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【關鍵詞】現代教育技術;生物工程;多媒體課件;網絡課程;仿真實驗;應用
生物工程專業課包括發酵設備、發酵工廠設計、發酵動力學、酶制劑工藝學和發酵工藝學等課程內容。而發酵工藝學課程還包括氨基酸工藝學、有機酸工藝學和抗生素工藝學等課程。隨著現代化教育信息技術空間的日益拓展,以計算機為核心的教育技術的應用已成為2l世紀教育的主流。如何迎接現代科學技術的挑戰,培養具有自主學習、創新精神和實踐能力的高素質人才已成為高等教育改革和發展的首要任務,以信息技術為基礎的現代教育技術在高等教育改革中的作用將越來越重要[1]。
1 現代教育技術在生物工程專業課教學中的必要性
現代教育技術是以現代信息技術為支撐,以現代教育理論為基礎,以系統科學理論為指導,以教學過程和教學資源為研究范圍,以實現教學過程優化為最終目標[2]。與其他新技術一樣,現代教育技術的應用,對教育產生了強烈的沖擊波。尤其是多媒體、網絡、人工智能、遠程通訊等技術的應用,不僅更新了教學方法和教學手段,更重要的是對傳統教育理論和實踐產生全面的挑戰。
專業課教學是培養學生專業素質和實踐創新能力,綜合運用基礎課和專業基礎課知識的重要階段,直接為學生就業工作做準備。對于工程技術類的學生而言,積累本專業知識的同時,更為重要的是實際工程技能的訓練。多年來,生物工程專業課教學中一直存在著以下問題:
(1)就教學內容本身而言,生物工程專業課理論性強,教學難度大;內容多,概念抽象,公式推導復雜,知識的融合面廣(涉及高等數學、物理學、物理化學、工程制圖和化工等);運算過程長,公式多,經驗系數多;教具少,缺少形象化教學,尤其是設備部分,價格昂貴,難以建立工藝實驗;實踐性強,無論是基礎理論還是工業設備都離不開生產實際。
(2)就科學技術發展而言,隨著生物科學的快速發展,與之相關的許多學科、特別是最為密切的生物工程領域的許多研究方向得到了突飛猛進的發展,諸如:生物反應工程、生物分離工程與技術(生物工業下游技術)、酶工程、生物生產工藝等;其研究手段更加先進,涉及的領域更為寬廣,研究的內容更加豐富。這對于生物工程專業的教學,提出了更高的要求,須不斷地將新工藝、新技術和新的理論研究成果充實到教學內容中。
(3)就教學方法和教學手段而言,在傳統教學的教學中,教師講,學生記,教師問,學生答的方式,學生是被動的外部刺激的接受者即灌輸對象,這種教學方法學生的參與面,參與程度,實際上難于達到施教者的初衷。而且教法單調、教師費力、費時,學生卻感到抽象,不易理解,教學效果差。另外由于受時間、空間及經費等限制,學生很難親臨現場觀察。
針對工科專業課程的以上特點,傳統的“黑板 + 粉筆”教學模式無法滿足現代教學需要,學生也難以掌握相應的教學內容。現代教育技術的興起和現代教育媒體的涌現,為解決生物工程專業課教學面臨的困難和問題提供了新的思路和方法。為此我們認為,在生物工程專業課的教學中,應該充分利用現代教育技術,在課堂中使用多媒體教學,課后使用網絡課程,在實驗條件不足情況下采用仿真技術,建立計算機仿真實驗室。只有這樣,才能更大滿足對生物工程專業課教學的要求,培養學生自主學習的能力和創造精神,從而提高學生綜合素質。
2. 多媒體課件在理論教學中的應用
計算機多媒體教學課件,以其豐富、多樣的信息承載形式,靈活、方便的交互特點,將越來越多地應用于教學之中。傳統的利用黑板模式的教學方式,針對于生物工程專業課教學,面對有眾多學生,教師資源和學時數有限的情況,已經非常嚴重地影響了教學的效果,需要利用先進的多媒體工具進行改觀。
幾年來,作者將全部教學內容設計、制作成多媒體教學課件并投入到理論教學當中。實踐證明,設計合理,加工細致、使用得當的多媒體課件用于教學,效果較好。
2.1 采用多媒體課件教學,有利于分析歸納教材內容,重點突出。
生化工程專業課程涵蓋的內容很多,比如《發酵工藝學》課程內容就包括抗生素、微生物酶制劑、氨基酸發酵、有機酸(檸檬酸、乳酸)、多糖發酵生產工藝和丙酮丁醇發酵的生產工藝等等。這些內容中的絕大多數本身就可以單獨作為一門課程進行講授,如果全部介紹,課時肯定不夠。但是,如果采用多媒體課件教學,在設計課件腳本時,可以對課程內容進行分類和歸納,并選擇有代表性的知識作為授課重點內容。為此,我們把以上所有發酵生產工藝中的共性部分獨立出來,設計出這樣一條課件制作主線:工業微生物基礎淀粉制糖工藝培養基配制和滅菌無菌空氣的制備培養基中氧的供需和傳遞生物反應器發酵工藝控制發酵染菌的分析和防治動植物細胞大規模培養生化產品的分離和純化生化生產工藝實例。而對于其他相關內容僅僅布置自學提綱,使同學們通過舉一反三和觸類旁通的方法進行學習。我們在講授具體工藝內容時,對同學們已掌握和了解的內容不再重復講授或僅要求同學們復習相關的章節,這樣就避免了不必要的重復,突出了本課程的重點。
2.2 巧妙使用課件制作軟件,充分調動學生學習興趣
生化工程專業課內容多,有些內容學生無法實際觀察,比較抽象,而利用多媒體技術可以清晰地呈現這些教學內容,從而突破客觀條件的限制,使學生容易理解和掌握這些知識。可以利用優秀課件制作軟件如PowerPoint制作幻燈片、Flash制作二維動畫、3DMAX等制作三維動畫。這樣制出的教學課件在教學中的應用,不僅可以使抽象的理論具體化、形象化、直觀化,而且還富有趣味性和感染力,可以充分吸引學生的注意力,也便于學生將感性認識上升到理性認識,幫助學生對教學內容進行理解和掌握,充分調動學生學習興趣。
如《發酵工藝學》這門課中,最重要、最核心的設備是發酵罐,為了在授課時更加形象生動,學生更好接受課本內容,我們采用Flash軟件把發酵罐做成能播放的動畫“元件”。這樣,在講授各個章節課件時,當有涉及到發酵罐內容時,就可直接調用它,非常方便。再如在《發酵工藝學》課件制作中,用PowerPoint 作為操作平臺,在課件制作時利用工具欄中的“圖片”工具欄,利用自選圖形中工具,可在幻燈片制作過程中使用各種不同自選圖形,把復雜的工藝過程繪成流程圖,這樣使得講授內容條理更加清楚,系統性強,可以大大節省時間,學生容易接受。這樣以生動的圖像、圖片及流程圖將有關內容展示出來,使學生一目了然,容易建立起工業設備或工藝流程的空間概念,這樣做不僅有助于學生對所學知識的理解,而且有助于學生增強自信心,培養對專業的興趣。
2.3 有利于化學公式推導以及工藝流程圖的演示
生化工程專業課程化學公式多,工藝流程圖復雜,教學難度大,傳統的教學往往不利于公式推導的過程工藝流程圖的演示。這方面的教學也是一個比較容易使學生陷入學習困難的地方,是很多教師比較頭痛的教學部分。但是如果合理地運用成熟的辦公軟件對公式和工藝流程圖進行處理,更多技巧的運用可以讓多媒體教學發揮傳統黑板教學推導公式和演示工藝流程圖時不能達到的效果。比如:(1)利用辦公軟件的動畫功能就可以設置公式演算和工藝流程圖的慢放效果或者手動放映效果,使公式或工藝流程一步一步演示出來,或者在教師操作下演示出來,這樣,教師在教學過程中如同書寫到黑板上一樣有步驟、有時間順序,留給學生思考的空間。(2)為了強調某個部分與下一個步驟的聯系,可以用顏色效果或者箭頭來表示內部聯系。(3)對于學生不容易理解的步驟,可以任意回放重新演示,并且在需要討論的地方暫停討論。
多媒體作為現代化教學的一種手段,在優化教學過程,激發學生創造性思維,提高課堂教學效果,有效地實施素質教育方面起著重要的作用。應用于課堂教學的計算機多媒體技術,作為一種先進的教學輔助手段,和以前傳統的“黑板 + 粉筆”教學模式相比,有著無可比擬的優勢,能夠取得以前傳統教學輔助手段(模型、地圖和掛圖)所達不到的效果。由于采用多媒體教學,明顯提高了教學質量和效率,促進了生化工程專業課的教學改革。
3 網絡課程在輔助教學中的應用
在信息技術飛速發展的今天,傳統的黑板和掛圖(含幻燈片、膠片投影)的教學手段已無法適應當前教學內容大信息量和更新周期短的需要,多媒體教學課件的使用,也只能滿足有限的課堂教學的需求。
為適應時代的發展,筆者自2003年以來,首先把生物工程專業課之一的主干課《發酵工藝學》課程制作成適合在網絡上運行的網絡課程,并作為輔助教學使用。在教學時,采用網上教學和課堂教學相結合的方式,其中課程中的基本概念、重點和難點采用課堂教學,在多媒體教室上課,課程作業、課堂討論、在線答疑和理論考試等放在網絡上進行。經過二年多的實踐,已經初步取得成效。
網絡課程內容主要由以下三部分組成:(1)教學信息呈示部分。這部分主要是向學習者介紹學習這門課程應有的知識準備,通過學習達到的學習目標以及學科的知識結構等。欄目主要包含:教師風采、課程建設、理論教學、實踐教學、課外學習等,在主頁面上設有教學公告欄,使學生能在第一時間知道本課程的教學信息,并在課外學習欄目中補充了大量的新技術、新成果等資料,供同學們在網上自由學習。(2)網上交流部分。這部分主要是為師生或生生交流提供“陣地”的。主要欄目包括課堂討論、網上答疑、學習討論、師生信箱和任課老師值班時間安排等。(3)評價系統部分。包括對學生在這門課程中的考試與作業的評價、對學習過程參與度的評價、對教師的評價及專家對課程系統的評價等。
