熊 艷， 和七一

(重慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,重慶 401331)

從“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃來看，包括新材料與工程、新能源、生物產(chǎn)業(yè)等在內(nèi)的七大新興產(chǎn)業(yè)已經(jīng)受到了國家政策的大力扶持[1]。其中以生物產(chǎn)業(yè)為例，國內(nèi)外的生物技術(shù)與研發(fā)上的交流日益緊密?？v觀國內(nèi)，不僅誕生了華大基因、諾禾致源等世界前列的生物公司，很多以生物試劑、工業(yè)制造與科研服務(wù)等為不同市場定位的生物公司如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)。在這樣的產(chǎn)業(yè)背景下，培養(yǎng)全方面的生物專業(yè)人才則體現(xiàn)得至關(guān)重要。與此同時，師范類高校的生物專業(yè)不僅僅承接著培養(yǎng)生物人才的任務(wù)，其培養(yǎng)的畢業(yè)生更要承擔(dān)起下一代生物人才培養(yǎng)的重任。由此可見，在師范院校生物專業(yè)中改革與探索生物專業(yè)人才的培養(yǎng)模式已成為時代所需、產(chǎn)業(yè)進步的重要驅(qū)動因素。

1 生物科學(xué)專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式構(gòu)建的意義

傳統(tǒng)教育專指德國教育家赫爾巴特及其學(xué)派的教育理論和教學(xué)模式，該學(xué)派重視課堂教學(xué)、教師起主導(dǎo)作用傳授系統(tǒng)的科學(xué)知識的教學(xué)模式[2]。現(xiàn)今我國大多數(shù)學(xué)校仍實行傳統(tǒng)教學(xué)，從以下幾個方面來分析傳統(tǒng)教學(xué)的特點。

在教學(xué)形式上，每天的課程安排是滿檔的，學(xué)生從8點半至12點，下午從2點半至6點，晚上從7點至9點都被安排了課程；并且每堂課45分鐘，教師課堂教學(xué)時間為90%左右，剩余10%左右的時間用于學(xué)生消化當堂課的內(nèi)容，這個“填鴨式”教學(xué)，使得學(xué)生承受過重的學(xué)業(yè)壓力。在教學(xué)目的上，教師注重培養(yǎng)學(xué)生的認知能力，通過課堂授課及期末考核的形式，使學(xué)生從感覺、知覺、記憶等方面學(xué)習(xí)知識點[3]；學(xué)生注重考試成績，學(xué)習(xí)知識的目的就是為了取得高分，大多數(shù)人不會去探究“為什么”，只會去記憶“是什么”，考完之后仍然對知識點掌握不夠，如在學(xué)習(xí)“心臟的結(jié)構(gòu)”時，教師用PPT、心臟模型講得繪聲繪色，學(xué)生死記硬背應(yīng)對考試，卻不能將課堂所授知識與解剖課中的實驗動物的心臟結(jié)構(gòu)結(jié)合起來記憶，這些知識則會隨著時間流逝而忘記。在學(xué)習(xí)內(nèi)容上，是由教師安排教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生被動接受，而對于生物學(xué)科來說，是理論與實踐一體的，學(xué)習(xí)理論知識過后，將理論知識運用于實驗課中，然而在實驗課中，教師是將實驗操作步驟羅列出來，讓學(xué)生按部就班的完成實驗過程以實現(xiàn)教學(xué)任務(wù)，并沒有激發(fā)學(xué)生自主設(shè)計實驗的思維，學(xué)生若將在理論課上學(xué)習(xí)的專業(yè)知識徹底吃透，根據(jù)已知的專業(yè)基礎(chǔ)知識來設(shè)計實驗，教學(xué)效果會更好。

