生物技術專業(yè)課程探究性實驗教學模式改革

袁建琴 唐中偉 李宏 李麗 張利環(huán) 宋蕓

摘要：面向生物技術專業(yè)課程開展的“探究性實驗”教學模式是目前教學研究型高等農(nóng)林院校生物技術專業(yè)實驗教學改革的關鍵環(huán)節(jié)之一。圍繞山西農(nóng)業(yè)大學生命科學學院生物技術專業(yè)以學生為本，注重學生的能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高和協(xié)調(diào)發(fā)展的教育理念為導向，從探究性實驗教學內(nèi)容、教學模式、學生評價體系和教學管理信息化等方面介紹了生物技術專業(yè)探究性實驗教學領域方面的改革和實踐。通過生物技術專業(yè)探究性實驗的教學活動，學生不僅能夠提高自身的創(chuàng)新和實踐能力，而且對生物技術專業(yè)前沿知識有了更深層次的了解，并與其它學科交叉融合，更好地提高了學生的專業(yè)知識和綜合素質(zhì)水平。

關鍵詞：生物技術專業(yè);探究性實驗;實驗教學改革;創(chuàng)新能力培養(yǎng);綜合素質(zhì)提高

中圖分類號：S-0文獻標識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20190615075

我國的高等教育不斷地改革與發(fā)展，對于高校本科學生的各方面要求也有較大地提高。學生不僅要掌握扎實的理論基礎知識，同時學生也要有較強的實驗動手和分析解決實際問題以及綜合設計與創(chuàng)新能力[1]。“探究性實驗”教學作為本科實驗實踐教學環(huán)節(jié)中的一種新的教學模式，以學生的認知理論為基礎[2]，充分地鼓勵并調(diào)動學生主動參與做實驗的積極性，使學生能夠在教師原有的實驗教學設計的基礎上，由原來的被動引入變?yōu)楦髯苑止げⅹ毩⒌赜H自動手完成探究性實驗所有要求的科目，從而加深對理論知識的認識[2-4]。秉承“以學生為本，注重學生的能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高和協(xié)調(diào)發(fā)展”的教學理念，山西農(nóng)業(yè)大學生命科學學院生物技術專業(yè)教師將“啟發(fā)—參與—探究—討論”為主體的一體化新型實驗實踐教學模式應用到各自的課程實驗與實踐中，積極參與、開展并申報本專業(yè)實驗實踐課程教學的改革，初步形成了以培養(yǎng)應用型人才，提升學生的創(chuàng)新能力、實驗實踐能力、合作與聯(lián)動能力和綜合素質(zhì)水平，實現(xiàn)學生的自主學習、持續(xù)發(fā)展和個性發(fā)展為目標的我院生物技術專業(yè)探究性實驗實踐特色教學體系[2]。

1合理設置生物技術專業(yè)課程探究性實驗內(nèi)容本專業(yè)探究性實驗各個項目的開設重點培養(yǎng)學生的主體意識和實踐創(chuàng)新意識，提高學生綜合素養(yǎng)[2，5]，遵循以下原則：所設置的探究性實驗項目環(huán)節(jié)具有可行性與典型性，在此基礎上打造適合本專業(yè)學生需要的生物技術專業(yè)探究性實驗平臺;所設置的探究性各個實驗環(huán)節(jié)與生物技術專業(yè)基礎實驗平臺具有聯(lián)動性;探究性實驗項目的設置應給學生留有足夠的探索空間，充分發(fā)揮并調(diào)動學生的積極性和創(chuàng)新性;探究性實驗的平臺所涉及的領域應盡可能廣。

目前，本專業(yè)開展的典型探究性實驗主要有植物和動物組織DNA提取、微生物顯微觀察、平菇的栽培、各種風味酸奶的制作、不同條件下雞痘細胞苗的制備等幾項。此外，結(jié)合本院各個功能實驗室的實際條件，本專業(yè)學生可根據(jù)自身的興趣愛好，自行選題并組隊，在進行開題答辯論證后即可進行相關探究性實驗研究。

