生物工程专业大学生科研素质培养模式探索*

张　儒, 张变玲

(湖南工程学院化学化工学院，湖南　湘潭　411104)



生物工程专业大学生科研素质培养模式探索*

张儒, 张变玲

(湖南工程学院化学化工学院，湖南湘潭411104)

科研素质是生物工程专业人才创新能力培养的基本要求。基于专业综合实验课程教学模式的探索与实践，通过对相关课程内容有机地融合，构建融课程学习、参与科研、课外科技活动等于一体的培养专业创新人才平台。让学生树立良好的科研意识、培养科学的研究方法和创新精神。通过此模式培养了学生的创新思维、提高了综合分析解决问题能力和科严素质，对培养高素质有创新精神的生物工程人才具有重要的理论价值和实践意义。

生物工程；专业综合实验；科研素质

随着现代科学技术的迅猛发展，对本科生综合素质的要求日益提高。本科生的科研素质已经成为高校教育的一个重要培养目标。基本的科研素质要求学生有良好的科研意识、科学的研究方法和创新的研究精神[1]。通过大学的培养，使学生具有从事科学研究的意识，潜心捕捉和发现科学问题的探求欲。实践教学是高等工科院校培养学生实践应用能力、创新精神和工程素质的重要环节，是进一步巩固和深化学生理论知识，提升实践与创新能力的重要途径[2]。生物工程是生命科学领域科研成果转化为实际生产力的重要环节，是一门实践应用性非常强的学科[3]。其中，综合实验课程是将基础知识和专业知识有机结合，既体现专业特色又注重实践应用的重要实践环节。合理科学开设综合性实验可以使理论教学内容与科研相结合，又可以使学生受到更为实际和全面的科学研究与实践创新训练，从而提高学生的科研素质。

经过探索与实践，结合生物工程专业人才培养目标和实践环节的具体特点，构建一个基于专业综合实验课程为核心，融课程学习、参与教师科研、课外科技活动和毕业论文于一体的科研素质培养模式。在一定程度上提高了学生查阅资料和数据处理能力、实验设计动手能力、发现和解决问题等方面的能力，增强了学生的科研兴趣，激发了学生的求知欲望和探索精神，提高了学生的科研素质。

1营造良好的实验环境，初步培养学生的科研意识

1.1提前做足准备，培养学生的科研认知能力

科研意识是探究、认识未知事物的觉察和主动性[4]。带有较强的主动性，最重要的是对科研有兴趣。而兴趣是建立在一定的科学认知基础之上，无知便无趣。传统实验教学多为基础性和验证性的内容，使学生缺乏探索、怀疑和思考的内在动力。因此，对科研缺乏兴趣。教师需要在开始综合实验之前引导学生对研究内容有所了解和认知，学生才能有机会了解研究内容的前沿热点，才能独立思考、大胆探索和怀疑，才能激发学生的学习兴趣和创造力。

为了提高学生对科研的认知能力，我们在大学第三、五和七学期分别开设专业基础操作训练、专业基础综合实验和专业综合实验，逐级深入的方式开设综合实验。通过基础操作训练培养基本的实验操作技能，规范实验过程，培养学生动手能力；在专业基础综合实验期间，组织有丰富科研经验的教师进行专题讲座，讲授科学研究的基本知识，包括实验的设计、技术操作及撰写科研论文等内容，给学生一些启示和引导。同时要求专业教师介绍自己的科研方向、经验及思路，引导学生加强学术交流和讨论，拓展学生的科研认知领域。

为了给学生营造一种良好的科研环境和氛围，我们鼓励学生从第三学期开始参与到各专业教师的科研团队，引导学生在搞好基础知识学习的同时，增强其动手能力、提出问题和分析解决问题的能力。在这个锻炼的过程中，当学生观察到自己亲手做出的实验结果或新的发现时，就会十分兴奋，对学生是一种极大的激励和促进，即使失败也会使他们的反思。经历这样的前期准备铺垫，既拓宽了学生的认知空间，又增加了学生的认知机会，提高了学生的科研认知能力。

1.2合理设置问题，培养学生的科学思维

经过1～2年(第3至6学期)的培养，学生的科研认知能力得到很大的提高。以生物工程教研室为例，近五年来，共形成了3～5个针对本科生的科研团队，每个团队由10～15人的大二至大四学生组成，经过1～2年的梯队培养，团队成员具有十分浓厚的科研兴趣。在这些团队的带领下，每年都会吸引一批新生进入团队，形成了传帮带良性科研循环。在此模式下，要求学生在进入团队后，能够根据课题组设置的问题，独立查阅文献，通过小组讨论思考课题中存在的科学问题。例如，所研究的课题是否重要？是否使用了新的研究手段？这些研究手段是否能解决所提出的科学问题？实验中是否有创新的思想？如何开展研究？研究的预期结果能说明什么问题？并在开始实验之前要基本搞清楚这些问题。让学生在实验过程中始终有一个清晰的思路。通过思考和解答问题，培养了学生的科研思维。

