付暢，劉玉芬，滿朝來，郭東林

（哈爾濱師范大學 生命科學與技術學院，黑龍江 哈爾濱 150025）

在當前全球激烈競爭的背景下，培養(yǎng)具備高階能力的人才成為教育的重要使命.高等教育課程教學是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑，一流課程的建設成為高等教育改革的重要內(nèi)容之一.提升高階性、突出創(chuàng)新性和增加挑戰(zhàn)度是一流課程建設的基本原則[1-2].課程的高階性主要體現(xiàn)在課程教學以實現(xiàn)學生的高階能力發(fā)展為宗旨.我國關于高階能力培養(yǎng)的研究于2004 年起步，從2016 年起進入發(fā)展熱潮，本科高階能力培養(yǎng)研究起步較晚，始于2013 年[3]182，184.目前，主要從理論、實踐以及評價等方面對高階能力培養(yǎng)展開研究[3]184-185.生物工程下游技術課程是生物技術專業(yè)的核心專業(yè)課，具有技術種類豐富、技術原理抽象、實踐性強等特點.因此，生物工程下游技術實驗課程在生物技術人才的培養(yǎng)中起到重要的支撐作用.各高校在現(xiàn)有的生物工程下游技術實驗教學改革中對學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)進行了一定的探索，但缺乏對高階能力培養(yǎng)的系統(tǒng)性研究與實踐.本文探索了在生物工程下游技術實驗教學中培養(yǎng)學生高階能力的策略和實現(xiàn)路徑，以促進生物技術人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升.

1 高階能力與課程高階性的內(nèi)涵

能力有高低之分，低階能力是指運用低階思維完成記憶任務、解決良構問題的心理特征，而高階能力是指以高階思維為核心，解決劣構問題或復雜任務的心理特征[4].高階能力包括高階思維能力、高階社會情感能力及高階動作技能，其中高階思維能力是高階能力的核心[1，5].目前，對高階思維能力的界定有2類主流方法，第1類是將高階思維能力界定為在布盧姆認知目標分類中位于高層級的認知思維能力[6]55.布盧姆教育目標分類法將認知目標劃分為記憶、理解、應用、分析、評價、創(chuàng)造等6 個從低到高的層級[7].高層級認知目標的實現(xiàn)需要以低層級認知目標的實現(xiàn)為基礎.前3 個層級一般被歸為低階認知目標，后3 個層級一般被歸為高階認知目標[1]19，也有研究者將記憶歸為低階思維能力，將其它5 個復雜度較高的層次均歸為高階思維能力[6]56.第2類界定方法是根據(jù)高階思維能力特點將高階認知思維能力界定為問題求解、決策制定、批判性思維和創(chuàng)造性思維的能力.2類界定方法的出發(fā)點和優(yōu)勢雖然不同，但界定出的高階思維能力的核心交集是一致的，分析、評價和創(chuàng)造是問題求解、決策制定、批判性思維和創(chuàng)造性思維能力的核心基礎[8].布盧姆情感目標層次分類將對特定現(xiàn)象的注意、接受、積極反應歸類為低階社會情感能力，將價值評價、組織形成價值體系及價值體系個性化歸類為高階社會情感能力[1]20.辛普森動作技能目標層次分類將通過感官觀察客體的知覺，對特定行動或經(jīng)驗的準備定勢，需要原型示范和指導的簡單動作技能，對刺激和情境做出的機械動作反應等歸類為低階動作技能，將從事復雜動作技能、改變動作活動以及創(chuàng)造新的動作模式以適應新情境歸類為高階動作技能[1]20.

課程目標是指培養(yǎng)學生形成在某一領域的思維結構和解決問題的能力.課程的高階性體現(xiàn)在課程教學目標以發(fā)展學生的高階思維為核心的高階能力為目標[9]，在教學過程中通過運用恰當?shù)牟呗院吐窂?，實現(xiàn)高階能力培養(yǎng)目標.在傳統(tǒng)的教學模式中課程教學往往缺乏對高階能力目標的明確設定，也沒有對學生的高階能力發(fā)展進行充分的、有針對性的、系統(tǒng)性的訓練，導致了學生的高階能力發(fā)展不足.當前時代的發(fā)展迫切需要具有高階能力的人才，探索高階能力培養(yǎng)策略和實現(xiàn)路徑，發(fā)展適配學生高階能力發(fā)展的教學模式來支撐高階能力人才的培養(yǎng)成為高等教育課程改革的重要內(nèi)容之一.

2 生物工程下游技術實驗教學的高階能力培養(yǎng)策略

2.1 以先進的教學理念引領高階能力培養(yǎng)

成果導向（Outcome-Based Education，OBE）教育是新時代高等教育教學改革發(fā)展的主流理念，以學生通過學習取得的能力成果作為教學目標[10].為適應時代發(fā)展的要求，在生物工程下游技術實驗課程的教學中，以培養(yǎng)學生的高階能力為課程的最高教學目標，落實OBE 理念.

