生命科学本科室验教学创新体系的建立与实践

1新世纪高等教育教学改革项目“生命科学本科室验教学创新体系的建立与实践”项目主报告四川大学生命科学学院一、改革的背景、思路和项目研究、实践情况1．改革的背景高等教育培养什么样的人才以适应新世纪我国科技、经济、社会发展和国家竞争力的需要，是社会共同关心的问题，也是高等学校肩负的历史使命，更是从事高等教育工作者义不容辞的责任。1999年党中央、国务院公布了《关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》，明确了素质教育的战略任务、基本内涵和实施目标，突出了创新教育在素质教育中的重要地位和作用。因此，创新教育已成为整个高等教育的核心与关键。生物科学发展迅速，已成为自然科学前沿学科。国内外的许多专家学者曾预言“21世纪将是生物学发展的世纪”。因此，目前生物科学正面临巨大的发展良机，其教学改革方兴未艾，同时又面临各种挑战。在国内，国家投入巨资在10多所高校设立了“生物学科学研究与教学人才培养基地”，相继培养出了一批具有高素质的生物科学人才。最近，教育部面向21世纪教育振兴行动计划正在全国实施。全国各地正在贯彻落实教育部高教[2001]4号文件《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》，对生命科学研究，更是研究热点，生物技术产业也在国民经济中占有相当大的比重，如何抓住这个机遇，培养面向未来、面向世界、面向现代化，德、智、体、美全面发展的高素质的创新人才，这是十分重要而又紧迫的问题。生物科学是一门理论和实践紧密结合的学科，生物科学的实践性教学环节不仅是培养学生综合素质的重要方面，而且是培养学生的动手能力和创新思维的重要环节。实践性教学环节包括了实验教学和生产教学实习两部分。在生物学实验教学中，2如何进一步实施素质教育，如何深入进行改革，是普遍关注的问题。生物科学实验教学中存在许多问题，如生物科学本科实验教学普遍体现“课程加实验”的模式，课堂教学与实验教学合为一体,实验教学作为课堂教学的辅助教学过程，缺乏主动性和创新性；印证性的实验多，综合性、研究性、开放式、自选式实验少；实验内容陈旧，重复多，无创新性、无更新；新编实验教材缺乏，不能适应现代生物科学实验教学的需要；实验教学环境条件较差；无稳定的实习基地；尚未建立科学合理的实验教学的质量评估与监测体系；实验教学管理缺乏科学性和规范化，运行机制存在严重缺陷等。这些问题不加以解决，就难以培养适应我国21世纪生物科学发展和高素质创新人才的需要。因此，该项目针对生物学实验教学中存在的问题，研究建立一个科学合理、切实可行的本科实验教学创新体系，显著提高学生的创新意识和创新能力，有利于培养21世纪生命科学发展所需的高素质优秀的人才。2．基本思路面向二十一世纪，适应知识经济时代发展的需要，适应建立国家创新教育体系的需要，进一步深化教学改革，不断提高教学质量，从学生获得知识结构、提高素质能力的总目标出发，加强基础知识、重视素质与技能和创新精神培养，建立科学、合理、优化的生物科学实验教学体系。在实验教学中逐步改变“单一课程、单一实验室、单人管理”的模式，建立并完善“基础性实验（训练）——综合性实验——研究式实验——”多层化、多模式的实验体系，使实验教学具有主动性、创新性、系统性、高效性、科学性。大力加强综合性实验、自选性实验、设计型实验，着重于学生动手能力、创新能力、综合分析能力的培养，全面提高学生综合适应能力。在生物各层次水平上安排既有基础实验技术、又有学科发展前尚的知识结构合理的实验内容。最终建立起实验设施完备、实验装备精良、实验队伍整齐、实验教材先进、人才物配置合理、资源共享的现代生物科学实验教学体系。具体改革内容如下：建立高效能的实验教学管理新体制的研究；生物科学基础实验课程体系与实验教学内容的改革研究；实验教材体系的改革与建设；实验教学手段与方法的改革研究；开放性实验教学模式及研究；野外综合实习基地建设模式3及研究；实验教学考核评价体系研究。