生物技术大实验（通用9篇）
生物技术大实验 篇1
《高等教育法》明确提出, “高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。”目前, 教育部提出“本科生教育质量与教学改革工程”, 其核心目标之一, 也是提高学生的实验技能。生物技术作为一门实践性学科, 实验教学在人才培养方面起着举足轻重的作用, 是培养学生动手能力、综合运用知识能力、创新能力, 提高学生综合素质的重要环节之一。用人单位普遍非常重视学生综合运用各学科的理论知识和实验技能解决实际问题的能力, 并认为对这种能力的培养是目前高等学校教育中普遍存在的弱项, 这促使我们对如何在生物技术专业的实验教学中增强对学生的培养训练进行了不断地改革。近年来, 开设综合性设计实验已成为各高校培养学生创新能力和优良素质的有力手段, 各个院校对此也做了很多积极有益的尝试[1,2,3,4]。然而, 什么样的模式是先进的实验教学体系?一个模式的形成过程是否具有科学性是至关重要的。以下步骤是体现模式好坏的关键之处。
1 确立指导思想
分析生物技术专业特征以及教学现状, 查找存在问题的症结, 探索生物技术专业实验教学体系改革的措施。
传统的实验教学附属于专业理论课, 不同程度地存在内容相对陈旧, 各课程之间基础内容重复, 实验内容缺乏系统性与渐进性, 教学方法单一, 实验课安排分散, 整体性不强, 与实际应用特别是科技发展和企业需求相脱节等问题。因此近年来, 我院对实验教学进行了不断地探索:从整合实验教学内容、优化实验教学方法、开发设计性实验、实验内容与科研紧密结合及重视学生自主意识和综合素质的提高等方面加强生物技术专业实验教学改革。以提高学生的科学思维能力、研究能力, 培养学生的探索精神、创新意识和创新能力为指导思想[5], 提出在实验教学中不应把学生培养成“操作工”, 而应培养他们的创造精神和创新意识, 培养学生设计实验、分析创新的能力, 努力使学生成为“设计分析师”的教学理念[6]。
2 安排课程体系
分层次, 分模块, 又相互衔接。
本课程的开设安排在系统的学完理论课程之后, 有专门编写的适合与农林类高校使用的《生物技术综合大实验教程》, 利用4周的时间集中进行实验教学。课程体系如下图1。该课程实行模块式课程体系, 包括核酸提取模块、基因克隆模块、基因杂交检测模块、生物工程下游技术模块。为学生构建清晰的理论专业知识和实验操作框架, 使学生认识每个独立实验在整个实验过程中所处的地位和作用[7]。主要突出各个模块 (知识单元) 相互间的关系, 使学生了解某一现象的原因结果与来龙去脉, 培养学生连续发展、系统分析的整体观念。而在同一模块内, 各小实验之间, 或者平行并列 (模块1) , 利于比较掌握;或者环环相扣 (模块2) , 突现生物技术实验的连续性;从模块1到4, 则是从简单到复杂, 既体现时空的渐进性, 也体现技术含量的渐进性;最后由4个模块共同完成一个产业化过程, 体现跨课程综合实验的整体性。
以上内容纵向呈模块, 横向成体系。例如实际实验中以抗除草剂BAR基因为主线, 将生物技术常用的实验技术连接起来。包括目的基因克隆、载体制备、聚合酶链式反应 (PCR) , 限制性内切酶酶切、DNA片段纯化、目的基因和载体连接、重组质粒转化、阳性克隆筛选、酶切图谱分析、蛋白质体外诱导表达、表达产物分离和纯化、DNA印迹 (Shouthern blot) 和蛋白质印迹 (Western blot) 等一系列实验。第一个实验得到的产物就是第二个实验所需的材料。四周实验连续完成, 一环扣一环, 使实验过程充满悬念和期望。学生通过本课程的学习, 既熟练地掌握了上游的核酸操作和分子克隆技术, 又系统地了解了下游蛋白质分离纯化鉴定的方法。以知识体系的形式易于学生掌握, 而不是填鸭式的给学生各种零散杂碎。
3 审查内容的实用性
与科研内容紧密相连, 实现了科研与教学双赢。
课程组将学术研究比较成熟的研究结果改造成符合实验教学要求和特点的综合性实验, 培养学生进行自主科研, 突出实验教学的实用价值。这样的内容安排才能更加体现将理论原理与操作技能相结合, 进而解决现实科研问题的目的性。尽一切努力拉近校内教学与社会现实之间的关系。使学生树立教学不会脱离实际, 学为所用, 学能所用的观念。
例如, 猕猴桃的分子育种是我国猕猴桃专家梁红的课题, 是我校的科研特色, 也是广东和平地区致富的主要产业。目前该地不仅成为我校生物技术专业的实践基地, 也是学生自主科研的重要项目来源:如猕猴桃表型聚类分析, 猕猴桃SSR分析, 猕猴桃性别决定及其分子机制等。其中的RNA提取, RT-PCR, 全长cDNA的获得等程序已经用于实验教学之中。
实践表明, 该教学模式可以形成有价值的科研成果, 有效避免教学实验资源的浪费;同时, 可以激发学生的学习与科研兴趣, 变被动学习为主动的求知与探索, 给学生的自主发展、创造性思维的培养和综合素质的提高提供较好条件。
4 在教学中培养学生的能力
给学生独立自主完成任务的空间;鼓励学生设计不同的方法, 达到殊途同归的目的;培养学生综合分析思维, 归纳推理的能力。
自主性。首先在做某个实验前, 允许学生自主的组织科研小组, 一般2～4人;然后每个小组分别独立的承当某系列实验中的一个模块, 如蛋白的垂直板电泳;同样再分配每个人承担一个实验中的某部分工作, 比如药品的配置、灌胶或上样等工作。这样每个同学在享受自主权的同时也增加了使命感, 督促他必须把自己的部分做好, 才能进行下面的工作, 人人做好了, 也才能最后有很好的结果。例如, 有一组同学灌胶时屡屡失败:漏胶了, 不凝固或EDMED加早了等等, 直到第4次终于成功了。表面上看这是失败, 但对他们来说更感欣慰, 毕竟他们的能力最终被承认了。尽管, 中间药品用完需要重新配置;时间不够需要利用午休;没饭吃了, 一个组员负责去校外买等等。这也正是团队精神的具体体现。
综合性。大实验中总是包含了不同层次的多个小实验, 这样做起来会觉得步骤复杂。学生必须心中有一条清晰的主线, 步步为营的做好每一个单元, 最后再综合的加以分析结果, 这样最后成功了知道经验在那些方面, 失败了也知道教训在哪个步骤。这里的综合性指实验内容的综合安排和实验结果的综合分析两层意义。可以培养学生合理安排工作和综合分析结果的能力。其中综合分析能力尤为重要, 避免只见树木不见森林, 或抱住大个头冬瓜, 丢了精品芝麻的做法。科学正确地分析才能得出科学正确的结论, 也为以后的工作指明方向;否则, 云里雾里乱作一通, 事倍功半。
设计性。做具体某个实验的时候, 充分鼓励学生自行设计, 达到殊途同归的目的。如抗生素浓度配比, 不同组可以配置不同浓度的母液, 只要同学明白, 不同浓度母液要使最后溶液浓度相同必须使用不同的 (与所配母液对应的) 母液量就可以。再例如组培时, 更可以让学生设计不同的培养基成分或更细到激素的不同浓度等, 最后让学生比较哪种配比最好。这样学生在做好自己的同时, 为了最后的比较也有兴趣去了解别人的做法。设计性还可以体现在学生对四周大实验内容如何自主分成小的单元模块来写实验报告方面。如大实验一般比较长, 三天完成一个实验, 那就得把三天的内容安排在一个报告里才比较合理。还有学生可以把类似的三个实验 (如RNA、DNA和质粒的提取) 放在一起, 再把同一天做的电泳成像结果和核酸含量测定结果也放进来, 几乎是一周的工作, 题目是三种核酸提取方法比较, 这就不失为一个很完善的综合性实验报告。
当然, 为突出我校应用型人才培养的特点, 充分培养学生的动手操作能力, 本实验室对学生在实验时间、实验仪器、试剂药品方面全部开放, 最终实现了实验内容的开放, 学生除完成必做实验外, 可以根据自己的想法和设计, 选择指导老师, 适当改变实验条件, 进行新的研究和探索。
5 论文报告
严格的科研论文式实验报告。
无论实验报告内容是如何设计分割的, 每个报告在形式上必须以科研论文形式, 包括摘要、引言、材料与方法、结果与分析、讨论和参考文献。需要更细到药品的计算、称量与溶解配置方法;还有结果中附图、计算和分析的过程;以及分析实验结果时与先人结果的比对等内容。例如有个同学在写简单的“酶活力测定”报告时, 查阅26篇资料, 把实验中每种药品的作用, 每个步骤的目的分析得清清楚楚;并且在得出结果时进行仔细地分析推理, 使得到的结论严密而合理。其严谨的治学态度一览无余。为他们即将进入毕业论文的研究工作打下正确的科学分析的基础。
6 “生物技术大实验教学模式”效果评价
本“生物技术大实验教学模式”形成过程符合教育部 “本科生教育质量与教学改革工程”中所要求的从设计质量 (课程体系的合理适用) 过程质量 (教学过程中独立、综合与设计性) 产品质量 (人才能力的形成) 这样的程序。在这个程序中, 任何一步都至关重要, 但任何合理的模式, 如果在执行过程中打折扣, 将达不到目的, 因此其中“过程质量”尤为重要。需要有严格而细化的实验教学实施方案。这种科学程序培养出来的学生从理论上应该具有系统分析问题的能力, 有独立操作的能力, 有正确科学的科研工作方法, 也有团结合作的态度。这就是能力的体现, 是对社会有用的人才的体现。我想这就是我们学校虽然名气不大, 但学生能得到“有动手能力”的评价的原因。我们也会不断地反省与改进, 培养出真正有能力的与时俱进的生物技术优秀人才。
摘要：本文介绍了“生物技术大实验教学模式”形成的步骤, 从设计质量到过程质量再到产品质量, 强调科学合理的模式形成过程对模式效应的重要性;并详细在课程体系、内容实用性、教学方法、论文报告方面探讨其突出能力培养的理念。
关键词：生物技术,实验教学,教学模式
参考文献
[1]许金华, 何淑雅, 刘四春, 虞佳, 周弟先, 策晓英, 文红波.生物技术专业实验课教学模式的探索和研究[J].山西医科大学学报, 2006, 8 (5) :534-536
[2]刘石泉, 龙立平, 雷存喜, 赵新民, 徐玲.生物技术自主设计性实验教学模式研究[J].2008, 15 (7) :99-101
[3]朱道立, 王康乐, 陈佩林, 马以桐, 蒋建国.生物实验课程教学模式与学习方式的研究[J].2008, 27 (2) :134-136
[4]王厚伟.《生物土程概论》实验教学创新模式探索[J].西北医学教育.2007, 15 (2) :283-285
[5]郑世英.生物技术专业实验教学模式探索[J].衡水学院学报, 2009, 11 (1) :109-111
[6]陈晓玲, 刘胜洪, 梁佳勇.生物技术实验教学与管理模式的实践与探索[J].陕西教育, 2009, (5) :48-49
[7]谢青, 冯哲, 肖靓, 吴元喜, 杨广笑.模块式实验课程体系构建探索[J].2008, 6 (5) :99-101
生物技术大实验 篇2
期末结课实验
基于QT的射击游戏
学号：1411640407 姓名：林向东 班级：计算机1404班 学院：计算机科学与软件学院
【实验目的】
1、掌握Qt下绘图函数的使用方法；
2、掌握标签（Label）、段码液晶（LCDNumber）、滑动条（Slider）等部件的应用；
3、掌握Qt下不同坐标系的转换。
4、掌握通过源代码重构工程并编译的方法
【实验设备】
1、装有Ubuntu系统或装有Ubuntu虚拟机的PC机一台；
2、凌阳A8嵌入式实验箱一台；
3、本实验用到实验箱的模块有：S5PV210 CPU板模块，LCD液晶屏。
【实验要求】
