学科竞赛与实验中心教改深度融合的探索

吕海霞，张丽靖，张艳辉，杨志杰，尚龙安

(浙江大学宁波理工学院 生物与化学工程实验教学中心， 浙江 宁波 315100)

0 引 言

浙江省为加快调整高等教育结构，2016年省内10所高校入围省应用型高校建设试点单位。结合国家创新驱动发展战略推进的新形势下地方经济和社会发展对生物与化学工程相关专业人才的需求，紧密围绕培养“应用型、复合型、外向型”创新人才的目标，省级重点实验教学示范中心生物与化学工程实验教学中心(以下简称“中心”)，以内涵发展为动力，以提高学生实践创新能力为核心，积极提升实践育人工作。学科竞赛是培养学生实践创新能力、促进大学生全面发展的有效载体，已经成为实践教学的重要组成部分，受到越来越多高校的重视[1]。本文以学科竞赛为导向，探索实践学科竞赛与实验教学的深度融合，推动学科竞赛和实验教改发展的同时提升人才培养质量。

1 中心大学生学科竞赛现状及其分析

中心指导学生每年参加全国大学生化工设计竞赛、大学生制药工程设计竞赛、大学生化工实验大赛和浙江省大学生化学学科竞赛、大学生生命科学竞赛、大学生新材料创新设计大赛，这些竞赛都是在全国或省内高校中有较好基础和较大影响力的综合性学科竞赛，代表学科发展的前沿。竞赛题目一般联系生活实际或产业行业热点，限定范围设计一种典型产品及其生产车间或工厂或者在给定范围开展自主探索研究。

随着参赛师生人数逐年增加，在不断取得成绩的同时，也陆续出现一些实践教学中存在的问题。① 以上学科竞赛有许多共性，与专业教学紧密相关，与人才培养质量密不可分，目前各自为阵，没有充分利用中心的优质教学资源，不利于学科竞赛长远发展。② 实验教学内容单一陈旧，缺乏综合探究型实验，与学科竞赛相比系统性和难度都不够。③ 传统的实验教学方式不能激发学生的主动性，致使实验教学效果大打折扣，学生的能力与竞赛要求差距太大。④ 目前各个学科竞赛主要吸纳部分优秀学生参与，受益面有限。

2 学科竞赛与中心实验教学的关系

实验教学示范中心的建设是提升高等教育质量、提高大学生实践创新能力的一项重要举措。学科竞赛是一种以学生为主，促进学生全面发展的深受学生喜爱的综合性教学活动。学科竞赛不仅锻炼学生的实践动手能力，提高分析问题、解决问题的能力，巩固理论课程的学习；而且启发学生的创新创业意识和思维，锻炼创新创业能力，培养团队合作精神、人文精神和科研能力，为学生后续发展打下良好的基础[2]。

中心现有参与的学科竞赛全国大学生化工实验大赛、浙江省化学学科竞赛主要侧重所有专业的专业基础课程化学和过程工程原理；全国大学生化工设计竞赛、全国大学生制药工程设计竞赛、浙江省大学生生命科学竞赛和浙江省大学生新材料创新设计大赛分别侧重化学工程与工艺、制药工程、生物工程和高分子材料工程专业。这些学科竞赛都是与专业教学直接相关、基于专业学科知识而展开的应用性、研究性、创新性教学活动，与专业实验课程的教学任务一致。竞赛要求学生具备文献调研、实验设计、实验操作、工程设计、撰写报告及答辩等综合素质，并与学校培养高素质应用型人才的目标完全一致。

由此可见，学科竞赛与实验教学二者相互支持，应将学科竞赛与实验教改深度融合，调动中心实验课程组的合力来共同建设[3]。中心与生物工程、制药工程、高分子材料与工程、化学工程与工艺4个专业的建设紧密结合，坚持实践教学与科研结合、实践教学与工程应用结合、实践教学与产业需求结合，已经建成“教—学—研”一体化、“产—学—研”系统化的以学生能力培养为核心的“四个化工专业、三个拓展结合、八大实验模块、三个培养层次”的创新实践实验教学体系和“内接专业、外接产业”的校企深度融合的实践教学模式[4]。在此基础上，将学科竞赛群与实验中心的建设目标和建设内容结合，通过切实有效的实验教学改革，更好地发挥学科竞赛对教学的引领促进作用，强化实践教学，提高竞赛水平的同时提升实验教学质量和人才培养质量(见图1)。

