生物技術(shù)科研訓(xùn)練實踐教學(xué)研究論文
摘要：針對農(nóng)業(yè)高校生物技術(shù)專業(yè)本科生專業(yè)素質(zhì)較低的問題，以甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)為例，提出基于大學(xué)生科研項目驅(qū)動的生物技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)模式，即結(jié)合本科生導(dǎo)師制，以學(xué)生為主體，基于教師科研項目驅(qū)動進(jìn)行實踐教學(xué)，建立大學(xué)生“項目申請→項目實施→項目中期檢查→項目結(jié)題報告撰寫及答辯”的大學(xué)生科研訓(xùn)練綜合評價機制。教學(xué)實踐證明，該模式對提高農(nóng)業(yè)院校學(xué)生專業(yè)素質(zhì)具有良好效果。
關(guān)鍵詞：生物技術(shù)專業(yè)；大學(xué)生科研訓(xùn)練；實踐教學(xué)
《中國教育改革和發(fā)展綱要》中明確指出：在教育教學(xué)中加強實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)和訓(xùn)練，與社會實際工作部門合作培養(yǎng)并促進(jìn)教學(xué)、科研和生產(chǎn)三者的結(jié)合與發(fā)展，將實踐教學(xué)與實踐基地相結(jié)合培養(yǎng)社會人才［1］。實踐教學(xué)是高等教育的核心［2］，是學(xué)生鞏固理論知識，增強動手能力，提升專業(yè)素質(zhì)的有效途徑［3］，優(yōu)質(zhì)的實踐教學(xué)平臺是實施高效實踐教學(xué)的基礎(chǔ)。甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院組建于2004年，長期以來生物技術(shù)專業(yè)因?qū)嵺`教學(xué)不扎實導(dǎo)致學(xué)生考研復(fù)試成績差、就業(yè)率低，無法達(dá)到適應(yīng)社會需求的高素質(zhì)人才培養(yǎng)目標(biāo)。大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃［4］是為適應(yīng)高等學(xué)校教育教學(xué)改革，根據(jù)學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，提倡學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，造就出符合時代要求的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才而制定的一項教學(xué)改革措施［5］，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際問題和進(jìn)行知識創(chuàng)新的主要途徑，是實現(xiàn)教學(xué)、科研與社會實踐相結(jié)合的訓(xùn)練過程。本專業(yè)課程組結(jié)合生物技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)及農(nóng)業(yè)院校課程特點，提出基于科研項目驅(qū)動的生物技術(shù)專業(yè)大學(xué)生科研訓(xùn)練教學(xué)模式，即以學(xué)生為主體，結(jié)合本科生導(dǎo)師制基于教師科研項目驅(qū)動而進(jìn)行教學(xué)，建立大學(xué)生“項目申請→項目實施→項目中期檢查→項目結(jié)題報告撰寫及答辯”的大學(xué)生科研訓(xùn)練綜合評價機制。教學(xué)實踐證明，該模式對提高農(nóng)業(yè)院校學(xué)生專業(yè)素質(zhì)具有良好效果，可供相關(guān)院校借鑒。
1、生物技術(shù)專業(yè)傳統(tǒng)實踐教學(xué)中存在的問題
生物技術(shù)專業(yè)實踐操作性強，傳統(tǒng)實踐教學(xué)存在諸多問題，主要有以下幾個方面：
1．1課程實驗教學(xué)內(nèi)容滯后