1.3理论联系实际，培养学生逻辑分析能力

有了基本的科学思维能力后，实验过程变得相对简单。在阶段性完成实验后，如何分析结果，如何将实验结果和已有的理论联系起来，这要求学生具备较高的理论联系实际及逻辑分析的能力。我们从以下四个方面培养学生的逻辑分析能力：首先，阶段性的通过小组会议汇报实验进程，即做了什么实验？能够得到什么结论？还会存在什么问题？如何解决？引导学生根据微生物学、生物化学、分子生物学和酶工程等理论知识进行分析讨论，使学生进一步理清思路。其次，通过开放式讨论和交流培养学生如何思考并有效解决问题。最后，通过网络资源，如QQ群、专业相关的论坛等解答提出的问题，拓宽了学生的知识面，锻炼了他们对具体科学问题的逻辑分析能力。

2加强实验过程师生互动，培养正确的科研方法

2.1选题灵活多样，内容切合实际

综合实验内容的设置对学生的培养至关重要，教师必须充分考虑学生的特点、专业基础、特长及兴趣。本教研室在综合实验周开始前，要求指导教师结合实验经费、科研项目内容和研究目标，选择科研项目中的部分内容作为学生综合实验教学中的课题。一般要求所选的题目具有如下特点：首先，应涉及所学课程的多个知识点并且内容是相对完整的体系。其次，选取具有代表性的技术问题，在规定的时间内可以解决，且易于调动学生的积极性。最后，应具有较高应用性和拓展性。通过实验设计尽可能将理论课程中的实验技能有机整合，实验的每个环节相对独立并能深入拓展。

例如，我们结合专业课程设置，围绕细胞工程、基因工程、发酵工程、酶工程和生物分离工程、现代仪器分析等课程模块，根据各专业教师的研究方向和实验室现有条件，分别开设了“人参细胞培养及次生代谢产物分离”、“产葡萄糖苷酶微生物菌种的分离和筛选”、“β-葡萄糖苷酶基因克隆及其原核表达系统的建立”、“β-葡萄糖苷酶固定化及其特性研究”等一系列综合性实验。内容包括了细胞培养、基因原核表达、生物活性成分提取分离、菌株分离等数十个综合设计性实验，内容涉及生物工程上、中、下游。实验为2～3人一组，实行组长负责制，保证了实验过程顺利推进和实施。经过合理的设置实验内容，全方位的科研训练，不仅加深了实验课教学内容的深度和广度，也增加了学生对科研的兴趣。

2.2指导学生掌握科学的实验方法

生物工程是一个实践性很强的专业，绝大部分研究结果必须、也只能从实验研究中获得。实验方法是否合理、操作是否正确、结果测定是否可靠和数据分析是否科学等，直接影响最终的结果和结论。因此，必须使学生对实验目的、步骤及所用仪器、工具、药品等有较透彻的了解；应尽可能为学生创造良好的机会和条件，如分管实验室的教师利用所管理的设备，结合科研让学生接触一些“高精尖”的设备，掌握相关的技术。对于技巧性强的实验，指导教师需精心指导学生，让学生能够规范的操作，迅速的掌握其方法与技巧，不仅可以消除学生对科研的畏惧感和神秘感，也能提高学生对科研的兴趣和自信心。比如涉及到“MS培养基配制”、“感受态细胞制备与转化”、“聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)”、“发酵过程控制”、“红外光谱仪操作过程”和“TLC分析”等的一系列实验，指导教师悉心指导其中的一些技巧、操作规范，学生的实验技能得到突飞猛进的提高，对实验的思考能力大有益处。

除了科学的实验方法，数据的记录和分析同等重要。培养学生做好操作过程的纪录，注重实验结果分析，做到实事求是，渐进地培养学生分析数据和归纳总结的方法，然后独立思考，最终能提出新思想和新思路。

2.3指导学生掌握撰写实验报告和论文的方法

长期以来，如何撰写学术论文一直是科研能力培养中忽略的问题。结合试验设计与统计分析、专业英语等课程，指导学生了解学术论文的组成要素、写作方法、图表分析、参考文献的规范性等知识。在撰写的过程中，指导学生如何掌握构思要点、基本撰写方法和技巧，如何对结果分析和讨论，如何避免常见错误，提高论文的可读性等。在综合型实验中，引导学生查阅文献资料，要求根据文献资料对方案集体讨论，探讨他人的科研思路以及撰写论文的方法。实验结束后，按照类似的思路撰写论文，经过学生的模仿，教师的指导，学生的修改，教师的润色等一系列过程，逐渐培养学生的写作能力。采用这种模式，许多学生能够将综合实验中的实验结果独立撰写论文，经指导教师完善后，多篇文章发表在国内外SCI或EI收录的期刊。

3　帮助学生形成良好的科研精神

科研精神是指由科学性质所决定的并贯穿于整个科学活动和科研工作之中的基本精神状态和思维方式，是体现在科学知识中的思想或理念[5]。培养良好的科研精神，需要有严谨的科学态度和创新能力。

