大類招生和通專融合培養(yǎng)背景下生物技術(shù)專業(yè)實踐教學體系的構(gòu)建

孔宇 亓樹艷 孫書洪 李華 張知 高美麗 張建保

摘 ?要：在高校實施大類招生，通專融合培養(yǎng)背景下，各專業(yè)都面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)。如何在傳統(tǒng)的細分專業(yè)培養(yǎng)模式基礎上建設適應、支撐新培養(yǎng)需求、新培養(yǎng)目標的實踐教學體系是各實驗性學科面臨的共性問題。西安交通大學生物技術(shù)專業(yè)在實踐教育理念更新、實踐課程體系構(gòu)建、教學方式革新等方面對新實驗教學體系的建設作了探索和嘗試，現(xiàn)總結(jié)交流。

關(guān)鍵詞：大類招生;通專融合;生物技術(shù)專業(yè);實踐教學體系

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）12-0077-04

Abstract： In the context of "the specialty-free enrollment and the integration of professional education with general education"， how to explore adaptive methods to support the new cultivation system is the common problem faced by all universities. The specialty of biotechnology in Xi'an Jiaotong University has constructed a new practical education system by means of renewal of practical education concept， the construction of practical curriculum system， and the renewal of teaching methods. The knowledge and experience is summarize for reference.

Keywords： specialty-free enrollment; integration of professional education with general education; specialty of biotechnology; practical education system

一、概述

基于我國高等教育的發(fā)展及社會對高等教育的需求變化，越來越多的高校繼北京大學[1，2]之后開始實施大類招生。所謂大類招生是指將相同或相近學科門類的專業(yè)合并，按一個學科大類招生。學生入校后，經(jīng)過1～2年的同質(zhì)化基礎培養(yǎng)，再根據(jù)興趣和雙向選擇原則進行專業(yè)培養(yǎng)。對考生而言，大類招生減少了填報志愿的盲目性，有利于其按興趣選擇專業(yè);對于高校而言，大類招生利于生源質(zhì)量穩(wěn)定，教學資源整合利用和與國際接軌;對于社會而言，大類招生有利于平衡專業(yè)與社會發(fā)展的矛盾，有利于培養(yǎng)“厚基礎、寬口徑”個性化的創(chuàng)新人才。然而在實施過程中，新的變化帶來了新的態(tài)勢，出現(xiàn)了新的矛盾，如學生知識結(jié)構(gòu)變化[3]、教學模式的沖擊、教學組織管理、專業(yè)冷熱差異加劇/學生理性選擇專業(yè)受限等等[4]，對傳統(tǒng)教學造成了一定沖擊，需要采取一些措施積極應對。

西安交通大學從2018級開始全面實行大類招生，針對大類招生構(gòu)建了通識教育+寬口徑專業(yè)教育體系，即“通專融合”教育體系：將原有的85個專業(yè)歸為7個大類和7個拔尖班，將本科教育分為基礎通識教育、寬口徑專業(yè)教育、個性化模塊學習及畢業(yè)設計3個階段。其中，基礎通識教育為1～1.5年、寬口徑專業(yè)教育為1.5～2年、個性化模塊學習及畢業(yè)設計為1年[5]?；谌缟媳尘?，西安交通大學生命科學與技術(shù)學院生物技術(shù)專業(yè)與數(shù)學、物理、化學專業(yè)并入理科大類招生。面對新的培養(yǎng)需求、新的學情，作為一個實踐性非常強的專業(yè)，如何構(gòu)建好適應新形勢的實踐教學體系，支撐人才培養(yǎng)就顯得尤為重要。我專業(yè)在“實驗教學體系構(gòu)建、實驗課程建設、實驗教學方式更新、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”方面進行了探索和嘗試，現(xiàn)整理交流。

二、具體實施辦法

大類招生不只是學院內(nèi)相近專業(yè)的簡單合并，其涉及到培養(yǎng)理念的統(tǒng)一、課程體系的構(gòu)建、教學手段更新等方面的變革。面對新的培養(yǎng)需求，西安交通大學生物技術(shù)專業(yè)針對以上幾個方面做了初步探索，具體如下：

