蒋 群， 何丽明， 王莲芸

(上海交通大学 生命科学技术学院 生命科学技术实验教学中心，上海200240)

0 引 言

近年来，创新教育已成为整个高等教育的核心与关键，高等教育改革更注重学生创新意识、创新思维、创新精神和科学研究素质的培养［2-4］。为适应教学与人才培养的更高要求，在上海市级实验教学示范中心和国家级教学示范中心的建设过程中，生命科学技术实验教学中心积极进行教学改革，提高本科教学和人才培养质量。在生物工程综合实验课程中，将科研项目转化为实验教学内容，完全采用科研训练的模式，从注重知识传授、技术培训，转变为强化育人功能，将教学实验室打造成学生科研训练的基地，着力培养学生科研思维、科研技能，进而提升学生研究素质［5-6］。

1 开展科研训练型实验教学改革

与课堂理论教学相比，实验课是锻炼学生观察能力、动手能力、思维能力、运用能力等智力因素的重要途径，学生通过亲历体验知识与技能形成的过程，学习掌握知识与技能，并在实践过程中培养积极的情感态度和正确的价值观［7-8］。但受传统的教育教学理念束缚，形成了重理论、重知识的局面，在以教师为主体的运行机制下，培养的学生很大程度上主动性、创造性不足，学生的个性化发展受到了限制［9］。

为适应社会发展对人才培养的需求，实现培养高素质创新人才的目标，教学改革势在必行!深刻感到教学要达到“授人以渔”的目的，培养学生掌握创造知识，解决问题的方法与过程，教会学生方法，培养学生的基本素质，而不是“授人以鱼”式的单一的知识传授。基于这一指导思想，教学改革以学生为中心，给予学生自由探索的机会，在创新实践过程中培养学生的创新意识、创新思维和创新能力，同时关注学生良好的实验习惯、严谨细致的实验作风的培养，实现以学生为中心，教学结果以学生多方面受益为目标，在传授技能的基础上，进一步强化综合实验教学的育人职能。

具体举措是，将科研转化教学，在实验教学内容中融入学科前沿课题;以学生为主体，开展自主课题式研究的教学过程;改进实验评价体系，促进学生良好实验习惯与作风。

2 在实验教学内容中融入学科前沿课题

生命学科近些年来飞速发展，一些新的实验技术方法层出不穷，在实验教学中利用这些新技术培养学生的创新能力，才能与高校在科学发展中的地位相一致［10］。同时，将最新的实验操作技术、学科前沿课题展示给我们的学生，将有助于开拓学生的视野和培养学生的创新意识。对于综合性大学来说，提供给学生熟悉和掌握先进技术的实践机会，也是适应毕业生继续深造或进入科研单位从事学术研究的需要［11］。依托学院的科研优势，将课题中的研究思路、方案、技术路线等转化到实验教学中，开发出融入学科最新发展，反映研究热点与发展趋势的实验教学项目。例如，在本课程中，为学生新开了两个由科研转化而来的实验项目—— “微生物种属鉴定及系统发育分析”和“脂肪酶产生菌的筛选、种属鉴定与脂肪酶基因的克隆、分析”，分别为14 和30 学时，取代了一些较陈旧的实验项目。这两个实验涉及生物信息学的应用，属新兴学科，以及功能基因的克隆等学科发展前沿技术，分别依托于我们学院教师主持的国家自然科学基金和国家863 计划项目，其中有多年来直接从事的科研实践活动。专业实验教学内容更为新颖、前沿和有特色，学生对来源于身边科研实践中的实验内容更加感兴趣，有力地调动了学习的学习兴趣和学习积极性，也为学生后续进入本科毕业论文阶段打下了坚实基础。另外，学生通过本课程的学习也可产生对某个科研方向的兴趣，进入相应的课题组进行毕业设计或是读研。

3 以学生为主体，开展自主课题式研究

近年来，对教学模式进行了更大力度的探索实践，对于由科研转化而来的实验项目“脂肪酶产生菌的筛选、种属鉴定与脂肪酶基因的克隆、分析”完全采用课题研究的方式进行，由学生自行定方案、自行采样、自行安排实验进程，最后撰写课题研究小论文，放手让学生去实践，教师全程指导。

