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标题

大类招生和通专融合培养背景下生物技术专业实践教学体系的构建

范文

孔宇亓树艳孙书洪李华张知高美丽张建保

摘 ?要：在高校实施大类招生，通专融合培养背景下，各专业都面临着新的机遇和挑战。如何在传统的细分专业培养模式基础上建设适应、支撑新培养需求、新培养目标的实践教学体系是各实验性学科面临的共性问题。西安交通大学生物技术专业在实践教育理念更新、实践课程体系构建、教学方式革新等方面对新实验教学体系的建设作了探索和尝试，现总结交流。

关键词：大类招生;通专融合;生物技术专业;实践教学体系

中图分类号：G642 ? ? ? 文献标志码：A ? ? ? ? 文章编号：2096-000X（2020）12-0077-04

Abstract： In the context of "the specialty-free enrollment and the integration of professional education with general education"， how to explore adaptive methods to support the new cultivation system is the common problem faced by all universities. The specialty of biotechnology in Xi'an Jiaotong University has constructed a new practical education system by means of renewal of practical education concept， the construction of practical curriculum system， and the renewal of teaching methods. The knowledge and experience is summarize for reference.

Keywords： specialty-free enrollment; integration of professional education with general education; specialty of biotechnology; practical education system

一、概述

基于我国高等教育的发展及社会对高等教育的需求变化，越来越多的高校继北京大学[1，2]之后开始实施大类招生。所谓大类招生是指将相同或相近学科门类的专业合并，按一个学科大类招生。学生入校后，经过1～2年的同质化基础培养，再根据兴趣和双向选择原则进行专业培养。对考生而言，大类招生减少了填报志愿的盲目性，有利于其按兴趣选择专业;对于高校而言，大类招生利于生源质量稳定，教学资源整合利用和与国际接轨;对于社会而言，大类招生有利于平衡专业与社会发展的矛盾，有利于培养“厚基础、宽口径”个性化的创新人才。然而在实施过程中，新的变化带来了新的态势，出现了新的矛盾，如学生知识结构变化[3]、教学模式的冲击、教学组织管理、专业冷热差异加剧/学生理性选择专业受限等等[4]，对传统教学造成了一定冲击，需要采取一些措施积极应对。

西安交通大学从2018级开始全面实行大类招生，针对大类招生构建了通识教育+宽口径专业教育体系，即“通专融合”教育体系：将原有的85个专业归为7个大类和7个拔尖班，将本科教育分为基础通识教育、宽口径专业教育、个性化模块学习及毕业设计3个阶段。其中，基础通识教育为1～1.5年、宽口径专业教育为1.5～2年、个性化模块学习及毕业设计为1年[5]。基于如上背景，西安交通大学生命科学与技术学院生物技术专业与数学、物理、化学专业并入理科大类招生。面对新的培养需求、新的学情，作为一个实践性非常强的专业，如何构建好适应新形势的实践教学体系，支撑人才培养就显得尤为重要。我专业在“实验教学体系构建、实验课程建设、实验教学方式更新、创新创业”方面进行了探索和尝试，现整理交流。

二、具体实施办法

大类招生不只是学院内相近专业的简单合并，其涉及到培养理念的统一、课程体系的构建、教学手段更新等方面的变革。面对新的培养需求，西安交通大学生物技术专业针对以上几个方面做了初步探索，具体如下：

（一）秉承“重实践”校训，构建特色实践教学体系

1. 加大实践教学学时占比，保障实践教学培养效果

我专业在历次（2001、2006、2015、2019版）培养方案修订过程中，均十分重视实践环节的建设（图1所示为历次培养方案中实践环节学时及在总学分中的占比情况）。从2001版培养方案起，开设了实验课8门次，共计232学时（实践教学环节占比8.7%）。到2006版培养方案修订时增设了生物工程综合实驗（2门，128学时）等课程，累计实验课15门次，共计408学时（实践教学环节占比达15.2%）。2015版培养方案修订时大幅度压缩了学分，总学分由188学分压缩至158学分。在此背景下，专业仍加强了实验环节建设，如将《综合开放实验》从2门次，增加到4门次（每门1.5学分、48课时，共计192学时），实验课程数增加至15门次，共计500学时（实践教学环节占比达21.1%）。2019版培养方案时，面对大类招生、通专融合培养的新需求，调整了实验课程体系，实验课门数增至19门，共计552学时（实践教学环节占比达21.2%）;此外在集中实践环节，增加了专业实习1的学分（0.5学分增加到1学分），加大了学生创新创业能力的培养力度。总体来看，通过以上方式，建立了包含《生物学实验》《生物化学实验》《分子生物学实验》《细胞生物学实验》《遗传学实验》《微生物学实验》《基因工程综合开放实验》《发酵工程综合开放实验》《细胞工程综合开放实验》《分离工程综合开放实验》《生物信息学实验》等的实验课程体系，从学时层面保障了实践教学体系的实施效果。