（一）秉承“重實踐”校訓，構(gòu)建特色實踐教學體系

1. 加大實踐教學學時占比，保障實踐教學培養(yǎng)效果

我專業(yè)在歷次（2001、2006、2015、2019版）培養(yǎng)方案修訂過程中，均十分重視實踐環(huán)節(jié)的建設（圖1所示為歷次培養(yǎng)方案中實踐環(huán)節(jié)學時及在總學分中的占比情況）。從2001版培養(yǎng)方案起，開設了實驗課8門次，共計232學時（實踐教學環(huán)節(jié)占比8.7%）。到2006版培養(yǎng)方案修訂時增設了生物工程綜合實驗（2門，128學時）等課程，累計實驗課15門次，共計408學時（實踐教學環(huán)節(jié)占比達15.2%）。2015版培養(yǎng)方案修訂時大幅度壓縮了學分，總學分由188學分壓縮至158學分。在此背景下，專業(yè)仍加強了實驗環(huán)節(jié)建設，如將《綜合開放實驗》從2門次，增加到4門次（每門1.5學分、48課時，共計192學時），實驗課程數(shù)增加至15門次，共計500學時（實踐教學環(huán)節(jié)占比達21.1%）。2019版培養(yǎng)方案時，面對大類招生、通專融合培養(yǎng)的新需求，調(diào)整了實驗課程體系，實驗課門數(shù)增至19門，共計552學時（實踐教學環(huán)節(jié)占比達21.2%）;此外在集中實踐環(huán)節(jié)，增加了專業(yè)實習1的學分（0.5學分增加到1學分），加大了學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)力度?？傮w來看，通過以上方式，建立了包含《生物學實驗》《生物化學實驗》《分子生物學實驗》《細胞生物學實驗》《遺傳學實驗》《微生物學實驗》《基因工程綜合開放實驗》《發(fā)酵工程綜合開放實驗》《細胞工程綜合開放實驗》《分離工程綜合開放實驗》《生物信息學實驗》等的實驗課程體系，從學時層面保障了實踐教學體系的實施效果。

2. 構(gòu)建分級分層次培養(yǎng)體系

與獨立招生相比，生物技術(shù)專業(yè)并入理科大類招生后所在專業(yè)面臨的學生群體與之前相比存在較大差異。加之，高考選拔考試改革后學生知識背景與傳統(tǒng)招生亦有了新的變化，對實驗能力培養(yǎng)也提出了新的要求。為做好人才培養(yǎng)工作，專業(yè)構(gòu)建了針對大類培養(yǎng)新態(tài)勢的本科“通專融合型”人才實驗素養(yǎng)培養(yǎng)的特色實驗課程體系。建設時以需求及目標驅(qū)動[6]，注重系統(tǒng)性、層次性[7，8]，將實驗課按照特點及面向?qū)ο蠓譃榇箢惢A、專業(yè)基礎、專業(yè)綜合和創(chuàng)新實踐類四個層次（詳見圖2）。其中大類基礎實驗主要針對基礎通識類教育階段的本科生，相關(guān)實驗課程有《生命科學基礎》課內(nèi)實驗，《生物技術(shù)原理》課內(nèi)實驗，《生物學實驗》等;專業(yè)基礎類實驗主要定位于專業(yè)分流后寬口徑專業(yè)教育階段的學生，相關(guān)課程有《生物化學實驗》、《微生物學實驗》、《分子生物學實驗》、《細胞生物學實驗》;專業(yè)綜合類實驗主要針對高年級學生開展，以設計型、綜合型實驗為主，擬在專業(yè)基礎實驗的基礎上進一步提升學生的實驗能力，相關(guān)課程有《基因/發(fā)酵/細胞/分離綜合開放實驗》;創(chuàng)新實踐類環(huán)節(jié)主要以個性化培養(yǎng)為主，旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識，相關(guān)環(huán)節(jié)有《專業(yè)實習》、《創(chuàng)新訓練》課程和各級大學生創(chuàng)新項目、校級開放實驗、競賽等。通過構(gòu)建系統(tǒng)性、分層次實驗教學體系，使得精準實施適合學生需求的實驗能力培養(yǎng)成為可能。

（二）實驗課程內(nèi)容調(diào)整、更新和完善

1. 實驗課程內(nèi)容的調(diào)整和重新定位

在建好系統(tǒng)性、分層次的實驗教學體系后，以需求和目標為驅(qū)動，整合、更新、完善實驗內(nèi)容。針對四個層次實驗課程面對學生群體及需求的不同，系統(tǒng)地調(diào)整、安排各層次的內(nèi)容及層間的銜接關(guān)系。