在具體的教學過程中,通過網絡課程的使用,學生可以采取多種學習方式:
(1)資源利用式,即學生可以通過網絡課程上提供的相關鏈接,獲得教育教學網站上豐富的學習資源,查詢并下載自己所需要的信息資料,包括各種生物學知識、觀點和最新的生物學成果等。比如,生物引擎網網址bio-engine.com,中國科學院科技文獻全文數據庫系統網址lcc.icm.ac.cn/fulltext/database.html,科學數據庫網址cnc.ac.cn,生物科技在線網址monsanto.com等。
(2)協商合作式,協作式學習是網絡教學的最重要特點,也是最重要優點之一,學生通過網絡上的課堂討論、網上答疑、學習討論欄目,可以進行討論、交流,而且還可自由發揮、自由想象,因此能集思廣益,便于多種不同觀點的碰撞與交流,能在較短時間內使參加討論的同學對同一復雜問題,獲得多方面的較為深入的認識,這對于事物的復雜性和培養辯證思維、發散思維,無疑有很大好處;
(3)自主發現式,即借助網絡資源,通過比較異同點,發現問題,主動探索的學習。比如學生學習課本第十章發酵過程的工藝控制之后,學生通過比較發酵生產的三種培養方式(分批培養、補料分批培養和連續培養),找到了異同點,學生對內容的分析和歸納,不但很快得找到了知識,通過查閱相關資料還進一步發現,在實際生產中,人們一直極其重視微生物、動植物細胞的改良和新產品的開發,而忽視了探求改進生產工藝和改善工業生產設備的工藝研究。學生通過查閱相關資料,發現工藝的改進將會在很大程度上改善產品的質量,提高生產效益,起到上游過程無法實現作用,也充分認識到工藝的研究和優化顯得更加重要。
同傳統課堂教學課件相比,網絡多媒體教學課件與其有許多相同之處,也有不同的地方。許多同學在與網絡接觸之后,學習興趣更加濃厚,求知欲望異常強烈。在通過網絡擴展了知識外延的同時,學生們真正體會到了“學然后知不足”的深切內涵,進而確定了終生學習的思想。因而,我們應根據網絡教學特點,認真研究網絡教學對課件的要求,把握網絡多媒體教學課件設計、制作原則,力爭制作出高質量的網絡課件。
4、計算機仿真技術在實驗教學中的應用
實驗對于培養學生的實際操作能力和解決問題的能力十分重要,而實驗素質和技能的提高必須通過實驗教學的各個環節來實現。但專業實驗不同于基礎實驗,大部分實驗操作是綜合性大型工藝實驗,要建立一個比較完善的生化工程專業實驗室,投資較大,如購買一套70升全不銹鋼中試發酵罐及其控制系統等較為完備的實驗設備,投資就得上百萬;另外,傳統實物實驗要受實驗室的自身條件,如儀器設備的種類、狀況、成套數及器材消耗等因素的限制,在規定的時間和空間內有選擇性地開設綜合設計性實驗往往存在較大難度;第三,如果專業實驗開設數量有限,實驗內容更新緩慢,就難以適用現代科學技術的迅猛發展,不利于學生研究設計能力和創新能力的培養。基于以上情況,我們建議把計算機仿真技術引入到生化工程專業實驗中,建立生化工程專業仿真實驗室。
與傳統實物實驗相比,虛擬仿真實驗以軟件為基礎,用軟件替代硬件實現了各種器件和電路的顯示、數據讀取、數據分析處理等實物實驗只能用硬件完成的功能;同時實現了實物實驗很難實現的數據編輯、存儲、打印圖表等功能,而且點擊鼠標即可進行仿真操作,完整地模擬實驗操作的全過程。隨鼠標的移動,指示出實驗裝置的各個部件名稱,便于了解實驗裝置的結構,使得學生實驗變得更加靈活、簡單而富有創造性。
在發酵工藝學課程的專業實驗中,通過計算機技術建立模擬實驗環境,可以設計許多仿真實驗,通過輸入必要的參數,或者通過學生交互操作 進行模擬實驗 通過輸入不同的參數 觀察不同的實驗結果,進行分析比較,可較好提高學生科學探究的能力。
以青霉素的發酵生產為代表,仿真一套完整的、與工業化生產完全相同的青霉素發酵、分離提取的工藝實驗,在仿真實驗過程中,將發酵過程中的各種參數的測定融合到具體的實驗中。例如:發酵液中青霉素含量的測定、發酵液中還原糖含量的測定、pH的在線檢測、發酵液中溶氧濃度DO值的在線檢測、菌體濃度OD值的檢測、菌體染色及形態觀察等,要求學生從實驗開始到實驗結束,每隔一段時間出樣一次進行各種參數的檢測。最后根據實驗得到的各種數據,結合學過的發酵工藝學的基本原理,對發酵過程中的各種參數的變化及出現的發酵異常現象進行具體的分析,并寫出一份完整的實驗報告。這樣有利于提高學生分析問題解決問題的能力,對其它課程的學習也起到了一定的促進作用。
虛擬仿真實驗改變了傳統的學習觀念,不僅為學生提供了一個開放式的實驗平臺,也為教師提供了一個優良的輔助教學平臺,適合反映新技術新成果應用的新型實驗,使學生更直觀、靈活、自由地完成學習任務。但發酵過程是一種內在機理十分復雜的生化過程,實際上很難有一種數學模型對所有發酵過程進行準確的描述。為此我們認為,應該把虛擬仿真實驗作為傳統實驗教學的完善與補充,把實物實驗與網上虛擬實驗、課堂教學與網上教學、實際考核與網上考核有機地結合起來,充分利用先進的計算機設備和豐富的網絡資源進行網上虛擬實驗教學,進一步提高實驗教學水平。
5 結束語
每一種媒體都有自身的長處,對某種特定的教學和學習有效,不存在一種處處適用的全能媒體。同樣,每種媒體又不可避免地存在局限性,不利于某些教學和學習。只有在某些特定的教學情境中,一種媒體會比另一種媒體更有效。現代教育技術作為現代化的教學手段,必須和傳統的教學方法融為一體,多種教學媒體互相補充、協調統一,接教材的需要進行優化組合,才能發揮其優勢,達到教學的最佳效果。另外,作為一名教師只有深入鉆研、勇于探索、大膽實踐,并不斷學習和掌握現代教育技術,才能提高自己應用現代教育技術的能力,從而優化教學體系,提高教學質量。實踐證明,現代教育技術引人生化工程專業課程教學中是高校實施教學改革,提高學生綜合能力的有效途徑。
參考文獻
一、預設與生成的意義及其關系
所謂“預設”,就是課堂教學前的一個預案。數學課堂教學中的預設,簡而言之就是要明確5個問題:這節課教什么?要求學生達到怎樣的目標?教師提供什么材料?采用什么教學方法?在每一個環節里,如何提問,期望學生怎么回答?所謂“生成”,即在課堂教學實施中學生出現的情況。生成大致可以分為兩種:一類是預設下產生的現象,另一類是不曾預設到的現象。要明確的是一切生成都是合情的,作為老師要辨證地對待、適時地調整。
預設與生成是課堂教學不可缺少的兩個方面,“精心預設”是課堂教學的基點,“精彩生成”是課堂教學成功的關鍵。過分強調預設缺乏必要的開放和不斷機動靈活的生成,就會使課堂教學變得機械、沉悶和程式化,缺乏生機和活力,使師生生命力得不到充分發揮;單純地依賴開放和生成,缺乏必要的精心預設,就象運動員在平衡木上失卻了重心,課堂教學將變得雜亂無緒,甚至失控。
因此,處理好預設與生成的關系,在精心預設的基礎上,針對教學實際進行靈活調適,追求動態生成,從而使課堂教學綻放精彩。
二、以學生為本,創造性的利用教材,精心進行全面合理的預設
教學本身是一種有目的、有計劃、有組織的師生多邊活動,教師必須對未來的教學進行預設。首先,教師必須認真理解課程標準,深研考綱,準確把握駕馭教材,然后綜合學生現有知識水平、經驗以及對知識的接受能力,對教學過程進行全面合理的預設,把學生可能達成的結果表達出來。值得一提的是,預設應留有足夠的教學空間讓師生對話交流,其中包含學生思考的突發性和偶然性,從而形成具有多樣性和創造性的預設,這就決定了預設不但有高質量的思維交鋒和智慧啟迪,而且有積極的情感體驗和情感交融,蘊藏著創造和靈動。
三、以精心預設為基礎,促使生成更加精彩
1.做足預設,促進生成
數學課堂教學是一種有目的,有意識的教學活動,教師在課前必須對教學目標、任務和過程有一個清晰、理性的思考和安排。教師要達到預期的教學效果,必須做足預設,充分思考課堂上可能出現的問題,儲滿動態生成的“糧倉”,豐富生成源。只有這樣,生成才會豐富多彩。“預設”使我們的課堂教學有章可循,“生成”讓我們的課堂精彩紛呈。例如,在講完特殊三角形后,為了更好理清分割的要領,筆者在備課時預設了一個延伸:怎樣的三角形能分割成兩個等腰三角形?盡管我在課前作了較多的預設,但學生的發現還是讓我有意外驚喜。給學生留足時空,讓學生真正擁有展示自我的機會,可以激發學生的探索欲和創造欲,求得新的生成,教師與學生分享彼此的思考、經驗和知識,從而豐富教學內容。課堂成了促進師生智慧生成的場所。
2.調節預設,機智生成
新課標指出“教師應尊重學生的想法,鼓勵學生的獨立思考和見解,課堂教學應體現學生的主體地位。”因而課堂不是一出按教案上演的“情景劇”,學生帶著自己的知識、經驗、情感與同學和老師進行交流、共享。各種不確定因素,使課堂出現了一個個“生成點”。所以我們的預設要留有較大的包容度和自由度,為生成留足時空。教師要不斷地捕捉、判斷、重組課堂教學中從學生那里涌現出來的各種各樣信息,把有價值的新信息和新問題納入教學過程,使之成為教學的亮點,成為學生智慧的火種。例如,剛學三角形全等證明SAS時,我發現學生常常誤用SSA的方法兩個三角形全等。我在教學這部分內容時,當部分學生出現這個錯誤后,立即在全班提出這一個問題:“兩邊及其中一邊的對角對應相等的兩個三角形一定全等嗎?”利用學生常犯的錯誤。因此只要添加兩邊中對邊較大時,探究3也全等。教學中能巧妙利用學生產生的錯誤,讓學生在前因后果中頓悟錯誤,在探究問題中解決錯誤,真正的課堂會因錯誤的發現、探究、解決,形成良性循環而充滿活力。
