生物工程专业设计性实验的探索与实践

杨文婷 吴士筠 徐文广

摘 要 生物工程作为一门应用性很强的学科，对该专业学生应用能力的培养提出了较高的要求，而传统的实验课程偏重验证性、重复性实验，对学生应用实践能力和创新能力的发展有一定制约，文中对武汉工商学院生物工程专业在开放性、设计性实验课程中的经验和举措进行了总结，以为提高学生创新意识和实践能力的实验教学改革提供思路和范例。

关键词 生物工程 生物制药 设计性实验 开放性实验

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.05.014

Abstract Biological engineering as a very strong applied subject， the cultivation of the application ability of the students put forward higher requirements， and traditional experiment course emphasis confirmatory， repeated experiment， has certain constraints the development of students' practical ability and innovation ability， this paper of Wuhan Technology and Business University of biological science and Engineering in open and designed experiment course experience and measures are summarized， thought that improve students innovation consciousness and practice ability of experimental teaching reform ideas and paradigms.

Key words bioengineering； Bio pharmaceutical； design experiment； open experiment

1 课程目标及总体设计

结合生物工程专业“培养具有较强适应能力和可持续发展能力”的人才培养目标，针对有一定的专业知识基础的大三学生，通过教师拟题、学生选题，并将教师已完成或进行中的较成熟的科研项目分解成多个小课题，融入本课程的选题。课程的实施以学生为中心，老师引导和辅助，给予了学生更多自主空间，以达到对学生的文献检索能力、实验设计能力、基础实践技能、问题分析能力等进行巩固和强化的目的。①②③

2 课程实施方式及手段

2.1 以激发学生兴趣为基本出发点

分析本校生物工程专业人才培养的现状，从学生的知识基础、实践能力、學习兴趣入手进行调查，以实现因材施教；通过对相关行业用人单位的调查和反馈，了解企业和社会的对本专业人才的需求，以能从实践教学内容设计的角度予以权衡，使每个课题的实施符合生产研发的真实过程，使学生能将以前所学知识和技能融入其中，使学生学以致用，激发其学习兴趣和创新潜力，创造研究的氛围和过程让学生来经历和体验，并可以实现课外学习的拓展延伸。④

2.2 培养实事求是的态度

以实例向学生传达实事求是对待科学研究和应用实践的理念，要求学生在试验过程中做好原始记录，尊重实验结果，养成及时记录、认真分析的良好习惯，培养科学求实的态度和批判精神，出现于预测情况不符的情况时，如实讨论和分析，勇于提出自己的观点和见解。老师会考察原始数据是否翔实可靠，数据是否处理实事求是，结果分析是否清晰可信等。

2.3 强化自主性操作

在传统实验中，学生所用试剂均为实验老师配制，且经过任课老师预实验的验证，而本门课程中所用试剂均为自行配制，如发现实验数据的异常，需要自己分析查找原因。甚至在实验过程中，可能会出现学生做出的结果与文献报道不一致的情况，学生需要通过组织小组讨论、查询资料或向老师求助等方式，分析解决问题，让学生对已学知识更好地吸收内化，在探究中学习反馈。

2.4 提倡个性化发展

对三年级学生，部分同学已在课程之前参与过其它科研项目，学生能力层次不同。本课程学习过程中，学生可以根据自己的能力和意愿，选择不同难度的试验方案，从而可以满足不同能力学生的个性化、层次化的需求。比如同样是提取工艺，有的学生会选择经典的正交设计方案，而对部分实践能力扎实、主动性强、兴趣浓厚的学生，给他们介绍响应曲面法等，通过新方法的引入，使学生的实验设计能力和数据分析能力得到更全面的提高。

2.5 强化操作技能

课题选择和设计上，要求学生能在三周左右完成，因为不是传统验证性实验，有时会出现一次实验不成功，需要重复进行的情况，学生使用仪器设备的时间和需求大大增加，反复的操作和巩固，使学生对仪器设备的使用更加熟练，避免了传统实验课程中，学生上完实验课，仪器设备的操作基本忘记的情况，实验室的利用率显著提高。⑤

2.6 加强文献阅读梳理能力

因为学生需要自行设计试验方案，必须完成一定量的文献阅读，本课程中要求学生至少泛读30篇文献，精读5～10篇。充分阅读文献是试验优化合理设计的基础，学生通过自主查询文献，分析文献方案的可行性，设计出合理、科学的实验方案。在初期，学生通常文献理解能力较差，阅读速度较慢，但经过多篇文献阅读后，会渐渐发现其中规律，熟悉了专业文献的特点，这样阅读起来会感觉非常容易，专业素养不断加强，同时其知识更新能力也能得到更好的培养。

2.7 提倡师生良性互动

在设计性实验中，学生与老师之间不再是上完课走人、关系疏离的状态，学生在试验过程中，会不断碰到问题，需要常常与老师沟通，而在实践中的不断交流与互动，可以让学生从老师身上学到许多书本上无法直接获得，却非常有益、非常实用的信息，教师也在学生的不断提问中自省、提高，教学相长，营造良好的学习氛围。