完成一个射击小游戏，这是4.7.0之前的版本的Qt源码中自带的一个范例
程
序，具
体
位
置
在qtopia-core-opensource-src-4.3.5examplestutorialt14。虽然在4.7.0之后的版本中删掉了这个范例，但是通过这个实例，可以使读者深入理解QT信号与槽，变换坐标系等较深层内容。运行后游戏界面如图。
【实验原理】
1、Qpainter QPainter类低水平的绘制，例如在窗口部件上。使用Qpainter类，需要包含头文件
使用方法很简单并且这里有可以使用的许多设置：font()返回当前设置的字体、setFont()设置要使用的字体。如果你设置一个不可用的字体，Qt会找到一个相近的匹配。实际上，font()返回你使用setFont()所设置的东西并且fontInfo()返回你实际使用的字体（这也许是相同的）。brush()是当前设置的画刷，用来填充例如圆的颜色或者调色板。pen()是当前设置的画笔，用来画线或者边缘的颜色或者点画。painter的当前状态能通过调用save()和稍后调用restore()存储在stack中.当我们需要临时改变一些painter settings并要恢复到以前的状态时,这个功能是很有用的.QPainter的核心功能是绘制，并且这里有最简单的绘制函数：drawPoint()、drawPoints()、drawLine()、drawRect()、drawWinFocusRect()、drawRoundRect()、drawEllipse()、drawArc()、drawPie()、drawChord()、drawLineSegments()、drawPolyline()、drawPolygon()、drawConvexPolygon()和drawCubicBezier()。所有这些函数使用整数坐标，它们没有浮点数的版本，因为我们想使绘制尽可能快地进行。
2、坐标系统
在Qt中的一个绘画设备是一个可画的二维平面。QWidget、QPixmap、QPicture和QPrinter都是绘画设备。QPainter是一个可以在上面画的对象。一个绘画设备的默认坐标系统的原点在左上角。X轴由左向右增加，Y轴由上向下增加。对于基于像素的设备单位是像素，对于打印机是点。Qt的坐标系除了默认的坐标系以外还可对坐标系进行转换，这样结合Qpainter的绘图函数就可以画出各种图形。Qt提供了像QPainter::rotate()、QPainter::scale()、QPainter::translate()等方法来改变坐标系。
3、射击小游戏
射击小游戏可以通过拖动右边“ANGLE”和“FORCE”滑动条，改变发射子弹的角度和力量，点击“Shoot”按钮就可以发射子弹，子弹以抛物线的角度运行，如果撞到红色的目标物体，则游戏成功，上面的LCD段码“HITS”数值加一，每一局规定可以发射子弹的数据，SHOTS LEFT显示还有多少发子弹可以发射。整体窗口布局可以分为以下几部分：上面的按钮及LCD段码，包括“Quit”“Shoot”“NewGame”“HITS”“SHOTS LEFT”；窗口左边的‖ANGLE‖,‖FORCE‖是LCD段码和滑动条的组合，可以用来改变发射角度和发射力量两个变量；窗口右边大部分黄色的区域是游戏主窗口，里面包括了大炮，炮弹，目标，障碍墙等几个成员。【实验代码】
lcdrangge.cpp和lcdrange.h创建了一个新的窗体，窗体中包含了一个标签，一个LCD段码，一个滑动条。滑动条和LCD段码建立信号与槽的联系，这样当滑动条移动时其数值的变化直接就可以通过LCD段码显示。其构造函数如下： void LCDRange::init(){ QLCDNumber *lcd = new QLCDNumber(2);// 定义LCD段码lcd->setSegmentStyle(QLCDNumber::Filled);slider = new QSlider(Qt::Horizontal);// 定义水平滑动条 slider->setRange(0, 99);slider->setValue(0);label = new QLabel;// 定义标签
label->setAlignment(Qt::AlignHCenter | Qt::AlignTop);label->setSizePolicy(QSizePolicy::Preferred, QSizePolicy::Fixed);connect(slider, SIGNAL(valueChanged(int)), lcd, SLOT(display(int)));// 建立滑动条信号和LCD段码槽函数的连接
connect(slider, SIGNAL(valueChanged(int)), this, SIGNAL(valueChanged(int)));// 建立滑动条信号和窗体信号的连接QVBoxLayout *layout = new QVBoxLayout;layout->addWidget(lcd);// 采用垂直布局器，安排三个组件layout->addWidget(slider);layout->addWidget(label);setLayout(layout);setFocusProxy(slider);// 设置焦点在滑动条上 } 1)大炮
大炮由两部分组成一部分是下面的底座，一部分是活动的炮筒。需要转换坐标系然后画一个饼形，对于炮筒，类似与上面钟表例子的时钟，需要随着角度的不同而不同，代码如下。void CannonField::paintCannon(QPainter &painter){ painter.setPen(Qt::NoPen);painter.setBrush(Qt::blue);painter.save();// 保存坐标信息
painter.translate(0, height());//平移坐标原点
painter.drawPie(QRect(-35,-35, 70, 70), 0, 90 * 16);// 画饼形
painter.rotate(-currentAngle);// 旋转坐标系，painter.drawRect(barrelRect);// 在新的坐标系中，画矩形，即炮筒
painter.restore();// 回复原来的坐标系 } 2)炮弹
炮弹使用一个小矩形代替，炮弹的运行轨迹为抛物线，代码如下 QRect CannonField::shotRect()const { const double gravity = 4;double time = timerCount / 20.0;double velocity = shootForce;// 发射力量
double radians = shootAngle * 3.14159265 / 180;// 发射角度 double velx = velocity * cos(radians);// 根据发射力量，角度和时间计算炮弹位置
double vely = velocity * sin(radians);// 采用标准牛顿力学公式
double x0 =(barrelRect.right()+ 5)* cos(radians);double y0 =(barrelRect.right()+ 5)* sin(radians);double x = x0 + velx * time;double y = y0 + vely * time1-qRound(y)));return result;} 3)目标
目标也是使用一个小矩形表示，为了增加趣味性，目标矩形的位置是随机的。QT提供了随机函数qrand提供随机数，创建一个新目标代码如下。
void CannonField::newTarget(){ static bool firstTime = true;// ensure create new target when old target disappear if(firstTime){ firstTime = false;QTime midnight(0, 0, 0);qsrand(midnight.secsTo(QTime::currentTime()));// 设置随机种子 } target = QPoint(200 + qrand()% 190, 10 + qrand()% 255);// 得到随机坐标值update();} 当炮弹发射后，需要判断炮弹是否击中了目标，可以使用下面函数判断。
void CannonField::moveShot(){ QRegion region = shotRect();// 保存炮弹矩形 ++timerCount;QRect shotR = shotRect();// receive new ball region if(shotR.intersects(targetRect())){ // 如果炮弹和目标重合，则认为击中目标 autoShootTimer->stop();// 停止定时器 emit hit();// 发送击中目标信号
emit canShoot(true);// 表示可以再次发送炮弹了 } else if(shotR.x()> width()|| shotR.y()> height()|| shotR.intersects(barrierRect())){// 如果炮弹到达边界过着碰到障碍墙 autoShootTimer->stop();// 本次发射结束 emit missed();// 发送没有击中目标信号 emit canShoot(true);// 表示可以再次发送炮弹 } Else { region = region.unite(shotR);//平滑移动炮弹 } update(region);} gameboard.cpp，gameboard.h这两个文件的作用是封装用到的所有成员建立信号与槽的连接，然后使用布局管理组件完成对各成员的布局。GameBoard初始化函数如下所示。
