单位文秘网 2021-08-18 08:54:55 点击: 次
摘要:开放式实验教学是培养学生创新能力、科学实验能力、工程应用能力的新型教学模式。本文介绍了常州大学生物医药实验中心生物工程专业实验开放平台的建设思路,通过调整实验项目内容,借助网络平台,融合教师优秀的科研成果以及企业先进的设计理念,学生自主、灵活、创新地开展专业实验,取得了理想的教学效果,为生物工程专业实验开放模式教学平台的建设提供了有益的探索。
关键词:生物工程 专业实验 开放式教学
实验教学是工科学生重要的实践性教学环节,也是理论课教学的进一步延伸。生物工程是以生物科学和生物技术为基础,结合化学工程、信息工程、机械工程、控制工程、环境工程等工程科学,研究和发展利用生物体系或其中的一部分生产有益于社会的产品或达到一定的社会目标的过程的工程科学,是一门学科专业交叉性强的实验科学。因此,生物工程专业的实验教学作为工程实践的重要环节,在培养工科学生的科学实验能力、工程应用能力和综合创造能力方面具有突出的地位和作用。开放模式下的生物工程专业实验教学则是实现这一目标的有效方式。
一、专业实验教学思路和目标
“提高学生创新能力,着力培养具有‘大工程观’背景的、高素质工程应用型人才”是我校的人才培养定位,“多学科协调发展的教学研究型大学”是我校发展的近期目标。我校的生物工程实验室于2002年伴随着生物工程专业的建立而成立,结合学院的工科大背景,并基于以上的定位和目标,不断进行专业实验课程改革。
二、生物工程专业实验的特点
生物工程专业实验是在生物工程基础实验的基础上开设的一门重要的专业实践性课程,主要针对大四学生开展。学生通过基础实验的训练,如生物化学实验、微生物学实验以及分子遗传学实验等,已基本掌握了生物工程领域中的基本实验操作技能,对实验室的常规仪器有了初步的了解。
基础實验大部分是验证性或演示性实验,各实验项目互相独立,而专业实验大部分为综合性实验,实验内容涉及学科的多门核心课程或课程的多个知识点,其内容包括微生物学、生物化学以及基因工程、发酵工程、酶工程、分离工程等工程类课程,学生需综合已学的知识来设计和操作实验,是对学生实验技能和实验方法综合训练的一种综合性实验。
三、专业实验开放平台的建设
开放式教学是基于传统实验教学模式而言,传统的实验教学模式是将固定班级的学生安排在固定的时间段到固定的实验室做固定的实验项目,实验的准备工作由教师提前完成,学生仅按照固定的实验步骤一步步操作即可,这种实验教学模式封闭特性显著,不利于培养和提高学生的创新精神和实践动手能力。在此背景下,开放式实验教学模式成为很多高校实验教学模式的必然选择,由于没有统一的标准和模式,在实际操作中,很多高校探索着形成了各自的开放式组织形式。
我院实验中心成立的4年来,以创新的思路进行专业实验开放平台建设,取得了显著效果,同时也遇到了一些问题和困难。
(一)实验内容的开放性
我院生物工程专业实验是我校生物工程专业学生的必修主干课程,传统的专业实验开设啤酒发酵、α-淀粉酶的发酵生产及其分离纯化两个综合性实验,其中α-淀粉酶的发酵生产及其分离纯化实验,学生可从菌种的筛选(提供出发菌株)开始、经过菌株的发酵培养、发酵液中酶的分离、纯化等步骤,实验过程中涉及菌种筛选方法、菌株发酵条件的控制、发酵过程参数的测定、酶的分离方法以及分离过程对酶的影响等单元操作,该实验包括生物产品生产的上游、中游、下游环节,系统性较强,有利于学生对学科所有知识的综合理解。但传统的专业实验内容是根据书本的知识点开设相对综合的实验项目,实验内容基础性较强,并且安排相对固定,学生的选择空间不大,缺乏创新性。
实验内容开放以后,根据培养方案,目前的专业实验连续安排3周,共60个学时,学生可选择完成至少3个综合性实验,在传统的综合性实验之外,增加了教师课题中科研和应用前沿的设计性实验项目,由全院教师提供在研究的纵向课题和在应用的横向课题,从中遴选一些具有前瞻性、创新性的教师科研项目,或者具有较强应用性、来自企业生产线的生产项目,在此基础上开设一些紧随科研前沿或生产第一线的综合性、设计性实验;同时,学生也可根据自己的兴趣点自行命题,与实验指导教师商讨可行性后开设一定课时的实验。
实验的内容在保留基础综合技能的同时,融入了最新的研究思路和实验技术,学生自命题的实验项目能够激发学生的实验积极性和实验的设计、实施、解决实验过程中出现的问题以及实验数据的分析和总结能力,为学生将来的工作和进一步深造打下坚实的基础。