第一層次：面對理科大類分流前本科生，大部分學生只具有高中生物基礎（部分學生甚至高考未參加生物測試），因此將所需生物背景知識要求較低，但能體現(xiàn)生物實驗特點、能培養(yǎng)學生基本生物實驗素養(yǎng)的實驗從第二層次的實驗中精選出來。如將《生理學實驗》中的“小鼠解剖及臟器指認實驗”轉(zhuǎn)入大類平臺課程——《生物技術(shù)原理》課內(nèi)實驗中，既不影響分流后生物專業(yè)的實驗課程內(nèi)容，亦可使未來從事物理、化學專業(yè)學習的同學受益。

第二層次：主要面對分流后低年級學生，綜合考慮專業(yè)培養(yǎng)目標、專業(yè)認證要求、行業(yè)需求設置，以實驗內(nèi)容更新補充、提升實驗內(nèi)容前沿性為主。如《生物化學實驗》課中氨基酸的分離分析鑒定實驗，將過去傳統(tǒng)的紙層析法改為高效毛細管電泳法[9]。又如，植物中維生素C的測定由傳統(tǒng)的氧化還原滴定（2，6-二氯酚靛酚）更換為HPLC法。又如，《遺傳學實驗》中引入crispr-cas9技術(shù)等，通過上述手段，使學生盡早解除專業(yè)前沿、激發(fā)學生的學習興趣。

第三層次：在設計時，除考慮上述因素外，著重以提升學生文獻閱讀能力、團隊合作能力、綜合設計能力、創(chuàng)新能力為目標。將教師近期的可行性好的科研課題轉(zhuǎn)化為學生實驗內(nèi)容，以期達到培養(yǎng)學生初步的科研能力和素養(yǎng)。如開設了酪氨酸酶的提取、分離、純化和鑒定實驗即基于國家課題研究結(jié)果開展等。

第四層次：旨在提升學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)精神。通過《綜合實踐訓練1-2》、《實習1-2》課程結(jié)合開放實驗、大創(chuàng)項目、學科競賽來驅(qū)動學生依據(jù)興趣的個性化發(fā)展。近幾年，100%的學生參與了大創(chuàng)、競賽，實現(xiàn)了全覆蓋;同時重視實習環(huán)節(jié)，實施雙創(chuàng)教育[10]。積極尋求與企業(yè)合作，打造實施“雙創(chuàng)”教育的基地群，增加學生與優(yōu)質(zhì)企業(yè)的接觸機會，受到學生好評，并多次獲得校優(yōu)秀實習隊稱號，助力了人才培養(yǎng)。

2. 加強實驗課程配套資源建設，打造實驗“金課”

對所有實驗課程的配套教學資料（教學大綱、教學進度計劃、教學課件等）進行重新整理、修訂。并在每個層次中選擇1～2門基礎較好的實驗課程（大面積實驗類：《生命科學基礎》課內(nèi)實驗、大類實驗類：《生物技術(shù)原理》課內(nèi)實驗、專業(yè)基礎類：《生物化學實驗》、專業(yè)綜合類：《分離綜合開放實驗》），以此為抓手，要求其課程教學資料信息化，發(fā)布于實驗中心網(wǎng)站，共享教學資源，建好示范性實驗金課“點”，再以點推廣到“面”（實驗金課“群”），提升教學效果和覆蓋面。近年整理實驗大綱19項，資源化課程2門，編撰實驗講義2部，打造金課1門。

（三）以學生為中心的實驗教學方式探索

1. 新教學方法在實驗教學中應用情況

在教育部大力推行混合式教學的背景下，專業(yè)也嘗試將理論課授課中新的教學方法應用于實驗教學中。如《生命科學基礎》實驗中“PCR技術(shù)鑒定人類性別”這一實驗項目，開設對象是非生物專業(yè)一年級本科生，學生生物基礎知識不足，加之上課人數(shù)多、學生預習率低、預習效果差異大等情況，嚴重影響了教學效果。因而采用雨課堂等方式輔助實驗教學，實現(xiàn)了預習視頻、課件推送，學生可隨時查看實驗流程，并與老師互動，讓老師及時了解到每一位同學的需求，同時還省去了傳統(tǒng)實驗簽到的時間成本，提高了教學效率。目前已有13個專業(yè)，37個班級，793人通過雨課堂進行實驗課程的展開，學生反映良好，將逐步推廣到其他實驗中。