GameBoard::GameBoard(QWidget *parent): QWidget(parent){ QPushButton *quit = new QPushButton(tr(“&Quit”));quit->setFont(QFont(“Times”, 18, QFont::Bold));connect(quit, SIGNAL(clicked()), qApp, SLOT(quit()));LCDRange *angle = new LCDRange(tr(“ANGLE”));angle->setRange(5, 70);LCDRange *force = new LCDRange(tr(“FORCE”));force->setRange(10, 50);QFrame *cannonBox = new QFrame;cannonBox->setFrameStyle(QFrame::WinPanel | QFrame::Sunken);cannonField = new CannonField;connect(angle, SIGNAL(valueChanged(int)), cannonField, SLOT(setAngle(int)));connect(cannonField, SIGNAL(angleChanged(int)), angle, SLOT(setValue(int)));connect(force, SIGNAL(valueChanged(int)), cannonField, SLOT(setForce(int)));connect(cannonField, SIGNAL(forceChanged(int)), force, SLOT(setValue(int)));connect(cannonField, SIGNAL(hit()), this, SLOT(hit()));connect(cannonField, SIGNAL(missed()), this, SLOT(missed()));QPushButton *shoot = new QPushButton(tr(“&Shoot”));shoot->setFont(QFont(“Times”, 18, QFont::Bold));connect(shoot, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(fire()));connect(cannonField, SIGNAL(canShoot(bool)), shoot, SLOT(setEnabled(bool)));QPushButton *restart = new QPushButton(tr(“&New Game”));restart->setFont(QFont(“Times”, 18, QFont::Bold));connect(restart, SIGNAL(clicked()), this, SLOT(newGame()));hits = new QLCDNumber(2);hits->setSegmentStyle(QLCDNumber::Filled);shotsLeft = new QLCDNumber(2);shotsLeft->setSegmentStyle(QLCDNumber::Filled);QLabel *hitsLabel = new QLabel(tr(“HITS”));QLabel *shotsLeftLabel = new QLabel(tr(“SHOTS LEFT”));(void)new QShortcut(Qt::Key_Enter, this, SLOT(fire()));(void)new QShortcut(Qt::Key_Return, this, SLOT(fire()));(void)new QShortcut(Qt::CTRL + Qt::Key_Q, this, SLOT(close()));QHBoxLayout *topLayout = new QHBoxLayout;topLayout->addWidget(shoot);topLayout->addWidget(hits);topLayout->addWidget(hitsLabel);topLayout->addWidget(shotsLeft);topLayout->addWidget(shotsLeftLabel);topLayout->addStretch(1);topLayout->addWidget(restart);QVBoxLayout *leftLayout = new QVBoxLayout;leftLayout->addWidget(angle);leftLayout->addWidget(force);QVBoxLayout *cannonLayout = new QVBoxLayout;cannonLayout->addWidget(cannonField);cannonBox->setLayout(cannonLayout);QGridLayout *gridLayout = new QGridLayout;gridLayout->addWidget(quit, 0, 0);gridLayout->addLayout(topLayout, 0, 1);gridLayout->addLayout(leftLayout, 1, 0);gridLayout->addWidget(cannonBox, 1, 1, 2, 1);gridLayout->setColumnStretch(1, 10);setLayout(gridLayout);angle->setValue(60);force->setValue(25);angle->setFocus();newGame();} 【实验总结】
生物技术大实验 篇3
图-1：向纸筒内倾倒二氧化碳图2：倾倒二氧化碳
“二氧化碳熄灭蜡烛火焰”的实验，由于烧杯中空间有限且燃有2支蜡烛，，烧杯中气体易被加热。因此在倾倒二氧化碳时上升的热气流会阻碍二氧化碳的下沉，甚至冲散二氧化碳，致使实验常常成功率不高。为此我巧用注射器对证明二氧化碳的密度比空气大的实验进行了几种方案设计，并在实验中取得了理想的效果，这些实验不仅可用于教师课堂演示，也可作为学生实验进行推广，现介绍如下：
方案设计一：用2支10毫升的注射器，分别抽取实验室中空气和二氧化碳10毫升，然后将注射器针头分别蘸取肥皂水再吹两个大小相当的肥皂泡，让学生观察两个肥皂泡下降的速度（如图-3）。充满二氧化碳的肥皂泡下降的速度明显比充满空气的肥皂泡下降的速度快得多，这说明二氧化碳的密度比空气大。
方案设计二：取一个烧杯充满二氧化碳，然后取1支10毫升的注射器抽取实验室中空气，将注射器针头蘸取肥皂水插入烧杯底部再吹肥皂泡（如图-4）。肥皂泡迅速上升，这也能说明二氧化碳的密度比空气大。
图-3图-4
方案设计三：
1.实验仪器及试剂：50毫升的注射器1支、T型导管1支、滴定台1个、烧杯2只、弹簧夹1个、澄清石灰水。
2.实验装置：（如下图-5）所示
图-53.实验操作及现象：用50毫升的注射器抽取二氧化碳，然后用注射器针头插入一端封闭的橡皮管（如图-5），再向T型导管内慢慢注入二氧化碳。与T型导管上方导管连接的烧杯中的澄清石灰水没有变浑浊，而与T型导管下方导管连接的烧杯中的澄清石灰水变浑浊，这说明二氧化碳的密度比空气大。
4.实验注意事项：
（1）连接T型导管上方的导管不宜太短，一般要大于20CM，防止二氧化碳气体从T型导管上方的导管溢出。
（2）用注射器针头插入一端封闭的橡皮管再慢慢推注射器活塞，不能太快，可以防止T型导管下方导管来不及导出二氧化碳气体，使二氧化碳气体被迫从T型导管上方的导管挤出。
三种实验设计的优点：
1.实验装置的操作比较简单，成功率高。
2.实验现象十分明显，可视性强，便于学生观察。
3.实验趣味性，能引起学生强烈的兴趣，给学生留下更深刻的印象。
4.实验说服力强，学生看了很容易得出二氧化碳的密度比空气大的结论。
参考文献
[1]欧群，李德前.巧用T形三通管探究多种气体的性质化学教育[J]2011（8）53
[2]王会.二氧化碳密度实验的改进化学教学[J]2000（12）
[3]胡海铭.测定空气里氧气含量实验的再改进[J]化学教与学2013（2）96
[4]王晶，郑长龙.义务教育教科书化学（九年级上册）[M].北京：人民教育出版社.2012，6
*安徽省教育科研规划课题“提升初中化学实验教学有效性的研究”（项目编号：JG13299）阶段性成果
（责任编辑罗艳）endprint
如何用实验证明二氧化碳的密度比空气大。原人教版是用向纸筒内倾倒二氧化碳的方法来证明二氧化碳的密度比空气大（如图-1），该装置的灵敏度有限，在实验中的实验效果不甚理想。现行人教版2012年版的《义务教育教科书*化学》没有设计专门的实验来验证二氧化碳的密度比空气大，而是通过第117页实验6-3（如图-2）“二氧化碳熄灭蜡烛火焰”的实验来说明二氧化碳能倾倒，进而说明二氧化碳的密度比空气大。
图-1：向纸筒内倾倒二氧化碳图2：倾倒二氧化碳
“二氧化碳熄灭蜡烛火焰”的实验，由于烧杯中空间有限且燃有2支蜡烛，，烧杯中气体易被加热。因此在倾倒二氧化碳时上升的热气流会阻碍二氧化碳的下沉，甚至冲散二氧化碳，致使实验常常成功率不高。为此我巧用注射器对证明二氧化碳的密度比空气大的实验进行了几种方案设计，并在实验中取得了理想的效果，这些实验不仅可用于教师课堂演示，也可作为学生实验进行推广，现介绍如下：
方案设计一：用2支10毫升的注射器，分别抽取实验室中空气和二氧化碳10毫升，然后将注射器针头分别蘸取肥皂水再吹两个大小相当的肥皂泡，让学生观察两个肥皂泡下降的速度（如图-3）。充满二氧化碳的肥皂泡下降的速度明显比充满空气的肥皂泡下降的速度快得多，这说明二氧化碳的密度比空气大。
方案设计二：取一个烧杯充满二氧化碳，然后取1支10毫升的注射器抽取实验室中空气，将注射器针头蘸取肥皂水插入烧杯底部再吹肥皂泡（如图-4）。肥皂泡迅速上升，这也能说明二氧化碳的密度比空气大。
图-3图-4
方案设计三：
1.实验仪器及试剂：50毫升的注射器1支、T型导管1支、滴定台1个、烧杯2只、弹簧夹1个、澄清石灰水。
2.实验装置：（如下图-5）所示
图-53.实验操作及现象：用50毫升的注射器抽取二氧化碳，然后用注射器针头插入一端封闭的橡皮管（如图-5），再向T型导管内慢慢注入二氧化碳。与T型导管上方导管连接的烧杯中的澄清石灰水没有变浑浊，而与T型导管下方导管连接的烧杯中的澄清石灰水变浑浊，这说明二氧化碳的密度比空气大。
4.实验注意事项：
（1）连接T型导管上方的导管不宜太短，一般要大于20CM，防止二氧化碳气体从T型导管上方的导管溢出。
（2）用注射器针头插入一端封闭的橡皮管再慢慢推注射器活塞，不能太快，可以防止T型导管下方导管来不及导出二氧化碳气体，使二氧化碳气体被迫从T型导管上方的导管挤出。
三种实验设计的优点：
1.实验装置的操作比较简单，成功率高。
2.实验现象十分明显，可视性强，便于学生观察。
3.实验趣味性，能引起学生强烈的兴趣，给学生留下更深刻的印象。
4.实验说服力强，学生看了很容易得出二氧化碳的密度比空气大的结论。
参考文献
[1]欧群，李德前.巧用T形三通管探究多种气体的性质化学教育[J]2011（8）53
[2]王会.二氧化碳密度实验的改进化学教学[J]2000（12）
[3]胡海铭.测定空气里氧气含量实验的再改进[J]化学教与学2013（2）96
[4]王晶，郑长龙.义务教育教科书化学（九年级上册）[M].北京：人民教育出版社.2012，6
*安徽省教育科研规划课题“提升初中化学实验教学有效性的研究”（项目编号：JG13299）阶段性成果
（责任编辑罗艳）endprint
如何用实验证明二氧化碳的密度比空气大。原人教版是用向纸筒内倾倒二氧化碳的方法来证明二氧化碳的密度比空气大（如图-1），该装置的灵敏度有限，在实验中的实验效果不甚理想。现行人教版2012年版的《义务教育教科书*化学》没有设计专门的实验来验证二氧化碳的密度比空气大，而是通过第117页实验6-3（如图-2）“二氧化碳熄灭蜡烛火焰”的实验来说明二氧化碳能倾倒，进而说明二氧化碳的密度比空气大。
图-1：向纸筒内倾倒二氧化碳图2：倾倒二氧化碳
“二氧化碳熄灭蜡烛火焰”的实验，由于烧杯中空间有限且燃有2支蜡烛，，烧杯中气体易被加热。因此在倾倒二氧化碳时上升的热气流会阻碍二氧化碳的下沉，甚至冲散二氧化碳，致使实验常常成功率不高。为此我巧用注射器对证明二氧化碳的密度比空气大的实验进行了几种方案设计，并在实验中取得了理想的效果，这些实验不仅可用于教师课堂演示，也可作为学生实验进行推广，现介绍如下：