(1)合作交流,拓展生成
合作探究是課堂教學動態生成的生命線。新課程把教學過程看成是師生交往、積極互動、共同發展的過程,所以,教師要創設民主、和諧的課堂教學氛圍,營造一個和諧合作的空間,讓學生在合作中即興創造,超越目標預定的要求。有些內容是在預設中被忽略了,以致課堂上出了點偏差,這些都是常見不過的事,我們不可能把所有問題都預想到了,要學會利用學生的資源,把機會交給學生,讓他們自己想辦法解決,在交流傾聽中調整思路,掌握方法。
(2)正確引領,高效生成
在課堂上,教師要具有一雙慧眼,對有價值的生成,將其視成重要的課堂資源加以利用,而價值不大或無效的生成,要及時處理,引導學生回到有效的預設軌道,保證教學的正確方向。生成應在預設的目標之內,使預設深化。
3.放棄預設,追求生成
關鍵詞 生物化學 教學探索 食品科學與工程 實踐
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdkx.2016.10.044
Teaching Exploration and Practice of Biochemistry Course in
Food Science and Engineering Specialty
ZHOU Wei, HU Liangbin, LI Hongbo, MO Haizhen
(College of Food Sciences, Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang, He'nan 453003)
Abstract Biochemistry is an important professional course of Food Science and Engineering. As for its wide range of content, strong theoretical, abstract and difficult to understand, it has brought great pressure to the education and teaching work. Teaching methods and modes were explored and discussed in this paper. The exploration and practice of biochemistry will definitely develop students’ scientific literacy and help teachers to improve the teaching quality of biochemistry.
Keywords biochemistry; teaching exploration; food science and engineering; practice
近年來,世界糧食危機不斷加劇,人們對食品質量與安全的關注也逐年加深,食品科學與工程專業培養的學生在食品營養健康領域、安全檢測領域和監督管理領域發揮著越來越重要的職責與作用。作為與農學、化工、醫學等同屬一級學科的食品科學與工程專業,面向學生的培養目標不僅是要培養熟練掌握食品營養和加工工藝的技術人員,更應該是能夠適應經濟建設與社會發展需要、理想遠大、品質優良并富有科學與創新精神的復合型高級專門人才。
食品科學與工程專業的課程設置以化學知識為背景,涉及無機化學、有機化學、分析化學、物理化學、食品化學和生物化學等。生物化學在對于食品科學與工程這個專業來說是卻之不可的重要專業課程,其具有承前啟后的重要作用。通過對生物化學這個專業的學習,可以讓學生在掌握有機化學、分析化學的基礎之上,同時對后續的食品化學、食品生物等相關課程的學習打下堅實的基礎和知識儲備,其基本理論也可與食品生產、加工、保藏以及食品安全檢測等技術相互聯系。①②因此,生物化學課程在食品科學與工程專業學生的理論學習體系中起到了至關重要的作用,學生對該門課程理論知識的理解將有助于培養學生在本專業后續學習中分析解決實際問題的能力。
生物化學課程是一門集教學與實踐相結合的綜合性課程,其涉及的范圍廣、知識面大、既包括闡述核酸、蛋白質、糖類、脂類等生物大分子物質的結構與功能的靜態部分,也包括闡述糖類代謝、脂類代謝、蛋白質代謝、核酸代謝等的動態部分,還有涉及中心法則的分子生物學部分的理論和知識等,加上工科院校安排的課時量又極其有限,因此學生普遍反映生化課的概念多、理論多、知識抽象、難以記憶、實驗操作困難等。③結合生物化學這個專業的自身特點以及兼顧食品專業的教學要求和模式,要求我們教師在開展教學的過程中,需要與時俱進的創新教學方法,改革教學模式,優化教學內容,加強實驗教學等方面做出探索和嘗試,在此基礎上去探索出一條有效的教學路徑。
1 多種方法結合,培養學生學習興趣
俗話說“興趣是最好的老師”,良好的教學效果與學生的興趣是分不開的。在生物化學的教學過程中,只有激發學生的學習興趣和積極性,才能夠讓學生在學習的過程中變被動為主動,達到良好的教學效果。
1.1 上好第一節課,樹立信心、激發好奇心
通常第一節課均為課程的緒論課,這節課的目的不僅要讓學生對課程的設置和知識體系有個清晰的認識,更重要的是能夠拋磚引玉,激發學生的學習興趣。④生化課需要學生掌握的內容很多,學生容易產生畏難情緒和恐懼心理,所以教師的首要任務就是幫助學生樹立學好生化課掌握好生化知識的信心,要讓學生積極地參與進來,充分地信任教師,積極引導學生主動地培養自己的學習能力,要讓學生相信在自己的努力和老師以及同學們的幫助下沒有學不會的知識點,沒有解決不了的難題。
筆者是一名青年教師,在與學生的互動和交流中更多地是以一位學長的身份去帶動和激勵學生去探索未知的生化世界。為了引起學生的好奇心并激發學生的學習興趣,筆者通常會結合一些生物學現象和學生們感興趣的話題與學生們展開討論,比如怎樣讓“火樹熒花”成為現實?如何健康減肥?多吃蛋白質好不好?讓學生意識到生化專業知識與日常生活具有相通性。同時,深入剖析與人們生存和生活相關的生化領域國際最新的研究前沿和新聞報道,讓學生們充分認識到學習生化知識的重要性和必要性,讓學生對生物化學產生濃厚的興趣,提高學習的動力。
3 重視實驗設計與操作,培養學生創新意識
生化實驗是整個生化教學的重要組成部分,它不僅是培養、鍛煉學生的實驗操作能力的重要環節,更是培養學會創新能力的重要途徑。傳統的驗證性實驗教學方式由教師負責降解原理和步驟乃至注意事項,學生僅僅是照著實驗流程進行操作,這種方式僅能幫助學生對生化實驗留下簡單的印象,甚至有厭煩情緒,嚴重制約著學生的創新思維和主觀能動性。⑧為了適宜新世紀食品科學與工程專業人才培養的需要,我們一方面精選基礎實驗內容幫助學生理解和記憶所學理論,掌握生物化學基本的實驗技能,另一方面為了增強學生的動手能力和分析問題及解決問題的能力,我們合理地整合并設計了一些實驗內容,將多個小實驗整合成一個綜合性實驗,給出既定的目標,讓學生自己設計實驗方案,來探索實驗,驗證原理。我們在開設生化課的學期會給學生一周的時間專門用來進行生化實踐,比如讓學生從培養的藍藻細胞里提取藻藍蛋白并進行分離純化和含量測定,這個實驗涉及生化分離技術的多個方面,從提取、分離、純化到純度和含量的鑒定,均需要學生去自己思考,查找資料,動手驗證,這對學生的動手能力和動腦能力都起到了很好的培養作用。
食品科學與工程專業是生命科學與工程學的重要組成部分,也是銜接生命科學與工程科學之間的重要橋梁,肩負著為社會培養具有食品科學和工程能力人才的責任。核心競爭力的培養關系到學生未來的發展,基礎課程的教學必須圍繞個人核心競爭力的形成進行。⑨在生物化學的教學過程中,要把握學科發展動向,優化教學內容,靈活運用各種教學方法,調動學生的自主學習積極性,培養學生的科學素養、實踐能力、創新能力、團隊合作能力等多種能力,提升學生的核心競爭力。我們采用多種教學方法激發學生的學習興趣,引導學生變被動學習為主動思考,提高了學生的邏輯思維能力和綜合素質,重視理論與實踐相結合,培養了學生的創新意識。為了新時代食品學科的發展,在教學改革的探索過程中,我們還將進一步鞏固和改善。
*通訊作者:莫海珍
資助項目:河南科技學院2016年度教育教學改革研究重點項目,河南科技學院研究生教育教學改革研究項目(YJG 2014YB03)
注釋
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② 閆景坤.高等學校食品專業生物化學教學的改革探討.農產品加工(學刊),2011.12:137-139.
