生物技术专业综合性和设计性实验教学改革与实践

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第33卷第1期实验室研究与探索Vol_33NO．12014年1月RESEARCHANDEXPLORATIONINLAB0RAT0RYJan．2O14生物技术专业综合性和设计性实验教学改革与实践钱洁，房健民，陈志宏(同济大学生命科学与技术学院，上海200092)摘要：作为首批“国家生命科学与技术人才培养基地”，该院在生物技术本科实验教学中以社会需求为导向，加强实验课程体系建设，充分发挥实验教学在人才培养过程中的重要作用。2011年培养计划中综合性实验为212学时，比2006年增加1倍，设计性实验为204学时，比2006年增加l0倍。改变以往以验证性实验占主导的局面，形成基础性实验、综合性、设计性实验约为1：1：1的分层次实验教学体系，切实提高了学生的综合素质及创新能力。为总结综合性和设计性实验的主要特点，论文结合生物技术专业实验教学实例，深入研究综合性和设计性实验的设计原则、案例来源、教学方法、考核体系，为全面推进综合性、设计性实验的教学改革提供依据。关键词：综合性实验；设计性实验；实验教学中图分类号：Q81，G642文献标志码：A文章编号：1006—7167(2014)0l一0207—04ComprehensiveandDesign-orientedLaboratoryCoursesforBiotechnologyStudentsQIANJie，FANGJian-min，CHENZhi—hong(SchoolofLifeScienceandTechnology，TongjiUniversity，Shanghai200092，China)Abstract：AsaNationalTalentTrainingCenterinLifeScienceandTechnologyinChina，weareincreasinglyemphasizingonprovidingcomprehensiveordesign—orientedlaboratorycoursesinTongjiUniversitytomeettheneedsoftherapidlychangingsociety．In2011，weoffered212hoursofcomprehensivelabcourses，aonefoldincreaseover2006，and204hoursofdesign-orientedlabcourses，whichisten—timesmorethanin2006．Wehaveachievedaratioof1：1：1inthreecategoriesoflabcourses：basic，comprehensiveanddesign—oriented．Thesereformseffectivelyimprovedstudents’overallqualitiesandenhancedtheirabilitytoinnovationandproblem-solving．Thisarticleprovidedsomeexamplesofcomprehensiveanddesign—orientedlaboratorycoursesforthestudentsinbiotechnologymajorandsummarizedthedesignprinciples，casesources，teachingmethodsandevaluationsystemsforthesecourses．Thesehighlighttheiruniquecharacteristics．keywords：comprehensiveexperiment；designingexperiment；experimentalteaching0引言新世纪以来，生物技术成为许多国家科研开发和收稿日期：2013—02—24资金投人的战略重点和国际科技竞争的重点之一，生基金项目：同济大学精品实验项目建设基金项目(2000104032)物产业正在成为全球新的经济增长点。《国家中长期作者简介：钱洁(1970一)，女，湖北武汉人，博士，高级工程师，主生物技术人才发展规划(2010-2020年)》指出：在我要从事实验教学研究与实验室管理。国加快调整经济结构、转变经济发展方式的进程中，发Te1．：021-65986140：E—mail：qianjiel16@mail．tongji．edu．cn展生物技术及推动战略性新兴产业，迫切需要培育创通信作者：房健民(1962一)，男，浙江宁波人，博士，教授，主要从新型生物技术人才，迫切需要建立具有较强国际竞争事抗肿瘤和自身免疫疾病的生物药物开发等研究。E—mail：jianminfang@gmail．com力的生物技术人才队伍。 第1期钱洁，等：生物技术专业综合性和设计性实验教学改革与实践验的重视程度、独立完成研究报告、独立操作仪器设合。实验教学从一个科学问题出发，将实验内容根据备、科学分析实验结果等方面综合考察学生的实验技研究对象统一和集中，突出实验教学的系统性。能和实验素质，培养学生实事求是的科学态度。“细胞凋亡诱导与检测”实验教学以研究小组为组织1．5实验教学改革效果测评形式，重视学生之间以及师生之间的相互配合和思维每学期实验课程开设过程中会编制“细胞工程碰撞。