3 课程进程管理及改进

3.1 学生的进程管理

通过设计性实验课程，使学生掌握正交设计、均匀设计及响应面曲线等统计学上优化工艺的方法，要求学生论证方案设计的可行性，包括方法、材料、设备、时间等，方法包括试验方法和分析方法（软件应用、统计）等。指导学生利用对课题内容进行分解和规划，以保证对课题进度的把握。因为多数学生是初次进行历时较长的设计性实验，进程管理情况较差，很多同学在第一、第二周进度推进缓慢，但到后期，各种问题慢慢解决后，进度明显加快，进程管理的良好效果在后期学生完成毕业论文或毕业设计中显著体现。

3.2 指导老师的进程把握

除课内要求的36学时外，至少需要18学时的时间完成实验。在开放性实验中，因学生自觉性不同，有的学生试验方案中碰到问题也不愿意主动询问指导老师，导致试验进展缓慢，因此需要设计细节化的试验过程管理方案。一方面，及时让学生知道自己哪些方面做得比较好，哪些方面需要进一步提高，对学生操作不规范、设计分析不合理之处及时纠正，加强学生对课程的重视程度；另一方面，针对性地设计试验进度记录表，每次对学生试验的进度进行监控和把握，进度推进较慢的学生及时关注、加强指导，以保证学生能在规定的时间内完成实验，达到预期目标。

4 课程考核方式

将实验方案设计、实验过程管理、实验结果以及学生互评有机融合，将CIPP的教学评价理念贯穿于整个教学过程，建立完善的课程评价体系，并充分发挥课程评价体系对学生的鞭策作用，强化实践效果。⑥考核方式注重过程评价，学生成绩中平时分数占60%，论文分数占40%；平时分数包括课前文献检索情况评分（20%）、设计方案评分（30%）、操作评分（30%）、实验记录本评分（20%）；论文分数由学生互评（20%）和老师评价（80%）组成。操作评分部分是根据每个课题方向设计量化的评分表作为评价依据；学生互评是通过其他同学的论文的阅读进行评分。其中尤其学生的互评对发现自己优势、检视自身不足有一定促进作用，评分较高的论文在学生间传阅学习。

5 教学保障措施

5.1 教材建设

从最初自编教材的不断修改，到课程配套教材的正式出版，确保了高质量、有特色的优秀教材进入学生课堂，目前已出版针对设计性实验课程的教材4部。

5.2 教学资源库的建设

不断完善课程大纲的修订，课题素材不断积累和更新。论文完成后，同系列课題的同学一组进行小组答辩，分享实验结果和感受，要求展示在实验过程中碰到的种种问题及解决思路方法，引导学生在问题中学习，并鼓励学生爱护实验室仪器，合理设计、节约资源。老师也不断收集实验中出现的问题，为后期进一步完善课程方案提供思路。

5.3 师资力量的保障

教师的素质与学生综合素质教育、实践能力和创新能力的培养有着密不可分的关系，设计性实验课程中，学生会碰到各种问题需要求助于指导教师，因此教师需要在所指导课题中有丰富的经验，且对各种相关仪器的操作及常见问题非常熟悉，教学相长，教师也可以在不断帮助学生解决问题的过程中反馈教学问题，更新教学内容和手段。

5.4 实验条件的保障

设计性实验期间，给学生安排专用实验室以满足实验的连续性要求；学生设计方案之前，提供实验室现有相关材料和设备提供给学生，以保证学生方案的可行性。建立了完善的实验室开放制度，确保学生进行开放性实验期间，从实验时间、实验内容到实验设备的全方位开放，充分利用现有教学资源。

6 结语

通过武汉工商学院开放性、设计性试验的开设，给予学生充分的学习自主权，每个学生均有过独立设计实验、实施和总结的经验，适应能力大大提升，文献阅读和梳理能力的培养，也为学生能力的可持续发展打下坚实的基础。学生多次在全国大学生技能减排竞赛、湖北省生物实验技能竞赛、湖北省化学实验技能竞赛等各级竞赛中获奖，多数学生在实习单位和工作单位的表现和能力也得到了单位领导的一致好评。设计性实验方案的建立和实施在应用型人才的培养上有着极大的发展空间，教学团队成员还将在执行过程中不断反馈、思考和改进，并进一步在其他课程中推广应用。

注释

① 王跃华，赵钢，苟小军，等.深化生物教学改革，探索生物工程人才培养新模式[J].教育与教学研究，2010.24（3）：7-9.

② 夏金兰.生物工程与技术创新人才培养模式的探索与实践[J].高等教育研究学报，2009.32（4） ：62-63，66.

③ 张建丽，范蕾.生物工程综合实验教学改革研究与实践[J].实验技术与管理，2008.25（5）：144-146.

④ 刘海燕.几种典型实践教学模式对应用型本科院校的启示[J].理工高教研究，2005.24（6）：82-83.

⑤ 陈剑锋，陈菁，谢航，等.构建生物工程学科创新实验教学体系提高学生的动手实践能力[J]. 实验技术与管理，2010.27（3）：22-24.

⑥ 金亚飞.基于CIPP模型的研究型大学本科实践教学评价研究[D].广州：华南理工大学，2012.