生命科學(xué)發(fā)展日新月異，生物技術(shù)方法更新迅速，課程實驗教材經(jīng)過編寫出版等過程，作為教材使用時通常內(nèi)容滯后，不能緊跟生物技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展。因此，課程實驗內(nèi)容僅僅是以學(xué)生了解某種實驗技術(shù)或?qū)δ硞�理論進(jìn)行實驗驗證為出發(fā)點，通常是一些基本方法及常用技術(shù)，如DNA的提取、ＲNA的提取等，各個實驗孤立，這些實驗雖然可培養(yǎng)學(xué)生動手能力，是學(xué)生實踐教學(xué)中必須掌握的技能，但是學(xué)生在操作時通常是機械地按照實驗步驟操作，缺乏對知識系統(tǒng)理解和整體認(rèn)識及創(chuàng)新性，不能提高學(xué)生思考問題的能力。
1．2學(xué)生不能獲得理想的實驗結(jié)果
生物技術(shù)課程實驗通常是以班級為單位進(jìn)行開設(shè)，每個大組為30人，每小組2人，每次實驗為2－4個學(xué)時。分子生物學(xué)、基因工程等實驗技術(shù)對操作環(huán)境要求較高，且要求操作者具有分子實驗操作的經(jīng)驗才可獲得實驗結(jié)果。如植物組織ＲNA提取實驗，如果提取環(huán)境人數(shù)較多，則環(huán)境中存在大量ＲNA酶會將ＲNA降解，即使有經(jīng)驗的操作者使用高效的試劑盒也無法提取ＲNA，我們曾嘗試將該實驗的大組人數(shù)降至10人，每小組為1人，但因?qū)W生在實驗操作時無經(jīng)驗仍無法得到實驗結(jié)果，學(xué)生在辛苦4小時后卻得不到實驗結(jié)果，大大降低了學(xué)生做實驗的興趣，且無法掌握該基本技能。使得實驗只是趨于形式，而無法提升學(xué)生實踐技能。分子實驗通常都是微觀實驗，要達(dá)到提升實踐技能的目的必須重復(fù)多次，才能在失敗中總結(jié)經(jīng)驗獲得成功，本科生人數(shù)眾多與有限實驗資源之間的矛盾無法做到使每位學(xué)生的實驗技能都得到提升。
1．3部分理論內(nèi)容無相應(yīng)實驗課程開設(shè)
生物技術(shù)專業(yè)專業(yè)課理論知識抽象，學(xué)生普遍的學(xué)習(xí)方法是死記硬背，其原因是部分理論知識并無相應(yīng)的實驗課開設(shè)，導(dǎo)致學(xué)生不能完全理解應(yīng)用理論知識，只能通過強行記憶應(yīng)付考試，例如基因工程課程中理論課講述了分子雜交Southern雜交的方法及應(yīng)用，但是課程實驗中受經(jīng)費及實驗條件限制無法開設(shè)該實驗，學(xué)生無法真正理解其過程和技能，即便獲得高分?jǐn)?shù)，但并未掌握其方法。導(dǎo)致考研時初試成績雖高，但因復(fù)試成績低不被錄取，嚴(yán)重打擊了本專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
1．4實踐教學(xué)經(jīng)費不足、無優(yōu)質(zhì)實踐教學(xué)平臺
本科生人數(shù)多，所需實驗試劑、耗材及器具用量大，且無實踐經(jīng)驗，實驗操作浪費大，加之生物技術(shù)實驗所需試劑耗材費用昂貴，實驗設(shè)備精密且價格貴，使得生物技術(shù)專業(yè)本科生的實踐教學(xué)花費很大，因此本專業(yè)實驗課開設(shè)花費較農(nóng)業(yè)院校其他專業(yè)高很多，實踐教學(xué)下?lián)芙?jīng)費的不足嚴(yán)重制約了該專業(yè)實踐教學(xué)的實施。另外，雖然近年來教學(xué)實驗場所面積增大，但用于實驗教學(xué)的儀器明顯不足，實踐課中學(xué)生需要排隊等待儀器使用，不能給學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)的實驗平臺。近年來，學(xué)校鼓勵學(xué)生申請大學(xué)生科研訓(xùn)練項目，以期通過大學(xué)生科研訓(xùn)練項目提高學(xué)生實際操作技能，這在一定程度上提高了學(xué)生對科學(xué)研究的認(rèn)識，但是因為每個項目3－5個學(xué)生，每年的研究經(jīng)費共計800元，科研訓(xùn)練小組利用800元只能設(shè)計一些簡單的小實驗，如種子發(fā)芽實驗等，在實驗過程中無法達(dá)到提高每位學(xué)生實際操作能力的目的，學(xué)生實施科研訓(xùn)練只是以獲得1個學(xué)分為最終目的，背離了學(xué)校設(shè)置科研訓(xùn)練的真正意義。
1．5實踐教學(xué)基地?zé)o法有效支持實踐教學(xué)