由以上幾個方面可知，傳統(tǒng)教學(xué)方式更注重教師為主體，知識的學(xué)習(xí)是被動的，傳播的方式是單向的。目前，應(yīng)用廣泛的是以傳統(tǒng)教學(xué)為主、結(jié)合探究式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)等的教育模式，從學(xué)生的學(xué)習(xí)成績、綜合能力來看，效果不佳。生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的科學(xué)，并以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)[4]。這門學(xué)科具有理論性和實驗性，既要學(xué)習(xí)生物基礎(chǔ)知識，還要學(xué)習(xí)實驗技能，現(xiàn)在的教學(xué)方式已經(jīng)不適用于培養(yǎng)生物科學(xué)專業(yè)的大學(xué)生。為積極響應(yīng)國家戰(zhàn)略性規(guī)劃，實現(xiàn)培養(yǎng)生物科學(xué)素養(yǎng)的綜合性人才的目標，教師探究新型培養(yǎng)模式則及其重要。

2 基于科技競賽的生物科學(xué)專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建

大學(xué)生學(xué)習(xí)時間更為自由、學(xué)習(xí)方式更為多樣化，學(xué)校為使學(xué)生充分利用時間，開展了大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目、“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)業(yè)計劃競賽、“挑戰(zhàn)杯”課外科技作品制作大賽等一系列活動，以吸引學(xué)生通過參與科技競賽的方式進行學(xué)習(xí)，培養(yǎng)大學(xué)生的科技創(chuàng)新能力，提高生物科學(xué)素養(yǎng)。探究以“產(chǎn)學(xué)研”三級聯(lián)動為前提，為科研項目提供研究平臺、資源及經(jīng)費；引導(dǎo)學(xué)生通過體驗式教學(xué)明確項目研究方向及內(nèi)容；通過PBL教學(xué)確定實驗方案并進行實驗，將實驗中遇到的困難，未解決的問題記錄下來；教師組織項目成員進行Seminar研討，對每一個階段的結(jié)果及時分析，將實驗結(jié)果存在的問題及時解決并制定下一階段的實驗方案，最終完成整個項目的培養(yǎng)模式是否適合用于培養(yǎng)生物創(chuàng)新型人才。如圖1所示。

圖1 大學(xué)生生物創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式框架

3 生物科學(xué)專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的實踐

現(xiàn)在大學(xué)生的科研競賽方式有很多種，如：國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目、“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)業(yè)計劃競賽、“挑戰(zhàn)杯”課外科技作品制作大賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，在我校還開設(shè)了“三春湖”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，給學(xué)生更多的機會參與到科研中來，現(xiàn)以本校生命科學(xué)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目《牛奶菜中抗中華眼鏡蛇毒功效組分的篩選、鑒定及作用機制研究》為例，探究新型培養(yǎng)模式是否適用于生物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生。

3.1 確定項目

仔細閱讀學(xué)校相關(guān)文件后，了解申請項目的過程。根據(jù)自己感興趣的方向找相關(guān)教師進行溝通，確定科研項目。

3.2 組建項目成員

項目負責(zé)人在班級、年級上組織項目組成員，確定各個成員的分工，提交申請、申請立項。經(jīng)學(xué)?？己肆㈨棾晒螅瑢⑻骄康哪Ｊ竭\用于項目課題中。

3.3 模式的實施過程

3.3.1 “產(chǎn)學(xué)研”三級聯(lián)動

在《牛奶菜中抗中華眼鏡蛇毒功效組分的篩選、鑒定及作用機制研究》這個項目中，與教育部活性物質(zhì)生物技術(shù)工程研究中心、重慶市生物活性物質(zhì)工程研究中心和毒蛇養(yǎng)殖與深加工協(xié)同創(chuàng)新中心合作，解決蛇毒供給的問題，還給大學(xué)生提供了科研經(jīng)費及平臺，而學(xué)生在完成項目后給企業(yè)提供新的思想、新的技術(shù)、新的科研成果等以解決企業(yè)需要解決的問題，以形成“產(chǎn)學(xué)研”三級聯(lián)動圖，并達到雙贏的目的，如圖2所示。