③ 趙敏,徐安莉,周艷艷,陳會敏.《生物化學》教學現狀及改革方向探討.湖北中醫藥大學學報,2014.16(5):119-120.
④ 孫海麗,丁位華,徐海娟.怎樣提高學生學習生物化學的興趣.科技資訊,2015.33:140,141,143.
⑤ 鄭君芳,賀俊崎.“微課”與“翻轉課堂”應用于生物化學教學的初步探析.繼續醫學教育,2014.28(11):71-73.
⑥ 孔祥珍.食品專業生物化學課程教學的探索與實踐.教育教學論壇,2015.14:143-144.
⑦ 孫永林,余海忠,李玉奇.PLB教學法在食品專業生物化學教學中的應用.學園,2016.2:65-66.
關鍵詞:微生物育種;項目化教學;高等職業教育
中圖分類號:G712 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)48-0164-03
早在4000多年前,我國勞動人民就會利用微生物來生產酒和釀造食品。如今,利用工業微生物育種技術對微生物進行改造,可以提高目的產物的產量、質量或獲得新的目的產物,并符合工廠化生產的要求,從而使抗生素、酶制劑、氨基酸、維生素、核苷酸、生物堿、激素等微生物產品產量成倍甚至成千倍增長,同時產品質量也不斷提高,各類微生物產品已深入到人類生活的各個方面。工業微生物育種技術是高等院校生物技術類專業的專業課程。在傳統的教學過程中,教學內容往往太過理論化,理論知識與實際操作未能結合,學生學習難度大,感覺枯燥乏味;而且,教學實驗安排大多是孤立的,在技術上不具有連貫性和系統性,不能將技能訓練與生產過程有機結合,學生學完之后不知如何運用,解決實際問題的能力提高不明顯。顯然,傳統的教學方式已不能滿足現今高技能生物技術專門人才培養的要求。如今,許多高職院校正在積極探索新的教學方法,項目化教學就是其中常用的一種。它依照教學目標將課程內容設計成若干個操作性較強的項目,以工作任務為中心,以典型產品(或服務)為載體,開展課程教學,將理論知識、實踐操作與素質培養融為一體,學生在完成項目工作任務過程中,既收獲了知識,又鍛煉了技能。與傳統教學法相比,項目化教學強調行動導向、項目載體、任務驅動、素質滲透、學生主體以及理論實踐一體化,主要解決“怎么做”和“怎么做得更好”這兩個問題,是培養技能型人才的主要途徑[1]。2007年,湖北生物科技職業學院生物工程系開設了《工業微生物育種技術》這門課程,它是生物技術及應用專業和生物制藥技術專業的必修課。自2010年引入項目化教學方法以來,經過多年的探索和實踐,該課程取得了良好的教學效果。
一、以崗位需求為依據確定課程目標
按照工業微生物育種技術在生物技術及應用專業人才培養方案中的定位,依據職業崗位的需求,確定本課程的教學目標,即能根據微生物育種原理和基本操作流程,制定育種的實施方案,并按照實施方案應用微生物育種技術獲得高產突變株,同時能對實施過程和原有方案進行評價和改進。課程教學目標,包括知識目標、技能目標和素質目標三個方面。(1)知識目標:熟悉工業微生物的特征,了解工業微生物育種技術的方法種類;掌握基因突變及基因重組的機制;掌握工業微生物誘變育種的原理與方法;熟悉其他常用的工業微生物育種方法。(2)技能目標:能夠根據微生物的來源與特性,選擇合適的分離純化方法,并進行分離純化操作;能夠根據微生物的類型,選擇合適的誘變育種方法;會進行生產菌種的保藏及復壯技能;能正確使用微生物的培養設備,并進行維護。(3)素質目標:具有較強的責任心和嚴謹的工作作風;具有較強的人際溝通能力;具有較強的團隊組織協調能力;具有良好的安全、環保和節能意識。
二、以育種工作流程為主線設計教學項目
項目化教學的關鍵,在于教學項目的設計。我們一般應根據課程教學目標,以職業活動的工作過程為依據,結合職業崗位的典型工作任務,按照學生的認知規律來設計項目。項目設計要打破傳統學科體系的章節編排,不應以知識的邏輯順序為依據來安排教學。每個項目都有其相應的知識、技能和素質要求,讓學生在“做中學、學中做”。工業微生物育種技術的教學項目設計具有以下特色。
(一)課程設計思路
大多數項目化教學課程的設計思路,是將課程內容設計成基礎項目、主導項目和自主項目。根據工業微生物育種課程內容、操作流程和職業活動的特點,筆者將該課程設計成一個綜合性大項目,即果膠酶高產突變株的篩選。筆者將原先孤立、分散的單個實訓項目綜合為一個由9個子項目組成的前后連貫的大項目,其連貫性、整體性的特點更為突出(表1)。兩個子項目互為依托,前一子項目的結果是后一子項目實驗材料的來源。
(二)相關專業課程銜接
該課程項目產品為篩選出的果膠酶高產突變株,可作為后續課程發酵工程、酶工程、生物分離與純化、生物制品技術的項目化教學的材料。比如,可對果膠酶高產突變株的發酵條件進行摸索,或對其發酵工藝進行優化,或從高產突變株中分離純化果膠酶,或對提純的果膠酶進行性質分析。從而完善了專業課程體系建設的連貫性、整體性及層次性,實現了專業課程之間的有機銜接。
三、以學生為主體完成項目實施
在具體子項目實施之前,筆者安排有項目概述環節,內容主要包括:①課程簡介:告知學生本課程的教學目標、項目設計情況、教學組織方法和考核方案等。②行業企業概況:介紹工業微生物的應用狀況、工業微生物的概念及特點和工業微生物技術種類等。③后續課程任務的布置:要求學生查閱相關資料,指導學生制定子項目實施方案。以微生物育種工作流程為主線,開展子項目的實施,每個子項目有各自的知識、技能目標。在子項目的完成過程中,教師只起組織、引導、指導和評價的作用,學生才是學習的主體。每個子項目的實施步驟如下。
1.項目導入。首先,教師通過案例或者問題導入學習項目,提出問題、給出提示,導入本次課程的內容,組織學生展開討論。
2.方案制定。學生通過圖書館或者網絡查閱資料,以小組為團隊討論并制定實施的初步方案。筆者通常安排學生利用課余時間完成該步驟。
3.方案確定。首先,每個小組以ppt形式向全班匯報制定的初步方案,分析實施可行性,并說明資料來源。然后,教師和其他小組對匯報組進行提問或評價。筆者通過交互式討論,引入相關知識,最后由教師對各小組初步方案進行點評,同時提出修改建議,鼓勵實施方案的多樣性。
4.方案實施。學生按照確定的方案,合理分工,團結協作,共同完成項目。在實施過程中,教師隨時檢查學生實施的情況,進行現場指導,解答學生的疑問,參與學生的討論,糾正學生的錯誤,全面掌控學生的實施效果及學習質量。
5.總結評估。總結以各小組向全班展示實訓結果的形式進行。評估采取小組互評、教師點評等方式進行。每一個項目均制定了技能考核方案及評分標準,結合學生提交的實訓報告進行過程性評價。
四、以過程性評價為手段增強技能培養
成績考核是教學過程中的重要環節,好的考核方式對學生職業技能的養成會起到促進作用。傳統的單一筆試考核方式很難反映學生在學習過程中的素質和能力,與強調以素質為基礎、以能力為本位的現代高職教育理念不相符。本課程的考核以結果性評價為輔,重在過程性的評價,以靜態知識考核為輔,重在動態能力的考核,學生綜合成績的評定以過程評價、技能考核和理論考核相結合的方式進行。每個子項目的實施都要求進行過程評價,評價內容涉及子項目實施的每個步驟,以子項目5誘變劑量的選擇為例,子項目技能量化考核表如下(見表2)。
學生、組長和教師為評價主體的三方,依據量化考核標準分別給出過程評價成績,然后按照一定比例折合成學生的過程評價終成績。理論考核和技能考核通常在學期末進行。課程總評成績的組成詳見表3。
現代職業教育,應該是一種以服務為宗旨、以就業為導向、以職業能力培養為核心的教育,重心應在于培養學生的動手能力和實踐創新能力,特別是畢業后從事某種職業的謀生能力[2]。項目化教學,充分體現了學生是學習的主體的特點,學生的學習主動性和積極性被有效調動了;和傳統的教學模式相比,其教學效果得到明顯改善。當然,以就業為導向,堅持走產、學、研相結合的路線,以崗位技能促進學生就業,在高職高專院校進行課程項目化教學改革是一個漫長的過程,需要學校和教師從多方面進行改革,比如教學觀念、管理、內容設置、教學模式及結果評定等。
參考文獻:
摘 要 細胞工程是生物工程專業的一門專業基礎課,細胞工程課程組對細胞工程課程的教學內容、教學方法和考核方式等進行了一系列的探索與改革,制定了課程質量標準,修訂了課程教學大綱,為生物工程專業學生的培養奠定了一定的專業基礎。
關鍵詞 細胞工程 課程改革 教學改革
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2015.08.024
Exploration and Thinking of Biological Engineering
Cell Engineering Course Teaching Reform
SHAO Jingxia, YANG Shushen, XU Hong, MA Ruili, ZHANG Xiaohong
(College of Life Sciences, Northwest A& F University, Yangling, Shaanxi 712100)
Abstract: Cell engineering biological engineering professional a basic course, cell engineering course group of cell engineering course content, teaching methods and assessment methods carried out a series of exploration and reform, develop a curriculum quality standards, revised the course syllabus for the cultivation of bio-engineering students laid a professional basis.