3.1严谨的科研态度

科学研究的本身就是不断探索的过程，实验过程不可避免地会遇到各种失败。因此，指导教师要让学生意识到科学研究不是一朝一夕就能完成，更需要通过教师自身的科研和实验经历教育学生，反复的失败和成功更能磨炼坚韧的科研意志，更容易通过总结失败的教训取得创新性的科研成果。也只有经得起失败，忍得住寂寞，扎扎实实的实验，实事求是的对待科研的结果，才能培养出严谨的科研态度，最终解决科学问题。

3.2培养创新能力

培养创新能力的培养科研人才的核心。其培养过程中最需要的是让学生参与科研实践，才能使其认识到，相比于枯燥晦涩的理论知识，实验过程的认识就更为深刻，更容易通过实验获得学习的成就感，更容易激发学习的积极性和兴趣，激发学生讨论和思考，发展其个性思维能力，开拓其科研想象力，最终激发学生的创新动力和能力。这种科研重新能力培养可以通过引导学生主持各级科技创新项目，指导学生阅读与所从事课题最相关的国内外文献，弥补部分专业知识系统性不够的缺陷。

总之，经过比较系统的综合实验，使本科生的思考、动手和写作等综合能力都得到很好的培养。经过专业教师与学生的共同努力，取得了较多的科研成绩，其中生物工程专业的学生科研小组所提供的科技作品连续三届(第9、10和11届)获得湖南省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛二等奖，参赛同学通过对研究成果的现场演示和答辩，科研素质得到了极大的展示，亦得到同行的专家和与会者的广泛好评。近5年，学生主持国家级大学生创新创业训练计划项目2项，省级大学生科技创新项目3项，湖南工程学院大学生科技创新课题近30项，学生撰写并发表的科研论文近30篇，分别发表在《Biotechnology Letters》、《现代食品科技》、《农业机械学报》、《中国粮油学报》和《天然产物研究与开发》等国内外杂志上，其中SCI或EI收录论文近10篇。获省化学化学化工科技作品竞赛奖26项，参与学生100余人。这一系列成绩是学生从综合实验开始所培养的科研能力的综合体现。学生基于综合实验，培养出设计、实验、结果分析到撰写论文，通过教师的专业指导，逐渐培养了学生的科研热情，使其掌握了基本的科学研究方法与技巧，激发了学生的创新欲望和科研思维。

4　结　语

本科生的科研素质培养是一项长期的系统工程，需要在多种教育因素长期不懈的配合与协作才能实现。对于普通的地方本科院校而言，由于培养条件、师资力量和培养模式等方面的局限，通过传统的科研项目培养学生的科研素质是不够的。专业综合实验不仅是锻炼学生实践能力的重要途径，更是激发学生探索兴趣，培养学生创新精神的切入点。因而，将专业综合实验引入到本科生的科研素质培养环节中，可以提高学生的学习兴趣和创造性思维，培养学生的科研素质。当然，我们仍需要不断的探索和推进生物工程专业综合实验教学改革，以满足社会对高素质生物工程专业人才的需要。

[1]李杰,朱延明,柏锡. 浅谈对学生科研素质的培养[J]. 东北农业大学学报(社会科学版), 2005,3(3):53-54.

[2]周春丽,李玉萍,苏伟,等. 《生物工程综合实验》教学体系建设探索[J]. 安徽农业科学,2009,37(31):15271-15274.

[3]张雅利,孔宇,亓树艳,等. 生物工程综合实验课程的构建与实施[J]. 教育教学论坛,2014,13:202-205.

[4]滕延江. 外语教师科研意识的培养与科研规划浅析[J]. 外语艺术教育研究,2014,1:53-57.

[5]赵薇,李凤学,孙志明,等. 论学报对高校科研精神的培育[J]. 吉林省教育学院学报, 2013,29(1):14-15.

Development of Scientific Research Qualities for Undergraduates of Bio-engineering Specialty*

ZHANGRu,ZHANGBian-ling

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Institute of Engineering, Hunan Xiangtan 411104, China)

Scientific research qualities for undergraduates of bio-engineering specialty are basic requirement for fostering the innovative ability. Based on the exploration and practice of the teaching model of comprehensive experiment, the innovative platform were built by combining the course related to comprehensive experiment, taking part in the scientific research and participating extra-curricular science and technology activities. The good innovation idea was constructed, the scientific research method and innovative spirit were cultured by the model mentioned above. As a result, the innovative thinking, the ability to analyze and solve problems independently and the scientific research qualities were obtained for the tested undergraduates. The teaching model has important theoretical significance and practical value for cultivating the bio-engineering students with the innovative spirit.

bio-engineering specialty; comprehensive experiment; scientific research qualities

湖南工程学院博士科研启动基金项目(15059)。

张儒(1979-)，男，博士，从事生物工程方面的教学与研究。

G642

A

1001-9677(2016)02-0187-03