3.1 自由选题，培养学生的主动探索精神

在传统的教学中，教师的控制和灌输方式使得学生长期处于被动接受的状态，让学生有所选择，自主选择，才能调动学生的主动性，激发学生的热情和兴趣，特别是对当今追求个性化发展的青年学生来说，更重视被尊重和自由选择。对于“脂肪酶产生菌的筛选、种属鉴定与脂肪酶基因的克隆、分析”这一综合性实验项目，提供了两个选题供学生选择，如“从自然界中筛选脂肪酶产生菌和种属鉴定”、以及“从脂肪酶产生菌中克隆脂肪酶基因和测序分析”。对于第一个选题，学生从自己感兴趣的自然环境中采集样品，进行菌种筛选，对于筛选到的活性菌再进行种属鉴定;而第二个选题中，需用到已知的可以产生脂肪酶的菌株，这是由实验室提供给学生的，学生要做的是寻找相关基因，并进行测序分析。这样，学生不是千篇一律地做同样的实验，完全根据兴趣自由选择，对于自选的而不是分配的任务，学生会更加积极主动。另外，这里的实验结果未知，不确定，改变了传统教学实验预定结果的验证模式，培养学生的好奇心和“一探究竟”的探索精神。

3.2 设计实验方案，培养学生的科技创新能力

学生的创新能力体现在掌握一定的学科专业理论基础上，对于特定选题，能综合运用知识储备和信息手段，进行组合和设计，自行提出解决方案。因此，在学生选题后，寻找合作伙伴组成一个实验小组，然后进入设计实验方案环节。学生在网上、图书馆查找和阅读文献资料，经过组内讨论，按小组为单位提出各自的初步实验方案。其中学生需要考虑的问题很多，需要做决定和选择的环节也很多。例如，对于上述的第一个选题，学生需要考虑的是从什么地方采样才更有可能筛选到活性菌，采取什么样的采样方法，样品拿到实验室后如何进行处理，活性菌筛选采用什么方法，种属鉴定如何做等等，也需要搞清楚文献报导的技术路线、流程，哪些是可借鉴的，哪些又要做改进的等问题。因此，这是对学生的一个大挑战，也是很好的锻炼。

提出初步实验方案后，由各组代表在全班范围内进行PPT 汇报，接受其它同学的提问，由指导教师进行指导，调整实验方案。这样做，促进了学生理清思路，全面分析，避免未做充分准备就匆忙开始实验。学生们在交流中也会发现不同的思路，受到启发。

18Cr2Ni4W为高淬透性渗碳钢，无珠光体及铁素体转变区，心部在渗碳空冷后获得贝氏体及局部马氏体组织（见图7），其高淬透性特征可保证大模数行走轮心部完全淬透，轮齿心部以及壁厚中部为完全马氏体组织，马氏体的比体积大于热处理前的贝氏体比体积，淬火后马氏体组织含量越高，行走轮体积膨胀量越大，组织转变产生的淬火应力越大。

3.3 培养学生独立工作能力和问题意识

接着进入实验过程，对于选题“从自然界中筛选脂肪酶产生菌和种属鉴定”的学生，则自行到自然界采集感兴趣的样品，带到实验室，进行样品处理;对于选题“从脂肪酶产生菌中克隆脂肪酶基因和测序分析”的学生，则是设计引物，合成引物等。还有，准备实验器材，再到配制试剂，进行每步实验操作，观察、记录实验结果，分析实验现象与数据……这些过程由学生在开放实验室自主完成。

在多天的实验过程中，指导教师全程跟踪与学生们就过程中的问题随时交流、讨论。指导教师引导学生观察实验现象，从中发现问题，学会质疑，多问几个“为什么”:为什么这样做?为什么不能那样做?如果不这样做会怎么样等等。

而对于学生碰到的实验难题，教师不是直接给出答案，也不直接替学生做决定!而是给予引导与启发，帮助他们调用已有的知识储备、以及查阅文献资料等，动脑筋进行分析、判断，提出自己的解决方案!

