科研項(xiàng)目引入本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

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摘要：文章從當(dāng)前大學(xué)生專(zhuān)業(yè)技能與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，充分發(fā)揮高等院?？蒲袃?yōu)勢(shì)，以本科生專(zhuān)業(yè)能力培養(yǎng)和素質(zhì)教育等為基礎(chǔ)，在本科生實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中引入專(zhuān)業(yè)課教師的科研項(xiàng)目，構(gòu)建科研項(xiàng)目促進(jìn)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的新模式，并以“基因工程實(shí)驗(yàn)”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(shí)驗(yàn)”相結(jié)合。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課相比，科研項(xiàng)目與本科生實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(shí)驗(yàn)教學(xué)；人才培養(yǎng)

目前，我國(guó)普通高校的大學(xué)生普遍存在科研思維較弱和動(dòng)手能力不強(qiáng)的問(wèn)題，與我國(guó)所提倡的創(chuàng)新型和應(yīng)用型技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)還存在較大的差距。因此教育培養(yǎng)模式，尤其是實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式的改革勢(shì)在必行。我國(guó)高校專(zhuān)業(yè)課教師的主要工作內(nèi)容包括教學(xué)和科學(xué)研究?jī)纱髩K。其中教學(xué)是專(zhuān)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(kāi)展科學(xué)研究能逐漸提高專(zhuān)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(bǔ)益。一般從事一線(xiàn)科研工作的專(zhuān)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(huì)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(zhuān)業(yè)課教師均將科研項(xiàng)目與博士和碩士研究生的培養(yǎng)相結(jié)合。在保證研究項(xiàng)目順利完成的同時(shí)，也培養(yǎng)了研究生理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。相對(duì)來(lái)說(shuō)，本科生很少有機(jī)會(huì)接觸教師的科研項(xiàng)目，缺乏對(duì)科研流程最基本的了解，主要通過(guò)本科實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)和完成畢業(yè)論文兩種方法將理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合。實(shí)驗(yàn)課教學(xué)是學(xué)生尤其是理工類(lèi)學(xué)生理解并運(yùn)用理論內(nèi)容，進(jìn)行科學(xué)思維培訓(xùn)和創(chuàng)新知識(shí)培養(yǎng)的媒介。相對(duì)于理論課教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)更具有直觀(guān)性，是理論聯(lián)系實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)。開(kāi)展生動(dòng)有趣的實(shí)驗(yàn)課，能極大地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。目前專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課多采用經(jīng)典實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)相對(duì)較少[1]，學(xué)生通常按照實(shí)驗(yàn)課教材記錄實(shí)驗(yàn)步驟，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種教學(xué)方法相對(duì)保守、枯燥，長(zhǎng)期開(kāi)展會(huì)降低學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的熱情，產(chǎn)生應(yīng)付實(shí)驗(yàn)課的情況。培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新能力成為亟待解決的問(wèn)題。將專(zhuān)業(yè)課教師的科研項(xiàng)目融入本科生實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生能接觸到更多先進(jìn)的科研儀器設(shè)備，了解當(dāng)前的專(zhuān)業(yè)熱點(diǎn)，進(jìn)而全方位提高專(zhuān)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(zhuān)業(yè)工作中積累經(jīng)驗(yàn)。天津科技大學(xué)設(shè)立的“實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新基金”和“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”，點(diǎn)燃了本科生參加科技活動(dòng)的熱情，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力。