方案设计一：用2支10毫升的注射器，分别抽取实验室中空气和二氧化碳10毫升，然后将注射器针头分别蘸取肥皂水再吹两个大小相当的肥皂泡，让学生观察两个肥皂泡下降的速度（如图-3）。充满二氧化碳的肥皂泡下降的速度明显比充满空气的肥皂泡下降的速度快得多，这说明二氧化碳的密度比空气大。
方案设计二：取一个烧杯充满二氧化碳，然后取1支10毫升的注射器抽取实验室中空气，将注射器针头蘸取肥皂水插入烧杯底部再吹肥皂泡（如图-4）。肥皂泡迅速上升，这也能说明二氧化碳的密度比空气大。
图-3图-4
方案设计三：
1.实验仪器及试剂：50毫升的注射器1支、T型导管1支、滴定台1个、烧杯2只、弹簧夹1个、澄清石灰水。
2.实验装置：（如下图-5）所示
图-53.实验操作及现象：用50毫升的注射器抽取二氧化碳，然后用注射器针头插入一端封闭的橡皮管（如图-5），再向T型导管内慢慢注入二氧化碳。与T型导管上方导管连接的烧杯中的澄清石灰水没有变浑浊，而与T型导管下方导管连接的烧杯中的澄清石灰水变浑浊，这说明二氧化碳的密度比空气大。
4.实验注意事项：
（1）连接T型导管上方的导管不宜太短，一般要大于20CM，防止二氧化碳气体从T型导管上方的导管溢出。
（2）用注射器针头插入一端封闭的橡皮管再慢慢推注射器活塞，不能太快，可以防止T型导管下方导管来不及导出二氧化碳气体，使二氧化碳气体被迫从T型导管上方的导管挤出。
三种实验设计的优点：
1.实验装置的操作比较简单，成功率高。
2.实验现象十分明显，可视性强，便于学生观察。
3.实验趣味性，能引起学生强烈的兴趣，给学生留下更深刻的印象。
4.实验说服力强，学生看了很容易得出二氧化碳的密度比空气大的结论。
参考文献
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[3]胡海铭.测定空气里氧气含量实验的再改进[J]化学教与学2013（2）96
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*安徽省教育科研规划课题“提升初中化学实验教学有效性的研究”（项目编号：JG13299）阶段性成果
《生物技术大实验》教学改革初探 篇4
生物技术是21世纪最具发展前景和活力的学科之一, 《国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006—2020年) 》将其列为需要大力发展的前沿技术[1], 在《“十二五”生物技术发展规划》中, 也将生物技术产业提到了战略性新兴产业的历史新高度[2]。许多发达国家也都把生物技术确定为经济和科技发展的关键技术, 成为各国竞争最为激烈的前沿领域之一。在激烈的国际竞争中, 人才是制胜的关键, 大力培养具有创新意识和创新能力的现代生物技术人才已成为高等教育的历史责任。
生物技术专业旨在培养适应我国经济、社会发展需要, 德智体全面发展, 掌握现代生物学和生物技术的基本理论、基本知识和基本技能, 获得应用基础研究和科技开发研究的初步训练, 具有良好的科学素质、较强的创新意识和实践能力的生物技术高级专门人才。实验教学是理论联系实际的重要教学环节, 是生物技术专业教学的重要组成部分, 对于培养学生实验能力、创新能力、独立工作能力有不可替代的重要作用。近年来, 生物技术呈现迅猛发展的局面, 新理论、新技术层出不穷。因此, 实验教学在生物技术专业学生培养中的地位更加重要。重庆师范大学自2004年开始招收生物技术本科专业, 开设了生物化学实验、动物学实验、植物学实验等十多门基础实验课程, 在这些实验课程的基础上于2006年开始在对2004级生物技术专业的学生开设《生物技术大实验》综合实验课程。许多高校也都开设了这门实验课, 并做了很多教学改革的尝试[3,4,5,6]。笔者根据多年承担该门实验课程教学的经历, 分析和总结了《生物技术大实验》课程开设过程中存在的问题和教学改革的一些成功经验。
二、《生物技术大实验》教学存在的主要问题
《生物技术大实验》总共有100个学时, 该课程对于学生深入理解和掌握现代生物技术的理论和操作技能是必不可少的, 实验内容包括生物化学、分子生物学、基因工程、微生物发酵、植物细胞培养等。经过多年的教学实践, 教学团队积极调整教学内容, 优化实验安排, 并编写了《生物技术大实验讲义》, 取得了较好的教学效果。然而, 在学校的整体教学运行体系中, 实验教学主要依附于理论教学, 实验整体安排缺乏系统性, 实验教学落后于理论教学, 不利于学生系统掌握各种实验技能。问题表现在如下几方面。
1. 实验设备不足。
《生物技术大实验》涉及的实验内容多, 需要的实验设备多, 价格昂贵, 维护费用高, 因而购置套数有限。有些基本实验可以达到2个人一组, 而有些实验只能由6个人一组, 甚至一个班共用一套设备, 限制了实验项目的选用、实验质量和教学效果。
2. 实验教学内容单一。
尽管《生物技术大实验》是一门综合性实验课程, 但教学内容主要是基础的验证性实验, 综合性和自主性设计实验较少。这种教学内容安排不利于学生动手能力和创新能力的培养。
3. 实验教学方法陈旧。
以传统的实验教学模式为主。实验之前, 教师将实验的原理、要求、难点、实验现象以及注意事项等进行详细讲解, 以确保实验成功。实验所需的仪器、试剂配制均已由实验员准备好并摆在试架上, 学生只是机械地操作, 定时观察现象, 记录实验数据。很多学生只是盲目操作, 走走过场, 这种实验教学模式实际上是一种呆板的模仿型教学, 既造成资源浪费, 又打消学生对实验课的兴趣, 既不利于对课本知识的理解和巩固, 也不利于对学生创新精神和创新能力的培养。
4. 学生对实验课的重视程度不够。
学生没有学习目的, 就认为高考是学生学习的一个终极考验, 考上大学如同进入保险箱, 最终自我放松。学习态度非常散漫, 不愿意学习, 旷课、逃课、忙于打工等社会活动。实验课的考核方式主要以平时的实验表现和实验报告为主, 没有期末考试的“紧箍咒”, 学生的态度更是散漫, 光看不动手, 只是起着“记录员”的作用, 更有甚者完全让同学做, 自己抄个数据就可以了。
5. 对学生和教师的评价考核机制还不够科学完善。
评价学生的标准主要是平时成绩, 导致学生不重视实验课。而对教师的评价考核过多侧重于形成性评价上, 而不注重过程评价。对于教学行为的评价也只看教师给学生传授了多少知识和学生掌握知识的情况, 不注重教师在教学过程中是否善于发现或提出问题, 不注重考核教师对学生创新思维能力的培养。
三、《生物技术大实验》的改革
1. 加强实验室建设, 完善实验教学条件。
实验室是课堂教学的延伸, 是理论联系实际的重要手段, 是学校教学和科研工作的重要组成部分。近年来, 学校以申博立项建设为契机, 以重点实验室和实验教学中心建设为重点, 加大对实验学科的投入, 购置了相关的实验设备, 使实验设备基本满足1~2人一套。同时, 在学校和学院统一安排下, 将科研实验室的部分大型设备向本科生开放, 提高大型设备的开放程度和利用率。安排专门教师教授大型设备的原理、使用方法和注意事项, 让每个学生都有机会接触和掌握现代化设备的使用。
2. 调整实验内容, 增强学生自主性。
删除验证性实验, 将这部分实验融合到基础实验课程当中, 而将《生物技术大实验》的内容全部调整为综合性实验和自主性实验, 尤其要提高自主性实验的比例。综合性实验的教学目标是突出对学生动手能力、分析问题和解决问题等综合性素质的培养。让学生运用已掌握的理论和知识去分析得出实验结果, 培养动手能力和分析能力。例如通过“植物组织培养”实验, 通过取材、预处理、愈伤组织诱导与继代培养等实验, 让学生掌握植物组织培养的知识和实验技术, 培养学生综合利用学过的知识来分析实验结果。自主性实验教学模式是以学生自主活动为基础的新型实验教学模式。我们开设了“土壤淀粉酶产生菌的筛选鉴定”、“果蝇海藻糖合成酶基因的克隆”、“中华按蚊宿主偏好性的研究”等自主性实验, 由学生自主设计实验方案、准备实验材料、自主配制实验试剂、安排实验进程和实验时间进行设计性实验。通过实验内容的调整, 不但提高了学生对实验的兴趣, 而且培养了学生的创新精神和创新能力。经过四届生物技术专业学生的试运行, 取得了非常好的效果。
3. 转变实验老师的职能, 提高学生能动性。
在过去的实验教学过程中, 实验员将实验所需要的所有设备、耗材准备好, 实验所用试剂全部配制好。任课老师详细讲解实验原理、实验步骤、注意事项等, 学生只是利用已经准备好的实验条件, 按照详细的实验步骤机械地操作, 不需要动脑子。老师包办一切, 而学生只是简单模仿。通过几年的教学探索, 我们转变了教师在实验过程中的角色, 由过去的包办一切转变为起辅助作用。实验员准备实验场地, 提供设备、试剂, 安排实验时间, 在规定的时间内由学生自行安排实验进度, 配制实验试剂, 进行实验操作。任课老师指导学生实验, 检查学生的安排是否合理, 培训设备的使用是否正确, 帮助学生分析实验中出现的问题。通过师生角色的转换, 使学生成为实验的主体, 发挥了学生的自主性和能动性, 较好地培养学生的动手能力和分析问题、解决问题的能力。
4. 引导学生进入科研实验室, 培养学生科研素养。
在进行《生物技术大实验》的过程中, 引导学生进入科研实验室, 在教师的指导下进行科研训练, 鼓励学生参加教师的科研课题, 与教师合作进行科学研究。既充分利用我校动物生物学重庆市重点实验室、活性物质生物技术教育部工程中心、重庆市生物学实验教学示范中心等平台的仪器设备和师资力量, 又提高学生的科学素质, 培养学生的科学精神。
5. 改革实验教学的考核体系, 建立完善的创新激励机制。
过去, 《生物技术大实验》的期末成绩主要由平时成绩、实验报告和实验考试等组成 (平时成绩占5%、实验报告占20%、期末考试占75%) , 忽视实验过程。为了提高学生的积极性和实验操作能力, 我们使用综合评价方式来确定学生的最终成绩, 包括实验基本知识、实验基本操作、动手能力、分析问题和解决问题的能力、创新能力等。将平时成绩的比重提高到60%, 根据学生的出勤率、实验态度、实验操作的规范性、实验方案是否合理、实验结果是否正确、实验现象解释是否合理和试验完成后是否正确善后等进行综合评定。期末考试在规定的时间内进行理论知识考核和实验操作考核, 期末的考试成绩占40%。这种考核方式, 虽然增加了教师的工作量, 但能够较全面、客观、公正地反映学生学习的情况, 大大调动了学生学习的积极性, 有助于培养学生自主性和创新能力。
四、结论
通过加大实验室的投入, 改善了实验条件, 调整了实验教学的内容, 改进了实验教学的模式, 改革了实验考核的评价体系。经过近四年的探索和实践, 取得了较好的教学效果, 得到了学生的认同。提高了学生的主观能动性、分析能力和实践能力, 培养了学生实事求是的科学态度和创新精神。
摘要：本文分析了《生物技术大实验》在教学过程中存在的问题和不足。通过实验室硬件建设、实验教学内容和教学模式的调整、教师角色的转换、引导学生进入科研实验和完善实验考核体系等方面的改革与实践, 取得了非常好的教学效果, 充分调动了学生的学习积极性, 有效提高实验课的教学质量, 并有利于培养学生的综合分析能力和创新意识。
关键词：生物技术大实验,教学改革,教学质量
参考文献
[1]国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006-2020年) [Z].国发[2005]第044号.