Keywords: cell engineering; course reform; teaching reform
生物工程是一門新興的集生物學、化學、醫學、工程學等為一體的邊緣交叉學科。我校生物工程專業始建于1999年,細胞工程課程是生物工程專業的一門專業課,是應用性、實踐性很強的學科。根據生物工程專業人才培養的目標, 在多年的教學和實踐過程中,筆者對細胞工程課程內容和結構進行了較為全面的改革和探索,以期完善人才培養的知識結構,滿足本專業學生課程學習的需求,培養知識全面的合格人才,切實提高學生的創新與實踐能力。
1 合理構建課程體系
1.1 適應專業要求,調整教學內容
細胞工程是生物工程專業的一門專業課,由于師資及實驗條件限制,最初細胞工程課程內容主要講述植物細胞工程,其內容主要包括:植物細胞的全能性理論及其實現途徑,植物細胞的脫分化和再分化理論,器官分化和體細胞胚胎發生的途徑與方式,植物細胞工程實驗室組成和無菌操作技術,植物離體無性繁殖和脫病毒技術,植物胚胎培養和單倍體誘導技術,原生質體培養和體細胞雜交,植物細胞培養及次生代謝產物的生產,體細胞無性系變異和突變體篩選,種質資源離體保存和植物遺傳轉化技術。隨著專業的快速發展和學生知識結構的需求,對課程內容的要求也在不斷拓展。近幾年我們增加了動物細胞工程的理論,其內容涉及動、植物細胞和組織的培養技術,細胞融合技術,胚胎移植、動物克隆、體外受精、轉基因動物等技術以及細胞工程技術在農業、工業和醫藥等領域的應用。
1.2 立足基本原理,突出專業應用
我們在討論課程大綱及課程質量標準時確定了該門課程主要包含基本原理、基本技術、實踐應用三部分,壓縮了原理和理論講授學時,加大了知識應用學時,例如學習了細胞全能性理論知識,我們把如何利用這一原理進行植物快繁、細胞培養、種質保存等作為重點內容。調整課堂講述內容的同時,增加了實驗課和實習的學時,使課程結構更加適應專業學習需求,突出了工科課程的專業應用。
1.3 編制課程標準,規范教學內容
細胞工程課程大綱經過了2004年、2008年、2012年和2014年4次修訂,生物工程教研室對細胞工程課程內容、實驗、實習等環節進行了廣泛的討論,同時也聽取和參考了其他高校同行的建議,編寫了細胞工程課程質量標準,首先確定了學生通過本課程的教學應實現以下目標:①了解細胞工程課程在生物學科中的地位及發展情況;②了解細胞工程的基本理論依據及該課程在國內外的進展與發展趨勢;③使學生理解和掌握動植物細胞工程的基本理論知識和各種操作技術的基本原理及技術路線;④使學生能夠靈活運用所學的基礎理論知識,發現、分析并解決實驗操作過程中的具體問題;⑤提高學生分析問題、解決問題的能力,為以后更好地應用細胞工程技術奠定堅實的理論和技術基礎。圍繞課程培養目標確定了細胞工程課程共十五章的講述內容;同時進一步規范了該門課程的考核環節和實施程序,使今后的課程考核更加全面和科學。
2 改進教學方法,利用現代化教學手段,提高教學效果
2.1 采用多種教學方法,調動學生學習的積極性
生物工程專業本科的細胞工程課程在三年級第二學期開設,學生已經具備相關的專業基礎知識。因此教師在課堂授課過程中,綜合采用啟發式、比較式、互動式和討論法等多種教學方式,充分調動學生的積極性,實現學生對理論知識的更好理解和掌握。如在講述細胞工程理論時,首先提問學生為什么細胞具有全能性,各種不同細胞類型實現全能性的能力為什么不同?并引入課堂討論-植物離體培養中如何實現植物細胞的全能性?在講述細胞培養時,我們首先讓學生比較植物細胞、動物細胞與微生物細胞的結構、功能的不同;在講述人工種子時,引入課堂討論-體細胞胚胎與合子胚的異同點?通過這些方式充分調動他們探索未知領域的主觀能動性和創造性思維,激發學生的求知欲,激勵學生積極參與到教學過程中,真正讓學生成為課堂的主體。
2.2 充分利用多媒體教學手段,提高學生的學習興趣
計算機輔助教學作為現代化的教學手段,在改革教學模式、優化教學內容、提高學生的學習效率等方面有重要的作用。細胞工程課程內容多,信息量大,應用性和實踐性很強,又涉及多種實驗技能。根據細胞工程課程的特點與教學內容要求,為了使學生在有限的課時內取得更好的學習效果,在教學過程中,授課教師采用傳統板書和多媒體教學相結合的手段。在平時的教學實踐中,授課教師就非常注重各種素材的收集和加工,自制或搜集相關的視頻和動畫,在課程教學和實驗教學中均使用多媒體課件。如利用圖片展示污染、褐變、玻璃化等現象,使學生可以直觀地分辨到各種限制植物組織培養的因素;用動畫的方法進行演示胚胎干細胞的誘導分化及單克隆抗體的制備過程,使學生更容易理解和掌握這些較抽象的內容;通過視頻等方式介紹原生質體的分離,細胞融合等過程,可以把一些學生容易忽略、較抽象、不易觀察到的重要操作技術直觀地演示出來。利用板書繪制離體培養條件下,小孢子發育成植物體的途徑和原生質體融合的不同產物,以加深學生的理解。傳統和現代教學手段相結合,加強理論和實際的聯系,取得了明顯的教學效果。
同時,我們也完善了細胞工程課程的網上資源,包括教學大綱、多媒體課件、思考題和試題庫等,方便學生課后復習。
3 加強實踐教學,鞏固教學成果
細胞工程是一門應用性、實踐性很強的課程,我們注重理論課教學的同時,不斷完善實踐教學體系。通過多年的教學實踐,已經建立起了包括課程實驗和生產實習兩個方面的實踐教學體系。
保留基礎性實驗內容,如培養基配制、初代培養、繼代培養、培養物觀察等內容,以培養和訓練學生最基本實驗技能。在有限的實驗課課時和現有實驗條件下,對原有短時間的、驗證性實驗進行整合和優化,合理規劃實驗內容和環節,使實驗環節銜接緊密。如實驗室的顯微鏡和解剖鏡是按照兩個同學一組的標準配備的,在花器官剝離與觀察實驗中要用到解剖鏡,而花粉發育時期鑒定用到光學顯微鏡,因此我們將這兩個實驗整合在一起,既有效利用了實驗室資源,又節約了時間。人工種子的制備和繼代培養基的配制合在一起,在培養基滅菌的過程中,制備人工種子,避免了學生等待滅菌的過程。
在傳統的細胞工程實驗教學中,如母液配制、材料選擇等一般由實驗人員或教師提前準備,學生只是按照實驗指導完成實驗的部分步驟。如原生質體的分離、純化和融合實驗,改變了原來實驗室老師準備好所有需要用的試劑,而讓學生全程參分離酶液、洗滌液、電融合液、化學融合劑的配制,將現有的部分過程性實驗變為全部過程性實驗。通過全程參與實驗的整個過程,學生的實驗技能得到較全面的綜合性訓練。
為培養學生的綜合能力和探究精神,結合不同專業的學科方向,自選一些實驗材料,獨立完成,也可以結合教師科研和大學生科創項目進行,提高學生的綜合實驗能力和基本的科研素質。
4 完善考核方式、注重學習效果
考核是教學中不可缺少的環節,通過考核對教學質量及教學效果的反饋和檢查,一方面,檢查學生對知識的掌握程度;另一方面,教師可以發現教學中存在的問題,及時改進教學效果。細胞工程課程考核分為兩大部分,平時考核占30%,課程考試占70%。平時考核主要包括課堂表現(考勤,課堂討論,課堂提問)和課后作業等方式對學生平時的表現進行綜合考核。引導學生重視平時學習,防止期末突擊應付考試。
實驗課按照實驗的性質,分別考核,首先基礎性的實驗中逐步降低實驗報告的成績比例,將學生在實驗課上的綜合表現,包括操作的規范程度、培養結果的好壞及衛生情況等納入到考核的內容,使學生養成良好的實驗習慣。基礎實驗的評定具體包括實驗報告50%、課堂紀律10%、實驗技能20%、實驗結果10%和實驗習慣(衛生、實驗用品使用等)10%。
其次,對于綜合性設計性實驗的考核,主要從材料的選擇,方案的設計,團隊協作,實驗操作,報告書寫的規范程度等方面來評價,因為實驗材料的選擇根據學生興趣,因此難易程度不同,對實驗結果僅作為參考基礎。這部分的成績評定具體包括材料的選擇10%,方案的設計30%,團隊協作20%,實驗操作及材料的生長狀況20%,報告書寫的規范程度20%。計算各部分的成績的平均成績,作為實驗的最終成績。
對實習的考核,實行帶隊教師與實習基地指導教師的雙向考核。主要包括實習考勤(10%)、實習報告(30%)、實習帶隊老師(30%)和實習基地老師成績(30%)的雙向考核。