2探究性實驗項目的開設應以學生為中心

山西農(nóng)業(yè)大學生命科學學院生物技術專業(yè)探究性實驗的特點之一就是注重“以學生為中心”，開展各項探究性實驗項目[2，6]。

2.1鼓勵學生自主選題與分組

采用教學與科研緊密地結(jié)合，科研反哺教學，不斷從實驗教學內(nèi)容、實驗教學時間、實驗教學的組織方式等各個方面全面地實行多元化的新型生物技術專業(yè)實驗課的教學模式。探究性實驗項目的選題應結(jié)合生物技術專業(yè)課程主題，密切與生物技術專業(yè)實際應用有關，使該專業(yè)學生能夠主動參與、主動探索和主動實踐，以興趣學習方式作為引導，可超越課堂的時間和空間的限定而進行相關專業(yè)知識的學習[7]。探究性實驗項目既結(jié)合本專業(yè)學生已學的理論課程知識，又涉及技術應用，還與生物技術發(fā)展方向緊密關聯(lián)，涵蓋了生物技術專業(yè)的各個實踐環(huán)節(jié)。運用探究性實驗項目引導本專業(yè)學生自主設計與規(guī)劃并且循序漸進地不斷提高的實踐教學模式，從而實現(xiàn)提升本專業(yè)學生的實踐能力、生物產(chǎn)品開發(fā)能力和學生創(chuàng)新能力的終極目標，實現(xiàn)從注重知識傳授向注重全面能力素質(zhì)培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變[7-9]。學生根據(jù)生物技術專業(yè)幾個功能實驗室的實際條件自主選擇開展本專業(yè)探究性實驗相關項目，針對所選擇的實驗項目在功能實驗室開放時間內(nèi)進行深人討論與學習。4～5名學生自由組合成一個研究小組，在小組長協(xié)調(diào)帶領下進行同一實驗項目研究，并填寫選題審批表。

2.2指導學生查閱探究性實驗相關文獻資料

學生在完成自主分組和探究性實驗項目選題之后，可根據(jù)所選的相關項目，查閱國內(nèi)外文獻資料（鼓勵多看外文文獻），了解近期（特別關注最近5a）國內(nèi)外與所選項目相關的研究進展情況。通過大量文獻的查閱，培養(yǎng)了學生獨立思維和查閱文獻的能力，并形成探究性實驗項目的技術路線。同時，學生能夠獲取并掌握在實驗過程中遇到問題的解決途徑。

2.3組織學生進行開題報告

在限定的時間內(nèi)，學生在相關文獻資料查閱完成后，組織小組成員討論，之后以探究性實驗項目小組為單位進行開題報告環(huán)節(jié)。各小組的開題報告要以PPT演示進行，其內(nèi)容應涉及該探究性實驗項目當前國內(nèi)外的研究概況，選本探究性實驗的目的和意義，該探究性實驗的創(chuàng)新之處與預期目標，實驗中將采取的技術路線，實驗過程中所需的儀器、試劑及耗材等方面，并對開題報告組教師的提問進行逐一回答。開題報告匯報完后，教師根據(jù)各個小組的PPT演示及答辯情況，對每個實驗項目的可行性以及實驗室的現(xiàn)有條件進行慎重審定，確定該探究性實驗項目的最終實驗方案。同時，每個探究性實驗小組成員應根據(jù)小組內(nèi)的協(xié)調(diào)安排撰寫并提交各自的開題報告。

2.4學生進行探究性實驗具體實施過程

每個小組學生應根據(jù)指導教師最終確定的技術路線開展各自探究性實驗的具體實施過程。為了使學生根據(jù)實驗室使用情況及自己的課余時間做好規(guī)劃，合理安排實驗，在保證安全的前提下本專業(yè)實驗室向?qū)W生全天候開放，保證學生在比較寬松的時間下能夠充分發(fā)揮自己的主觀能動性以及創(chuàng)新思維能力，不怕失敗，勇于創(chuàng)新，也提高了實驗室大型設備的利用率。而指導教師在整個探究性實驗項目的實施過程中應隨時了解各組學生探究性實驗項目的進度，宏觀調(diào)控確保每個實驗項目按時順利完成[2， 5， 6]。

2.5探究性實驗中期考核檢查

在探究性實驗的中期階段，指導教師應召集所負責的探究性實驗項目小組進行中期考核檢查，了解各組實驗的進度、遇到的問題及解決的方案以及下一階段的研究計劃。同時，各小組成員填寫中期考核檢查表。