[2]“十二五”生物技术发展规划[Z].国科发社[2011]588号.
[3]金荣仲, 蒋林彬, 胡春萍.生物技术专业学生在校学习与毕业实习有效接轨初探——桂林医学院开设《生物技术大实验》课程的实践与思考[J].长江大学学报 (自然科学版) , 2012, 9 (9) :47-49.
[4]吴艳丽.生物技术大实验课程教学改革与实践[J].中国观代躺装备, 2009, (7) :102-104.
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生物技术大实验 篇5
关键词：生物信息学,综合大实验,体系构建
生物信息学作为一门新兴的交叉学科, 是当今生命科学最具活力的前沿领域之一, 自2002年起, 我国一些高等院校开始设立生物信息学本科专业[1,2]。
实验教学作为高校教学活动的有机组成部分, 是培养学生理论联系实际, 分析问题、解决问题能力的重要教学环节, 是实现人才培养目标的重要部分, 在人才培养过程中具有重要的地位和作用[3,4,5]。
生物信息学综合大实验是针对生物信息学新专业开设的一门新的综合实验课程, 作为新专业新开设的课程, 在诸多方面, 尤其是教学内容、教材和评价体系等方面均没有现存资料经验可供参考。我们教学团队在近几年教学过程中, “摸着石头过河”, 努力进取, 深化改革, 根据生物信息本科专业特点、整个专业教学体系的完整性、专业培养目标和社会需求, 在资源整合和体系创新的基础上, 设置、构建和优化生物信息学综合大实验教学体系, 以便更好推进生物信息学专业本科生的素质培养。
本文根据近几年来的生物信息学综合大实验建设中经验从专业设置背景、大实验体系构建的必要性和目标以及实验体系构建内容与实施评估等几个方面进行总结, 和同行进行交流, 以便抛砖引玉。
1 生物信息学综合大实验设置背景
重庆邮电大学在2001年根据学校信息学科优势和21世纪是生物学的世纪趋势, 建立了生物信息学院, 申请并获得了生物信息学本科专业办学招生许可, 并于2002开始招生, 是开设生物信息学本科专业最早高校之一。
当初, 设置《生物信息学综合大实验》课程本质目的是根据学校专业定位与培养目标、根据学生就业要求或者将来进一步深造需要, 避免随课实验教学存在学时短、知识点散、系统性综合性差、与实际应用要求相差较远等问题, 以一个工程项目或一个科研项目完整开展过程为主线, 开设出层次高、系统性综合性强和与社会需求紧密接轨的系列实验, 从更高层次上提升学生的专业技术综合应用实践技能。
2 生物信息学综合大实验体系构建的重要性与建设目标
2.1 生物信息学综合大实验体系构建的重要性
由于生物信息学专业是我国最年轻的专业之一, 也是重庆邮电大学生物信息学院最新专业, 在生物信息学专业实践教学方面没有多少成功的经验值得借鉴, 许多方面需要我们“摸着石头过河”, 加上专业建设时间不长, 这方面自身经验积累不足, 许多想法和思路有待验证、改善和落实, 实验教学内容设置、内容衔接和效果评估建设等方面还较欠缺, 传统性实验开展较多, 开放性实验开展过少, 最新技术方法和社会对专业技术新的要求在专业实验教学中融入还不够, 内容还不成体系, 系统性还存在许多不足。这就导致学生无法利用综合知识解决生物信息学中实际问题, 也就限制了学生解决实际问题能力培养和科学思维锻炼。鉴于此, 这就要求我们必需根据专业特色和发展要求进行相关实验教学改革, 不能走老路, 必须另辟新径, 设立生物信息学综合大实验, 加强对学生综合知识的应用能力、解决问题实际能力和科学思维的系统训练, 从而培养出能够符合社会需求的生物信息学专业学生, 对促进生物信息学专业整体提升具有重要的意义。
2.2 生物信息学综合大实验体系构建思路与目标
重庆邮电大学生物信息学院根据生物信息学学科的新发展、教育改革的新方向、专业定位与专业培养目标等要求, 确定了生物信息学综合大实验体系构建思路:即实验内容必须以生物信息分析处理挖掘及其结果生物学意义诠释、生物信息学算法设计及其编程实现和生物信息相关软件开发等知识为框架, 以一个工程项目或一个科研项目完整开展过程为主线, 设置出系列综合性系统性强实验, 并确定相应的实验内容要求细则与建立相应的实验教学效果评价体系。
然后, 根据构建思路确定了生物信息学综合大实验体系构建目标:即在生物数据库技术及应用、数据挖掘原理及其在生物信息学中的应用、生物信息软件工程实验、Perl程序设计实验和Biojava程序设计实验等随课实验基础上提升难度、增加连贯性, 增强系统性, 与社会发展需求和学生发展需要紧密接轨, 体现一个工程项目或一个科研项目完整开展过程为主线, 开设出了30余个综合性、设计性和前瞻性实验项目, 便于实施全开放式实验教学, 充分培养学生的自学能力、思考能力和专业知识的综合灵活运用能力, 并设置相应的指导原则。
3 生物信息学综合大实验体系构建主要内容与实施实践
首先根据专业发展要求和学校学院优势, 对实验项目整体进行顶层设计, 在此基础上制定出实验教学计划和实验教学大纲;然后设计出实验项目的具体内容、确定实验执行要求细则和评价指标, 最后编写出相应的实验教学指导书;最后进行实施实践, 评估实践效果, 发现新问题, 提出新的修改方案。
3.1 实验项目顶层设计和实验教学大纲计划的制定
汲取国内外名校相关课程的实验教学内容的经验和长处, 并结合本校的信息学科优势和专业培养目标, 以一个工程项目或一个科研项目完整开展过程为主线, 综合生物信息采集获取、生物信息分析处理与数据挖掘、生物信息学算法设计与软件开发等理论知识以及先前实验教学知识, 对将开出综合性、设计性和前瞻性强的系列大实验进行顶层设计, 总学时64学时, 开课时间设在第六学期, 使该课程在学生的专业理论知识以及专业基础实验的具体应用与毕业设计、就业选择或研究生深造之间起到一个承前启后、相互联系、相互贯通的作用。
然后在此基础上, 构建生物信息分析处理挖掘及其结果生物学意义诠释、生物信息学算法设计及其编程实现和生物信息相关软件开发三大实验教学模块, 设计出综合性、设计性、前瞻性、产学研紧密结合和可开放性实施的系列大实验项目, 制订出相应的实验教学大纲和实验计划。
3.2 实验项目内容和评价体系确定
在实验项目内容设置过程中, 我们通过对专业理论知识和基础实验整合优化和升华, 解决实验内容重复、衔接不合理、综合和系统性不够等问题, 设计出了三大实验教学模块:第一部分:学习和掌握运用经典的生物信息分析工具和免费的生物数据库, 获取生物信息数据、对获取数据进行分析处理和对分析结果进行生物学意义评估, 学习和掌握应用主流数据挖掘工具对生物信息进行数据进行预处理与数据挖掘分析;第二部分:学习和掌握生物信息学经典算法编程实现和应用效果评估;第三部分:学习和掌握运用Java技术开发生物信息学相关软件技能。
对于生物信息分析处理与数据挖掘大实验模块, 我们设计出了16学时大实验:包括8学时基因组序列分析综合大实验 (融基于Phrap、Next GENe基因序列拼接, 基于Eu Gene基因识别和基于Glimmer HMM内含子剪接位点识别等知识于一体) 和8学时系统发育分析及蛋白结构分析综合大实验 (融基于clustalw及clustalx基因家族的多序列比对分析, 基于phylip、mega基因家族系统发育分析, 基于PAUP及Mr Bayes基因家族系统发育分析和基于PAUP及Mr Bayes基因家族系统发育分析等知识于一体) 。
对于生物信息学算法设计及其编程实现大实验模块, 我们设计了16学时生物信息算法编程大实验 (融Linux管道命令shell编程, 两两比对算法实现、调控元件建模串模型和矩阵模型算法的实现、gibbs算法和系统发生树构建算法实现于一体) 。
对于生物信息软件开发大实验模块, 我们设计了16学时生物信息软件开发大实验 (融eclipse开发平台应用、生物信息可视化 (软件界面设计与生物信息分析图形绘制) 和Pcr电泳图像分析 (图像解释、直方图分析、二值变换和图像识别分析) 等于一体) 。
同时, 根据每个大实验模块特征和社会对生物信息学专业素质要求, 我们设计了相应的评价体系, 融实验准备、实验内容设计、实验操作、实验报告、实验效果、实验过程表现和实验答辩于一体。制定生物信息学综合大实验实践教学内容要求细则与评估体系, 让教学开展有规可循, 让教学效果评估有尺可度。
3.3 实验教材编写和实施实践
对于新专业新课程, 没有现存书籍可选为实验教材, 我们根据制定出的教学大纲、教学计划、要求细则与评估体系, 编写了生物信息学综合大实验指导书, 并每年根据往年教学中出现的问题、教学内容的更新、在校学生的建议、已毕业生的反馈、专业培养计划的变更以及社会需求变化等等方面信息, 及时修改更新实验内容与实验教材。
在实验实施过程中, 要求学生利用课外时间把实验进行预作和进行完善, 把出现的问题记录好 (实验难度大内容多综合性强, 在非常有限课堂时间内学生难以把实验完成好) , 课堂时间用于学生碰到的困难问题集中解决和实验的深化优化指导, 并及时对学生实验效果检查评估和集中点评。
4 结语
构建的生物信息学综合大实验体系, 经过近几年来不断实践、改进、优化和完善, 实验的系统性大大增加, 实验内容重复、实验时间与项目实际衔接不合理的问题得到解决, 实验效果得到了提高。学生对整个实验内容的安排比较满意, 每届均有1~2学生名被保送清华大学或者北京大学进行研究生深造 (并且占用是清华大学或者北京大学保研指标) , 进入到有关生物信息公司 (如深圳华大基因, 重庆诺京生物信息技术有限公司等) 的毕业学生也广泛受到好评。
虽然, 构建的生物信息学综合大实验体系取得了一定的成绩, 但是, 离构建特色鲜明的、和市场需求紧密结合的、综合性强的生物信息学专业生物信息学综合大实验体系还有很长的路要走, 实验内容在深度和广度方面还需进一步改善, 师资队伍还不够强大。因此, 随着质量工程的深入开展, 我们还需要进一步加大改革探索力度, 在生物信息学综合大实验体系中大力推进研究性和探究性实验项目设置, 在现有基础上完善科研主导的整个实践教学体系优化, 建设高水平的实验实践教学团队, 编写出高水平的实验体系和指导教材, 为生物信息学专业教学发展鞠躬尽瘁。
参考文献
[1]高亚梅, 王伟东, 戴凌燕, 等.信息技术与生物信息学实验教学整合的探索与实践[J].生物信息学, 2011.9 (3) :247-249.