2. 构建分级分层次培养体系

与独立招生相比，生物技术专业并入理科大类招生后所在专业面临的学生群体与之前相比存在较大差异。加之，高考选拔考试改革后学生知识背景与传统招生亦有了新的变化，对实验能力培养也提出了新的要求。为做好人才培养工作，专业构建了针对大类培养新态势的本科“通专融合型”人才实验素养培养的特色实验课程体系。建设时以需求及目标驱动[6]，注重系统性、层次性[7，8]，将实验课按照特点及面向对象分为大类基础、专业基础、专业综合和创新实践类四个层次（详见图2）。其中大类基础实验主要针对基础通识类教育阶段的本科生，相关实验课程有《生命科学基础》课内实验，《生物技术原理》课内实验，《生物学实验》等;专业基础类实验主要定位于专业分流后宽口径专业教育阶段的学生，相关课程有《生物化学实验》、《微生物学实验》、《分子生物学实验》、《细胞生物学实验》;专业综合类实验主要针对高年级学生开展，以设计型、综合型实验为主，拟在专业基础实验的基础上进一步提升学生的实验能力，相关课程有《基因/发酵/细胞/分离综合开放实验》;创新实践类环节主要以个性化培养为主，旨在培养学生的创新精神和创新意识，相关环节有《专业实习》、《创新训练》课程和各级大学生创新项目、校级开放实验、竞赛等。通过构建系统性、分层次实验教学体系，使得精准实施适合学生需求的实验能力培养成为可能。

（二）实验课程内容调整、更新和完善

1. 实验课程内容的调整和重新定位

在建好系统性、分层次的实验教学体系后，以需求和目标为驱动，整合、更新、完善实验内容。针对四个层次实验课程面对学生群体及需求的不同，系统地调整、安排各层次的内容及层间的衔接关系。

第一层次：面对理科大类分流前本科生，大部分学生只具有高中生物基础（部分学生甚至高考未参加生物测试），因此将所需生物背景知识要求较低，但能体现生物实验特点、能培养学生基本生物实验素养的实验从第二层次的实验中精选出来。如将《生理学实验》中的“小鼠解剖及脏器指认实验”转入大类平台课程——《生物技术原理》课内实验中，既不影响分流后生物专业的实验课程内容，亦可使未来从事物理、化学专业学习的同学受益。

第二层次：主要面对分流后低年级学生，综合考虑专业培养目标、专业认证要求、行业需求设置，以实验内容更新补充、提升实验内容前沿性为主。如《生物化学实验》课中氨基酸的分离分析鉴定实验，将过去传统的纸层析法改为高效毛细管电泳法[9]。又如，植物中维生素C的测定由传统的氧化还原滴定（2，6-二氯酚靛酚）更换为HPLC法。又如，《遗传学实验》中引入crispr-cas9技术等，通过上述手段，使学生尽早解除专业前沿、激发学生的学习兴趣。

第三层次：在设计时，除考虑上述因素外，着重以提升学生文献阅读能力、团队合作能力、综合设计能力、创新能力为目标。将教师近期的可行性好的科研课题转化为学生实验内容，以期达到培养学生初步的科研能力和素养。如开设了酪氨酸酶的提取、分离、纯化和鉴定实验即基于国家课题研究结果开展等。

第四层次：旨在提升学生的创新能力和创业精神。通过《综合实践训练1-2》、《实习1-2》课程结合开放实验、大创项目、学科竞赛来驱动学生依据兴趣的个性化发展。近几年，100%的学生参与了大创、竞赛，实现了全覆盖;同时重视实习环节，实施双创教育[10]。积极寻求与企业合作，打造实施“双创”教育的基地群，增加学生与优质企业的接触机会，受到学生好评，并多次获得校优秀实习队称号，助力了人才培养。

2. 加强实验课程配套资源建设，打造实验“金课”

对所有实验课程的配套教学资料（教学大纲、教学进度计划、教学课件等）进行重新整理、修订。并在每个层次中选择1～2门基础较好的实验课程（大面积实验类：《生命科学基础》课内实验、大类实验类：《生物技术原理》课内实验、专业基础类：《生物化学实验》、专业综合类：《分离综合开放实验》），以此为抓手，要求其课程教学资料信息化，发布于实验中心网站，共享教学资源，建好示范性实验金课“点”，再以点推广到“面”（实验金课“群”），提升教学效果和覆盖面。近年整理实验大纲19项，资源化课程2门，编撰实验讲义2部，打造金课1门。