近年來，雖然建立了多個教學(xué)實踐基地，但現(xiàn)有的教學(xué)實踐基地均為與小型企業(yè)聯(lián)合而建，生物技術(shù)企業(yè)考慮到自身企業(yè)效益無法提供大量學(xué)生親自操作實踐的機會，本科生在實踐教學(xué)基地通常是走馬觀花，只能進(jìn)行認(rèn)知而非實際操作，并未提升操作技能。綜合上述原因，現(xiàn)有生物技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)模式培養(yǎng)的學(xué)生專業(yè)素質(zhì)低，不能達(dá)到應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)，學(xué)生考研和就業(yè)受阻，畢業(yè)時部分學(xué)生怨聲載道，并將這種不良情緒傳染給低年級學(xué)生，形成不良學(xué)風(fēng)，嚴(yán)重影響了本專業(yè)學(xué)科發(fā)展，因此生物技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)改革已刻不容緩、勢在必行。
2、基于科研項目驅(qū)動的大學(xué)生科研訓(xùn)練教學(xué)模式實踐
就此現(xiàn)狀，短期內(nèi)獲得大量的教學(xué)實踐經(jīng)費滿足學(xué)生需求無法實現(xiàn)。基于以上原因，本專業(yè)課程組依托教師科研項目，結(jié)合本科生導(dǎo)師制，提出基于科研項目驅(qū)動的生物技術(shù)專業(yè)大學(xué)生科研訓(xùn)練教學(xué)模式。教師科研項目所用實驗方法和技術(shù)通常和生物技術(shù)發(fā)展與時俱進(jìn)，具有較為先進(jìn)的技術(shù)手段，且經(jīng)費相對充裕，實驗儀器充足，實驗平臺完善，將教師科研與學(xué)生實踐教學(xué)相結(jié)合則可以填補實踐教學(xué)中的不足，有效提升學(xué)生專業(yè)素質(zhì)。2012年開始課程組老師開始嘗試此種實踐教學(xué)方法，2015年正式啟動該種實踐教學(xué)模式即以學(xué)生為主體，結(jié)合本科生導(dǎo)師制，依托導(dǎo)師科研項目，指導(dǎo)大學(xué)生獨立完成大學(xué)生科研訓(xùn)練項目過程：“項目申報→項目實施→項目中期檢查→項目結(jié)題報告撰寫及答辯”。其過程主要有以下幾個方面：
（1）每位課程組教師指導(dǎo)二年級3－5名本科生，即本科生導(dǎo)師制，指導(dǎo)教師依托自己的科研項目，讓本科生參加導(dǎo)師科研課題組的會議及學(xué)術(shù)報告，協(xié)助導(dǎo)師所帶研究生進(jìn)行實驗操作，半年之后，學(xué)生對科學(xué)研究有深度認(rèn)知。
（2）學(xué)生根據(jù)導(dǎo)師科研項目內(nèi)容，及前期認(rèn)知，查詢整理文獻(xiàn)，結(jié)合自身知識系統(tǒng)尋找感興趣的科學(xué)問題，與導(dǎo)師及研究生討論確定研究內(nèi)容，該3－5名本科生為一個小科研團(tuán)隊撰寫“大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃項目申報書”。
（3）進(jìn)入三年級，該團(tuán)隊在教師科研平臺實施“大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃項目”，團(tuán)隊成員各有分工、互相合作，期間和導(dǎo)師及研究生積極討論項目實施中遇到的問題，同時參與導(dǎo)師科研團(tuán)隊的學(xué)術(shù)活動，在此過程中學(xué)生為得到理想的實驗結(jié)果需要不斷地重復(fù)實驗，例如植物ＲNA提取，雖然課程實驗中已開設(shè)，但是學(xué)生并沒有機會重復(fù)多次提升技能獲得結(jié)果，并未掌握具體技能，而在科研訓(xùn)練過程中，學(xué)生必須獲得高質(zhì)量的植物ＲNA才能繼續(xù)后續(xù)的cDNA合成及PCＲ擴(kuò)增，因此學(xué)生通常在第一次提取失敗后和研究生溝通交流吸取經(jīng)驗再重復(fù)實驗，失敗多次后最終獲得成功，在這個過程中學(xué)生真正掌握了該實驗技能。
（4）在導(dǎo)師指導(dǎo)下總結(jié)階段性研究結(jié)果，撰寫項目“中期報告”，制作中期答辯幻燈片，進(jìn)行中期答辯，傳統(tǒng)的教學(xué)模式下本科生雖然開設(shè)科技論文撰寫課程，但是該課程只是進(jìn)行理論講述，學(xué)生雖然掌握了科技文章的組成部分及寫作方法，但幾乎沒有實戰(zhàn)經(jīng)驗，而在此科研訓(xùn)練過程中學(xué)生根據(jù)自己的研究目的和結(jié)果撰寫科技報告，是一次有效的訓(xùn)練。
（5）根據(jù)中期答辯專家建議進(jìn)一步完善實驗，獲得實驗結(jié)果。