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生物技术大实验 篇6
在以往的教学中,通常把食品微生物检验实验融合在食品微生物实验中,使得检验实验分散,实验体系不完整,学生无法总体把握食品微生物检验的标准流程和技术;也由于食品微生物实验的课时限制,无法涵盖食品微生物检验的较新方法,这在一定程度上使学生不能及时了解和掌握食品检测的先进发展趋势[4]。因此为更好使学生完整、准确掌握食品微生物检测的基本技能;更好地了解先进的食品微生物检测技术、手段和发展趋势[5],在食品微生物理论课和食品微生物实验课的基础上增设食品微生物检验综合大实验显得非常必要[6]。因此为了全面提升学生的综合实验技能,为都市型现代农业提供具有农产品和食品分析检测、食品安全控制与食品质量管理能力的复合型应用人才,我院食品安全与质量工程专业开设了食品微生物检验综合大实验,并进行了精心的实施和探索,取得了良好的效果。
1 综合大实验实施方案
1.1 实施要求
1.1.1 实验室条件的准备
综合性大实验和普通微生物实验有很大的区别,完全由学生自主设计和完成,有可能单独使用平时未使用的仪器设备,例如高压灭菌锅、生物安全柜等。并且整个实验在集中几天完成多个检测项目,几个班同时开展实验。因此,不管是从实验室的布局,实验设备的准备,以及实验材料、试剂等方面,要做好充分的准备。例如根据所检测样品的数量和项目,订购实验所需的培养基、生化鉴定试剂等。估算订购所用的锥形瓶、试管、小导管、手术剪刀、均质袋等耗材,订购所需的检测样品等。与此同时要提供一定的经费购买所需的实验试剂、耗材、保证实验的顺利进行。
1.1.2 学生知识框架的准备
食品微生物检验综合大实验是在完成食品微生物学的基础上进行的,要求学生具备扎实的微生物学及食品微生物的理论知识、较熟练的操作技能,例如,微生物的基本形态和功能,显微技术,无菌操作,基本的染色技术,培养基的制备和灭菌技术,菌种的分离纯化和保藏技术等。因此为保证学生独立完成综合大实验并取得良好的效果,学生必须进行相关的知识的贮备,并完成相应的知识体系。
1.1.3 教学内容的选择
此综合大实验中安排在小学期,集中一个教学周完成。各个实验任务能否如期完成,取决于选题是否恰当,难易是否合适。为使学生总体把握食品微生物检测的标准操作流程和规范技术,为达到既锻炼学生实际动手操作能力,又保证学生在规定的时间完成实验任务,同时又考虑学时和学生观察结果的需要,以及实验室条件和实验经费的问题。主要选择了食品企业和检验机构关注的常规项目:菌落总数的测定、大肠菌群计数总数、霉菌和酵母计数、金黄色葡萄球菌检验、沙门氏检验;检测项目均按照国标GB/T 4789的2010版进行[7,8]。
1.2实施步骤
1.2.1教学计划安排
综合大实验国标中微生物的检测方法,每个检测项目的完成都需要2~4天,而金黄色葡萄球菌和沙门氏菌的检测整个流程需要5天,所以,在一个教学周内要把五个实验完整有序地进行,需要精心的准备和安排。
我们根据样品的性质,将样品分成了乳制品、肉制品、蛋制品、糕点类、果汁类等,分别对不同的样品确定不同的检测项目,将分散的检测项目有机地结合成系统连贯的大实验[9,10]安排如下:
1.2.2实验前的准备
开课之初,让学生首先明确综合大实验开设的目的、在食品质量与安全专业知识体系中的位置和作用[11]检验综合大实验在今后工作中的实际应用价值,使学生充分认识综合大实验课的重要性,让学生从心理上感兴趣并重视。
综合大实验课前两周,将实验所涉及国标告知学生,学生查找,预习内容。在常见的检验大类中,学生自行选择自己要检验的样品,查找自己所检样品的国家卫生标准,采样方法,并计算所需的实验物品,统一报给实验教师,教师统一购买[12,13]。
进一步审查实验预习报告和方案,提出修改意见,并在前一周组织讨论,解答学生的疑问和存在的主要问题。
1.2.3实验进行中人,物,时间和实验效果的课堂控制
实验的课堂控制,主要从人、物、时间和实验效果的控制四个方面入手。这四个方面也是递进式的,每个方面的良好控制都将正向促进实现良好的实验效果。
(1)人员方面:主要是将原来的大组分成三人一小组,并合并六人为一大组,每个小组和大组都有组长。每个小组为一个基本单位,完成自己的实验任务[14]。每个小组的实验任务不同。保证每个学生都有积极参与实验的机会,也有组员之间的合作。
(2)物的方面:主要涉及实验耗材、玻璃器皿等方面的分配。在人员分组完成的情况下将实验物品根据学生预算分发给各个小组,并由组长签字领用。这样从一定程度上保证实验物品能够正常合理使用和降低耗损率,并树立学生对自己的实验物品和实验结果负责的观念。
(3)时间的安排和控制:由于实验是集中五天一个教学周完成,而大部分的实验周期需要4~5天的时间,时间上不允许做完一个实验观察过结果后,再开始一个新的检验项目,所以时间上的安排和控制显的非常重要。第1天和第2天的准备工作,第3天和第4天的后续检验实验,都要完全按照实验安排进行,否则很有可能第5天有些检验项目观察不到结果。
(4)实验效果的控制:本综合大实验的主要目的是通过学生完成国标的整个流程操作过程[15],明确各个检验项目点的具体操作,强化培养无菌操作的观念,培养学生将多个知识点综合运用全面分析实验中的问题,进而巩固所学知识,并将之转化为能力。所以,重点在于控制各个具体环节的操作步骤,例如:取样,均质,培养基制备,梯度稀释,倾倒平板,实验结果的观察,实验报告的书写等环节。
1.2.4 考评方式
综合大实验,主要考评方式是通过实验预习报告,完成实验的态度,出勤情况,实验中各个环节的操作掌握,实验报告的书写,实验结果的分析,实验中遇到问题的解决,学生卫生值日等方面,逐一给出评分[16],并综合评判实验结果给出最终成绩,把单一的由实验结果考评,分散到各个实验操作过程中进行综合考评。
2 实验实施效果
2.1 学生学习积极主动性增强
综合大实验,从实验的初始采样,实验过程设计,操作步骤和报告都由学生自主完成,充分调动了学生的积极性和主动性,激发了学生学习的主观能动性,达到了学生自主探索知识的目的。
2.2 文献检索能力得到有效锻炼
学生自己查找国标方法,查找样品取样方法及不同食品的卫生标准等,锻炼了学生检索文献的能力。通过实验报告的书写,培养了学生的科研思维能力。
2.3 实验技能得到明显提高
学生通过自主学习,无论是从样品的采集、处理,培养基的制备,以及实验结果的观察、记录与处理,实验物品后期的无害化处理等实验技能都得到明显的提高。
2.4 培养学生爱岗敬业精神,严谨的工作态度
通过初期预习实验,查找相关资料的严格考评,实验中学生出勤的严格管理,检验过程中对样品制备、处理、检验各个操作步骤严格的要求,培养了学生爱岗敬业的精神和严谨的科学作风。
3 实验实施中存在的问题
3.1 经费问题
由于实验是第一次开设,试剂、玻仪、均质袋等耗材都需要资金投入,按学时量拨付的经费不能满足实验的需求。另外从严格按照国标的要求,实验室条件也需要进行进一步改善。
3.2 实验课时量问题
虽然综合大实验集中一个教学周完成,但是微生物的培养和后续的发酵以及鉴定都需要很长的时间,尽管大实验经过周密的安排和计划,但是在整个实验中还会因实验项目安排过于紧密,多个实验项目穿插进行,而发生实验漏项和操作错误。
3.3 实验指导问题
整个实验中,学生要接触很多实验器材,有的是第一次接触,需要教师逐一指导;有的实验物品有潜在的危险性,例如高压灭菌锅等,需要教师时刻关注仪器的状态;实际操作过程中学生会遇到国标中未涉及的问题,需要教师及时的解答和解决。所以30个学生一个指导教师,数量明显不足。
4 今后实验优化建议
4.1 增加实验指导教师
需要增加实验指导教师,两大组学生配备一名指导教师,以便实验课堂中及时解决问题,控制和管理课堂秩序。
4.2 加强学生实验管理
强化学生实验室里行为规范,从实验服的穿着、物品称量、实验物品的放置,实验室规章制度的教育和遵守,保障实验安全顺利进行。
4.3 适当增加课时量
综合大实验安排在小学期,小学期前一周是考试周,学生没有充足的实验预习和准备实验内容。综合大实验包括五个实验,实验工作量很大,适当增加课时量可以保证学生对实验内容的充分了解,实验过程更加有序。
5 结束语
综合大实验是在食品微生物实验的基础上开展的,将以往分散的检验实验融会贯通,选择了食品企业和检验机构主要关注的检测项目为实验内容,以国标为基本方法。实施过程中采用从人员、实验物品、时间管理和实验效果几个方面安排和控制,充分调动了学生的自主学习能力,实验取得了满意的效果,培养了学生的严谨作风、科学态度,学生的实验操作技能有了很大提高,受到师生的好评。
摘要：食品微生物是综合性和实践性很强的学科,食品微生物检验综合大实验的开设很好弥补和完善了食品微生物实验课的内容。食品微生物综合大实验开设的探索和尝试,获得了良好的效果。文章论述了食品微生物综合大实验开设的必要性,对实验实施方案,实施过程,实验效果和实施中存在的不足进行了总结和分析,并提出实验改进方案,为进一步实践提供借鉴。
生物技术大实验 篇7
食品安全生物检测综合大实验是食品质量与安全专业很重要的实践环节。传统微生物检测方法存在检测成本高、速度慢、效率低等问题, 难以达到检测要求。另外, 近年来出现的转基因食品中转基因成分的安全检测也难以用传统方法进行。现代生物技术在食品安全检测领域的应用已成为食品科技发展的重中之重[1,2]。近年来, 我院依托农产品有害微生物及农残安全检测与控制北京市重点实验室, 开设了生物检测综合大实验, 旨在提高学生独立自主的实验设计能力, 分析和解决问题的能力以及科研合作精神。生物检测综合大实验, 单独集中在一个教学周完成, 实验均为综合性、设计性实验。为更好地调动学生的积极性, 使学生切实掌握教学内容, 训练实验技能和培养创新能力, 圆满地完成教学任务, 使用科学的教学方法尤为关键[3]。
任务驱动教学法的特征是:任务主线, 教师主导, 学生主体。即以学生的学习任务为中心, 通过学生分析任务, 讨论合作完成任务, 实现教学目的。对实践性和操作性很强的学科, 任务驱动教学法是一种有效的教学方法。任务驱动教学法中的任务是教师精心设计的, 蕴涵了学生应该掌握的知识与技能, 蕴涵了学生应该获得的能力训练;学生完成任务的过程, 是一个不断提出问题、解决问题的过程[4,5,6]。
