科研項目引入本科實驗教學(xué)研究
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摘要：文章從當前大學(xué)生專業(yè)技能與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標出發(fā)，充分發(fā)揮高等院?？蒲袃?yōu)勢，以本科生專業(yè)能力培養(yǎng)和素質(zhì)教育等為基礎(chǔ)，在本科生實驗課教學(xué)中引入專業(yè)課教師的科研項目，構(gòu)建科研項目促進實驗課教學(xué)的新模式，并以“基因工程實驗”教學(xué)為例，將從環(huán)境中新獲得的功能菌株的基因鑒定與“基因工程實驗”相結(jié)合。與傳統(tǒng)實驗課相比，科研項目與本科生實驗課教學(xué)相結(jié)合的模式，能充分激發(fā)學(xué)生的科研熱情，提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，同時，也為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才提供一種重要的途徑。
關(guān)鍵詞：科學(xué)研究；教學(xué)改革；實驗教學(xué)；人才培養(yǎng)
目前，我國普通高校的大學(xué)生普遍存在科研思維較弱和動手能力不強的問題，與我國所提倡的創(chuàng)新型和應(yīng)用型技術(shù)人才的培養(yǎng)目標還存在較大的差距。因此教育培養(yǎng)模式，尤其是實驗課教學(xué)模式的改革勢在必行。我國高校專業(yè)課教師的主要工作內(nèi)容包括教學(xué)和科學(xué)研究兩大塊。其中教學(xué)是專業(yè)課教師最重要的工作任務(wù)。教學(xué)效果的好壞直接決定了所培養(yǎng)學(xué)生的業(yè)務(wù)水平和創(chuàng)新能力。而開展科學(xué)研究能逐漸提高專業(yè)教師的業(yè)務(wù)能力和教學(xué)能力，教學(xué)和科研兩者互相補益。一般從事一線科研工作的專業(yè)課教師其課堂內(nèi)容更豐富，教學(xué)內(nèi)容更能貼合社會需求，更能引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生畢業(yè)以后具有更高的工作適應(yīng)性。目前大多數(shù)高校的專業(yè)課教師均將科研項目與博士和碩士研究生的培養(yǎng)相結(jié)合。在保證研究項目順利完成的同時，也培養(yǎng)了研究生理論聯(lián)系實際、分析問題、解決問題的能力。相對來說，本科生很少有機會接觸教師的科研項目，缺乏對科研流程最基本的了解，主要通過本科實驗課程的學(xué)習(xí)和完成畢業(yè)論文兩種方法將理論知識與生產(chǎn)實踐相結(jié)合。實驗課教學(xué)是學(xué)生尤其是理工類學(xué)生理解并運用理論內(nèi)容，進行科學(xué)思維培訓(xùn)和創(chuàng)新知識培養(yǎng)的媒介。相對于理論課教學(xué)，實驗課教學(xué)更具有直觀性，是理論聯(lián)系實踐的重要環(huán)節(jié)。開展生動有趣的實驗課，能極大地促進學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的動手能力。目前專業(yè)實驗課多采用經(jīng)典實驗和驗證性實驗的教學(xué)模式，對學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)相對較少[1]，學(xué)生通常按照實驗課教材記錄實驗步驟，獲得實驗結(jié)果，撰寫實驗報告。這種教學(xué)方法相對保守、枯燥，長期開展會降低學(xué)生對實驗課的熱情，產(chǎn)生應(yīng)付實驗課的情況。培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新能力成為亟待解決的問題。將專業(yè)課教師的科研項目融入本科生實驗課教學(xué)過程中，讓學(xué)生能接觸到更多先進的科研儀器設(shè)備，了解當前的專業(yè)熱點，進而全方位提高專業(yè)素質(zhì)。尤其是探索性的科研能極大地提高學(xué)生的科研熱情和自主學(xué)習(xí)能力，為其今后在專業(yè)工作中積累經(jīng)驗。天津科技大學(xué)設(shè)立的“實驗室創(chuàng)新基金”和“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”，點燃了本科生參加科技活動的熱情，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高了學(xué)生的動手能力。