学生不仅可研究不同药物对肿瘤细胞增殖的抑“实验调查问卷，及时了解学生对所开设实验的意见制效果，也可用细胞生物学实验方法观察凋亡细胞的和建议，以利今后改进。在设计调查问卷选项前召开形态学特征，还可利用分子生物学手段研究特定凋亡部分学生座谈会，收集学生最关心的问题，作为选项。相关基因的表达。在实验教学体系中，注意理论、技术通过分析调查问卷，可以了解综合性实验的开设是否与思维的结合；在实验内容设计上，加强先进科研手段达到了设计的目的。是否对学生的能力培养、综合素与经典实验内容的联系和多种实验技能的综合应用，质提高有帮助。从问卷调查结果来看，学生对综合性从而为学生提供一种整合的、相互关联的知识体系。实验给予了充分的肯定，认为“单克隆抗体制备”实验(3)开放性。传统实验教学内容和方法过于单一内容新颖、有趣，体现了实验技术的多样性和先进性；的特点已经不能完全满足社会对生物技术人才的实验技能、科研素养、知识储备、交流合作、分析问题解需求。设计性实验教学中坚持以提高学生的综合素质决问题等方面有所提高；也反映出由于实验周期比较为目标，坚持以学生为主体的教学理念，在实验教学内长，信心不够等问题。提示教师在实验初期应多鼓励容、实验过程、实验室管理、实验成绩评定方式上实现学生，树立信心。该实验是同济大学精品实验建设项全方位的开放。“细胞凋亡诱导与检测”设计性实目。目前，与实验配套的教材即将在正式出版发行。验在小学期集中开设，在为期1周时间里为学生自主学习、自主研究提供开放的实验室空间。学生可根据2生物技术专业设计性实验的教学改革师生互动确定的实验方案，系统组合实验仪器、合理安设计性实验位于三层次实验教学体系的顶层，建排实验进度，独立完成实验。让学生自主选择教学内立在验证性实验和综合性实验基础上，要求学生在教容，主动解决在探索过程中出现的问题从而获取知识、师的指导下，根据给定的实验目的，自主设计实验方发展技能、培养能力，特别是创新能力。通过建设本科案、选择实验方法和实验器材、拟定实验操作程序，生开放实验室和开放管理机制，保证实验过程的开放。自主进行实验操作并对实验结果进行分析处理，完成2．2案例来源实验项目研究。设计性实验是在发现问题和解决问题(1)科研与教学结合。抗肿瘤药物的研究是当前的过程中培养学生科研能力和创新精神的实验教学活热点之一，是教师科研部分内容，而细胞凋亡的形态学动。以“细胞凋亡诱导与检测”实验项目为例。检测是细胞生物学的经典实验项目。“细胞凋亡诱导2．1设计原则与检测”设计性实验是二者结合并精心设计的产物。设计性实验具有研究性学习的属性，是调动学生(2)选择有关科技论文的内容。科技论文通常是学习主动性、培养创新精神的重要手段。对本专业内最新的前沿科技的介绍、论述和总结，可以(1)研究性。设计性实验教学中，坚持教学与研根据实验室的条件，选择其中合适的内容进行改进，作究相统一的教学理念。“细胞凋亡诱导与检测”校级为生物技术专业设计性实验案例，选题时需要教师把精品实验项目就是把科学研究融人本科实验教学的例握实验难度和实验学时。子。围绕细胞凋亡诱导热点问题，组织学生在查阅文2．3教学方法献的基础上，自主设计实验方案，选择感兴趣的方法或在生物技术专业本科实验教学中开创以“模拟科药物诱导肿瘤细胞发生凋亡，然后综合运用多种实验研任务”为情景的实验教学方法，使得学生在学习基方法进行细胞凋亡的形态学或生化特征检测，实验完本操作技能的前提下，科研的思维和系统组合各种实成后撰写研究小论文。设计性实验没有现成的实验步验技术来实现科研目标的能力得到培养。在“细胞凋骤，实验教学的过程不再是简单的“按方抓药”¨。通亡诱导与检测”设计性实验中，通过研究药物的抗肿过设计性实验训练，学生可以接触到科技前沿，从中学瘤作用，学生不仅学习到比较系统的细胞凋亡的形态到科学研究的方法，而且师生共同参与知识发现的过学和生化、分子生物学检测的实验操作技能，还系统掌程，有利于激发学生学习的积极性，从而使实验教学环握了药物诱导细胞凋亡研究的常规思路和方法，尤其节真正成为培养学生实践能力和创新思维的重要途是通过实验，学生模拟了一次相对完整的科学研究的径。过程，培养其科研素质。教师在设计性实验中“放手(2)整合性。在设计性实验项目设置中重视学科但不放任”，除提供详实的书面实验指导外，还精心拍交叉与融合，对一些专业基础和专业课知识点进行整摄制作了关键实验步骤的教学录像(《细胞生物学实 210实验室研究与探索第33卷验》，已由高等教育出版社出版)，为学生自主学习提[J]．实验室研究与探索，2002，21(1)：15，17．YUDa．LUXiang—yun，WUJin—nan，etalStrentheningthe供素材。comprehentiveanddesignexperimentsandcultivatingstudents’2．4考核体系creativeability—practiceoftheexperimentcurriculumofbiology设计性实验的教学目的在于培养学生的综合素science[J]．ResearchandExplorationinLaboratory，2002，21(1)：质，因此仅以实验结果和实验报告来评定学生的实验l5一l7．成绩已不能顺应时代发展的要求。设计性实验考核评[3]黄大明，秦钢年，杨春兰，等．提高实验教学人才培养功能适应创新人才培养[J]．实验室研究与探索，2011，30(6)：126—129．