生物技术科研训练实践教学研究论文
摘要：针对农业高校生物技术专业本科生专业素质较低的问题，以甘肃农业大学生物技术专业为例，提出基于大学生科研项目驱动的生物技术专业实践教学模式，即结合本科生导师制，以学生为主体，基于教师科研项目驱动进行实践教学，建立大学生“项目申请→项目实施→项目中期检查→项目结题报告撰写及答辩”的大学生科研训练综合评价机制。教学实践证明，该模式对提高农业院校学生专业素质具有良好效果。
关键词：生物技术专业；大学生科研训练；实践教学
《中国教育改革和发展纲要》中明确指出：在教育教学中加强实践环节的教学和训练，与社会实际工作部门合作培养并促进教学、科研和生产三者的结合与发展，将实践教学与实践基地相结合培养社会人才［1］。实践教学是高等教育的核心［2］，是学生巩固理论知识，增强动手能力，提升专业素质的有效途径［3］，优质的实践教学平台是实施高效实践教学的基础。甘肃农业大学生命科学技术学院组建于2004年，长期以来生物技术专业因实践教学不扎实导致学生考研复试成绩差、就业率低，无法达到适应社会需求的高素质人才培养目标。大学生科研训练计划［4］是为适应高等学校教育教学改革，根据学校人才培养目标要求，提倡学生自主学习、自主创新，提高学生的创新意识和创新能力，造就出符合时代要求的高素质创新型人才而制定的一项教学改革措施［5］，是培养学生综合运用所学知识解决实际问题和进行知识创新的主要途径，是实现教学、科研与社会实践相结合的训练过程。本专业课程组结合生物技术专业人才培养目标及农业院校课程特点，提出基于科研项目驱动的生物技术专业大学生科研训练教学模式，即以学生为主体，结合本科生导师制基于教师科研项目驱动而进行教学，建立大学生“项目申请→项目实施→项目中期检查→项目结题报告撰写及答辩”的大学生科研训练综合评价机制。教学实践证明，该模式对提高农业院校学生专业素质具有良好效果，可供相关院校借鉴。
1、生物技术专业传统实践教学中存在的问题
生物技术专业实践操作性强，传统实践教学存在诸多问题，主要有以下几个方面：
1．1课程实验教学内容滞后
生命科学发展日新月异，生物技术方法更新迅速，课程实验教材经过编写出版等过程，作为教材使用时通常内容滞后，不能紧跟生物技术领域的快速发展。因此，课程实验内容仅仅是以学生了解某种实验技术或对某个理论进行实验验证为出发点，通常是一些基本方法及常用技术，如DNA的提取、ＲNA的提取等，各个实验孤立，这些实验虽然可培养学生动手能力，是学生实践教学中必须掌握的技能，但是学生在操作时通常是机械地按照实验步骤操作，缺乏对知识系统理解和整体认识及创新性，不能提高学生思考问题的能力。
1．2学生不能获得理想的实验结果
生物技术课程实验通常是以班级为单位进行开设，每个大组为30人，每小组2人，每次实验为2－4个学时。分子生物学、基因工程等实验技术对操作环境要求较高，且要求操作者具有分子实验操作的经验才可获得实验结果。如植物组织ＲNA提取实验，如果提取环境人数较多，则环境中存在大量ＲNA酶会将ＲNA降解，即使有经验的操作者使用高效的试剂盒也无法提取ＲNA，我们曾尝试将该实验的大组人数降至10人，每小组为1人，但因学生在实验操作时无经验仍无法得到实验结果，学生在辛苦4小时后却得不到实验结果，大大降低了学生做实验的兴趣，且无法掌握该基本技能。使得实验只是趋于形式，而无法提升学生实践技能。分子实验通常都是微观实验，要达到提升实践技能的目的必须重复多次，才能在失败中总结经验获得成功，本科生人数众多与有限实验资源之间的矛盾无法做到使每位学生的实验技能都得到提升。
1．3部分理论内容无相应实验课程开设
生物技术专业专业课理论知识抽象，学生普遍的学习方法是死记硬背，其原因是部分理论知识并无相应的实验课开设，导致学生不能完全理解应用理论知识，只能通过强行记忆应付考试，例如基因工程课程中理论课讲述了分子杂交Southern杂交的方法及应用，但是课程实验中受经费及实验条件限制无法开设该实验，学生无法真正理解其过程和技能，即便获得高分数，但并未掌握其方法。导致考研时初试成绩虽高，但因复试成绩低不被录取，严重打击了本专业学生的学习积极性。
1．4实践教学经费不足、无优质实践教学平台