将任务驱动教学法用于食品安全生物检测综合大实验教学, 是一种创新性的实践。它能够很好地将综合性、设计性实验分解到各个任务小组中, 让学生有层次、有步骤地完成开放性的任务, 在完成任务的过程中掌握关键仪器的使用, 将以前所学的知识点紧密串接。通过小组合作、讨论和任务的实施, 学生提高了分析问题的能力, 培养了合作精神, 实践教学取得了良好的效果[7]。
1 任务的设计
1.1 实验内容
实验任务的设计以实验内容为基础。食品安全生物检测综合大实验连续进行五天, 根据学生掌握的知识以及食品安全领域常见的问题, 以金黄色葡萄球菌和沙门氏菌的PCR检测和荧光定量PCR检测[8,9]为主要内容。实验主要内容、要求和时间安排见表1。
1.2 实验任务的设计
任务的提出, 是任务驱动教学法的核心, 是整个教学的载体, 是教学设计的关键。所以任务的提出, 不能过于片面、简单、统一化, 要体现学生的主体作用。设计的任务, 各组之间、同组不同成员之间有相通、有差异且有比较。
在确定教学内容的基础上, 学生对任务进行精心设计, 提出任务, 分析任务, 自主探究并协作完成任务 (见表2) [10]。
2 任务驱动教学法实验过程的管理
在任务驱动教学法中, 完成任务是整个教学活动的重心, 因此合理管理显得很重要。实验过程的管理可分为人的管理、实验物品的管理、实验仪器的管理和实验节奏的管理4个方面。
2.1 人的管理
在选择实验任务之前, 学生自愿组成任务小组, 选出一名组长。组长负责本组人员的考勤和值日安排。教师不定期抽查每组考勤。
2.2 实验物品的管理
在自愿形成任务小组的基础上, 通过实验设计, 各组列出实验清单, 以组为单位统一领取实验物品, 确认物品完好齐备并签字。对于非耗材, 实验结束后要求学生完好上交。为保证组间的独立, 实验室管理员给每个小组配备保管自己实验物品的柜子和钥匙。对于公用仪器, 我们要求学生严格按规定进行使用登记, 若无登记, 考核环节视为没有操作该步骤。
2.3 实验仪器的管理
本实验所用主要仪器是PCR仪、荧光定量PCR仪、电泳仪和凝胶成像系统。使用前, 要求学生熟读操作手册, 按照操作规程使用。实验中, 集中进行PCR, 要求每组学生必须掌握操作方法及温度设定, 进一步理解巩固PCR的原理。在后续分析过程中, 对电泳仪和凝胶成像系统的使用, 要求每个学生都进行加样, 教师组织学生分组完成凝胶成像的观察。在不同任务中, 掌握仪器的使用;在仪器使用过程中, 进一步理解实验原理, 提高学生实际操作技能。
2.4 实验时间的管理
不同任务组之间, 学生的操作技能和学习能力存在差异, 任务完成有快有慢, 我们允许实际进度与设计进度之间有30~60分钟的差异, 若差异过大, 则要求学生分析原因。由于任务是环环紧密相扣的, 当天的任务必须当天完成。
3 实验课的综合考核
以往的实验课成绩只占整个课程总成绩的一部分, 食品安全生物检测综合大实验是一门独立的课程, 其成绩单独计算。考核中主要突出学生能力的考核和任务完成过程的考评, 是一种综合考评[11]。
任务驱动教学法, 可分为完成任务的准备过程、分析设计任务的过程和任务的完成过程, 因而也以这三项为主要考核指标。考核分为:实验前的准备、实验设计、实验过程操作步骤、实验结果的判定和分析、出勤率等综合评价。根据以上考评内容, 设计表3~表6评分表。
4 结束语
生物技术大实验 篇8
关键词：生物工程,课程实验,体系,思考
党的十八次代表大会胜利召开了, 报告中明确要求“加强生态文明制度建设, 保护生态环境必须依靠制度, 要把资源消耗、环境损害、生态效益纳入经济社会发展评价体系, 建立体现生态文明要求的目标体系、考核办法、奖惩机制”。2012年12月29日, 国务院印发了《生物产业发展规划》, 明确了生物产业是国家确定的一项战略性新兴产业, 必须推进我国生物产业持续快速健康发展。可以说, 生物产业进入了新的发展阶段。生物工程作为一个新兴应用学科, 发展迅速、行业规模不断扩大, 其中生物制药、发酵工程领域尤为突出, 以长三角地区为例, 目前已经形成了相当规模的生物医药产业集群 (上海张江生物医药高科技产业园、无锡马山生物药谷、泰州中国医药城、江阴生物医药园等) , 生物产业的发展, 对生物工程创新型、应用技术型人才的需求量大, 就业和学科前景好。
2010年6月教育部启动和实施了“卓越工程师教育培养计划”, 该计划是积极贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要 (2010—2020年) 》和《国家中长期人才发展规划纲要 (2010—2020年) 》在工程教育上的重点项目, 同时也是促进我国由工程教育大国转变为工程教育强国的重要措施。“卓越工程师教育培养计划”的目的就是要培养造就一大批创新能力和工程能力强、能够适应目前我国经济发展方式转变所需要的高质量各类型工程人才, 为我国走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略做出积极的贡献。“卓越工程师教育培养计划”具有三大特点, 一是强化培养学生的工程能力和创新能力, 二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才, 三是行业企业深度参与培养过程。
2011年我校生物工程专业入选教育部“卓越工程师教育培养计划”, 但同时由于生物工程专业建设时间, 还存在专业实验课程设置不完善、学生的专业技能培养缺乏等问题, 迫切需要强化对学生的工程能力和创新能力的培养, 从而为培养创新型生物工程人才提供理论指导和实践创新模式。本文就如何利用“卓越工程师教育培养计划”, 优化整合生物工程专业课程实验, 建立综合大实验课程体系, 进一步提升学生的素质和能力谈一些体会和思考。
一、我校生物工程专业课程实验的现状
生物工程课程实验是实现专业教学目标、培养学生动手能力的重要课程。一直以来, 我校生物工程专业的课程实验主要包括学科基础课、专业课和专业选修课的教学, 实验设置是根据各课程要求, 为单元操作实验, 各课程实验项目相互之间为独立上课, 实验内容以验证性或演示性实验为主。实验课程的开设一般是课前教师提出教学内容、实验辅助人员做好实验准备 (试剂、材料及实验设备等) , 学生根据实验教材对内容做好预习, 上课时学生按讲解的实验步骤, 按部就班完成操作即可, 一般都能有比较明确的实验结果。
这种实验教学方式显然存在以下几方面的不足和缺陷: (1) 有利于培养学生的基本实验技能, 但不利于激发学生了解与掌握生物工程的知识与技术; (2) 有利于实验课程的设置与实验材料的准备, 但不利于学生创新思维的培养, 实验过程中兴趣不足、对操作过的实验印象不深、知识点掌握肤浅; (3) 生物工程课程交叉性强、涉及领域多, 实验教学内容与项目可选择余地大, 以课程设置实验内容在一定程度上导致了对生物工程专业实验教学内容体系理解的差异, 实验项目之间重复多、实验内容以偏概全, 甚至与生物技术专业实验混同。
二、我校生物工程专业课程实验的内在特征
生物工程是20世纪70年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科, 是以生物学及其相关学科的理论和技术为基础, 采用化工、机械、电子计算机等现代工程的方法, 生产大量有用代谢产物或独特生理功能活性物质的工程技术领域。生物工程由微生物学、分子生物学、生物化学工程、以及酶工程、细胞工程、基因工程、发酵工程等多学科相互交叉融合、渗透、发展而成的新兴工程技术学科。1998年中国教育部对高等学校的本科专业目录进行了大规模调整修订, 将微生物工程生化工程、发酵工程等专业合并建立了生物工程专业。我校生物工程专业人才培养目标是培养学生具有生命科学的基本知识, 掌握生物技术及其产业化的科学原理, 工艺技术过程和工程设计等基础理论、基本技能, 能在生物技术与工程领域从事设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发的工程技术人才。围绕专业培养目标, 并按照卓越工程师要求, 必须明晰我校生物工程专业课程实验的内在特征和要求。
(一) 培养目标和培养方案的工程化
我校生物工程专业结合学校生物技术和学科交叉优势, 将其培养目标定位为“培养掌握生物制药、微生物与发酵工程、细胞与酶工程和生态工程等技术专业领域坚实的基础理论和宽广的专业知识, 具有较强的解决实际问题的能力, 能够承担专业技术或管理工作、具有良好的职业素养的应用型专门人才”。在培养过程中, 应注重过程管理、强化实践环节、特别是在专业实验训练方面, 工程化训练应放在重中之重的位置。
(二) 课程实验教学的系统化
生物工程是通过合适的生物反应器对“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养, 以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能的一门新兴技术。生物工程课程实验教学符合这一特征, 统筹兼顾生物工程的上、中、下游技术安排, 在上游技术的菌种选育、利用基因工程、分子生物学、遗传学等的菌种改造等, 中游的微生物发酵工艺、动物细胞大规模培养、植物细胞组织培养等, 下游生物活性物质的分离、纯化、浓缩和干燥等, 通过系统化的课程实验教学, 学生实践和创新必将得到提升。
(三) 课程实验教学内容的特性化
生物工程课程实验教学内容应该专门化, 具备特性性, 以区别于生物技术、生物技术或化学制药工程等邻近专业属性。紧紧围绕发酵工程、细胞工程、酶工程和基因工程的核心内容体系, 在要求学生掌握生物工程基本原理的基础上, 重点培养学生设计、研发、生产和管理生物产品的能力, 尤其要突出产业化思维和实践能力。
三、我校生物工程专业课程综合大实验课程体系的设计