圖2 “產(chǎn)學(xué)研”三級聯(lián)動圖

3.3.2 體驗式教學(xué)

體驗式教學(xué)是以學(xué)生為主體，學(xué)生通過各種檢索，查閱相關(guān)信息，并進行篩選有效信息學(xué)以致用[5]。本科學(xué)生申請到《牛奶菜中抗中華眼鏡蛇毒功效組分的篩選、鑒定及作用機制研究》這個項目后，由于對專業(yè)基礎(chǔ)知識薄弱，對于整個項目還不了解，因而采用體驗式教學(xué)的方法，通過查閱相關(guān)書籍、檢索文獻掌握什么是“牛奶菜”、“中華眼鏡蛇的分類地位”“中華眼鏡蛇毒的成分有哪些”等基礎(chǔ)知識，了解這個項目的研究背景、研究意義是什么等等問題。其次檢索這個項目的相關(guān)文獻，如眼鏡蛇毒的中英文文獻、牛奶菜的中英文文獻、牛奶菜抗眼鏡蛇毒的中英文文獻等等。在看文獻時，篩選有效信息，記錄有用的內(nèi)容如目前國內(nèi)外探究牛奶菜抗眼睛蛇毒的研究有哪些，根據(jù)國內(nèi)外的研究進展明確研究方向及內(nèi)容。如圖3所示。

圖3 體驗式教學(xué)的過程

3.3.3 PBL教學(xué)

PBL(Problem-Based Learning)教學(xué)又稱為問題式教學(xué)，其教學(xué)過程分為“五步走”[6]，如圖4所示。

圖4 PBL教學(xué)過程

在《牛奶菜中抗中華眼鏡蛇毒功效組分的篩選、鑒定及作用機制研究》這個項目中，了解了研究背景、研究意義，掌握了基本的專業(yè)知識，明確了研究方向后，思考：“中草藥提取方法有哪些？”、“怎么提取牛奶菜中的成分？”、“是用牛奶菜全株、莖、葉提??？”、“如何選擇最適的提取方法？”等等問題。帶著問題去檢索文獻，如檢索“中草藥提取方法有哪些？”，可查閱到相關(guān)文獻，記錄有效信息——中草藥提取方法有煎煮法、浸漬法、回流法、滲漉法、超臨界流體萃取技術(shù)、酶法等等[7]。將想到的問題先自己逐一通過各種手段解決，并將有效信息記錄下來之后，項目的每個成員進行小組討論。小組討論需要實現(xiàn)的目標是：將每一個問題羅列出來，每個人查到的解決方法進行組內(nèi)討論，最終確定最優(yōu)解決方案及預(yù)備方案。在教學(xué)當中，可將小組討論的結(jié)果在課堂上與其他小組的成員或者老師進行更深入地討論，在科研項目中則是與老師討論以達到完善解決方案的目的。最后教師將討論的最終結(jié)果進行總結(jié)，確定最終的實驗方案，牛奶菜用全株及其提取方式，如圖5所示。這就實現(xiàn)了PBL教學(xué)的“五步走”，進一步鍛煉學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力、提高學(xué)生分析與處理科研問題的能力，有利于學(xué)生將知識綜合運用，促進知識的遷移，凝聚小組團結(jié)力[8]。