(二)实验过程的开放性
实验过程的开放性是开放式教学的核心,是开放性实验内容能否实现并达到预期教学目标的关键。专业实验开设前,学生需对实验内容有所了解,实验教师提前将可开设实验项目公布,成熟的传统实验提供具体的实验设备、试剂和步骤,创新型实验和设计型实验仅提供实验项目名称,学生根据自身兴趣选择相应学时的实验,如有自己感兴趣的实验项目,需提前告知实验教师,经可行性分析后确定实验项目并公布,其他学生也可进行选修。
实验项目确定后,学生需自己查阅相关文献或资料,综合考虑中心现有条件,确定实验所需仪器设备、试剂、耗材以及实验具体步骤,与实验教师商讨后确定实验方案。该过程耗时较长,需要学生在开设实验之前完成。
实验的开展也是开放的,学生可在专业实验安排的时间内进行实验,也可在安排时间之外进行实验。如有些菌种诱变实验需要在完全黑暗的环境中进行,则实验可安排在晚上进行;或者某些设计性实验在实验进行中会出现超出预期的问题,无法在正常时间内完成,也可申请后延期进行。实验过程中学生是实验的主体,需独立完成实验的设计和操作,培养分析问题和解决问题的能力;实验教师仅仅起到指导作用,遇到无法解决的问题时可与指导教师交流讨论。
经过实验的选题、实验方案的确定、实验准备、实验进行以及实验过程中遇到问题、解决问题的一系列环节,培养了学生查阅文献的能力、动手操作能力、综合分析、独立思考能力。
(三)教学资源的开放性
实验内容的开放性对实验中心平台的仪器设备提出了更高的要求,在开放性实验中心建设初期,中心已添置了一系列教学型实验仪器和装备,实验开设过程中,也可根据具体要求整合科研型设备,尤其检测性设备可利用学校或其他院系公共平台。中心所有设备在实验教师批准后均对学生开放。除此以外,实验室的开放是教学资源开放的基础,实验中心为学生提供24小时开放,学生可根据实验的具体安排提前预约实验室和实验仪器、试剂和耗材。
实验室和实验设备的全面开放在为学生带来便利的同时,也给实验中心管理带来了一系列问题,为了确保实验运行过程中实验室的安全和仪器设备的正常使用,实验中心针对专业实验的资源开放制定了相关的制度,如实验室准入制度、预约制度、常规仪器借用制度、大型仪器管理制度等。4年多的实践证明,严格的实验管理制度确保了教学资源开放的实施。
(四)网络化实验平台的建立
随着网络化社会的到来,建立健全的网络化实验平台是实验开放教学的有力保障。学院充分利用网络资源,建立中心网站,对开设的所有实验以及中心可提供的所有仪器设备充分公开,并建立专业实验专用平台,提供了可开设实验项目的介绍、学生自选实验项目的提交和申请、实验项目的选修、实验仪器设备和耗材的借用申请、实验时间预约(专业实验课程以外时间进行实验的情况)、学生和教师的交流等。
借助于网络化平台,学生和教师可在實验室以外的时间里交流讨论。将实验开设之前的准备工作,通过网络让学生全面地了解和调研、确定自己选修的项目、自行在平台中申请设备和耗材、确定实验的具体时间和地点,信息汇总在平台中,由实验指导教师修改审批。该过程学生可在交流平台中与指导教师交流。审批通过以后,即可按照预约进行实验。
开放性实验的开设具有很强的灵活性,我们需要不断完善网络平台,实现对实验资源分配、实验时间、实验过程、实验教师的统一协调管理,使网络化实验平台成为学生学习、师生交流的平台,也成为实验信息公开的窗口。
四、结语
通过以上对生物工程专业实验开放式教学模式的探讨和实践,拓宽了专业实验项目的内容,融入了更新、应用性更强的实验项目,并随着科研和应用的不断更新,借助于网络化实验平台,系统、公开、有序地进行专业实验教学,培养了学生创新能力、工程实践能力、独立分析问题解决问题的能力,为更好地培养优秀的生物工程专业工科人才做出了有益探索。
参考文献:
[1]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(2):162-164.
[2]李大力.基于构建主义的生物工程专业综合实验教学实践[J].高等理科教育,2013(3):109-112.
基金项目:本文系常州大学教育研究课题“开放性实验中心建设与管理的研究”(项目编号:GJY11020021)。
(责编 赵建荣)
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