理工农交叉融合的生物技术与工程实验教学中心建设

王 芳, 郭兴启, 李 滨

(山东农业大学 生命科学学院, 山东 泰安 271018)

随着高校教学改革的深入和素质教育的全面推进,实验教学受到高度重视,其在塑造学生实践能力和创新创业能力方面具有不可替代性的作用[1-2]。因此,加强实验中心建设、提高实验教学质量,成为各高校的重要任务之一[3-5]。山东农业大学生物技术与工程实验教学中心(简称中心)是我校重点建设的实验教学中心,是山东省实验教学示范中心。中心立足于培养具有“扎实的专业基础知识、熟练的实验操作技能、突出的创新创业能力、宽广的国际化视野、强烈的社会责任感”的高素质专业人才,在建设具有“特色鲜明、全国一流”的农业大学中发挥着重要作用。在此基础上,中心紧紧围绕人才培养的根本宗旨,加大建设力度,将生命科学学院的生物技术和生物工程相关实验室、食品科学学院的食品工程相关实验室,以及资源与环境学院的资源与环境实验室进行了资源整合,实现了资源共享,形成了理工农交叉融合的生物技术与工程实验教学中心。

1 构建功能集约、资源优化、开放共享、运行高效的专业实验教学平台

基于“既有基础教学实验室,又有创新研究实验室；既有对知识的整体宏观认识,又有对生物的微观研究；既强调理论的重要性,又重视实践的必要性”的原则[6],通过科学规划,组建了生物技术实验平台(包括细胞生物学实验室、细胞工程实验室、基因工程实验室、生化与分子生物学实验室和生物信息学实验室)、生物工程实验平台(包括微生物实验技术实验室、发酵工程实验室、生物分离工程实验室)、食品工程实验平台(包括食品检测分析实验室、酿造工艺学实验室)、资源与环境实验台(包括植物生理与营养学实验室、土壤与肥料实验室)等4个技能实验室、1个开放创新实践平台和1个校企合作研发平台(包括生物工艺学实验室、生物技术检测实验室、乳品益生菌研发实验室、植物组培与快繁实验室、生物肥料研发实验室)(见图1)。通过建立校企合作实验室,强化了中心和企业的深层次合作,形成了功能集约、资源优化、高效运行的实验教学平台,更好地满足了学生创新创业能力培养的需求。

图1 实验中心实验实践教学平台

2 理工农交叉融合的“三三式”实验教学体系

为了最大限度满足学生创新能力需求,使实验教学体系在结构上更加注重层次性和开放性，在实验内容上既重视基础能力的培养,又重视与前沿科学、工程实际和社会应用的密切联系。2011年以来,结合特色专业和山东省名校工程重点建设项目,进一步优化实验教学体系,将食品科学与工程、食品质量与安全、食品质量与安全(中英项目)、葡萄与葡萄酒工程5个工科专业,以及农业资源与环境科学1个农科专业的相关实验课程(食品分析技术实验、葡萄酒分析技术、食品微生物检验、土壤农化分析、植物营养学实验等)纳入中心实验教学体系,构建了3层次、3类型的“三三式”的实验教学体系。

3层次即基础型、综合提高型和研究创新型。第一层次是基础型,以专业基础实验训练为主,加强学生对科学原理和概念的深入理解,培养学生对生物学现象的观察和分析能力；第二层次是综合提高型,以专业课实验和技能训练为主,培养学生专业实践能力；第三层次是研究创新型,结合教师科研成果、校企合作研究项目,以设计性、综合性实验为主,培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力,提高学生的创新意识。

3类型即专业实验、专业拓展实验和创新创业实验,通过细胞生物学、细胞工程、基因工程、微生物实验技术、食品检测分析技术、土壤农化分析等专业实验,培养学生的生物学基础实验技能；通过发酵工程、生物信息学、生物分离工程、酿造工艺学等专业拓展实验,提高学生创新思维,激发学生潜能；通过创新创业实验,进一步提高学生掌握利用生物技术提升和改造传统农业学科,以及综合利用生物学知识和技术措施,解决生产实际问题的能力。

3 探索合作育人实践教学新模式

首先,将高水平、高层次的生命科学前沿研究作为重要的教育要素整合到实践教学过程中去,开展专业拓展实验,实现了实践教学与科学研究有机结合[7-8]。充分利用作物生物学国家重点实验室、国家缓控释肥工程技术研究中心、土肥资源高效利用国家工程实验室等国家级科研平台,发挥生物学、生态学、农业资源与环境、食品科学与工程等4个一级学科博士学位授予点和10个二级学科博士学位授予点的学科优势,依托教师科研项目,建成了科技社团,开展了创业大赛,设立了大学生创新训练项目,让学生尽早参与科研工作,承担部分科研任务,锻炼他们的科研能力。

其次,结合专业特色和社会需求,与技术力量雄厚、实力强的现代化企业进行深层次合作,开展创新创业实践,实现实践教学与社会生产的有效结合[9]。目前中心已与保龄宝生物股份有限公司、金正大生态工程集团股份有限公司、山东荣丰食用菌有限公司等20多个大中型企业建立了长期稳定的合作关系。通过合作,学生在这些大中型企业进行创新创业实践,提高了学生的综合运用能力。