一、將科研成果與本科生實驗教學(xué)相結(jié)合必須
保證學(xué)生掌握學(xué)科基礎(chǔ)技能通?？蒲许椖康难芯績?nèi)容較多，科研難度與本科生的能力不匹配，不能直接作為本科實驗教學(xué)的內(nèi)容，必須經(jīng)過取舍，保證在培養(yǎng)本科生基本技能的基礎(chǔ)條件下開展；必須先將科研項目中的實驗內(nèi)容經(jīng)過篩選、拆分成更小的單元作為實驗課教學(xué)內(nèi)容，將科研項目中前期成熟的方法手段與本科生實驗教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合。例如在生物化工系教師的許多課題里，需要從環(huán)境中分離獲得大量不同的功能菌株。一般新分離的功能菌株，首先需要將這些菌株進行分子鑒定，將新獲得的功能菌株的分子鑒定與“基因工程實驗”相結(jié)合。這樣做既能保證本科生學(xué)習(xí)獲得必要的基礎(chǔ)知識，又能增加實驗的不確定性。例如從環(huán)境中分離獲得的是什么菌種，一般通過16SrRNA序列與GeneBank中已有序列相比對，與16SrRNA序列最近的菌種就有可能是獲得的新菌種的種屬。只有在確定新菌種的種屬后，才有可能知道該菌的特性和潛在的應(yīng)用價值，以及后續(xù)確定獲得菌種未來該從哪些方面進行開發(fā)等。學(xué)生通過該學(xué)習(xí)才有可能發(fā)現(xiàn)實驗中潛在的應(yīng)用價值，從而激發(fā)他們的創(chuàng)新意識和探索精神。在“基因工程實驗”課程中，教師首先帶領(lǐng)學(xué)生提取細菌基因組DNA，并分析基因組DNA的含量和質(zhì)量。接下來根據(jù)細菌16SrRNA序列設(shè)計引物，聚合鏈式反應(yīng)（PCR）擴增16SrRNA，獲得16SrRNA全基因序列。之后將PCR產(chǎn)物進行膠回收，獲得高純度的PCR產(chǎn)物，并將目的基因片段導(dǎo)入質(zhì)粒。在制作感受態(tài)大腸桿菌時，將前期獲得的帶有目的16SrRNA序列的質(zhì)粒轉(zhuǎn)化到感受態(tài)大腸桿菌中，通過抗性篩選和藍白斑篩選，獲得攜帶有目的基因的大腸桿菌，提取質(zhì)粒，并利用質(zhì)粒特定引物PCR擴增，檢測攜帶導(dǎo)入大腸桿菌的質(zhì)粒中目的基因是否是陽性的，最終將攜帶陽性質(zhì)粒的大腸桿菌送測序公司進行測序，獲得目的片段的堿基序列，與GeneBank上的DNA序列進行Blast比對。利用Mega和Clustal等軟件建立細菌16SrRNA進化樹，初步確定微生物的種屬。在這些實驗過程中，既能保證本科生獲得實驗技能，又能感覺到實驗具有的應(yīng)用價值。在成功獲得一些真正有用的實驗結(jié)果后，這種成就感會激發(fā)學(xué)生的科研熱情。反之，在實驗失敗后，鼓勵學(xué)生尋找實驗設(shè)計的不足，并改善實驗方法，從而最終解決問題。這種將科研項目與實驗教學(xué)相結(jié)合的模式，既能培養(yǎng)本科生的學(xué)科實驗技能，又能促進教師的科研項目推進，一舉兩得。
二、將科研方法引入實驗教學(xué)
科研方法是指在研究中發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新事物，或提出新理論、新觀點，揭示事物內(nèi)在規(guī)律的工具和手段。這是運用智慧進行科學(xué)思維的技巧。采用適宜的科研方法能使科研工作高效快捷。相對于傳統(tǒng)的本科實驗課程，科研項目一般更具有探索性。將科研項目引入實驗教學(xué)既能降低學(xué)生因做傳統(tǒng)實驗而造成的枯燥感，又能有一定的創(chuàng)新性，抓住學(xué)生的興趣點。作為本科生，如果能在實驗教學(xué)的過程中學(xué)習(xí)到一些常用的科研方法，對他們今后從事科研工作或發(fā)揮創(chuàng)新能力具有重要意義[2]。