2.2 以科學的學習理論指導高階能力培養(yǎng)

能力類別的劃分以及能力目標層次的劃分應遵循學習和發(fā)展規(guī)律.以布盧姆認知目標分類、布盧姆情感目標層次分類和辛普森動作技能目標層次分類為理論依據(jù)確定了生物工程下游技術實驗教學的高階能力目標.在教學中培養(yǎng)學生達成高階能力培養(yǎng)目標還需要明確達成高階能力目標的原理.將哈蒂學習模型、比格斯SOLO 模型、深度學習理論等高階學習理論融入生物工程下游技術實驗教學設計，學習活動的安排從表層學習到深度學習，再將原理和技術遷移到實踐情境中，進一步延伸遷移到小組任務和個人課程設計任務中，實現(xiàn)從低階到中階再到高階的能力培養(yǎng)目標.

2.3 以靶向的教學體系支撐高階能力培養(yǎng)

高階能力培養(yǎng)目標的實現(xiàn)需要以靶向的教學體系支撐.在生物工程下游技術實驗教學中，以能力目標劃分理論界定能力發(fā)展階段，結合課程地位和教學內(nèi)容，明確課程的高階能力培養(yǎng)目標，精選和組織課程教學內(nèi)容支撐高階能力培養(yǎng)目標，教學方法靶向高階能力培養(yǎng)，設計并組織與高階能力培養(yǎng)目標相匹配的高階學習活動，包括能推動學生調(diào)用高階思維活動的問題求解訓練、小組協(xié)作設計和評價任務、個人課程設計任務等高階學習活動.建立高階能力培養(yǎng)的評價體系，用以循環(huán)改進高階能力培養(yǎng)教學體系.

3 生物工程下游技術實驗教學的高階能力培養(yǎng)路徑

3.1 設定課程教學目標中的高階能力培養(yǎng)目標

將生物工程下游技術實驗課程的目標確定為學生能夠應用分離純化技術及儀器實施分離純化操作，能夠運用理論知識和技術基礎分析問題、解決問題；學生能夠樹立嚴謹求實的科學態(tài)度，增強責任感和使命感，增強創(chuàng)新意識，發(fā)展善于溝通的協(xié)作精神.實現(xiàn)高階能力目標是生物工程下游技術實驗課程的最高目標.

3.1.1 高階思維能力目標 高階思維能力目標的實現(xiàn)需要以低階思維能力目標的實現(xiàn)為基礎.因此，在布盧姆認知目標分類法的基礎上，設定了低階（記憶、理解）、中階（應用、分析）和高階（評價、創(chuàng)造）認知目標層次，采用進階式教學模式，從初階目標開始逐步進階到高階目標.高階思維能力培養(yǎng)目標確定為：（1）能夠?qū)ι锛夹g產(chǎn)品的分離純化過程進行綜合評價；（2）能夠?qū)ι锛夹g產(chǎn)品的分離純化過程進行設計.初階目標（能夠闡明分離純化技術的基本概念、基本原理及基本流程，形成基本的分析判斷能力）和中階目標（能夠應用分離純化技術完成目標物質(zhì)的分離純化，能夠通過分析生物分離過程的原理及流程解決問題）是進階實現(xiàn)高階思維能力目標的重要基礎.

3.1.2 高階社會情感能力目標（1）能夠?qū)ι锛夹g產(chǎn)品的分離純化技術及工藝過程進行價值評價；（2）將生物技術產(chǎn)品分離純化技術革新、生物技術產(chǎn)品創(chuàng)新研發(fā)、生物技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展的使命感、嚴謹求實的科學態(tài)度、善于溝通的協(xié)作精神融入個人價值體系.

3.1.3 高階動作技能目標（1）應用分離純化技術及儀器實施分離純化復雜操作；（2）建立能夠根據(jù)需要改變分離純化操作的動作活動或創(chuàng)造新的動作模式以適應新情境的意識.

3.2 生物工程下游技術實驗課程內(nèi)容體系

通過精選生物工程下游技術實驗課程內(nèi)容，建立了以大腸桿菌堿性磷酸酯酶的分離純化為核心的綜合性實驗內(nèi)容體系.實驗1 對大腸桿菌堿性磷酸酯酶進行分離制備，通過對大腸桿菌發(fā)酵培養(yǎng)，采用離心技術對培養(yǎng)液進行菌體收集，用不同方法破碎細胞，離心收集上清液后經(jīng)鹽析沉淀，透析除鹽，從大腸桿菌中制備出堿性磷酸酯酶的粗提液.實驗2 對大腸桿菌堿性磷酸酯酶進行離子交換柱層析純化，通過運用離子交換柱層析技術，從大腸桿菌堿性磷酸酯酶粗提液中純化大腸桿菌堿性磷酸酯酶.實驗3 對大腸桿菌堿性磷酸酯酶進行凝膠過濾柱層析純化，通過運用凝膠過濾柱層析技術，對制備的大腸桿菌堿性磷酸酯酶離子交換純化產(chǎn)物進行凝膠過濾除鹽，進一步純化和濃縮酶蛋白.由實驗1～3 組成的綜合性實驗內(nèi)容體系系統(tǒng)完整，貫穿了生物工程下游技術一般工藝過程，有利于學生在實踐中深入理解和建構生物技術產(chǎn)品的分離純化過程，掌握高階實驗操作動作技能，有利于學生將分離純化過程遷移應用于其它生物技術產(chǎn)品的分離純化，對分離純化過程進行系統(tǒng)性創(chuàng)新改進，發(fā)展高階思維能力和高階社會情感能力.