图1 学科竞赛与实验教学融合

3 具体措施

基于学科竞赛发展现状，结合人才培养目标，积极发挥学科竞赛对实践教学的引领和促进作用[5]。理顺各个学科竞赛与教学的关系，分析学科竞赛之间的横向关系，相互借鉴、共享优质资源。依据学科竞赛适当调整教学培养计划，将学科竞赛部分内容纳入教学，通过学科竞赛切实转变实验教学理念，优化实验教学内容，创新实验教学方式，完善实验教学体系。促使学科竞赛与实验教学深度融合，强化大学生实践创新能力的培养[6]。

3.1 推行原料到产品全过程实验教学

竞赛题目一般会限定产品或原料。比如2017年全国大学生化工设计竞赛和全国大学生制药工程设计竞赛题目分别是“为含硫工业废气源设计一套深度脱硫装置”和“阿奇霉素精烘包及制剂车间设计”。所以学生要熟悉产业领域从原料到产品的整个流程。传统的专业实验项目学生“照方抓药”只做整个流程中关键一步或两步，学生的实践机会太少。所以应该融合竞赛模式，以“产品”为导向优化实验教学内容，推行原料到产品全过程的实验教学[7]。

依据产业发展特点和课程实际，精选合适的“产品”，老师设定或学生选定的围绕该“产品”的实验内容要体现各专业教学的整体性和系统性，尽量涵盖本专业核心课程的知识要点，突出课程之间的关联性。实验项目来源于经典实验的挖掘拓展或引入教师科研成果。保证实验内容的综合设计性，并具有合理性和可行性。

比如制药工程专业实验整合优化原有的实验项目，选择合成经典的药物阿司匹林和提纯天然化合物白藜芦醇对学生进行系统训练，让学生在建立制药学科整体知识体系的基础上了解新药研发全过程。

3.2 实施CDIO实验教学模式

浙江省大学生生命科学竞赛要求学生围绕生命科学相关领域的任何科学问题，开展自主性设计实验或野外调查工作，让学生了解生命科学的发展，寻找解决生命科学问题的有效方法以及防控措施。旨在培养大学生发现问题、分析问题、解决问题的独立科研能力。传统的实验教学方式完全不适应这种实验任务。

优化后的实验项目综合了本科阶段的学习内容，都是1级CDIO项目，相当于一个科研探究过程。教师应该按照CDIO工程项目的实施来组织设计“学生为主，教师为辅”的实验教学过程。将选定的“产品”实验项目合理设计，完整地开展构思、设计、实现、运作过程，使实验教学内容环环相扣，每个实验项目对应相关专业核心课程的知识单元及知识点，要学生明确“实验目的”，老师明确“能力培养目标”。各个实验项目之间既相互独立又相互衔接，全部实验项目组合在一起形成一个完整的从原料到产品的开发过程[8]。教师系统地指导学生完成从开题检索、实验准备、实验全程到结题答辩的整个学习探究过程，学生通过完成相关产品的全过程，既强化基础知识和专业理论的“学”，又强化实验实践和训练的“习”，确保循序渐进地提高不同层次的能力。尤其在项目实施阶段前的方案构思和方案设计阶段更需要师生共同讨论、反复论证，确保方案的合理可行。实施阶段遇到问题、发现问题，也要及时指导，鼓励学生坚持完成。最后，教师规范学生运作阶段的实验报告撰写及结题答辩，不断提升专业实验课程教学效果。

生物工程专业实验以培养生物医药产业领域从事设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发工作的、具有团队合作精神、创新创业精神和高度社会责任感的高素质应用型生物工程人才为目标，开设的生物制药(吉他霉素的生物合成及产品分离纯化)、生物制造(甲酸脱氢酶的制备)两个综合设计性大实验，通过2013、2014级生物工程专业学生逐步实施CDIO实验教学模式。学生学习“生物产品”从菌种活化、工程菌构建、发酵培养到产品的分离提取检测，实验过程涉及多门专业课程的技术手段，各个技术环节均自己动手完成，提升了学生综合实践能力和科研创新能力。继而培养学生掌握生物产品的生产制备全过程，使学生受到专业实践的系统训练，接触该领域的研究热点，让学生在平时的实验课中就受到竞赛要求的训练。CDIO教学方式极大地激活了学生的自主能动性和潜力，带动整个实践教学的CDIO模式探索。