例如在“基因工程實驗”課教學(xué)過程中，需要不斷尋求更優(yōu)性狀的菌種以提高發(fā)酵產(chǎn)品的經(jīng)濟性和高效性。教師將實驗室新分離的菌種交給本科生進行分子鑒定，學(xué)生有機會提取不同微生物的基因組DNA，了解不同微生物的特性。因為不同微生物的基因組DNA提取方法略有不同，學(xué)生就要從專業(yè)網(wǎng)站查閱相應(yīng)微生物基因組DNA的提取方法，并與專業(yè)課教師討論實驗開展的可行性。查閱文獻的過程中，教師要培訓(xùn)學(xué)生從哪些科研網(wǎng)站查閱文獻，因為大多數(shù)本科生的專業(yè)英語基礎(chǔ)不強，筆者一般建議本科生首先從CNKI中查閱一些中文文獻，通過閱讀中文文獻讓學(xué)生對該領(lǐng)域有個大致的了解；然后再查閱英文文獻，如WebofScience、SpringLink、Science-Direct等網(wǎng)站的文獻，在該網(wǎng)站主要查閱一些文章的標題和摘要；最后對真正感興趣的文獻再下載進行全文精讀，獲取需要的實驗方法和思路。這種培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻的方法，會培養(yǎng)本科生從科研的角度解決問題，提高他們解決問題的能力。
三、將科研實驗室設(shè)備和技術(shù)引入實驗教學(xué)
在我國大多數(shù)高校中，本科實驗教學(xué)和科研工作是相互獨立的。大部分高校對于本科實驗經(jīng)費投入相對較低，本科實驗室所配備的設(shè)備和儀器基本上都是一些常規(guī)的儀器，缺乏先進的科研設(shè)備。學(xué)生使用老舊的儀器設(shè)備，導(dǎo)致其參與本科實驗課的熱情不高。如果學(xué)校的重點實驗室和科研實驗室能面向本科生開放，將能提高實驗室資源的利用率，同時本科生能有機會接觸到先進的技術(shù)、儀器和實驗方法。天津科技大學(xué)生物化工方向的專業(yè)課教師參與完成了許多國家級和省部級科研項目，具有完成該類項目的軟件條件和硬件條件。而一些高精尖的儀器設(shè)備在大學(xué)中普遍使用率不高，尤其是一些儀器的電子器件如果長期不使用，也會導(dǎo)致?lián)p壞，這將直接導(dǎo)致資源的巨大浪費。如果這些科研實驗室對廣大本科生開放，不但可以提高學(xué)生的動手能力，而且還能使他們掌握最新的研究設(shè)備的使用方法，拓展其科研視野。
四、改進研究方法
在保證學(xué)生掌握基本實驗技能的基礎(chǔ)上，本科實驗教學(xué)要盡可能減少驗證性實驗的比例，提高綜合性實驗和研究性實驗所占的比例。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當下，實驗內(nèi)容和研究方法也在不斷更新。如果本科生實驗課僅限于課本，不能及時更新，那么培養(yǎng)出的學(xué)生很難適應(yīng)社會需求。因此，將本科生實驗教學(xué)與當前正在實施的科研項目相結(jié)合，能促進實驗教學(xué)不斷探索新的實驗方法，讓學(xué)生了解最新科技成果[3]。對實驗項目進行科學(xué)重組，使其與現(xiàn)代化科技發(fā)展相適應(yīng)，與生產(chǎn)和工程實踐相結(jié)合，既能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，增強學(xué)生的實踐能力與自主研究意識，為社會輸送創(chuàng)新型人才提供途徑，又能讓學(xué)生及時了解學(xué)科發(fā)展動態(tài)和趨勢，學(xué)習(xí)最新技術(shù)和理念。例如PCR技術(shù)在“基因工程實驗”課中非常重要，學(xué)生充分掌握該內(nèi)容對其今后的科研開展具有重要的意義。影響PCR的因素有很多，一個小失誤就可能導(dǎo)致實驗失敗。在實驗失敗后，讓學(xué)生及時總結(jié)經(jīng)驗，不斷完善實驗方案，例如通過改變模板濃度、Mg2+濃度、退火溫度及時間等條件，最終獲得陽性結(jié)果。在解決問題的過程中，學(xué)生能扎實地掌握基礎(chǔ)知識，同時掌握分析問題、解決問題的方法。
五、養(yǎng)成持續(xù)學(xué)習(xí)的習(xí)慣