（6）在導(dǎo)師指導(dǎo)下利用統(tǒng)計方法分析實驗數(shù)據(jù)，撰寫結(jié)題報告，制作答辯幻燈片，進(jìn)行結(jié)題答辯，傳統(tǒng)教學(xué)模式中已開設(shè)實驗統(tǒng)計方法課程，學(xué)生對實驗統(tǒng)計及計算方法已有掌握，但是并未做到真正應(yīng)用，而科研訓(xùn)練的數(shù)據(jù)分析過程需要分析大量數(shù)據(jù)，應(yīng)用各種統(tǒng)計分析軟件，是對實驗統(tǒng)計方法的有效應(yīng)用，加強了學(xué)生對數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法的掌握。
整個科研訓(xùn)練過程是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下學(xué)生自主完成，教師啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生獨立進(jìn)行工作，發(fā)揮學(xué)生的主動創(chuàng)造精神，在這個過程中學(xué)生掌握了科學(xué)研究的流程，同時學(xué)習(xí)了科研申報書、中期報告和結(jié)題報告的撰寫方法，另外通過中期和結(jié)題2次匯報答辯使學(xué)生掌握了制作科研幻燈片的方法、鍛煉了語言表達(dá)能力及個人展示能力，掌握了數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法在具體科研實踐中的應(yīng)用，最重要的是學(xué)生依靠導(dǎo)師科研項目經(jīng)費資助及借助科研平臺進(jìn)行了一年多的具體實踐，充分有效地提升了自身專業(yè)素質(zhì)，在此過程中，部分學(xué)生還將實驗結(jié)果發(fā)表，激發(fā)了濃厚的學(xué)習(xí)興趣和熱情，為今后攻讀研究生和就業(yè)打下了良好基礎(chǔ)。
3、改革后的實踐教學(xué)效
果經(jīng)過5年的實踐，基于科研項目驅(qū)動的生物技術(shù)類大學(xué)生科研訓(xùn)練實踐教學(xué)模式取得了顯著成果，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：
3．1學(xué)生專業(yè)素質(zhì)提升
與單純進(jìn)行大學(xué)生科研訓(xùn)練項目的學(xué)生相比，依托教師科研項目的大學(xué)生科研訓(xùn)練項目研究內(nèi)容充實，學(xué)生參與實踐的時間長，使用各種精密儀器技能嫻熟，各項實驗技能完全掌握，能熟練運用所學(xué)理論知識解決實際問題，邏輯思維能力得到提升，實驗結(jié)果可靠，且具有一定的理論價值及實際意義。部分項目結(jié)題后，學(xué)生發(fā)表了科技論文，獲得“挑戰(zhàn)杯”大賽等獎項，激發(fā)了學(xué)生從事科研工作的興趣。在做畢業(yè)實習(xí)論文時，這部分學(xué)生通常能快速高質(zhì)量地完成畢業(yè)論文，其畢業(yè)論文常常被評為校級優(yōu)秀論文。
3．2學(xué)生考研率提高
和未參加大學(xué)生科研訓(xùn)練的學(xué)生相比，參與教師科研的學(xué)生在研究生復(fù)試時表現(xiàn)較佳，復(fù)試成績高。2012年以前，學(xué)生在報考外校研究生尤其是211及985高校時，雖然取得了較好的初試成績，但是在復(fù)試筆試時遇到的一些具體實踐操作題目，學(xué)生無從答起，在面試時部分學(xué)生語言表達(dá)能力弱、自信心不足，對生物技術(shù)相關(guān)的實踐操作不清楚，導(dǎo)致復(fù)試成績低而最終不能被錄取，嚴(yán)重打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并且給低年級學(xué)生帶來消極影響。通過教師科研項目驅(qū)動下的大學(xué)生科研訓(xùn)練實踐教學(xué)模式的實施，學(xué)生在復(fù)試時自信心明顯增加，針對復(fù)試時的各種實驗實踐操作問題能清楚回答，面試時能展現(xiàn)出較為敏捷的科研思維，復(fù)試成績高，部分同學(xué)即使初試成績不是很高，而因有較強的實踐經(jīng)驗也被211、985高校及中科院研究生院錄取，給低年級學(xué)生樹立了信心，學(xué)習(xí)風(fēng)氣明顯改善，形成了良性循環(huán)。
3．3學(xué)生就業(yè)率增加