本科生人数多，所需实验试剂、耗材及器具用量大，且无实践经验，实验操作浪费大，加之生物技术实验所需试剂耗材费用昂贵，实验设备精密且价格贵，使得生物技术专业本科生的实践教学花费很大，因此本专业实验课开设花费较农业院校其他专业高很多，实践教学下拨经费的不足严重制约了该专业实践教学的实施。另外，虽然近年来教学实验场所面积增大，但用于实验教学的仪器明显不足，实践课中学生需要排队等待仪器使用，不能给学生提供优质的实验平台。近年来，学校鼓励学生申请大学生科研训练项目，以期通过大学生科研训练项目提高学生实际操作技能，这在一定程度上提高了学生对科学研究的认识，但是因为每个项目3－5个学生，每年的研究经费共计800元，科研训练小组利用800元只能设计一些简单的小实验，如种子发芽实验等，在实验过程中无法达到提高每位学生实际操作能力的目的，学生实施科研训练只是以获得1个学分为最终目的，背离了学校设置科研训练的真正意义。
1．5实践教学基地无法有效支持实践教学
近年来，虽然建立了多个教学实践基地，但现有的教学实践基地均为与小型企业联合而建，生物技术企业考虑到自身企业效益无法提供大量学生亲自操作实践的机会，本科生在实践教学基地通常是走马观花，只能进行认知而非实际操作，并未提升操作技能。综合上述原因，现有生物技术专业实践教学模式培养的学生专业素质低，不能达到应用型、创新型人才培养目标，学生考研和就业受阻，毕业时部分学生怨声载道，并将这种不良情绪传染给低年级学生，形成不良学风，严重影响了本专业学科发展，因此生物技术专业实践教学改革已刻不容缓、势在必行。
2、基于科研项目驱动的大学生科研训练教学模式实践
就此现状，短期内获得大量的教学实践经费满足学生需求无法实现。基于以上原因，本专业课程组依托教师科研项目，结合本科生导师制，提出基于科研项目驱动的生物技术专业大学生科研训练教学模式。教师科研项目所用实验方法和技术通常和生物技术发展与时俱进，具有较为先进的技术手段，且经费相对充裕，实验仪器充足，实验平台完善，将教师科研与学生实践教学相结合则可以填补实践教学中的不足，有效提升学生专业素质。2012年开始课程组老师开始尝试此种实践教学方法，2015年正式启动该种实践教学模式即以学生为主体，结合本科生导师制，依托导师科研项目，指导大学生独立完成大学生科研训练项目过程：“项目申报→项目实施→项目中期检查→项目结题报告撰写及答辩”。其过程主要有以下几个方面：
（1）每位课程组教师指导二年级3－5名本科生，即本科生导师制，指导教师依托自己的.科研项目，让本科生参加导师科研课题组的会议及学术报告，协助导师所带研究生进行实验操作，半年之后，学生对科学研究有深度认知。
（2）学生根据导师科研项目内容，及前期认知，查询整理文献，结合自身知识系统寻找感兴趣的科学问题，与导师及研究生讨论确定研究内容，该3－5名本科生为一个小科研团队撰写“大学生科研训练计划项目申报书”。
（3）进入三年级，该团队在教师科研平台实施“大学生科研训练计划项目”，团队成员各有分工、互相合作，期间和导师及研究生积极讨论项目实施中遇到的问题，同时参与导师科研团队的学术活动，在此过程中学生为得到理想的实验结果需要不断地重复实验，例如植物ＲNA提取，虽然课程实验中已开设，但是学生并没有机会重复多次提升技能获得结果，并未掌握具体技能，而在科研训练过程中，学生必须获得高质量的植物ＲNA才能继续后续的cDNA合成及PCＲ扩增，因此学生通常在第一次提取失败后和研究生沟通交流吸取经验再重复实验，失败多次后最终获得成功，在这个过程中学生真正掌握了该实验技能。
（4）在导师指导下总结阶段性研究结果，撰写项目“中期报告”，制作中期答辩幻灯片，进行中期答辩，传统的教学模式下本科生虽然开设科技论文撰写课程，但是该课程只是进行理论讲述，学生虽然掌握了科技文章的组成部分及写作方法，但几乎没有实战经验，而在此科研训练过程中学生根据自己的研究目的和结果撰写科技报告，是一次有效的训练。
（5）根据中期答辩专家建议进一步完善实验，获得实验结果。
（6）在导师指导下利用统计方法分析实验数据，撰写结题报告，制作答辩幻灯片，进行结题答辩，传统教学模式中已开设实验统计方法课程，学生对实验统计及计算方法已有掌握，但是并未做到真正应用，而科研训练的数据分析过程需要分析大量数据，应用各种统计分析软件，是对实验统计方法的有效应用，加强了学生对数学统计方法的掌握。
整个科研训练过程是在导师的指导下学生自主完成，教师启发引导学生独立进行工作，发挥学生的主动创造精神，在这个过程中学生掌握了科学研究的流程，同时学习了科研申报书、中期报告和结题报告的撰写方法，另外通过中期和结题2次汇报答辩使学生掌握了制作科研幻灯片的方法、锻炼了语言表达能力及个人展示能力，掌握了数学统计方法在具体科研实践中的应用，最重要的是学生依靠导师科研项目经费资助及借助科研平台进行了一年多的具体实践，充分有效地提升了自身专业素质，在此过程中，部分学生还将实验结果发表，激发了浓厚的学习兴趣和热情，为今后攻读研究生和就业打下了良好基础。
3、改革后的实践教学效