構(gòu)建全民終身學(xué)習(xí)的教育體系既是國家經(jīng)濟社會發(fā)展的民生政策，也是教育事業(yè)發(fā)展客觀而意義深遠的要求。科研項目應(yīng)用于本科生實驗教學(xué)的關(guān)鍵是實驗內(nèi)容的邏輯化設(shè)計。在教學(xué)過程中轉(zhuǎn)變教學(xué)思路和方法，根據(jù)學(xué)生目前的知識水平，培養(yǎng)其能力，最終實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)和思維方式的轉(zhuǎn)變，以培養(yǎng)出適合社會發(fā)展需要的創(chuàng)新型人才。在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生會形成一定的生物化工學(xué)科素養(yǎng)，其主要核心內(nèi)容包括以下方面：理解“基因工程”基礎(chǔ)理論；將基因工程原理用于生物化工技術(shù)領(lǐng)域；了解一系列的相關(guān)實驗技能；在學(xué)習(xí)生活中遇到不懂的事物時，養(yǎng)成觀察現(xiàn)象、分析結(jié)果、得出結(jié)論的習(xí)慣；在學(xué)習(xí)“工業(yè)微生物”課程的過程中，養(yǎng)成獨立思考的能力，形成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣?，F(xiàn)代高等教育是連接基礎(chǔ)教育與社會生活的橋梁。在大學(xué)生畢業(yè)進入社會遇到問題時，學(xué)生的最初想法不應(yīng)該是繞開問題，而是要找到解決這個問題的方法。例如在什么網(wǎng)站查閱資料、如何查閱資料、如何綜合分析問題，并最終找到合適的解決問題的方法。
六、尋找創(chuàng)新點
將專業(yè)課教師科研項目與本科生實驗教學(xué)相結(jié)合，能有效提高本科生的專業(yè)素養(yǎng)以及分析問題、解決問題的能力。在科研項目完成過程中以學(xué)生為主體、體現(xiàn)自主性和設(shè)計性的實驗教學(xué)方法，改變了傳統(tǒng)的以驗證性為主的本科實驗課的舊模式，使教學(xué)內(nèi)容不再是無用的書面知識。將教學(xué)內(nèi)容與市場需求結(jié)合，能夠促進知識轉(zhuǎn)化為動力，體現(xiàn)知識的價值和重要性。主要表現(xiàn)在實驗的完成沒有既定的教材，沒有現(xiàn)成實驗步驟，完全由學(xué)生自主查閱相關(guān)文獻、設(shè)計實驗方案、整理實驗結(jié)果、總結(jié)實驗結(jié)論來完成。這些過程能極大地拓寬本科生的專業(yè)知識和專業(yè)素養(yǎng)。例如在“基因工程實驗”課中學(xué)生能針對不同種微生物，通過查閱文獻確定最終需要使用的微生物基因組DNA提取方法，以及針對不同種微生物物種采用不同的PCR引物。在這個過程中，學(xué)生不但充分掌握了基因組DNA的提取原理和PCR的基本原理，使其在畢業(yè)后工作的過程中形成遇到問題查閱文獻的習(xí)慣，從而提高綜合分析問題、解決問題的能力，還能有效保證實驗課教師在綜合了解了每個學(xué)生的科研興趣、知識基礎(chǔ)、動手能力、表達能力和協(xié)作能力的基礎(chǔ)上，將學(xué)生分成不同的實驗小組，使其小組成員分工協(xié)作。在研究方案實施的過程中，始終要以學(xué)生為主體，指導(dǎo)教師主要負責在技術(shù)上進行把關(guān)，糾正錯誤的科研思路，監(jiān)督科研項目進展。總之，高校教師依托科研項目，設(shè)計本科實驗課程，讓本科生參與研究，不但能保證教師的科研項目按計劃有序進行，還能使本科生得到充分的科研訓(xùn)練，了解本專業(yè)的最新發(fā)展動態(tài)。本科生在參與教師科研項目的同時，充分培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力、分析能力和總結(jié)能力。學(xué)生畢業(yè)后進入工作崗位，能很快適應(yīng)工作需求。如果本科生考研，也能快速地與研究生階段的科研課題相結(jié)合。
參考文獻：
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[3]林晶,張莉,金向陽.科研項目驅(qū)動下的包裝工程專業(yè)創(chuàng)新實踐教學(xué)的探索[J].黑龍江教育(高教研究與評估),2018(7).
作者：才金玲 唐娜 崔永巖 單位：天津科技大學(xué)