圖5 牛奶菜分離技術(shù)路線圖

3.3.4 Seminar機制

Seminar教學(xué)法即是將教師及學(xué)生置于同等地位，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造精神及創(chuàng)新能力為目標，充分發(fā)掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能的教育模式。該教學(xué)法中，教師主要職責(zé)是創(chuàng)設(shè)一種有力研究、討論學(xué)習(xí)的情景和氛圍[9]。經(jīng)過體驗式教學(xué)、PBL教學(xué)初步確定實驗方案，進行實驗，對實驗結(jié)果是否達到預(yù)期的效果進行分析，老師組織Seminar進行討論。如經(jīng)前期研究，我們發(fā)現(xiàn)牛奶菜粗提物在體外能夠有效的抑制眼鏡蛇毒磷脂酶PLA2活性，該酶具有多種生理藥理學(xué)功能，能夠引起神經(jīng)毒性，是眼鏡蛇毒致死的主要因素之一。因此，我們推測牛奶菜組分中存在某種或者某幾種能夠與眼鏡蛇毒磷脂酶PLA2相互作用，從而抑制其活性的功效組分。牛奶菜通過萃取分離，我們對其中功效組分進行了篩選，結(jié)合GC-MS對其結(jié)構(gòu)進行了初步鑒定。部分結(jié)果如表1所示。

表1 牛奶菜四種提取物的GC-MS成分分析(%)Table 1 Component analysis of four kinds of extracts of Marsdenia sinensis Hemsl based on GC-MS (%)

由表1可得：本研究首先采用醇回流提取法和水回流提取法制備牛奶菜提取物，再采用石油醚、三氯甲烷、乙酸乙酯、正丁醇對水提物依次萃取，結(jié)合GC-MS分析，從牛奶菜中共檢測出77種組分，其中，醇提物中檢測出27種組分；而水提物中檢測出56種組分，其中石油醚相檢測出22種成分、三氯甲烷相檢測出39種成分、醋酸乙酯相檢測出18種成分，正丁醇相中未檢測出物質(zhì)。這77種化合物中含有大量具有抑制蛇毒活性的組分，包括十四烷酸、十六烷酸、十六烷酸衍生物、十八烷酸衍生物、十八烯酸及其衍生物、2,4-二叔丁基苯酚、谷甾醇和豆甾醇。

得到這個結(jié)果，后面的實驗方案又如何來進行呢？在Seminar中，教師與學(xué)生以這個實驗結(jié)果為基礎(chǔ)，進行下一步的討論，制定下一步的實驗方案。在完成這個項目過程中，使用Seminar教學(xué)法具有以下優(yōu)點：①有利于更好地培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力、獨立思考的能力及解決問題的能力；②有利于明確研究方向，教師把控研究大方向，以免學(xué)生陷入死胡同；③有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研精神，科研是不可能獨立一個人完成的，需要團隊合作，以達到共贏的結(jié)果。在很多高校，研究生的研究課題，導(dǎo)師也采用的Seminar機制進行課題研討，制定后續(xù)實驗方案，以完成整個課題組的科研目標。

在《牛奶菜中抗中華眼鏡蛇毒功效組分的篩選、鑒定及作用機制研究》這個項目中，將項目分為“牛奶菜化學(xué)組成成分的研究”、“牛奶菜抑制眼鏡蛇毒神經(jīng)毒素功效組分的篩選”、“牛奶菜抑制眼鏡蛇毒神經(jīng)毒素功效組分結(jié)構(gòu)的初步鑒定”、“牛奶菜功效組分對眼鏡蛇毒抑制小鼠回腸平滑肌收縮的保護性作用研究”四個階段進行探究，老師組織Seminar，對每一個階段的結(jié)果進行討論，及時分析實驗存在的問題，并制定下一階段的實驗方案。當項目執(zhí)行與競賽完成之后，及時總結(jié)分析這次項目或競賽成功、失敗在什么地方，并及時進行調(diào)整，最終完善整理出整個的培養(yǎng)模式。

4 總結(jié)

教師根據(jù)生物這門學(xué)科的理論性和實驗性，基于科技競賽構(gòu)建培養(yǎng)新型生物科學(xué)專業(yè)創(chuàng)新型人才模式，鼓勵學(xué)生參與到科研項目中，使學(xué)生將課堂上學(xué)習(xí)的理論知識用于實驗中，鍛煉學(xué)生的思維能力、設(shè)計實驗的能力、解決問題的能力等，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)高素質(zhì)生物科學(xué)創(chuàng)新型人才。