果经过5年的实践，基于科研项目驱动的生物技术类大学生科研训练实践教学模式取得了显著成果，具体体现在以下几个方面：
3．1学生专业素质提升
与单纯进行大学生科研训练项目的学生相比，依托教师科研项目的大学生科研训练项目研究内容充实，学生参与实践的时间长，使用各种精密仪器技能娴熟，各项实验技能完全掌握，能熟练运用所学理论知识解决实际问题，逻辑思维能力得到提升，实验结果可靠，且具有一定的理论价值及实际意义。部分项目结题后，学生发表了科技论文，获得“挑战杯”大赛等奖项，激发了学生从事科研工作的兴趣。在做毕业实习论文时，这部分学生通常能快速高质量地完成毕业论文，其毕业论文常常被评为校级优秀论文。
3．2学生考研率提高
和未参加大学生科研训练的学生相比，参与教师科研的学生在研究生复试时表现较佳，复试成绩高。2012年以前，学生在报考外校研究生尤其是211及985高校时，虽然取得了较好的初试成绩，但是在复试笔试时遇到的一些具体实践操作题目，学生无从答起，在面试时部分学生语言表达能力弱、自信心不足，对生物技术相关的实践操作不清楚，导致复试成绩低而最终不能被录取，严重打击了学生学习的积极性，并且给低年级学生带来消极影响。通过教师科研项目驱动下的大学生科研训练实践教学模式的实施，学生在复试时自信心明显增加，针对复试时的各种实验实践操作问题能清楚回答，面试时能展现出较为敏捷的科研思维，复试成绩高，部分同学即使初试成绩不是很高，而因有较强的实践经验也被211、985高校及中科院研究生院录取，给低年级学生树立了信心，学习风气明显改善，形成了良性循环。
3．3学生就业率增加
本课程组教师指导的学生近两年就业率达到100%，未考取研究生的学生均全部就业。通过长期扎实的科研训练，学生专业素质提升，在就业面试时获得较好的成绩，在工作实习期间能较快适应工作要求，用人单位较满意，为学校树立了良好的形象，为低年级学生开拓了更为广阔的就业机会。
3．4有助于学生心理健康发展
学生在参与教师科研、完成大学生科研训练的过程中，是以3－5人为一组的团队形式进行的，学生需要和导师、研究生、团队成员间互相交流，实验实施在课后进行，充分占用了学生课余时间。自实施该模式以来，学生课后沉迷于网络游戏的现象减少，和导师交流的次数明显增多，导师可及时关注学生思想变化进行教导，和研究生及同学讨论实验的次数增多，参加学术交流的机会增加，语言表达能力及个人展示能力均有所提升，学生自信心增强，社会交往能力加强，和导师及同学均建立了良好的关系，有助于学生心理健康发展。
3．5有助于学生较早进行职业生涯规划
在实施该实践教学模式的过程中，课程组教师和许多大学生交流发现其中普遍存在学生对自身未来规划迷茫的现象，盲目跟风，其他同学申请科研训练就申请，其他同学复习考研也就准备考研……，学生并无明确的学习目标，其原因是学生并不知自己的兴趣点及特长何在。实施该种实践教学模式后，大学生能较早地尝试生物技术科学实验带来的成就感及挫败感，体会科研工作的艰辛，帮助学生较早找到自己的兴趣点所在，较早地确定未来考研究生的研究方向及工作方向，科研训练结束后，长达1－2年的科研熏陶，部分起初抱着混学分心态的学生反而喜欢了生物技术实验，考取了985高校的研究生，部分起初想考分子生物学研究方向的学生最后改变了想法改为作物栽培学，也有部分学生经历了科研训练后放弃最初的考研计划决定进入公司实习早日适应工作环境，每位学生在实践中重新认识自己，较早地对自己未来职业进行规划。
4、结语
大学生科研训练是高校生物技术专业实践教学的重要组成部分，是理论与实践密切结合的重要手段，而基于教师科研项目驱动的科研训练实践则是培养和提高学生实际操作能力、独立分析与解决问题能力、综合应用能力、科学研究能力的有效途径，相对于理论教学与课程实践课具有更强的实践性、直观性、综合性与创新性，在加强学生的素质教育和培养创新能力方面有着重要的、不可替代的作用。近几年，在课程组不断努力下，已形成了有效的科研训练教学模式，在未来需从以下两方面进一步提升：（1）课程组承担科研项目的教师只有6人，为保证有较高的教学质量，每个教师每年可指导2项大学生科研训练，即10个学生，因此只有60位学生参与，而本专业二年级和三年级学生为100余人，有40%的学生无法参与此种教学模式下的科研训练，因此建议其他课程组承担科研项目教师也应用这种模式培养学生，提高学生综合素质；（2）为保证这种实践教学模式的持续性，课程组教师必须每年积极申报各类科研项目，才能保证充足的经费，在完成科学研究的同时达到高素质人才培养的目的。
参考文献：
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