应用型人才培养模式下生物技术实验教学改革与实践

张业尼　樊秀花　范志华　刘金福

摘要：为了培养应用型生物技术人才，结合我校生物技术实验课的教学，调整了生物技术实验课教学的基本思路。根据实验教学培养目标和生物技术特点，从更改原有实验内容、增加设计性实验、结合多媒体网络教学和建立健全实验考核方式等方面对《生物技术实验》教学进行探索与实践，旨在通过生物技术实验教学工作提高学生的实践和创新能力，培养学生独立思考的精神，满足科技进步和社会发展需要。

关键词：应用型人才；生物技术；实验教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）06-0105-03

目前，我国生物技术相关产业正处于飞速发展时期，但与国际先进水平相比仍存在一定差距，而高校中生物技术专业的实验内容对学生的训练并不能够很好地满足企业及科研单位的需求，这导致生物技术本科毕业生，特别是农林类高等院校本科毕业生的就业率较低[1]。随着实验设备和教育观念的不断更新，对实验教学模式进行改革以适应新时代培养学生的要求是十分必要的，尤其在以企业需求为导向培养人才的今天，必须打破传统的实验教学模式，以适应时代和社会发展对于应用性人才的需要[2，3]。

生物技术实验课是一门涉及领域宽、基础性实用性强、实验技术要求高的课程，包括蛋白质工程、细胞工程、基因工程、发酵工程等[4]。生物技术实验教学是实践性教学的重要环节之一，不仅是补充和验证理论的关键方法，也是培养学生动手、应变、创新等能力的重要手段。如何发挥好实验教学作用，培养具备动手能力和创新能力的人才，是目前生物技术实验课教学改革的重要内容。

随着现代生物技术的飞速发展和科学研究的不断进步，要紧跟当代先进科学技术发展前沿，在有限的学时内，从增加设计性实验、改进实验教学内容等几个方面对生物技术实验进行改革探索。

一、更改生物技術实验课原有实验内容

生物技术实验尽管很早就已经开设，但近年来生物技术及相关产业的发展突飞猛进，原有的实验项目已不能适应当前社会对理论和技能并重的全面人才的需要，增加生物技术行业相关性和实用性的实验项目是非常有必要的，以学生为出发点开展不同层次、可供学生选择的实验项目，激发学生的主观能动性和学习兴趣，促进学生形成独立思考和解决问题的能力。

生物技术实验课程是我们学院生物工程专业的重要实践环节内容，它包括了细胞工程、酶工程、基因工程专业课的实验部分。细胞工程部分原有实验内容：黄豆芽线粒体的分离与观察、芦荟植物愈伤组织的诱导、韭菜叶肉原生质体的分离及活力的检查。基因工程部分：碱法提取质粒、聚合酶链式反应——PCR、核酸的琼脂糖凝胶电泳。酶工程实验内容：酸性磷酸酯酶的提取实验、酶促反应动力学参数的测定、影响酶促反应的因素。细胞工程部分实验内容主要为植物细胞相关的基础性实验，基因工程部分实验内容相对较少，无法让学生系统全面地理解基因工程实验，各部分实验内容比较分散，学生只能单纯学习某一实验技术，因此，我们将细胞工程实验内容改为基因工程实验内容。酶作为一种蛋白质可以进行重组与表达，因此，可以与前面的细胞工程和基因工程部分实验内容结合起来。

根据生物技术实验的培养目的和特点，我们将以核酸重组与蛋白表达技术为主线，将生物技术实验分为上游蛋白重组表达和下游重组蛋白分离纯化与性质研究两部分内容，蛋白我们可以选择工业中常用的酶类蛋白质，同时把目前科研领域的常用先进技术引入实验教学中，从整体进行实验优化设计，将实验技术按目的基因制备、基因与载体连接、感受态细胞的制备与转化、重组质粒鉴定、重组蛋白表达及纯化等有机地结合起来，加强实验内容的完整性、针对性和先进性。具体实验内容如表1。通过从基因克隆到蛋白表达的实验过程，学生在关键生物技术方面受到良好训练的同时，对实验目标又有了整体性认识，有利于学生掌握生命科学的新知识、新技术和新方法[5]。

二、增加设计性实验

在设计性实验过程中，学生处于主导地位，需要学生自己设计并动手操作才能得出最终的实验结论，避免了学生投机取巧、所有实验结果及讨论都千篇一律的现象。可以说设计性实验能够极大地调动学生的探索精神和求知欲，充分发挥学生的主观能动性。

对于综合性设计实验，实验设计的好坏直接关系实验的执行效果，也是调动学生学习主动性的关键。我们将不同酶的表达与纯化及酶学性质分析实验引入到实验课中来。例如，碱性蛋白酶、α-高温淀粉酶、酸性淀粉酶、脂肪酶、磷脂酶等蛋白的表达纯化技术作为实验内容。这些不同酶类蛋白的选择及特性都充分调动了学生的学习热情，让实验更加有趣。

实验中还可以将不同的实验进行模块化分组。学生可根据自身兴趣及实验能力从中挑选模块组合，最后由指导老师汇总，指导老师可根据实验准备情况进行调整确定。作为补充，对于那些参加了许多科研训练的学生，可以让他们自拟感兴趣的实验题目。在实验组织上，可以让他们组建团队，完成开题和结题报告，小组讨论完善实验设计等。此外，优秀学生自选课题还可为下次实验奠定基础[6]。