一、將科研成果與本科生實(shí)驗(yàn)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?xiàng)目的研究?jī)?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(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，必須經(jīng)過(guò)取舍，保證在培養(yǎng)本科生基本技能的基礎(chǔ)條件下開(kāi)展；必須先將科研項(xiàng)目中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容經(jīng)過(guò)篩選、拆分成更小的單元作為實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容，將科研項(xiàng)目中前期成熟的方法手段與本科生實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)”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(shí)，又能增加實(shí)驗(yàn)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(guò)16SrRNA序列與GeneBank中已有序列相比對(duì)，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(jià)值，以及后續(xù)確定獲得菌種未來(lái)該從哪些方面進(jìn)行開(kāi)發(fā)等。學(xué)生通過(guò)該學(xué)習(xí)才有可能發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中潛在的應(yīng)用價(jià)值，從而激發(fā)他們的創(chuàng)新意識(shí)和探索精神。在“基因工程實(shí)驗(yàn)”課程中，教師首先帶領(lǐng)學(xué)生提取細(xì)菌基因組DNA，并分析基因組DNA的含量和質(zhì)量。接下來(lái)根據(jù)細(xì)菌16SrRNA序列設(shè)計(jì)引物，聚合鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）擴(kuò)增16SrRNA，獲得16SrRNA全基因序列。之后將PCR產(chǎn)物進(jìn)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(shí)，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(guò)抗性篩選和藍(lán)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(kuò)增，檢測(cè)攜帶導(dǎo)入大腸桿菌的質(zhì)粒中目的基因是否是陽(yáng)性的，最終將攜帶陽(yáng)性質(zhì)粒的大腸桿菌送測(cè)序公司進(jìn)行測(cè)序，獲得目的片段的堿基序列，與GeneBank上的DNA序列進(jìn)行Blast比對(duì)。利用Mega和Clustal等軟件建立細(xì)菌16SrRNA進(jìn)化樹(shù)，初步確定微生物的種屬。在這些實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，既能保證本科生獲得實(shí)驗(yàn)技能，又能感覺(jué)到實(shí)驗(yàn)具有的應(yīng)用價(jià)值。在成功獲得一些真正有用的實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，這種成就感會(huì)激發(fā)學(xué)生的科研熱情。反之，在實(shí)驗(yàn)失敗后，鼓勵(lì)學(xué)生尋找實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足，并改善實(shí)驗(yàn)方法，從而最終解決問(wèn)題。這種將科研項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的模式，既能培養(yǎng)本科生的學(xué)科實(shí)驗(yàn)技能，又能促進(jìn)教師的科研項(xiàng)目推進(jìn)，一舉兩得。

二、將科研方法引入實(shí)驗(yàn)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(guān)點(diǎn)，揭示事物內(nèi)在規(guī)律的工具和手段。這是運(yùn)用智慧進(jìn)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(duì)于傳統(tǒng)的本科實(shí)驗(yàn)課程，科研項(xiàng)目一般更具有探索性。將科研項(xiàng)目引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)既能降低學(xué)生因做傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。作為本科生，如果能在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中學(xué)習(xí)到一些常用的科研方法，對(duì)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(shí)驗(yàn)”課教學(xué)過(guò)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(jì)性和高效性。教師將實(shí)驗(yàn)室新分離的菌種交給本科生進(jìn)行分子鑒定，學(xué)生有機(jī)會(huì)提取不同微生物的基因組DNA，了解不同微生物的特性。因?yàn)椴煌⑸锏幕蚪MDNA提取方法略有不同，學(xué)生就要從專(zhuān)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(zhuān)業(yè)課教師討論實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的可行性。查閱文獻(xiàn)的過(guò)程中，教師要培訓(xùn)學(xué)生從哪些科研網(wǎng)站查閱文獻(xiàn)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)本科生的專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)基礎(chǔ)不強(qiáng)，筆者一般建議本科生首先從CNKI中查閱一些中文文獻(xiàn)，通過(guò)閱讀中文文獻(xiàn)讓學(xué)生對(duì)該領(lǐng)域有個(gè)大致的了解；然后再查閱英文文獻(xiàn)，如WebofScience、SpringLink、Science-Direct等網(wǎng)站的文獻(xiàn)，在該網(wǎng)站主要查閱一些文章的標(biāo)題和摘要；最后對(duì)真正感興趣的文獻(xiàn)再下載進(jìn)行全文精讀，獲取需要的實(shí)驗(yàn)方法和思路。這種培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)的方法，會(huì)培養(yǎng)本科生從科研的角度解決問(wèn)題，提高他們解決問(wèn)題的能力。

三、將科研實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在我國(guó)大多數(shù)高校中，本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研工作是相互獨(dú)立的。大部分高校對(duì)于本科實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)投入相對(duì)較低，本科實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)課的熱情不高。如果學(xué)校的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和科研實(shí)驗(yàn)室能面向本科生開(kāi)放，將能提高實(shí)驗(yàn)室資源的利用率，同時(shí)本科生能有機(jī)會(huì)接觸到先進(jìn)的技術(shù)、儀器和實(shí)驗(yàn)方法。天津科技大學(xué)生物化工方向的專(zhuān)業(yè)課教師參與完成了許多國(guó)家級(jí)和省部級(jí)科研項(xiàng)目，具有完成該類(lèi)項(xiàng)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(zhǎng)期不使用，也會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞，這將直接導(dǎo)致資源的巨大浪費(fèi)。如果這些科研實(shí)驗(yàn)室對(duì)廣大本科生開(kāi)放，不但可以提高學(xué)生的動(dòng)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(jìn)研究方法