2. 精心設計教學過程，提升教學效果

在利用好新教學方法的同時，還對實驗教學過程進行了精心的設計，分別針對課前、課中、課后設計不同的教學內(nèi)容。如《分子與細胞生物學實驗》的“DNA酶切及瓊脂糖凝膠電泳鑒定”實驗項目中，課前提前對講述內(nèi)容資料推送給學生，通過雨課堂設置預習思考問題，通過問題的方式引發(fā)學生思考，并回收學生標準的難點，了解學生的學習狀況，調(diào)整課程講述重點;實驗課時，針對學生反饋的難點進行重點講解，并利用實驗過程中的間隙（如制膠及電泳過程），穿插提出問題與學生進行討論和互動（如應該如何選擇瓊脂糖凝膠的濃度？如何通過電泳圖判斷質(zhì)粒酶切是否完全？），通過問題的思考，學生能充分掌握DNA酶切的原理，瓊脂糖凝膠電泳分離鑒定核酸的技術(shù)。課后利用雨課堂平臺反饋的課堂大數(shù)據(jù)，及時對課堂教學進行調(diào)整，保證良好的教學效果。

3. 采取學生為中心的實驗運行管理機制促進學生綜合能力的提升

開設綜合開放性實驗已成為各實踐性專業(yè)提高學生動手能力、創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)的共識[11-13]。我專業(yè)在歷次培養(yǎng)方案修訂中不斷增設并完善了綜合開放實驗體系，目前有《基因/發(fā)酵/細胞/分離綜合開放實驗》四門獨立實驗課程，共計6學分，192學時。在實施時，綜合開放實驗采取“學生為主，教師輔之”、“三上三下”、“雙向開放，研教結(jié)合”等方法，促使學生間合作完成從資料查閱、方案設計、試劑定購、實驗實施、報告撰寫、答辯評比全過程，過程中學生的綜合能力、創(chuàng)新能力得到了很好的培養(yǎng)。此方面也得到了省級、校級教改項目的支持，并獲校級教學獎1項，部分項目內(nèi)容參加競賽獲得校級獎項。

4. 虛擬仿真實驗補充

在實際實驗教學中，部分實驗受到實驗設備、成本、時間、空間、操作次數(shù)等因素限制，難以實際實驗形式開展，影響學生能力培養(yǎng)的狀況，積極嘗試新的實驗教學形式。如物質(zhì)的分離分析鑒定是生物技術(shù)領(lǐng)域科研、生產(chǎn)中遇到的共性關(guān)鍵環(huán)節(jié)，熟悉和掌握該環(huán)節(jié)對于學生或相應人員的培養(yǎng)至關(guān)重要。但由于物質(zhì)的分離分析鑒定涵蓋樣品制備、樣本處理（含生物樣本處理等）、分析、鑒定等多方面內(nèi)容，涉及多項子實驗、子環(huán)節(jié)，在實施教學過程中，受到實驗設備、成本、時間、空間、操作次數(shù)等因素限制，多數(shù)環(huán)節(jié)難以實際實驗形式開展，影響到學生能力的培養(yǎng)，形成了培養(yǎng)短板。針對這一情況，專業(yè)依托已獲批的國家級虛擬仿真實驗項目（橄欖葉中羥基酪醇的分離分析鑒定），將實踐教學必要但實驗開展困難的環(huán)節(jié)以虛擬仿真實驗形式展開，解除設備限制，時空限制，經(jīng)費限制，學生可通過網(wǎng)上操作，在虛擬實驗中近距離接觸大型儀器，得到訓練，補足實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)短板。

三、初步結(jié)果

通過實踐教學體系的構(gòu)建和實施，學生的綜合實驗素養(yǎng)和創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力得到了提高，2018年學生參與開放實驗數(shù)目由2017年的23項增加至36項，參與的創(chuàng)新基金由2017年的22項增加至51項，參與競賽的獲獎數(shù)目由2017年的21項增至41項。教師獲批省部級實驗教學改革項目2項、校級實驗教學改革項目4項，發(fā)表相關(guān)教改論文5篇，參加國家級、省級授課競賽并獲獎3人次、建設國家級實驗“金課”1門。

四、結(jié)束語

大類招生是社會及高等教育發(fā)展的必然需求，對高校各專業(yè)來說既是機遇也是挑戰(zhàn)?；诖箢愓猩鷳B(tài)勢，實施“通專融合”培養(yǎng)是適應人才培養(yǎng)新形勢的有效方式。對于生物技術(shù)這樣一個實踐性較強的學科來說，構(gòu)建適應新形勢的、可支撐“通專融合”培養(yǎng)理念的實踐教學體系應從培養(yǎng)理念更新、培養(yǎng)體系構(gòu)建、課程內(nèi)容改革、教學方法更新等方面積極采取措施，以期培養(yǎng)出適應社會發(fā)展、專業(yè)要求的人才。

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