4 创新和采用多样化的教学方法

4.1 基础与前沿、经典与现代的结合

改进实验手段,适时引入现代科学实验新技术,让学生及时了解科学新技术的发展,注重培养学生掌握新技术的能力,实现基础与前沿的结合[6，10]。一方面购置先进仪器设备,如荧光倒置显微镜、CIRAS-2型便携式光合测定系统、Unispec-SC型光谱仪取代传统测定仪器；另一方面实验教学由浅入深、由基础到综合,将教师的科研内容和科研成果、工程实际问题等引入到实验教学中,把知识学习、技能训练、能力培养等融合在一起,增强学生的实际应用能力,提高教学效果。例如将先进的计算机技术和分子生物学实验技术相结合,增设生物信息学实验课,使实验内容紧跟学科发展,实现经典与现代的结合。

4.2 虚拟仿真与真实体验相结合

中心建设了生物信息学实验室,购进了虚拟仿真教学软件,模拟生物学实验环境,如设计核酸、蛋白质合成的过程及预测蛋白质等大分子物质的空间结构,学生通过计算机自主设计实验方案、选择实验材料,形成以自主创新为主要特色的实验平台。建立校企联合基地,聘请校外专家参与实验、实践教学过程,让学生产品参与研发、生产,体验真实生产实践过程。

4.3 基本技能训练与创新能力培养相结合

中心明确提出了“基本实验技能培养是创新能力培养的基石”的教学理念,经探索和实践,建立了加强学生基本实验技能训练的长效机制:确定各门实验课的基本实验技能与规范操作；随堂讲评基本实验技能训练情况；教学督导人员抽查或检查,及时反馈其结果；组织不同形式的“基本实验技能竞赛”。在加强学生基本实验技能的基础上,为培养其创新意识和创新能力,注重与第二课堂的结合,建立了多层次、多样化的大学生科技创新训练项目:第一,设立科技创新项目,通过立项的形式,设立“大学生开放实验”“学院大学生SRT项目”“协会科研项目”等本科生科研项目基金；第二,建立大学生科技创新社团,鼓励学有余力的大学生参与社团活动,目前,依托相关学科建立的“百奥微生物科技协会”和“飞动植物协会”,为学生创业意识和能力培养搭建了良好的平台。

5 取得的效果和成效

目前,中心仪器配置合理,体现专业特色,适应科技、工程和社会应用实践的变化,在满足实验实践教学需求的同时,为大学生开放、创新实验的开设提供了先进的实训平台。

紧跟实验课程设置,出版了《微生物遗传学实验》《生物化学实验技术原理和方法》《农业微生物实验技术》《植物学实验》《植物学野外实习指导》《植物学实习教程》《动物生物化学实验》等系列实验教材。围绕课程建设,中心教师编写了《基础生化化学》《农业生物技术》《现代仪器分析》《植物学》以及《食品安全学》等10余部国家级规划教材。课程建设特色鲜明,主干课程如“生物化学”“分子生物学”“基因工程”“细胞生物学”等选用国际上通用的英语原版教材,实行双语教学。

在学校和学院的大力支持下,积极争取并实施了各级教学研究项目,教师主动开展各类教学研究活动,教育教学水平不断提高[11]。近3年来,中心教师先后主持国家级及省部级教学质量工程项目17项,获得省级优秀教学成果一等奖1项、二等奖1项、三等奖3项,校级优秀教学成果一等奖6项,在历届全国、山东省和学校举行的微课教学、多媒体课件、讲课技能等各种比赛活动中取得了优异成绩。

依托中心优质的教学科研资源、先进的仪器设备和良好的教学科研环境,搭建了集“生物化学实验技能大赛”“创新项目”“社团活动”于一体的学生课外学术创新实践平台体系。通过聘请国内外学者开设专题课及讲座、安排研究型实验、建立稳定的校外实习基地,以及开展多种形式的社会实践活动,锻炼学生的实践能力。另外,通过校企合作,建立校企共建实验室,拓展了大学生社会实践领域。大学生进入企业进行合作研发,促使学生走出学校接触社会,激发社会责任感。

参考文献(References)

[1] 潘启勇,钱斌,李俊峰,等.新能源科学与工程实验教学中心的建设实践[J].实验技术与管理,2016,33(7):171-174.

[2] 王芳,郭兴启,李滨.建设具有农业特色和非农业特色并存的农业生物学实验教学中心[J].中国农业教育, 2008(5):19-20,47.

[3] 何少颖,方沛,刘开昌.高校文科综合实验教学中心建设研究述评[J].实验室研究与探索,2014,33(9):275-281.

[4] 高小惠,何剑飞,徐汹涛.农业工程实验教学中心的功能定位与人才培养[J].广东农业科学,2010(6):271-272.

[5] 柯长青,李满春,王腊春.地理与海洋科学实验教学中心的建设与发[J].实验技术与管理,2012,29(2):109-112,133.

[6] 姜孝成,唐文岘,彭贤锦,等.建立以能力培养为核心的生物学实验教学体系[J].实验室研究与探索, 2009,28(12):159-161,165.

[7] 潘宏利,卢超,赵登攀.应用型本科院校创新实验教学体系的构建与实践[J].实验技术与管理,2011,28(9):28-30,34.

[8] 李予霞,李桂芳,高剑峰.生物学开放研究型实验教学平台的建设与实践[J].长沙大学学报,2012,26(5):126-127.

[9] 王芳,郭兴启,李滨.基于创新人才培养的农业生物学实验课程体系改革[J].中国农业教育,2012(4):71-74.

[10] 唐双阳,李乐,余敏君,等.分层次开放实验室 优化实验课程体系 提高一学生科研创新能力[J].中国高等医学教育,2011(3):77-78.

[11] 邵文尧,肖宗源,陈成泉.生物工程专业实验教学与科研相结合教学模式的探索与实践[J].实验技术与管理,2013,30(2):162-163,146.