3．项目研究、实践情况经过3年的探索与实践，本项目着重进行了下述的研究工作：（1）建立了实验教学管理新机制在本项目的示范与推动下，多数高校都建立了“生物科学实验教学中心”，实行中心主任负责制与项目目标责任制，统筹规划实验室建设与发展，参与实验教学内容改革，统一安排实验课程，制定实验教学管理和提高设备利用率的有关规章制度与保证措施。完善有关了实验室管理的规定与办法，使管理工作做到规范化、制度化、科学化、系统化与高效化。基础实验教学中心管理人员实行招聘制，以任务和管理目标设岗，按岗聘用人员。实验室及仪器设备管理打破了“单一”模式，实行统一协调与开放式管理。实验仪器设备实行建档制，并建立其计算机管理系统。实验室还加强了实验课教师和管理人员的业务培训，建立和完善了实验人员的培训制度，已建立了一支结构较合理的实验师资队伍。实验教师与技术及管理人员实行了轮修培训制。实验室运行打破了原有传统模式，实行滚动运行制，按设计的实验结构模块滚动进行教学。按各学校有关实验室建设方案与目标要求，制定了有关实验中心实验项目开出率、实验室开放率、仪器设备利用率与完好率等具体指标，并与其人员的聘用、晋升和奖惩等挂钩，建立一种全新的用人机制与管理体系及运行模式。建立了科学、严格、可靠和有效的安全及环保保障体系，严格遵守执行国际上和国家颁布的有关环保标准与要求，探索了绿色规范实验教学。实验中心由原来单一的生物类专业实验扩展至非生物类专业学生教学，建立了创新培养的学生自主设计实验的非课程式培养体系，实验中心成为研究生教学实习的场所，本科生毕业论文研究的组成部份。（2）建立了新的实验课程体系过去大多数的实验课都是课程加实验的模式，这种模式设计的实验课，往往是根据课程的需要而设置实验内容，实验内容杂乱，不系统，实验课教师无积极性，学生不重视，很难对实验课内容进行改革，从而不能达到实验教学的目的。针对这4个问题，我们在实验教学中逐步改变“单一课程、单一实验、单人管理”的方式，改变过去应证式的实验教学。逐步创建课堂讲授教学与实验教学分离的体系，并在此基础上建立并完善“基础性（训练）实验——综合性实验——研究式实验”的多层次化、多模块化的实验体系，使实验教学具有主动性、创新性、系统性、高效性。大力加强综合性实验、自选性实验、设计型实验、着重于学生动手能力、创新能力、综合分析能力的培养，全面提高学生综合适应能力。为此，对实验课程体系做了进一步的调整与全面改革，如在四川大学，实验独立开课，建立以基础生物学实验、生物化学实验、微生物学实验、细胞与遗传学实验、分子生物学为主体的基础生物学实验以及高级生物化学技术、生物科学大实验、天然产物分离制备技术和生物技术大实验、野外实习等为主体的生物科学专业实验体系，并对实验项目及内容进行调整。在实验项目设置方案中，基础课实验占60%左右，综合性实验（含设计性实验或研究式实验）占40%左右。计划使实验项目（内容）累积更新比例在3年内达到20~40%，课堂教学与实验教学达到1：1。实验课按周学时1计0.7学分来计算学分。每个专业的实验课达到近750学时，35个学分。（3）改革与更新了实验课教学内容按生物的群体、个体、组织、细胞和分子不同水平开设相关的实验内容，对现有的实验课进行了整合与优化，改革与更新了实验教学内容，减少应证性的实验，增加实用性实验，突出创新性实验。改进了实验教学手段与方法，应用新的实验方法改进原有的一些传统实验,使传统的实验有了新的知识点。①实验课的整合与优化根据实验内容对相关的实验课进行整合和优化，例如四川大学、南京大学等将原来的动物学实验和植物学实验整合为基础生物学实验，细胞生物学实验和遗传学实验整合为细胞及遗传学实验，使实验更为系统和完善。②实验内容的改革与更新实验课的整合并不是通过压缩学时和实验内容来达到其目的，整合后的实验课虽在学时上有一定的减少（10%左右），但在实验内容上作了大的调整。例如一些参5研学校将原来在植物学实验、动物学实验、微生物学实验、细胞生物学实验和遗传学实验中均要开设的显微镜操作技术，调整为只在基础生物学实验中进行。