设计性实验是在明确实验目的及任务的前提下，学生通过查阅资料，首先提出实验方案，设计实验步骤，列出所需仪器耗材及试剂，然后在与指导教师的讨论下确定实验方案，最后学生独立完成实验并对实验结果进行分析讨论。例如，设定重组大肠杆菌不同的诱导温度、诱导时间等，获得不同的实验结果，进而加以分析讨论。在实验设计和操作过程中，我们鼓励学生勇于探索，允许实验结果不尽人意，但需要对结果进行论证。

设计性实验具有周期长、连续性强等特点，需要合理安排时间确保实验效果。以前一个实验单元两学时，不利于设计性实验的进行。因此可以集中在每天下午开实验课或者选择在期末学生大部分课程结束后连续全天进行实验，以保证实验的连续性和完整性。

三、结合多媒体和网络教学

采用现代教育信息技术，将图片、视频、文字等有机结合起来，直观地、有计划地展示给学生，特别适用于生物技术实验教学。相关实验操作、仪器使用、相关技术等均可拍成视频，如常见的核酸蛋白电泳技术和蛋白分离纯化实验涉及的离子交换层析或分子筛层析等。利用网络教学平台建立课程网站，将教学内容、参考书及资料、实验仪器与技术等展示给学生，使学生在课余时间了解本课程，拓展了学生的学习时间和空间[7]。

四、鼓励学生加入课前实验期准备工作

在以往的实验教学中，实验准备工作包括实验试剂的配制、仪器设备的调试、实验样品的准备等，均由实验老师完成。这种教学方式不利于学生以后进入实验室独立地工作，无法培养学生的动手能力以及激发学习积极性。因此，我们可以鼓励一些优秀学生参与实验准备工作，让学生独立地准备各种缓冲液及所需耗材等。学生能够主动地去思考实验的每个环节，对一些关键的实验步骤做到心中有数。

五、建立健全生物技术实验考核方法

目前，生物技术实验课考试成绩主要以实验报告为平时成绩，闭卷考试为期末成绩，以平时成绩为主。学生的实验报告多为抄写课本内容，即便讨论部分都可能出现相同现象，因此该考评方式不能全面客观地评价学生对基础知识的理解，更不能反应学生对实验操作技能的掌握程度。

因此，我们应该从实验教学目标出发，以基础知识掌握为基础，以学生能力考核为核心，制定相应的考核方式和评分标准，对实验教学实行全过程、多层面的有效考核。主要从平时成绩、实验报告、设计性实验、实验技能四个方面进行考核，如表2所示。

我们的目的在于考察学生的创新思维能力：具體表现在如何解决遇到的问题和制定相应的实施措施。第一，要求学生具有文献查阅、总结和归纳等能力。第二，要求学生具有较强的思维能力、动手能力以及解决具体问题的能力。第三，培养学生的团结协作能力，小组成员之间互相沟通交流合作，不同小组之间相互取长补短。最后，对学生实验技能进行分组现场考评，考评内容可以为生物技术企业中常用到的分析实验内容，如SDS-PAGE分析蛋白的分子量及纯度或如何进行重组大肠杆菌质粒稳定性分析等，对于这些实验内容，业内技术人员日复一日地进行实验，对其有自己独特的见解和经验，可以邀请生物技术相关企业的专业技术人员进行现场交流，对学生实验进行指导并提出宝贵意见，同时对于具体实践操作进行评分。

跟其他实验课程相比，生物技术实验具有自身的特色，各实验项目相对独立，又前后关联。将实验内容分为不同层次，每个层次包含若干个独立的实验项目，各实验项目之间紧密衔接，构成一个系统。如原核表达不仅涵盖了PCR获取目的基因、构建重组表达载体、重组菌的诱导表达于分离纯化、重组蛋白的SDS-PAGE检测、重组蛋白的活性分析等实验技术，而且以点成线、以线成面，将孤立的知识点衔接起来，形成一个完整的系统。

总之，生物技术实验教学改革以培养具有综合应用能力、独立思考能力和创新能力的应用型人才为目标，实验内容主要具有设计性、连续性、综合性等特点，可以紧密结合形成完整的课题，将科研中常用的思路和技术引入实验教学中，在引导学生掌握实验技能和科学研究方法的同时，激发学生的学习兴趣，充分发挥学生的主观能动性。

参考文献：

[1]王正加，唐永超.高等农林院校生物技术专业教学改革的思考——以浙江农林大学为例[J].中国林业教育，2017，（35）：26-30.

[2]胡军和，金晨钟，曾智，贺爱兰.基于项目型的生物技术专业实验教学模式研究[J].教育教学论坛，2015，（02）：249-250.

[3]胡军和，金晨钟，曾智，贺爱兰.基于产学研项目型的生物技术专业实验教学模式研究[J].教育教学论坛，2016，（13）：158-160.

[4]张敏，王邕，梁锦添，李俊芳.改革生物技术实验教学，培养学生综合实验能力[J].广西大学学报（哲学社会科学版），2008，（30）：77-78.

[5]朱新霞，何大俊，陈 芳，李予霞，高剑峰.注重教学质量 推进《生物技术实验》教学改革[J].实验平台，2013，（1）：250-251.

[6]何丽明，蒋群，闫晓梅.生物技术综合实验的教学设计与探讨[J].高校生物学教学研究，2016，6（2）：50-53.

[7]尹燕霞，魏群，向本琼，马晴，骆静.分子生物学及生物技术实验教学创新体系的建立与实践[J].分子生物学及生物技术实验教学创新体系的建立与实践，2010，（1）：61-64.