2.6探究性實驗結(jié)題

探究性實驗所有項目完成后，指導教師應組織學生撰寫相關實驗報告，其內(nèi)天包括探究性實驗的目的和意義（問題的提出）、實驗的原理、詳細的探究性實驗設計與步驟、實驗結(jié)果與分析以及討論。探究性實驗小組進行PPT匯報，對教師提出的問題逐—回答—答辯，同時展示各自所獲得的成果。最后，指導教師根據(jù)考核指標結(jié)合每位學生在各自探究性實驗小組中的具體表現(xiàn)給予最終成績評定。

2.7對探究性實驗相關成果進行及時整理

探究性實驗項目結(jié)束后，負責相關實驗的教師及時指導取得滿意結(jié)果的小組學生申請與實驗項目相關的軟件著作和專利，同時撰寫畢業(yè)論文并投稿發(fā)表，充分提高本專業(yè)學生參與探究性實驗項目的積極性、自主性和創(chuàng)新性以及撰寫和發(fā)表論文的能力和水平。

3完善探究性實驗學生評價體系

探究性實驗的學生評價體系采用以本專業(yè)學生為主、帶課教師為輔的啟發(fā)式教學的指導方法。該評價體系基于學生能夠自主設計探究性實驗項目技術路線的教學方法，促使本專業(yè)學生能夠養(yǎng)成“跟蹤本專業(yè)學術前沿”的良好習慣。對本專業(yè)學生的探究性實驗評價體系包括對學生的創(chuàng)新能力階段評價與激勵機制，充分地體現(xiàn)實行對學生“過程化”的探究性實驗考核方式：重點考察本專業(yè)學生具有發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力;重點考察本專業(yè)學生在探究性實驗過程中能夠具有創(chuàng)新性的思維;重點考察本專業(yè)學生具有查閱文獻資料的能力。

4實行探究性實驗教學過程的管理信息化

目前，本院生物技術專業(yè)已開發(fā)了學生選課及探究性實驗過程的信息化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)提升了本專業(yè)學生實驗教學信息化管理和服務的效率與質(zhì)量，實現(xiàn)了生物技術專業(yè)學生進行探究性實驗相關科目及其過程的透明化。依托該系統(tǒng)，學生可進行探究性實驗感興趣科目的選題;在規(guī)定時間內(nèi)查找文獻、討論并分組進行學生開題答辯;最后限定時間研究并進行最終答辯環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)還可對學生進行多元化、過程化以及動態(tài)化的探究性實驗客觀評價。

5定期開展專業(yè)課程探究性實驗的教學交流

本專業(yè)將相近實驗課程的帶課老師和實驗技術人員組成相關探究性實驗課程組，定期進行教學經(jīng)驗交流，同時對相關的實驗課程與實驗教材的建設進行探索，堅持不懈地進行本專業(yè)實驗教學內(nèi)容與方法的改革與創(chuàng)新。期間，由生物技術專業(yè)系主任統(tǒng)籌安排，各小組長負責組織和協(xié)調(diào)相近課程探究性實驗組的活動，結(jié)合本學科的前沿研究，把學科新的研究成果與先進技術改編成本專業(yè)實驗項目，將本專業(yè)課程實驗、綜合性實驗和開放性實驗進行有機地結(jié)合，使本專業(yè)課程實驗的內(nèi)容能夠在綜合性實驗和開放性實驗中得到充分地延伸和拓展。這樣，在提高本專業(yè)實驗教學質(zhì)量的同時，也提高了學生的綜合素質(zhì)水平。

探究性實驗教學模式是培養(yǎng)生物技術專業(yè)學生在獨立完成實驗過程中針對所遇到的實際問題能夠提出自己的觀點和思路，并且可以找到解決問題的行之有效的方法。探究性實驗的教學模式體現(xiàn)了本科教育應以“學生為主體”的教學模式，適應了新時代大學生應多方面發(fā)展的需要，能夠充分地發(fā)揮在培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才方面本科實驗教學的重大作用。

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作者簡介：袁建琴（1970-），女，副教授，碩士生導師，博士，研究方向：生物制藥、分子生物學及轉(zhuǎn)基因生物安全性的教學與研究。