3.3 突出系统的工程训练

全国大学生化工设计竞赛、制药工程设计竞赛和浙江省大学生新材料创新设计大赛都要求做工程设计，包括设备、工段、工厂等设计，相应要提供工艺流程图、设备设计图、厂区布置等图纸，对学生的工程思维、工程设计和工程系统能力是一次全面的检验和挑战[9]。这就需要统筹调整各专业教学规划，在教学计划中尽早、尽量多安排学生开始系统工程训练。

全国大学生化工实验大赛还有化工单元仿真操作环节。为了让学生对工厂实际操作有直观了解和感受，中心将相应的仿真软件操作纳入化工原理实验课程。原有的机械制图课程不适应学科竞赛的要求，需要增加AutoCAD、3D模型的培训。化工专业开设“化工软件及应用”课程，专门让学生学习Aspen模拟软件等，鼓励其他专业学生选修；在化工设计、反应工程等课程增加相关的工程训练，如增加设计的大作业；其他相关课程增加化工经济分析的大作业、安全环保设计的大作业等。

现有4个专业有明显的交叉性，中心协同各专业，通过教改进行系统的工程训练，强化工程应用型人才的培养[10]。

3.4 重视实验报告及答辩

学科竞赛基本采用提交作品加现场答辩的开放式形式[11]，再好的竞赛作品也必须通过文档介绍和口头表达展示出来。要求学生具备分析处理实验数据、科学规范撰写报告、文档整理、PPT制作演示及项目答辩的综合能力与素质。对学生的团体精神、责任意识、抗压能力、表达及自信都是考验[12]。尤其是现场答辩的时间有限，非常考验参赛学生的口头表达和应变能力。

中心借鉴竞赛模式，相应改革实验教学考核方式，重视实验报告及答辩。规范实验报告撰写，要求以学术论文的形式提交，开题综述、实验数据的处理、实验现象分析、实验结果讨论都是考核的内容。再通过开题报告答辩、实验报告答辩强化学生的PPT制作及汇报表达能力，促进学生全面发展及课程考核的合理化。目前已经在生物工程专业实验课程中采取这种模式，争取逐步推广到其他实验课程。

4 建设成效

(1) 学生综合素质增强。通过参赛不断提高了学生实践创新能力、综合素质显著提高，提升了中心应用型人才的培养质量[13]。学生在各类学科竞赛中获奖90多项，其中国家一等奖1项、二等奖8项、三等奖3项，优胜奖1项；华东赛区特等奖1项、一等奖4项、二等奖6项、三等奖3项；省级一等奖3项、二等奖18项、三等奖16项。学生课外科技活动参与踊跃，近5年国家挑战杯入围6项[14]；在校学生发表科研论文31篇；申报专利12项；学生就业竞争力增强。

(2) 提升了中心的教学质量。将竞赛模式向学生实验教学内容和方式渗透，推动第二课堂和第一课堂的教学改革，优化、创新实验教学内容和方式，完善实验实践教学体系，受益面扩大到全体学生[15]。“基于实际创新能力培养的生物与化学工程实验教学示范中心建设”获2016年学校教学成果一等奖。

(3) 进一步凝练并提升中心的特色建设。学科竞赛的任务要求与中心的“产品产业”为主线的教学特色完全一致，强化中心特色的培育，提升了中心的示范辐射效应。随着学科竞赛与实验教改融合的推进，中心在教学理念、实践教学、特色培养等方面得到升华，凝练了创新性人才培养的新思路，实现新的跨越式发展。2017年“应用型大学国家级生物与化学工程实验教学示范中心建设”项目做为学校的标志性教学成果成为我校国家级实验教学示范中心培育项目。

5 结 语

通过浙江省应用型高校建设和学科竞赛与实验教学深度融合的探索实践表明，提高了学科竞赛群整体参赛水平，增强了学生的实践创新能力和综合素质，促进了实验教学改革，提升了实验教学质量和人才培养质量，凝练了中心的建设特色，继而推动学科竞赛和实验教改的可持续发展。学科竞赛与实验教改同步发展的良性循环，也为我校实现“十三五”建设区域特色的高水平应用型大学做了有效的探索实践。