4 改进实验评价体系

细节决定成败，良好的实验习惯与实验作风是科研素质的重要组成部分。在实验教学中通过改进实验评价体系，来推动对学生的基本科研素质的培养。具体为，改变以出勤、实验操作、实验报告等作为主要评价指标的状况，从实验方案设计(30%)、实验操作和习惯(20%)、实验讨论(20%)和小论文(30%)这几个方面来给学生综合评分。

其中，通过要求学生规范实验操作，培养学生有条不紊、严谨细致的实验作风与习惯。

实验中需用到的试剂全部由学生配制。配试剂是基本的实验操作，也最容易被学生忽视。在以往的实验教学中，试剂由指导教师或助教在上课前准备好，学生习惯了直接拿来用，长此以往，学生得不到很好的基本功锻炼。通过自己动手配试剂，学生将对质量浓度、体积浓度、母液、稀释等基本概念，加深理解和认识，避免了“眼高手低”的情况，同时，通过配试剂，促进了学生对常用试剂的配方组成及作用的关注与思考，也促进了对实验原理的熟悉与理解。因此，要求学生配试剂，规范操作，并养成良好的实验习惯。如，称量药品后是否及时地盖上瓶盖，配制出的试剂是否装在合适的试剂瓶中，标签的标注是否清晰，合理安排时间，在正式实验前将试剂配好。

另外，要求学生认真做好原始实验记录。如，配试剂的组成，加样的量和时间，实验现象，实验操作等，作详尽记录，实验结束后，将原始记录本交教师评阅。对于学生实验习惯的培养，需要教师的督促，老师与助教时时观察、评分，促使学生形成良好的实验习惯［12］。

5 教学效果和教学体会

学生们非常愿意接受有挑战性的任务，学生普遍反映自己经受了很大考验，收获很多!就如有学生在心得体会中写道:“在这次实验中，我认为遇到的最大的挑战就是需要自己设计实验，……通过这次自主设计实验，我体会到了实验中成功的喜悦。也是通过这次自主实验，提升了我自主设计规划实验步骤，自主处理实验中所出现问题的能力”;“通过这次实验，不但更加全面地了解了做好一个实验，准备过程是多么的重要，而且，锻炼了我们发现问题，分析问题，解决问题的能力”;“印象最深的是我们自己的设计实验，通过这样的一个设计实验，深深地发现了科研的乐趣”。

指导教师在教学改革实践过程中，也深刻体会到能力和知识并重培养的教学模式更具挑战性，要求教师有高度责任性与良好的指导技能。在放手让学生做实验中，就会出现很多“意外”和出错的情况，这就要求指导教师随时应对各种情况，有效地与学生探讨实验中出现的异常现象等。对指导教师提出了更高的要求和更大投入，对学生作有效启发和指导。

为保证课题探究式的实验项目的顺利进行，向学生开放实验室。利用国家级实验教学示范中心的创新开放实验室，由学生申办门禁卡后，自行安排时间进入实验室进行相关实验。实现实验室的开放，给予学生自由探索的时间与空间，培养学生独立操作、自主创新及团队合作能力［11］。

6 结 语

大学应培养有思想、善于思考、掌握科学思维能力和自主创新能力的高素质人才。坚持科研与教学相结合，是培养学生创新能力的主要途径，而实验教学是科研与教学的最佳结合点［13］。将科学研究的思想方法带进教学中，激发学生的兴趣和潜能，培养学生具有实践能力、创新能力的科研型高素质人才［14-15］。

生物工程综合实验和其他综合性实验一样，作为实验教学的较高层次，对学生综合素质和能力的培养大有用武之地［16］。理应融入先进的教育教学理念，充分发挥其育人职能，在培养学生的创新意识、科研思维、提高学生的创新能力，培养学生有条不紊、严谨细致的实验作风与习惯，训练学生的表达交流能力等基本科研素质等方面，做出应有的贡献。

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