3.3 設計組織與高階能力培養(yǎng)目標匹配的高階學習活動

3.3.1 促進高階思維能力的高階學習活動 在傳統(tǒng)教學方式下，學生處于被動學習狀態(tài)，高階思維活動沒有得以調(diào)動，高階能力沒有得到發(fā)展.為了培養(yǎng)學生的高階思維能力，首先，奠定低階思維能力基礎，通過給學生提供學習資源和答疑輔導，學生自主學習大腸桿菌磷酸酯酶分離純化技術的基本概念、原理及流程、形成基本的分析判斷能力，實現(xiàn)低階思維能力目標.其次，以問題導向教學法引導學生思考如何確定大腸桿菌堿性磷酸酯酶的分離純化條件，分析分離純化結果與樣例結果之間的差異，探討如何優(yōu)化分離純化條件.通過問題推動學生進行中階思維活動，主動將技術原理遷移應用于實踐情境下問題的解決.最后，在完成大腸桿菌堿性磷酸酯酶分離純化的實踐操作后，進一步組織學生進行拓展學習，布置學生以小組為單位完成納豆激酶分離純化工藝過程的設計和評價任務.通過任務驅(qū)動學生將分離純化技術從大腸桿菌堿性磷酸酯酶遷移到其它生物技術產(chǎn)品的分離純化中，引導學生制定評價標準，評價小組設計的優(yōu)缺點.在此基礎上，進一步布置學生完成自主的生物技術產(chǎn)品分離純化過程個人課程設計，推動學生發(fā)展創(chuàng)新能力.

3.3.2 促進高階社會情感能力的高階學習活動 引導學生以大腸桿菌堿性磷酸酯酶分離純化為例，對生物技術產(chǎn)品的分離純化技術及工藝過程進行價值評價，建立生物技術產(chǎn)品分離純化技術革新、生物技術產(chǎn)品創(chuàng)新研發(fā)、生物技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展的使命感.在完成實驗和結果分析的過程中培養(yǎng)學生嚴謹求實的科學態(tài)度，在實驗過程和小組拓展任務中發(fā)展小組成員之間善于溝通的協(xié)作精神.培養(yǎng)學生將專業(yè)使命感、科學態(tài)度、協(xié)作精神融入個人價值體系.

3.3.3 促進高階動作技能的高階學習活動 給學生提供實驗儀器操作示范視頻和實驗過程操作示范視頻，學生通過自主學習可以掌握簡單的低階實驗操作技能，并建立復雜的高階分離純化操作技能基礎.在學生應用柱層析技術及儀器實施分離純化復雜操作的過程中，對學生進行具體的指導，促成學生掌握高階動作技能.在實踐情境下，對有助于學生達成大腸桿菌堿性磷酸酯酶分離純化目的改進的分離純化操作或創(chuàng)新的操作給予開放支持的態(tài)度和空間.

3.4 高階能力培養(yǎng)的評價方式

評價體系是持續(xù)改進高階能力培養(yǎng)質(zhì)量的重要保障.在生物工程下游技術實驗課程的學習成果評價中，對實驗技術相關概念和原理的記憶和理解等低階思維能力采用客觀性測試的評價方法，基于學生應用分離純化技術操作技能取得的實驗結果，以及實驗報告中分析和討論對應用和分析等中階思維能力進行表現(xiàn)性評價.基于學生通過拓展學習完成的小組設計和評價任務，以及個人課程設計對評價和創(chuàng)造等高階思維能力進行表現(xiàn)性評價.對學生在實驗過程中的科學態(tài)度、協(xié)作精神等高階社會情感能力進行表現(xiàn)性評價.在表現(xiàn)性評價的過程中，均預先設置評價等級和分值標準，以減少主觀性評價中的偏見和誤差.

4 結語

隨著OBE 理念在高等教育改革中日益普及，課程教學的中心正從教師轉(zhuǎn)向?qū)W生.生物工程下游技術實驗課程在生物技術人才培養(yǎng)中起到重要的支撐作用，將以學生為中心落到實處需要對傳統(tǒng)教學方式進行系統(tǒng)性變革.在課程目標的設定中明確高階能力培養(yǎng)目標，在科學的學習理論指導下建立與高階能力培養(yǎng)匹配的教學體系，才能真正支撐高階能力的培養(yǎng).