在保證學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上，本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)要盡可能減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比例，提高綜合性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)所占的比例。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和研究方法也在不斷更新。如果本科生實(shí)驗(yàn)課僅限于課本，不能及時(shí)更新，那么培養(yǎng)出的學(xué)生很難適應(yīng)社會(huì)需求。因此，將本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)與當(dāng)前正在實(shí)施的科研項(xiàng)目相結(jié)合，能促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不斷探索新的實(shí)驗(yàn)方法，讓學(xué)生了解最新科技成果[3]。對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)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(shí)踐相結(jié)合，既能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力與自主研究意識(shí)，為社會(huì)輸送創(chuàng)新型人才提供途徑，又能讓學(xué)生及時(shí)了解學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)和趨勢(shì)，學(xué)習(xí)最新技術(shù)和理念。例如PCR技術(shù)在“基因工程實(shí)驗(yàn)”課中非常重要，學(xué)生充分掌握該內(nèi)容對(duì)其今后的科研開(kāi)展具有重要的意義。影響PCR的因素有很多，一個(gè)小失誤就可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。在實(shí)驗(yàn)失敗后，讓學(xué)生及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷完善實(shí)驗(yàn)方案，例如通過(guò)改變模板濃度、Mg2+濃度、退火溫度及時(shí)間等條件，最終獲得陽(yáng)性結(jié)果。在解決問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生能扎實(shí)地掌握基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)掌握分析問(wèn)題、解決問(wèn)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(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的民生政策，也是教育事業(yè)發(fā)展客觀(guān)而意義深遠(yuǎn)的要求?？蒲许?xiàng)目應(yīng)用于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的邏輯化設(shè)計(jì)。在教學(xué)過(guò)程中轉(zhuǎn)變教學(xué)思路和方法，根據(jù)學(xué)生目前的知識(shí)水平，培養(yǎng)其能力，最終實(shí)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(huì)發(fā)展需要的創(chuàng)新型人才。在學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生會(huì)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(shí)驗(yàn)技能；在學(xué)習(xí)生活中遇到不懂的事物時(shí)，養(yǎng)成觀(guān)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(guò)程中，養(yǎng)成獨(dú)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(huì)生活的橋梁。在大學(xué)生畢業(yè)進(jìn)入社會(huì)遇到問(wèn)題時(shí)，學(xué)生的最初想法不應(yīng)該是繞開(kāi)問(wèn)題，而是要找到解決這個(gè)問(wèn)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(wèn)題，并最終找到合適的解決問(wèn)題的方法。

六、尋找創(chuàng)新點(diǎn)

將專(zhuān)業(yè)課教師科研項(xiàng)目與本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，能有效提高本科生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)以及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。在科研項(xiàng)目完成過(guò)程中以學(xué)生為主體、體現(xiàn)自主性和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，改變了傳統(tǒng)的以驗(yàn)證性為主的本科實(shí)驗(yàn)課的舊模式，使教學(xué)內(nèi)容不再是無(wú)用的書(shū)面知識(shí)。將教學(xué)內(nèi)容與市場(chǎng)需求結(jié)合，能夠促進(jìn)知識(shí)轉(zhuǎn)化為動(dòng)力，體現(xiàn)知識(shí)的價(jià)值和重要性。主要表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)的完成沒(méi)有既定的教材，沒(méi)有現(xiàn)成實(shí)驗(yàn)步驟，完全由學(xué)生自主查閱相關(guān)文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論來(lái)完成。這些過(guò)程能極大地拓寬本科生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。例如在“基因工程實(shí)驗(yàn)”課中學(xué)生能針對(duì)不同種微生物，通過(guò)查閱文獻(xiàn)確定最終需要使用的微生物基因組DNA提取方法，以及針對(duì)不同種微生物物種采用不同的PCR引物。在這個(gè)過(guò)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(guò)程中形成遇到問(wèn)題查閱文獻(xiàn)的習(xí)慣，從而提高綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，還能有效保證實(shí)驗(yàn)課教師在綜合了解了每個(gè)學(xué)生的科研興趣、知識(shí)基礎(chǔ)、動(dòng)手能力、表達(dá)能力和協(xié)作能力的基礎(chǔ)上，將學(xué)生分成不同的實(shí)驗(yàn)小組，使其小組成員分工協(xié)作。在研究方案實(shí)施的過(guò)程中，始終要以學(xué)生為主體，指導(dǎo)教師主要負(fù)責(zé)在技術(shù)上進(jìn)行把關(guān)，糾正錯(cuò)誤的科研思路，監(jiān)督科研項(xiàng)目進(jìn)展?？傊咝＝處熞劳锌蒲许?xiàng)目，設(shè)計(jì)本科實(shí)驗(yàn)課程，讓本科生參與研究，不但能保證教師的科研項(xiàng)目按計(jì)劃有序進(jìn)行，還能使本科生得到充分的科研訓(xùn)練，了解本專(zhuān)業(yè)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。本科生在參與教師科研項(xiàng)目的同時(shí)，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(jìn)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。

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作者：才金玲 唐娜 崔永巖 單位：天津科技大學(xué)