又例如：在原来生物科学大实验中，将动物组织切片技术和植物组织切片技术与电镜制片技术分为两部分来上，共要花10周的时间，但实验中的方法基本雷同。由于方法基本一样，后一个实验学生就不愿意作，意见很大。现在我们将动物组织切片和植物组织切片及电镜制片技术整合为一个大实验，通称为组织切片技术与电镜制片技术，只需5周时间，达到了同样的效果。根据生物科学发展的需要，特别是取消微生物学专业后，微生物研究领域人才来源范围缩小，以及分子生物学与微生物学实验技术相关等实际情况，将节余下来的5周时间，增加开设微生物发酵工程大实验，整个实验包括培养基制备、消毒灭菌、菌种制备、接种，发酵条件控制、代谢中间产物分析、发酵产物的分离纯化和产品鉴定等内容。通过两届学生的实践，反映良好。③减少印证性的实验，增加实用性实验过去的实验，由于是课程带实验的模式，大多数是印证性的实验，学生学不到实际操作技术，学生毕业参加工作后适应能力不强，创新能力得不到提高。为了适应21世纪飞速发展的生命科学，特别是分子生物学、基因工程等的需求，许多参研学校为生物基地（含生物科学）专业新增开分子生物学实验，其内容包括了质粒DNAT和基因组DNA的提取、酶切及电泳检测，细菌基因组文库的构建与阳性克隆的筛选，DNA分子杂交，植物mRNA的分离纯化等，针对培养应用人才和培养创新人才的需要，为生物基地（含生物科学）专业增开了高级生物化学技术，其内容包括了天然生物活性大分子的纯化及活性测定，蛋白质的分离纯化和性质的测定等。为生物技术专业新增开了天然产物分离制备技术，其内容包括从植物、动物和微生物中分离纯化天然活性成分，以及活性成分的性质测定等。应用新的实验方法改进原有的一些传统实验，以前学生上基础生物学实验时，一些解剖实验，学生在中学就作过了，故学生对这些实验不感兴趣。结合这些情况，我们应用一些新的技术和方法来改进这些传统实验，使传统的实验有了新的知识点，例如原来只观察变形虫、草履虫、眼虫和水螅的结构。现在学生在观察这些低等动6物结构时，同时观察其生命活动特点和加入化学药物后测定其应激性。又例如在解剖蛙类动物时，以前只观察其结构，现在观察蛙的结构同时，又通过心脏结扎，了解心脏自律性活动的规律。（4）实施了开放性实验教学的新模式四川大学从2001年开始实行完全学分制，实验课教学也列入网上选课,按实验项目（内容）计学分，必选与任选实验项目的比例为6∶4。2001年和2002年各有400多人选了本院开设的基础生物学实验，完全实行开放式教学，学生随到随作，实验室一周开放六天。许多参研学校（如复旦大学、南京大学、武汉大学、厦门大学、中国科技大学、四川大学等）实实行行了了““导导师师制制””，，开开放放了了教教学学与与科科研研实实验验室室。。鼓励高年级学生利用空余时间参加教师的科研活动，现有50%以上的高年级学生参加了教师的科研工作。（5）建立了稳定的野外综合实习基地，改进了实习方式，提高了实习效果加强学生能力的培养是高等教育改革的关键，而实践性教学环节又是培养学生能力的关键，野外实习是生物学教学中一个非常重要的环节，可以更好地、较全面地提高学生的综合素质。项目实施后，各个高校均建立了稳定的野外综合实习基地，如1997年以前四川大学生命科学学院一直没有一个固定的实习地点，1997年经与当地政府合作，学院在峨边县黑竹沟建成了一个集植物学、动物学、生态学、微生物学一体化的多功能、多方面、多层次的野外综合实习基地。2002年又在离成都70多公里的三江地区和平武县的王郎地区开辟和建立新的野外实习基地。三江地区和王郎地区均为自然保护区，这两个地区都有原始森林、地貌景观奇特、生态原始、环境优美、气候独特、物种丰富，还是大熊猫自然保护区，是我国生物多样性丰富的地区之一。美国华盛顿大学的生态学家和森林学家到这两个地区考查后，都赞不绝口，从2000年开始有三届本院学生和两届中美合作创新班的学生（中、美学生）到上述两个地区进行野外综合实习，取得了非常好的实习效果。过去野外实习，由老师提出实习内容，学生