隨著細胞工程發展,在教學過程中授課教師不僅要不斷豐富學科發展的前沿和發展動態,更新自身的知識理論框架,而且在教學過程中要不斷思考探索和總結,提高教學質量,使學生在學習過程中真正有所收獲,為國家培養出綜合素質較高具有創新能力的優秀人才。
參考文獻
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關鍵詞 開放式教學 生物制藥工藝學 新模式
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A
0 引言
生物制藥工藝學是制藥工程專業的重要專業課程,涉及生物學、生物技術、化學、工程學和藥學等學科的基本原理的綜合應用。教學中既包括基本原理的講授,又涉及到原理在實際中的應用,內容覆蓋面廣,難度較大。目前大多數教學方式都是教師單一講授,學生被動接受的“傳統教學模式”。授課形式單一,缺少師生間的互動。這種封閉式的、單一的教學手段將學生禁錮在課本和課堂,限制了學生學習的主動性,影響學生對知識的理解和掌握。因此,傳統的“以教室為環境,以教師為中心,以紙質教材為工具”的封閉式、單向傳輸的課程教學模式已經越來越無法適應現在的高等教育發展要求。
1 思路及方法
1.1 總體思路
國家中長期教育改革與發展規劃綱要(2010-2020)和《陜西省貫徹〈國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)〉實施意見》在深化教育體制改革方面均明確提出推進人才培養模式改革,創新和改進教學方式,要倡導啟發式、探究式、討論式、參與式教學,幫助學生學會學習,鼓勵學生獨立思考、自由表達,保護和激發學生的好奇心、想象力、創造力,培養學生的興趣愛好,營造獨立思考、自由探索、勇于創新的良好環境。
開放式教學,是以素質教育理論為指導,改革傳統的封閉的課堂教學方式,努力創造一種民主、愉悅的教學關系和啟發、導學的教學方法,其主要內涵在于倡導師生共同營造開放的教學和學習環境,即教學內容不局限于教科書、教學和學習的空間不局限于課堂、教學方法不局限于粉筆和黑板,學生獲得知識的途徑增多,極力營造開放式教學和學習的環境,培養學生自主學習的積極性,將知識傳播與能力培養結合起來,運用多種教育手段,促進學生素質發展的新型教學模式。有利于發揮學生的積極主動性,有利于創造性人才的培養。為了提高生物制藥工藝學課程的教學效果,培養富有創新精神和具有實踐能力的高素質的生物技術和藥學復合人才,本研究提出將開放式教學模式應用于生物制藥工藝學課程教學過程中。
1.2 研究方法
(1)文獻資料收集法:查閱國內外關于開放式教學的文獻資料,通過分析調研法借鑒國內外同行對研究項目的實踐經驗,制定切實可行的實施方案。
(2)問卷調查法:通過問卷調查的形式從教學方式、教學內容、教學效果等方面對教師和學生進行調研,采集所需相關數據。
(3)信息反饋法:通過質量監控體系反饋信息,對原始數據進行統計分析,及時發現問題,采取措施不斷修正完善。
2 具體改革內容
2.1 傳統教學模式存在的弊端以及對人才培養產生的不利影響
通過資料收集、文獻查閱及調查研究,分析了傳統教學模式存在的弊端以及對人才培養產生的不利影響,提出了開放式教學模式的建立。
在傳統的教學過程中,無論是基本理論的內容,還是具體實例的內容,大都是采用的教師單一講授,學生被動接受的“傳統教學模式”。授課過程中教師大都通過多媒體課件展開教學,課件信息含量大,授課形式單一,在學習過程中學生以聽和記為主,缺少師生間的互動,學生自學、討論的時間少,獨立思考空間小。這種封閉式的、單一的教學手段將學生禁錮在課本和課堂,限制了學生學習的主動性,影響學生對知識的理解和掌握,對培養學生創造性的思維也就無從談起。該方式培養出來的學生普遍缺乏創新精神和實踐能力,不能成為高素質的生物技術和藥學復合人才。
2.2 開放式教學模式在生物制藥工藝學中的應用形式
(1)開放教學理念:時代的開放性和教育改革的深入,迫切需要我們更新教學理念,改變封閉式教學,與時俱進,建立新的開放性教學模式。從培養學生的學習興趣入手,不斷激發學生的活力,引導學生理解、認知、探索、發現、想象和表現,著力培養學生的動手能力、獨立思考能力,給學生留有積極思維的空間和時間,并充分發揮學生學習的主動性、思考的獨立性,使課堂教學適應學生自主創新性發展的需求。
(2)開放教學內容:教學中不刻意追求原有知識體系的完整性,在遵循課程標準的前提下,科學適當地增減教材內容、調整編排順序、重組教學單元、整合教學內容。對于便于自學掌握的知識,嘗試開放教學,放手讓學生看書自學,引導學生在自學過程中,善于提出問題,參與討論。
(3)開放教學方法:廣泛采用“發現式教學”、“案例教學”、“問題教學”、“合作教學”等教學方法。
(4)開放教學方式:盡可能采用和創造新穎活潑的教學方式、方法, 倡導啟發式、探究式、討論式、參與式教學,促使學生從被動學習向愉快學習轉變,利用學生的好奇,循循善誘使他們真正達到了興趣驅動、自主學習。
(5)開放教學空間:封閉的教學過程以上下課鈴聲作為教學的起點和終結。而開放的教學過程是沒有起點和終點的。開放式教學提倡把問題帶出教室,帶向生活,帶向實踐。因此,下課鈴聲絕不是教和學的休止符,而應成為繼續探究的新起點。
2.3 開放式教學模式與傳統教學模式有機結合,達到最優的教學效果
開放式教學模式能夠保護和激發學生的好奇心、想象力、創造力,培養學生的興趣愛好,提高學生自主學習的能力,然而也存在不足,如所耗課時較長、基礎薄弱的學生思路狹窄、難以跟上討論進度等問題,傳統教學方式則可彌補上述缺點。在教學中,各種手段都具有其各自的特點和獨特的功能,在教學中將開放式教學模式和傳統教學模式有機地結合在一起,相互補充、取長補短,能夠使教學活動事半功倍,從而達到最優化的教學效果。
2.4 開放式教學效果評價研究
通過考核結果、信息反饋及學生問卷調查對生物制藥工藝學開放式教學模式效果進行了評價。考核結果反映出學生對已學知識的應用能力有了很大提高。學生普遍反映該教學方式加強了他們的學習主觀能動性,提高了學習的趣味性,提高了其分析問題、解決問題的能力。學生均認為該教學方式值得推廣。
3 結束語
總之,打破傳統的單一講授、學生被動接受的教學模式,建立生物制藥工藝學開放式教學新模式,以啟發式、探究式、討論式、參與式教學方式為主,輸出式教學為輔,營造獨立思考、自由探索、勇于創新的良好環境,能夠保護和激發學生的好奇心,想象力、創造力,培養學生的興趣愛好;提高學生自主學習的能力;改變學生不能獨立思考、自由表達的現狀,提高生物制藥工藝學的教學效果。
陜西科技大學2011年校級教改項目資助(11JG26)
參考文獻
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關鍵詞:水污染控制工程;學生自測系統;題型設計
中圖分類號:G642.3 文獻標識碼:A 文章編號:1674-9324(2012)07-0050-02
一、必要性和自測系統的設計思路
《水污染控制工程》是環境工程專業本科生的主干課程之一,主要教學目的是培養學生具備水污染控制方面的知識和能力。該課程闡述污水處理的原理和方法,包括物化處理、生物處理、化學處理等當代污水處理的研究理論和實踐等內容。課程的特點是內容多、涉及面廣、應用性強,同時各種處理方法所涉及的原理相互獨立,各種處理方法只是在工藝上可能有先后關系,在原理上并沒有系統的聯系,因此給學生的學習帶來一定的困難。另外一個普遍存在的問題是該課程的學時較少,課堂上很難把所有問題都講到,有些內容需要學生課后自學。但對學生自學的效果和課堂教學的效果檢查比較困難。有些學生也進行了自學,上課也認真聽講,但對所學知識的掌握程度很難自己把握,表現為學生在學習和自學過程中對一些基本概念和基本理論掌握不夠準確,有些原理和概念,看書時似乎懂了,但實際上從理解的深度和準確性上有差距,突出表現在考試中有些最基本的概念掌握得不夠準確,回答問題往往不準確或不完全。另外學生也無法自己對所學知識掌握程度進行考核,安排答疑時參加的學生也比較少,因為有些學生認為自己已經理解了,沒有問題需要再向老師提問。老師質疑也只能找少數學生,對多數同學的學習情況掌握不夠全面。為解決上述問題,我們嘗試建立了該課程的學生網上自測系統。
