于创新能力培养的高校实验教材建设研究[J].河南教育，2010(12):48－49.

[6]唐贵平，唐立军，邓小清.创建物理实验教学示范中心的实践与探索[J].实验室研究与探索，2006，25(12):1554－1556.

[7]粟桂娇，莫祺红，阎欲晓，等.生物工程综合实验独立设课及教学改革[J].实验室研究与探索，2008，27(7):107－110.