本課程組教師指導(dǎo)的學(xué)生近兩年就業(yè)率達(dá)到100%，未考取研究生的學(xué)生均全部就業(yè)。通過長期扎實的科研訓(xùn)練，學(xué)生專業(yè)素質(zhì)提升，在就業(yè)面試時獲得較好的成績，在工作實習(xí)期間能較快適應(yīng)工作要求，用人單位較滿意，為學(xué)校樹立了良好的形象，為低年級學(xué)生開拓了更為廣闊的就業(yè)機會。
3．4有助于學(xué)生心理健康發(fā)展
學(xué)生在參與教師科研、完成大學(xué)生科研訓(xùn)練的過程中，是以3－5人為一組的團(tuán)隊形式進(jìn)行的，學(xué)生需要和導(dǎo)師、研究生、團(tuán)隊成員間互相交流，實驗實施在課后進(jìn)行，充分占用了學(xué)生課余時間。自實施該模式以來，學(xué)生課后沉迷于網(wǎng)絡(luò)游戲的現(xiàn)象減少，和導(dǎo)師交流的次數(shù)明顯增多，導(dǎo)師可及時關(guān)注學(xué)生思想變化進(jìn)行教導(dǎo)，和研究生及同學(xué)討論實驗的次數(shù)增多，參加學(xué)術(shù)交流的機會增加，語言表達(dá)能力及個人展示能力均有所提升，學(xué)生自信心增強，社會交往能力加強，和導(dǎo)師及同學(xué)均建立了良好的關(guān)系，有助于學(xué)生心理健康發(fā)展。
3．5有助于學(xué)生較早進(jìn)行職業(yè)生涯規(guī)劃
在實施該實踐教學(xué)模式的過程中，課程組教師和許多大學(xué)生交流發(fā)現(xiàn)其中普遍存在學(xué)生對自身未來規(guī)劃迷茫的現(xiàn)象，盲目跟風(fēng)，其他同學(xué)申請科研訓(xùn)練就申請，其他同學(xué)復(fù)習(xí)考研也就準(zhǔn)備考研……，學(xué)生并無明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，其原因是學(xué)生并不知自己的興趣點及特長何在。實施該種實踐教學(xué)模式后，大學(xué)生能較早地嘗試生物技術(shù)科學(xué)實驗帶來的成就感及挫敗感，體會科研工作的艱辛，幫助學(xué)生較早找到自己的興趣點所在，較早地確定未來考研究生的研究方向及工作方向，科研訓(xùn)練結(jié)束后，長達(dá)1－2年的科研熏陶，部分起初抱著混學(xué)分心態(tài)的學(xué)生反而喜歡了生物技術(shù)實驗，考取了985高校的研究生，部分起初想考分子生物學(xué)研究方向的學(xué)生最后改變了想法改為作物栽培學(xué)，也有部分學(xué)生經(jīng)歷了科研訓(xùn)練后放棄最初的考研計劃決定進(jìn)入公司實習(xí)早日適應(yīng)工作環(huán)境，每位學(xué)生在實踐中重新認(rèn)識自己，較早地對自己未來職業(yè)進(jìn)行規(guī)劃。
4、結(jié)語
大學(xué)生科研訓(xùn)練是高校生物技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)的重要組成部分，是理論與實踐密切結(jié)合的重要手段，而基于教師科研項目驅(qū)動的科研訓(xùn)練實踐則是培養(yǎng)和提高學(xué)生實際操作能力、獨立分析與解決問題能力、綜合應(yīng)用能力、科學(xué)研究能力的有效途徑，相對于理論教學(xué)與課程實踐課具有更強的實踐性、直觀性、綜合性與創(chuàng)新性，在加強學(xué)生的素質(zhì)教育和培養(yǎng)創(chuàng)新能力方面有著重要的、不可替代的作用。近幾年，在課程組不斷努力下，已形成了有效的科研訓(xùn)練教學(xué)模式，在未來需從以下兩方面進(jìn)一步提升：（1）課程組承擔(dān)科研項目的教師只有6人，為保證有較高的教學(xué)質(zhì)量，每個教師每年可指導(dǎo)2項大學(xué)生科研訓(xùn)練，即10個學(xué)生，因此只有60位學(xué)生參與，而本專業(yè)二年級和三年級學(xué)生為100余人，有40%的學(xué)生無法參與此種教學(xué)模式下的科研訓(xùn)練，因此建議其他課程組承擔(dān)科研項目教師也應(yīng)用這種模式培養(yǎng)學(xué)生，提高學(xué)生綜合素質(zhì)；（2）為保證這種實踐教學(xué)模式的持續(xù)性，課程組教師必須每年積極申報各類科研項目，才能保證充足的經(jīng)費，在完成科學(xué)研究的同時達(dá)到高素質(zhì)人才培養(yǎng)的目的。
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