二、學生自測系統建立的目的
設計學生網上自測系統的目的是充分利用校園網資源,使學生可以在網上對該課程的學習效果進行自測,自己檢查學習的效果。學生可以根據自測過程中出現的問題,有針對性地進行復習,根據正確的答案,找出錯誤的原因和學習中存在的問題,進一步深入學習或找老師答疑。在此過程中,學生可以深入而準確地掌握各基本原理和方法,教師也可以了解學生測試中出現的問題,了解學生掌握課程內容的情況,并根據出現的問題分析是教學中存在問題還是學生學習中存在問題,如果是教學中的問題,教師可以有針對性的改進;如果是學生學習中存在的問題,上課時可以提醒或重點進行有針對性的講解。
三、自測題的類型和題型設計的原則
為便于網上使用,自測題分為兩種類型:選擇題和判斷題。目前題庫中有選擇題300道,判斷題240道。選擇題主要提出問題,給出四個答案,請學生選擇正確的答案,學生完成測后給出正確答案;判斷題是把包括基本概念在內的主要知識點編寫為選擇題,主要考察學生對知識點掌握的準確程度。題型設計的原則有三個:一是把各章重要的知識點包括在內;二是同一知識點在不同題型中都出現,以考察學生對知識掌握的準確性和理解的程度,也可以幫助學生記憶;三是對同一問題從不同角度提出,對學生掌握知識的程度進行全面考察,考察學生對知識的掌握和靈活應用的程度。如廢水中最常用的固體污染物指標有多種,包括總固體(TS)、總懸浮性固體(TSS)、總揮發性固體(TVS)、可溶性固體(TDS)、揮發性可溶性固體(VDS)等,各指標之間的關系也比較復雜,有些相互包含,從不同的角度有不同的定義方法。教材上只敘述了各種指標的定義和相互關系,學生看教材不太容易記憶,也不清楚是否掌握了其中的關系。為考察學生是否真正理解和掌握了廢水中表征各固體污染物的指標的定義和相互關系,設計了不同的題目包括此項內容。設計題目至少有三點好處:(1)需要學生認真閱讀教材,仔細分析和認真理解表征廢水中各種固體污染物指標的的關系和測定方法,才能正確回答或做出判斷;(2)培養學生自學的能力。有些同學在選擇題中選擇了正確的答案,但在判斷題中卻出現了錯誤,說明對概念的理解深度或準確程度還有差距,學生會分析自己出現這種情況的原因,這也可以促使學生思考自己在看書過程中存在的問題,提高自學過程對知識準確掌握的能力;(3)可以幫助同學在理解的基礎上進行記憶。如果沒有上述題目,學生只能對教材上給出的各種定義作機械記憶,而有了不同形式的題目,學生在回答問題的過程中自然對定義的理解更深入,記憶也更牢固,也會發現記憶中容易出現的問題。
四、學生自測系統的功能
自測系統的功能包括:(1)可以隨機生成包括20道題目的試卷,其中選擇題10道,判斷題10道,學生完成后會給出分數,也可以通過查看正確的答案找出答錯的題目;(2)測試方法可分為分章測試和綜合測試兩種。分章測試是為了使學生學完每一章內容后就進行測試,以便了解每一章中自己對主要知識點掌握的程度,所生成的試卷只包括本章的內容。綜合測試是為學生進行期末考試復習時設計的,可以隨機生成包括全部教學內容的試卷;(3)可以記錄每個同學上網測試的次數。該系統必須通過學生用學號才能登錄,因此老師可以掌握學生是否上網測試和測試的次數,為激發學生的測試積極性,不記錄學生的測試成績;(4)可以記錄每個試題的正確率。老師可以在網上檢查學生測試中錯誤率較高的題目,在課堂上針對出現的問題進行重點的講解,教師也可以從中檢查自己教學中存在的問題,促進教師教學水平的提高。
五、實施效果、體會與存在的問題
自測系統在環境08級適用,得到了學生的歡迎,很多同學反映該系統為復習和自學提供了很好的方式。有些同學發現自己認為已經很清楚的概念實際還存在不同程度的問題,通過自測系統明顯提高了自己對各種概念和知識點的理解和記憶程度。特別是題目對同一問題從不同的方式提出問題,對學生理解和掌握知識有很大的幫助,也可以發現自己在自學中存在的主要問題。學生在對該系統中評價中寫到:“在測試過程中,經常會遇到很多自認為明白但是經常會答錯的題目,或自認為掌握得很好的部分,回答問題常出錯。這樣就激發了我的好奇心,為什么自以為掌握了的知識,在答題時還會出錯?必須再仔細閱讀教材或找老師答疑才能明白,這樣學習的積極性和自主性也就提高了,對課程的興趣也提升了。以前自學時不知如何學、學什么和學習效果如何等問題都可以在一定程度上解決了。”
近年來,高科技信息化的移動互聯網的快速發展給基礎生物化學課程的教學改革帶來了新的機遇。一種全新的、深層次的混合學習模式翻轉課堂已然成為全球范圍內課程改革的熱點。翻轉課堂(Flappin}u Classroom)也稱“反轉課堂”,是利用現有的信息技術手段重新構建教學過程的一種新型的教學模式。這種教學模式徹底擺脫了傳統“課上傳授知識+課下內化知識”的教學手段,把課堂和課下活動完全翻轉。微信是騰訊公司2011年推出的一款完全免費的應用在智能終端的即時通訊服務應用程序,它可以通過公眾號平臺、朋友圈、群聊等方式接收推送信息,實現文字、語音、圖片和視頻等多種形式信息的傳播,用戶可開設公眾號,建設公眾平臺,且微信具有可開發性川。截至2017年4月,騰訊微信宣布微信月活躍用戶已達到8. 89億,特別是在大學生群體中,微信的使用率極高川。筆者對教學班級的調查顯示,100%的學生手機都安裝了微信軟件,并把它作為主要的交流通訊工具。因此,筆者試圖將微信平臺和翻轉課堂相結合,并將其用于基礎生物化學教學,便于教師教學與學生學習,達到共享資源,并且可以進行實時有效的交互活動.
1基于微信平臺的設施專業基礎生物化學翻轉課堂教學模式構建
將微信公眾平臺和翻轉課堂教學模式相結合用于基礎生物化學教學,筆者選取 2015級設施農業科學與工程專業共61人進行為期一個學期的基礎生物化學課程教學模式改革與實踐,具體實施情況如下。
1.1創建微信公眾號,搭建學習平臺任課教師首先申請一個用于此次教學改革實踐的微信公眾賬號,名稱為“農大基礎生物化學”,利用公眾號推送學習任務,并將教師制作的課程學習資源按教學進度上傳至微信公眾號上,包括教學大綱、教學課件、同步練習題、案例講解、精彩視頻等,并定期更新資源庫,供學生使用。同時創建了“生物化學”微信班級群,打造一個學生可以自主學習,并可以隨時與教師互動互享的網絡平臺。
1. 2課前準備階段教師根據教學口標設計單元學習任務,通過收集整理學習資源并設計制作微課。根據基礎生物化學教學口標,將課程分為兩大部分,即靜態生物化學和動態生物化學。其中靜態生物化學包括糖、脂、蛋白質、核酸、生物大分子復合物和酶;動態生物化學包括生物氧化、糖類代謝、脂類代謝、蛋白質代謝、核酸代謝和物質代謝的聯系與調控。對每個單元的教學任務進行分解,并設計任務單,包括教學口標、教學重l從難l從、教學課件、預習任務單、同步練習題等。教師根據教學案例錄制10 min內教學視頻,將關鍵知識ii講解到位,并且設置一定的互動環節,增加視頻的趣味性和互動性。在上課前通過微信平臺相關學習和視頻資料,讓學生預習。教師同時利用微信平臺推送主題博文、實時新聞、科學研究成果、前沿資訊等,用于拓展學生視野。
1. 3學生課前自主學習學生通過關注微信公眾平臺后,在課前自己選擇時間和地l從,根據教師的預習任務單自主安排學習計劃。通過觀看相關學習主題的課件和視頻結合教材,對難以掌握和理解的知識點進行反復觀看,并將疑難從記錄下來;通過完成相關練習題鞏固所學知識點;通過微信群聊進行交流討論,將問題及時反饋給教師,并可進行實時在線交流。
1. 4課堂教學活動在課堂上教師根據學生預習情況,對在自主學習過程中產生的問題進行歸納總結,有針對性地進行知識講解,并對重l從和難l從部分進行課上討論。學生在課前根據預習任務單要求已經完成相關知識的學習,對新知識有了一定的了解,在課堂上可以選擇性聽課,提高學習效率。教師將傳統的講授式教學活動轉變為多樣化的教學活動,包括分組討論、探究問題、完成練習、學習成果交流等方式。通過師生的交流討論,提高學生學習的主動性和積極性。在教學活動中,任課教師將個性化指導和集體性輔導2個方面相結合。