价体系针对实验过程中实验方案设计、实验进度、实验HUANGDa—ming，QINGang-nian，YANGChu—lanImprovingthe完成质量、科技论文撰写等诸多方面进行综合考评。functionsofexperimentalteachingtoaccommodatetherequirementof考核的内容侧重于对实验过程的考察和对学生能力的innovationtalentstraining[J]．ResearchandExplorationin评定。Laboratory，201l，30(6)：126—129．2．5实验教学改革效果[4]王少刚，刘仁培，封小松．开发综合性实验培养创新能力[J]．实验室研究与探索，2009，28(9)：117—120．自2006年开设“细胞凋亡诱导与检测”设计性实WANGShao·gang，LIURen-pei，FENGXiao—songDeveloping验以来，已取得了大量的教学成果，其中包括学生论文comprehensiveexperimenttocultivateinnovationability[J]．集；建设2项校级精品实验项目；参编出版实验教材1ResearchandExplorationinLaboratory，2009，28(9)：117—120部；发表教学改革论文3篇。2008年本实验被评为首[5]吴开新，朱承志，钟义长综合性实验的综合原则[J]实验室研批校级精品实验项目。究与探索，2007，26(6)：89-91．WUKai·xin，ZHUCheng-zhi，ZHONGYi—chang．Synthesizing3结语principlesofcomprehensiveexperiments[J]．ResearchandExplorationinLaboratory，2007，26(6)：89-91．我院生物技术专业自2002年招生以来已培养7[6]邢红宏，梁承红，张纪磊．充分利用综合性实验培养学生的综合届本科毕业生。综合分析历年本科毕业生的成长出路素质[J]．实验室研究与探索，2013，32(2)：165—167发现，升学和出国的人数占总人数的65％，就业人数XINGHong—hong。LIANGCheng—hong，ZHANGJi-lei．Developmentofstudengts’comprehensivequalityusingcomprehensive占总人数的32％，其中2010～2012年的就业率均达experiments[J]ResearchandExplorationinLaboratory，2013，32100％。连续3年100％的就业率显示了我院培养的(2)：165—167生物技术专业本科生在社会上具有较强的竞争力和美[7]沈忠悦，商亮节，潘小青，等．精心设计综合性实验培养学生的誉度，毕业学生的专业水平能够满足用人单位的基本创新能力[J]．实验室研究与探索，2012，31(5)：92—94．需求，可作为生物技术产业发展的中坚力量。SHENZhong-yue，SHANGLiang—jie，PANXiao-qing，eta1．Cultivatingstudents’innovativeabilitybycomprehensivedesignative3年来，随着教学改革的不断推进，我院在生物技experiments-aeasestudyofcrystallographyandmineralogy[J]．术专业高端人才的培养和输送中也取得了可喜的成ResearchandExplorationinLaboratory，20l2，31(5)：92-94．绩。除了每年近50％学生免试读研外，有越来越多的[8]谭羽非，姜宝成，赵金辉．科研与教学结合构建“菜单式”实践学生经过专业知识和实验技能层层选拔进人包括清教学立体训练体系[J]．继续教育研究，2010(9)：162—163．华、北大、中科院和国际一流大学进行深造，成为生物TANYu—fei，JIANGBan-cheng，ZHAOJin—hui．Combiningresearchandteachingbuilding‘menu—style’practiceteachingthree—技术高端人才的后备力量。例如，2005级本科毕业生dimensionaltrainingsystem[J]．ContinueEducationResearch，中有18％的学生进入国内外一流大学，到2007级本2010(9)：162—163．科毕业生中有33％进入国内外一流大学读研。[9]王虹，李莺，冯航，等．遗传学综合实验的教学改革实践通过跟踪调查和分析生物技术专业本科生毕业后[J]．生物学杂志，2009，26(4)：89-92．的发展方向，结果显示加强综合性、设计性实验的教学WANGHong，LIYing，FENGHang，etalPracticeteachingreform改革，适应生物技术产业快速发展的需求，对培养未来ofintegratedgeneticsexperiment[J]．JournalofBiology，2009，26(4)：89-92．有望成为国际生物技术研究领域领军人物的后备人才[1O]付彩霞．开设医用化学设计性实验培养学生的综合能力[J]．实具有积极作用。验室科学，2010，13(4)：4—5．FUCai—xia．Thetraningofstudent’scomprehensiveabilityby参考文献(References)：openingthemedicalchemistrydesigningexperiment[J]．