（三）以学生为中心的实验教学方式探索

1. 新教学方法在实验教学中应用情况

在教育部大力推行混合式教学的背景下，专业也尝试将理论课授课中新的教学方法应用于实验教学中。如《生命科学基础》实验中“PCR技术鉴定人类性别”这一实验项目，开设对象是非生物专业一年级本科生，学生生物基础知识不足，加之上课人数多、学生预习率低、预习效果差异大等情况，严重影响了教学效果。因而采用雨课堂等方式辅助实验教学，实现了预习视频、课件推送，学生可随时查看实验流程，并与老师互动，让老师及时了解到每一位同学的需求，同時还省去了传统实验签到的时间成本，提高了教学效率。目前已有13个专业，37个班级，793人通过雨课堂进行实验课程的展开，学生反映良好，将逐步推广到其他实验中。

2. 精心设计教学过程，提升教学效果

在利用好新教学方法的同时，还对实验教学过程进行了精心的设计，分别针对课前、课中、课后设计不同的教学内容。如《分子与细胞生物学实验》的“DNA酶切及琼脂糖凝胶电泳鉴定”实验项目中，课前提前对讲述内容资料推送给学生，通过雨课堂设置预习思考问题，通过问题的方式引发学生思考，并回收学生标准的难点，了解学生的学习状况，调整课程讲述重点;实验课时，针对学生反馈的难点进行重点讲解，并利用实验过程中的间隙（如制胶及电泳过程），穿插提出问题与学生进行讨论和互动（如应该如何选择琼脂糖凝胶的浓度？如何通过电泳图判断质粒酶切是否完全？），通过问题的思考，学生能充分掌握DNA酶切的原理，琼脂糖凝胶电泳分离鉴定核酸的技术。课后利用雨课堂平台反馈的课堂大数据，及时对课堂教学进行调整，保证良好的教学效果。

3. 采取学生为中心的实验运行管理机制促进学生综合能力的提升

开设综合开放性实验已成为各实践性专业提高学生动手能力、创新能力和综合素养的共识[11-13]。我专业在历次培养方案修订中不断增设并完善了综合开放实验体系，目前有《基因/发酵/细胞/分离综合开放实验》四门独立实验课程，共计6学分，192学时。在实施时，综合开放实验采取“学生为主，教师辅之”、“三上三下”、“双向开放，研教结合”等方法，促使学生间合作完成从资料查阅、方案设计、试剂定购、实验实施、报告撰写、答辩评比全过程，过程中学生的综合能力、创新能力得到了很好的培养。此方面也得到了省级、校级教改项目的支持，并获校级教学奖1项，部分项目内容参加竞赛获得校级奖项。

4. 虚拟仿真实验补充

在实际实验教学中，部分实验受到实验设备、成本、时间、空间、操作次数等因素限制，难以实际实验形式开展，影响学生能力培养的状况，积极尝试新的实验教学形式。如物质的分离分析鉴定是生物技术领域科研、生产中遇到的共性关键环节，熟悉和掌握该环节对于学生或相应人员的培养至关重要。但由于物质的分离分析鉴定涵盖样品制备、样本处理（含生物样本处理等）、分析、鉴定等多方面内容，涉及多项子实验、子环节，在实施教学过程中，受到实验设备、成本、时间、空间、操作次数等因素限制，多数环节难以实际实验形式开展，影响到学生能力的培养，形成了培养短板。针对这一情况，专业依托已获批的国家级虚拟仿真实验项目（橄榄叶中羟基酪醇的分离分析鉴定），将实践教学必要但实验开展困难的环节以虚拟仿真实验形式展开，解除设备限制，时空限制，经费限制，学生可通过网上操作，在虚拟实验中近距离接触大型仪器，得到训练，补足实践环节培养短板。

三、初步结果

通过实践教学体系的构建和实施，学生的综合实验素养和创新意识、创新能力得到了提高，2018年学生参与开放实验数目由2017年的23项增加至36项，参与的创新基金由2017年的22项增加至51项，参与竞赛的获奖数目由2017年的21项增至41项。教师获批省部级实验教学改革项目2项、校级实验教学改革项目4项，发表相关教改论文5篇，参加国家级、省级授课竞赛并获奖3人次、建设国家级实验“金课”1门。

四、结束语

大类招生是社会及高等教育发展的必然需求，对高校各专业来说既是机遇也是挑战。基于大类招生态势，實施“通专融合”培养是适应人才培养新形势的有效方式。对于生物技术这样一个实践性较强的学科来说，构建适应新形势的、可支撑“通专融合”培养理念的实践教学体系应从培养理念更新、培养体系构建、课程内容改革、教学方法更新等方面积极采取措施，以期培养出适应社会发展、专业要求的人才。

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