生物工程是一门实验科学, 专业课程实验教学是培养工程化人才的前期环节。实验教学不仅能培养学生专业技能, 也是学生创新意识形成的主要培养途径, 是本科教学体系的不可缺少的组成部分。在生物工程专业课程综合大实验课程体系教学实践中, 应紧扣专业特色和内涵, 围绕行业发展趋势, 以基础实验依托实验中心、专业实验依托科研团队的综合大实验模式, 突出宽基础、创新思维, 促进学生实践能力培养。
(一) 基础实验依托实验中心
2007年我院实验教学中心被教育部遴选为国家级实验教学示范中心建设单位, 2012年底通过了教育部组织的验收。“中心”秉承“学必期于用, 用必期于地”的办学理念, 按照“厚基础、宽口径、强能力、扬个性、求创新”的人才培养思想, 注重理论与实践相结合, 逐步形成了“以学生为本, 以能力培养为核心, 发挥学科交融和资源共享的优势, 分层次、分阶段、分类型、系统的培养学生实验技能、科学思维和创新能力”的实验教学理念。
充分利用国家级实验教学示范中心优势, 开设生物工程专业学科基础课的实验, 多让学生在开放性实验教学中学习生物工程专业实验的相关基础知识、验证理论和掌握实验、操作技能。
(二) 专业实验依托科研团队
创新性的综合性、设计性实验是培养学生真正具有独立动手能力、良好科学素质以及分析解决问题的重要手段。如何设计综合性、设计性实验呢?我们结合自身实际情况, 不断进行专业实验课教学改革, 建立将实验教学与科研相结合的开放教学体系。
我院生物工程专业结合学校生物技术和学科交叉优势, 形成了生物制药、微生物与发酵工程、细胞与酶工程和生态工程等四个特色鲜明的技术专业领域, 并建立了相应的科研团队。通过不断完善教学大纲, 充分实现实验教学与科学研究的结合, 将专业课程的理论教学与实验教学相分离, 学生在大三上半学期完成专业理论课的学习, 随后按照技术专业领域将学生分配到相关的科研团队, 让学生融合到科研团队中, 达到理论与实践的完美结合。从事一线科研工作的研究人员、教师进行启发和引导。
(三) 多种形式的实践教学是综合大实验课程体系的重要组成部分
企业实习是生物工程专业课程实验教学很重要的环节, 是将课程理论、专业知识与实际应用相结合的实践过程。学生通过企业实习, 能够深化理解、巩固专业知识, 从企业生产中发现、分析和解决问题, 同时, 提高学生解决实际问题的能力。根据我院生物工程专业四个技术专业领域, 结合教育部“卓越工程师教育培养计划”, 建立20余家实习、见习基地, 如:国家级泰州医药高新技术产业园、上海杰隆生物制品股份有限公司、上海转基因动物育种与制药工程技术研究中心、青岛易邦生物工程有限公司、青岛啤酒 (扬州) 有限公司等。
全面实施本科生全程“导师制”和研本“1+1”互动制。本科生在一年级就与教师、研究生一对一结对, 参与教师科研工作, 培养创新意识, 提高研究能力。建立大学生科技创新实验室, 学生在其中通过三种方式得以锻炼, 包括实体实验室的研究性实验、虚拟实验室的全天后开放, 以及实验室的自主管理等。学校、学院设立“大学生课外科技创新基金”, 每年都资助学生进行立项科研, 在此基础上积极申报各级创新项目。积极参加“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛和中国大学生创业计划竞赛。近5年以来, 学生在全国“挑战杯”竞赛中取得优异成绩, 获特等奖1项, 连续4次获“挑战杯”一等奖 (历史上共9次获得一等奖) , 学校总成绩位列全国高校前列。
参考文献
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生物技术大实验 篇9
我校中药学专业开设中药学专业大实验课程已4年, 参照其他学科专业实验课程设置模式, 中药学专业大实验涉及中药鉴定、中药分析、中药制剂、中药炮制及中药药理等多课程的实验训练项目。如何把我校中药学专业办出特色, 如何更好地面向中药制药企业, 如何让实验教学更好地为生产服务, 是我校中药学专业在新时期面临的首要任务。为此, 自2013年开始, 我们对中药学专业大实验课程进行了改革。
1 课程改革前存在的主要问题
1.1 实验课程体系不完善
改革前中药学专业实验以验证理论知识为目的, 重点培养和训练学生相关基本实验技能。实验教学内容大多为经典的验证性实验, 少数为较低层次的综合性实验。教师把实验目的、原理、实验步骤以及仪器设备的使用方法教授给学生, 学生按教师讲解的实验步骤操作, 获得实验结果。由于各实验间缺乏有效衔接和系统性, 缺乏对学生综合能力及创新能力培养, 导致学生很少有机会对出现的多样化的数据进行分析, 对实验感受不深刻, 对设备的运行原理、仪器的操作不熟悉, 对问题研究不深入, 对实验课程不够重视, 无法激发对实验课程的学习兴趣。
1.2 实验教学方式单一
实验教学时间有限, 一般是学生两人为一组, 在进行需要使用贵重分析仪器或炮制等有条件限制的实验时, 学生一般4人一组。由于人数较多, 实验过程中学生动手机会较少, 甚至个别学生一次都没动手, 一直在旁观摩, 从而限制了学生创新思维、创新能力的提高。
1.3 实验成绩评定不科学
实验成绩由参与实验教学的教师来评定, 而教师主要根据考勤、实验报告质量和实验过程中的印象评分, 主观性较强, 缺乏量化考核, 不能客观评价学生操作能力。
2 实验教学改革的思路、方案及具体实施
2.1 实验教学改革的思路
以提升学生创新能力为导向, 以开放性实验为途径, 在充分锻炼学生基础实验能力的基础上, 调动学生参与实验的积极性及主观能动性, 加强学生综合能力和创新意识的培养与训练。
2.2 实验教学改革的方案
为切实提高学生解决实际问题能力, 将实验教学的目标确定为制备有效、合格的中成药终产品, 采用开放性实验教学模式, 保留原有经典验证性实验, 增设系统连贯的中药实际产品的制备及质量评价综合性实验以及激发学生创新意识、培养学生创新能力的设计性实验。具体分为以下3个阶段:
验证性实验阶段:在综合考虑学生就业需要掌握的实验技能的前提下, 调整中药学专业课程设置, 精简验证性实验。
综合性实验阶段:增设系统连贯的综合性实验项目, 以开放性实验的方式, 从《中国药典》中选取经典的中成药, 从原料开始, 按药典规定项目及文献, 完成中成药或中药提取物的制备、质量评价及药理活性测试等综合性实验项目。
设计性实验阶段:增设培养创新能力的设计性实验项目, 同样以开放性实验的方式, 延续综合性实验中选取的实验主题, 根据课程所学理论及实验室资源, 将实验项目进行改进, 可以是提取、分离、分析、制剂等方面实验技术或实验方法的改进。
同时, 建立量化的实验考核及评价体系, 激发学生学习动力, 最终达到提升学生动手能力、综合能力及创新能力的目的。
2.3 实验教学改革的具体实施
2.3.1 实验前准备
(1) 实验内容的选择、实验讲义的修订及教师预实验。
验证性实验内容:在原实验内容基础上进行修订, 保留经典实验。如中药的显微鉴定、可见分光光度法测定大山楂丸中总黄酮的含量等。
综合性实验内容:参照《中国药典》、相关实验课讲义及市场调查, 以药味组成较少, 原料药材经济, 制备过程相对简单, 剂型较传统, 有鉴别项、含量测定项目及明确的药理活性成分的中成药为选择原则。筛选出金银花片、丹参片两味中成药开展综合性实验。
设计性实验内容:选择原则与综合性实验一致, 选择了元胡止痛颗粒、二妙丸、一清颗粒、生脉饮等5味中成药的制备及质量评价作为设计性实验内容。
重点针对增加的内容开展预实验, 以保证实验教学顺利实施。
(2) 调整授课计划, 确保实验时间安排合理。根据实验安排, 综合各任课教师的教学情况, 调整授课计划, 确保实验时间安排合理。
(3) 构建新的成绩评定模式。教研组共同讨论并制定了中药学专业大实验成绩评定办法, 实验成绩根据3个实验阶段的实验方案设计、实验操作、实验结果、实验报告进行评定。其中验证性实验阶段占30%, 综合性实验阶段占30%, 设计性实验阶段占40%。
评分标准:每个实验阶段成绩以百分制计。验证性实验阶段实验操作占50%、实验结果占20%、实验报告占30%;综合性实验阶段实验操作占40%、实验结果占30%、实验报告占30%;设计性实验阶段实验方案占20%, 实验操作占30%, 原始记录与实验结果占20%, 实验报告占30% (见表1) 。实验方案要求实验设计科学合理, 具有可操作性;实验操作要求操作规范, 态度严谨认真;原始记录与实验结果要求实事求是, 不得擅自更改数据;实验报告要求翔实叙述每次实验的目的、原理、操作过程、现象和结果等, 并以讨论形式写出实验过程中发现和应注意的问题及个人体会等。
2.3.2 实验实施
(1) 第一阶段:验证性实验阶段。主要对学生进行中药学科各方向的基本技能训练和经典实验的演练。具体内容包括中药鉴定、中药分析、中药制剂、中药炮制及中药药理5个方面。以上5方面的验证性实验学时数控制在两周。
(2) 第二阶段:综合性实验阶段。以开放性实验为手段, 着重进行学生综合素质及中药研究整体意识的培养。实验内容涉及本专业的综合知识, 具体以金银花片、丹参片两味中成药为对象, 学生以组为单位 (一般两人一组) , 任选一个主题, 从原料开始, 按《中国药典》规定项目完成制剂、质量评价及药理活性测试等综合性实验项目。
(3) 第三阶段:设计性实验阶段。以开放性实验为手段, 着重进行学生创新意识训练, 培养学生的创造性思维。在综合性实验基础上, 进一步提高实验开放的层次, 将单纯的实验技能训练变为技能训练+实际问题解决+小课题研究三位一体的培养综合实践能力的开放性实验。学生以组为单位 (一般为两人一组) , 任选以下指定主题中的一个:元胡止痛颗粒、二妙丸、一清颗粒、生脉饮。具体流程见图1。
本阶段实验学时数为0.5周。但实验室开放时间为3周, 一般在综合性实验结束后的3周内, 实验室对学生开放, 允许学生自行设计并实施实验, 初步实验方案需与教师讨论后方能实施。最后在0.5周时间内依次向教师展示实验方案、实验结果并进行讨论分析。
(4) 考核及评分。按照评分办法对学生进行评价。
2.3.3 反馈
实验课程结束后, 以调查问卷方式针对学生与教师的满意度及需要改进的方面进行调查。根据学生成绩评定结果和学生、教师及实验室管理人员的反馈, 对整个实验教学中存在的问题进行讨论, 并提出解决方案与改进措施, 以进一步完善实验教学。
3 实施效果