Laboratory刘万宏，姚波．生物化学设计性实验教学实践与效果评价Science，2010，13(4)：4—5．[J]．安徽农业科学，2012，40(1)：533．534．[11]张跃华，李佳琳，牛佳田，等．生化实验教学中应注重学生能力LIUWan—hong，YAOBo．Teachingpracticeandteachingefect的培养[J]．生物学杂志，2007，24(3)：73-74．assessmentinbiochemistrydesignedexperiment[J]．JournalofZHANGYue—hua，LIJia-lin，NIUJia．tian．eta1．BiochenficalAnhuiAgriSei，2012，40(1)：533—534experimentsteachingshouldfocusonstudents’abilities[J]．Journal[2]郁达，卢祥云，吴金男，等．加强综合性和设计性实验培养ofBiology，2007，24(3)：73—74学生创新能力-生物科学(师范)专业实验课程体系改革与实践【下转第224页) 224实验室研究与探索第33卷政府的支持。目前，国内高校采用循序渐进的方式，逐[8]刘富刚，张芳．自然地理野外实习教学改革的思考[J]．教学研究，2005，28(1)：52-54．步实现课程实习向综合实习的转变，而每年暑期举办LIUfu—gang，ZHANGfang．Thinkingaboutthereformconcerningon的国家理科基地跨区域联合实习为校际间的交流提供thefieldpracticeofphysicalgeography[J]．ResearchinTeaching，了平台，对推进自然地理实践教学的改革有重要作用。2005，28(1)：52—54．[9]程久苗，王宗英，刘付程，等．庐山自然地理野外实习模式与内参考文献(References)：容的改革初探[J]．安徽师范大学学报(自然科学版)，2000，23[1]教育部．启动实施“教师教育创新平台项目计划”[J]．中学教(4)：383-385师，2009，96(17)：57．CHENGJiu—miao，WANGZong-ying，LIUFu—cheng，eta1．ATheMinistryofeducation．Implementedthe“ProjectofTeacherpreliminarystudyonreformationofthecurrentmodelandcontento1EducationandInnovationPlatform”[J]．Teacher’sJournal，2009，physicalgeographyfieldpracticeinLushanarea[J]．JournalofAnhuiNormalUniversity(NaturalScience)，2000，23(4)：383—385．96(17)：57．[2]赵媛，韩雪珍，诸嘉．地理野外实践教学模式初探[J]．实[10]衣华鹏，张鹏宴．自然地理实习基地建设与实践教学模式改革初探[J]实验室研究与探索，2009，28(2)：135-138．验室研究与探索，2006，25(2)：238—240．ZHAOYuan，HANXue—zhen，ZHUJia．PrimaryexplorationontheY1Hua-peng，ZHANGPeng—yan．Primaryexplorationonpatternsofgeographicalfieldpracticeteaching[J]．ResearchandeonstruetianofphysicalgeographypracticebaseandreformofExplorationinLaboratory，2006，25(2)：238-240．practiceteachingpatterns[J]．ResearchandExplorationin[3]于法展，张志华．庐山自然地理野外实习的教学模式与教学效Laboratory，2009，28(2)：135-l38．[11]郑度，陈述彭．地理学研究进展与前沿领域[J]．地球科学进果评价[J]高师理科学刊，2007，27(2)：102-106．YUFa—zhan，ZHANGZhi-hua．Evaluationonteachingmodeand展，2001(5)：599—606．effectofphysicalgeographyfieldpracticeinLushanarea[JJZHENGDu，CHENShu-pengProgressanddisciplinaryfrontiersofJournalofScienceofTeachersCollegeandUniversity，2007，27geographicalresearch[J]．AdvanceinEarthSciences，2001(5)：599．606(2)：102．106．[4]邢俊利，刘玉振．嵩山地区自然地理野外实习改革[J]．实验室[12]刘贤赵．浅论地理野外实践性教学质量评估体系的构建[J]．实研究与探索，2008，27(1)：125—127验室研究与探索，2005，24(4)：87—89．LIUXian·zhao．