1. 5課后總結翻轉課堂這種教學模式以課后強調學生之間或師生之間的交流與思考的方式取代了傳統教學在課后給學生布置大量作業用于課堂知識l從的鞏固學習。學生通過微信群在線跟任課教師或者同學進行互動交流討論,也可以通過微信聊天功能與教師進行一對一交流。教師可以根據教學結果反饋了解學生對相關知識點的掌握情況,及時發現學生學習過程中存在的問題,給予糾正,并對教學結果進行總結,及時調整教學方式,因材施教,有效提高學生的學習能力和學習效率,以期達到最佳教學效果。
2基于微信平臺的設施專業基礎生物化學翻轉課堂教學效果
根據基礎生物化學微信教學系統的調查進行教學效果評價,共有50名學生參與基于微信平臺的基礎生物化學翻轉課堂教學在線調查,收回調查結果50份。調查結果顯,基于微信平臺的基礎生物化學翻轉課堂教學模式受學生歡迎,其中有40%的學生非常喜歡這種教學方式,說明該教學模式能夠提高學生學習興趣和學習動力;30%的學生覺得微信平臺的基礎生物化學教學模式效果非常好,說明基于微信平臺的基礎生物化學翻轉課堂教學方式能夠有效提高教學效果;75%的學生愿意繼續這種教學模式,說明基于微信平臺的基礎生物化學翻轉課堂的教學方式得到學生的認可,具有可實施性。
一、建設目標
自1946年起,原西南聯大師范學院即現今云南師范大學已經開始培養生物科學的本專科學生,為云南省的基礎教育和綠色經濟建設做出了非常積極有效的、不可替代的貢獻。為了順應時代的發展,本專業建設擬以生物學科發展前沿為引領、學科和教師隊伍建設為主導,抓住教學、科研兩個重點,加強理論基礎、實踐環節和實踐教學體系的建設,進一步優化人才培養方案和課程體系;以“培養厚基礎、寬口徑、高素質、強能力、精技能的教師”為專業建設的主要任務,全面提高教育質量、辦學效益和學生的核心(就業)競爭能力,服務云南基礎教育和綠色經濟建設,為“兩強一堡”建設培養高質量的專業人才,推動云南省跨越式發展。
二、建設思路
以生物學科發展前沿為引導、學科和教師隊伍建設為主線、科研和教學創新團隊建設為基礎、人才培養模式改革為突破口、課程體系建設和課程內容更新為核心,加強理論基礎與實踐教學體系的建設,依托學院科研平臺培養本科學生科學研究能力,強化學生實踐能力和創新精神培養,著力研究課程設置及課程體系建設對學生學科專業的知識建構、能力培養、素質提高等方面的作用,全面提高教育質量、辦學效益和學生的核心競爭能力,服務云南省及西部少數民族地區生物科學基礎教育和“兩強一堡”的綠色經濟社會建設,加快云南科學發展、和諧發展、跨越發展。
三、建設內容
(1)錘煉以高水平學科建設和科學研究為標志的高素質教學研究型教師隊伍;
(2)以云南省生物科學基礎教育和綠色經濟建設需求為依據、學科發展前沿為動力、教師教育為特色,將本專業建設為特色鮮明、在西南地區具有引領和示范作用的生物科學師范專業;有效帶動云南邊疆民族地區的生物科學基礎教育的發展;
(3)加強教學質量工程建設,將生物科學相關的學科、教育主干課程建設成為省級以上精品課程;為拓展學生跟蹤生物科學發展前沿的能力,積極建設雙語課程項目;
(4)堅持基礎理論、實踐實習和科學研究成果集成,構建以綜合性、設計性實驗為主導的新型實驗課程體系;
(5)培養基礎厚實、實踐能力強、具有良好專業發展潛力和拓展能力,服務于云南省基礎生物教育、職業教育、生物資源保護與開發利用、生物能源開發、生態環境保護相關產(行)業的高素質教學、科研與管理專業人才。
四、建設措施
(1)以學科建設為龍頭、科學研究為后盾、社會需求為依據,聘請資深科學家、生物學相關產(行)業專家加盟教師隊伍;
(2)深入探討以生物科學為基礎的“通識教育+專業教育+教師教育”人才培養模式內涵,優化完善具有云南特色的生物科學師范類培養方案、教學計劃、課程體系、教學大綱和相應評價體系。
本著“拓寬口徑、夯實基礎、因材施教、分流培養”的原則,以“通識教育+專業教育+教師教育”的模式進行人才培養。近年的改革探索,人才培養基本框架和策略、培養方案等各個環節已經日趨完善。然而,隨著生物學科的發展及其對教師教育內涵與標準的改革、云南生物資源的保護與利用、生物能源的開發利用、環境問題的突顯,“生物科學”專業的現行培養方案和教學內容仍然存在許多薄弱環節。
云南師范大學生命科學學院在學科建設和科學研究過程中,針對云南的微生物資源利用、工業用酶開發、云南人群營養構成與基因組穩定性的關聯、云南能源植物資源與生物能源開發、云南生態環境保護與修復產出了大量標志性科研成果,有效支撐了依托于生命科學學院的“生物能源持續開發利用教育部工程研究中心”、“環境生物學”云南省省級重點學科、“生物化學與分子生物學”云南省省級重點學科、云南省生物質能與環境生物技術重點實驗室”和“云南省生物質能與環境生物技術創新團隊”的建設。借助以上科研項目的實施和學科和研究平臺條件的建設,完善學院整體的學科布局,促進本科教學,將產業、科研方面的優勢最終轉化為學院教學上的強大推動力,實現教育和產業并重,產業、科研“反哺”教學的發展局面。
如何將學科建設、科學研究成果更加有效地引入生物科學專業的課程改革,形成新的生物科學特色專業人才培養方案、教學計劃、課程體系、教學大綱,使本專業建設與云南省基礎教育、科技和綠色經濟建設更有效結合?如何使人才培養更貼近云南和西部少數民族地區特色,成為高強度、高潛力的“生物專業+生物教學”的雙師型人才?將是本專業的重要特色,也是本專業建設的重點之一。
(3)在課程建設中,①對原有雙語教學課程和精品課程進行教材、教學內容和教學方法的改革與凝練,培育省級以上雙語教學課程和精品課程;②在本科教學中增設《酶工程學》、《植物生物工程》、《醫學分子遺傳學》、《保護生物學》、《高等植物多樣性》、《花卉學》、《生物倫理學》、《性健康教育學》等與學科發展前沿和地方特色緊密結合的系列特色課程。
(4)結合云南省生物科學基礎教育現狀、生物資源特色和開發利用潛力,加大具有地方特色的教材建設力度;
(5)結合專業特色和教育技能的發展動態,深入進行教學方法和教學手段的探索與改革;在專業課程教學中,提倡體現不同學術風格、不同知識體系的教學方法改革和探索;
(6)構建以綜合性、設計性實驗為主導的新型實驗課程體系;
為提高本專業學生的綜合能力和創新能力,我們在本科實驗教學中融入教師大量的科研手段和成果,20xx年,啟動了“綜合性、設計性”實驗教學研究項目。在《發酵工程實驗》、《植物生理學實驗》、《動物學實驗》和《遺傳學實驗》等4門實驗課程中設立了專項基金,在20xx、20xx級生物科學專業實施了“熱激誘導的玉米幼苗的耐熱性的現象觀察及生理生化機制研究”、“特定產物工業生產菌種的篩選、發酵及應用性質研究”、“原生生物與環境的組合及動態規律研究”和“淀粉酶產生菌的分離篩選、鑒定、發酵條件優化及酶學性質研究”等綜合性、設計性實驗。綜合性、設計性實驗已成為生命科學學院加強實踐教學,全面提高綜合性設計性實驗教學質量的重要舉措和特色。經過幾年的不懈努力,20xx年我院的“生物科學綜合性、設計性實驗教學改革的研究與實踐”榮獲省級教學成果二等獎。然而,如何將基本理論、基本技能有效地整合到綜合性、設計性實驗之中?如何改革驗證性實驗的教學內容與方法?如何拓寬綜合性設計性實驗的開設范圍及研究內容?亦是本研究中的重要內容之一。
(7)建立開放式人才培養體系,野外實習、教育實習和專業實習基地的建設緊密結合相關產(行)業的發展趨勢,發揮基地的資源優越條件,夯實學生基礎知識、基本技能,培植實踐和創新能力;
(8)強化專業建設和生物資源保護與利用、生態環境保護、綠色經濟建設之間的銜接,拓展學生知識體系,構筑良好的發展潛力和適應能力。
五、預期成果
(1)形成學歷、學緣、職稱和知識結構合理,由學者型、教育型、產業型專業人員構成的高素質教學研究型教師隊伍;
(2)建成云南省領先、西南地區具引領和示范效應的“生物科學”師范專業;
(3)構建更適應生物科學發展、云南基礎教育和生物產業發展需求的生物科學專業人才培養方案、教學計劃、課程體系、教學大綱;
(4)在原有課程建設基礎上,建設一批具有地方和學科特色的特色課程和省校以上精品課程、雙語示范課程;
(5)構建科學管理、高效運轉的基礎實驗平臺、技術實驗平臺和綜合實驗平臺;
(6)建立以綜合性、設計性實驗為主導的、基于生物科學基本技能和基本理論綜合應用、設計與創新互動的新型實驗課程體系;