DiscussionontheconstructionofqualityevaluationXINGJun-li，LIUYu-zhen．ReformofthephysicalgeographyfieldpracticeinSongshanmountainarea[J]．ResearchandExplorationinsystemofgeographyfieldpracticalteaching[J]．ResearchandLaboratory，2008，27(1)：125—127．ExplorationinLaboratory，2005，24(4)：87—89．[5]许振文，王桂君，王鹏，等．新时期自然地理实践教学改革探[13]陈金华，李洪波，叶新才，等．综合自然地理野外实习绩效实证讨[J]．实验室研究与探索，201i，30(1)：117-119．研究[J]．亚热带水土保持，2009，21(1)：19-21．XUZhen-wen，WANGGui-jun，WANGPeng，eta1．StudyonCHENJin-hua，LIHong-bo，YEXin-cai，eta1．Researchonthereformofphysicalgeographypracticeteachinginthenewperiod[J]．fieldpracticeperformanceofcomprehensivephysicalgeography[J]ResearchandExplorationinLaboratory，2011，30(1)：117—119．SubtropicalSoilandWaterConservation，2009，21(1)：19—21．[6]朱高龙，吴文英自然地理野外实习教学改革探讨[J]．高等理[14]程东来．野外实习的意义、作用和建议——以自然地理实习为例[J]．咸宁学院学报，2005，25(2)：109—111．科教育，2008(6)：131—134．ZHUGao—long．WUWen—ying．DiscussiononthereformofthefieldCHENGDong—lai．Meaning，effectandsuggestionoffieldpracticepracticeinphysicalgeography[J]．HigherEducationofSciences，withtheexampleofphysicalgeographypractice[J]．Journalof2008，6：131—134．XianningCollege，2005，25(2)：l09—111．[7]刘贤赵，王庆．自然地理野外实习改革[J]．实验室研究与探[15]李恒凯，刘小生，潘颖龙．基于GIS的探究式自然地理学野外索，2003，22(6)：36-37．实习平台系统[J]．地理科学，2012，32(8)：1026—1032．LIUXian—zhao，WANGQing．ReformationofthephysicalgeographyLIHeng—kai，LIUXiao-sheng，PANYing—long．Probingplatformfieldpractice[J]．ResearchandExplorationinLaboratory，2003，systemforphysicalgeographyfieldpracticebasedonGIs[J]．22(6)：36-37ScientiaGeographicaSinica，2012，32(8)：1026—1032．(上接第210页)(HigherEducationalResearchandEvalution)，2013(7)：25—26．[121钱浩，石嘉豪，费俭．模拟科研情境开展研究型实验教学[14]张海芳．新课程理念下化学实验教学内容和方式的选择[J]．实验教学与仪器，2004(9)：12．13．[J]实验室研究与探索，2010，29(1)：132—134ZHANGHai—fang．NewcurriculumchemistryexperimentteachingQIANJie，SHIJia—hao，FeiJianInvestigationofresearch—orientedexperimentalteachingunderasimulatedresearchingenvironmentcontentandmodeselection[J]．ExperimentTeachingand[J]ResearchandExplorationinLaboratory，2010，29(1)：132—Apparatus，2004(9)：12-13．134．[15]徐宁，牟建明．实验室全方位开放形式的探讨[J]．实验技术与管理2007，24(12)：159．160．[13]马金柱，王彦杰，王兆艳．高校生物类实验教学的思考[J]．黑龙江教育(高教研究与评估)，2013(7)：25．26．XUNing，MOUJian-ruing．DiscussionontheopeningformofMAJin—zhu，WANGYan—jie，WANGZhao—yan．Biologicallaboratoriesinallaspects[J]．ExperimentalTechnologyandexperimentalteachingatuniversity[J]HeilongjiangEducationManagement，2007，24(12)：159一l60．