付暢，井樂(lè)剛，甄鑫，郭東林

（哈爾濱師范大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150025）

蓬勃發(fā)展的生物技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐的眾多領(lǐng)域創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，呈現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景[1]。近年來(lái)，眾多國(guó)家紛紛制定了生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略[2]。生物經(jīng)濟(jì)的發(fā)展壯大需要高質(zhì)量的生物技術(shù)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才來(lái)支撐和推動(dòng)。生物工程下游技術(shù)是生物技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的必經(jīng)之路，擔(dān)負(fù)著從中游生產(chǎn)過(guò)程獲得的原料中分離純化目的物質(zhì)并將其制成產(chǎn)品的重要任務(wù)。生物工程下游技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程在生物技術(shù)高素質(zhì)專(zhuān)門(mén)人才的培養(yǎng)中發(fā)揮著重要的支撐作用。由于傳統(tǒng)的教學(xué)模式不能滿足生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)人才質(zhì)量的要求，近年來(lái)，各高校在生物工程下游技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中作出了一些探索與改革。在教學(xué)改革中著眼于優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法[3-5]。我們?cè)谇捌诘慕虒W(xué)改革中建立了生物工程下游技術(shù)創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，通過(guò)演示性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)范化實(shí)踐操作能力，通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)K培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，通過(guò)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)?zāi)K培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[6]。這些探索與改革都取得了一定的效果，但是現(xiàn)有的教學(xué)模式與生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)生物技術(shù)人才的要求還有差距。提高生物工程下游技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程在生物技術(shù)人才培養(yǎng)中的效能，充分激發(fā)學(xué)生的活力，筑牢學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力，提升學(xué)生專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，仍有很大的開(kāi)拓空間。為此我們探索了生物工程下游技術(shù)進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，立足成果導(dǎo)向教育（Outcome-Based Education，OBE）理念[7-8]，力求為生物技術(shù)人才培養(yǎng)提供更優(yōu)質(zhì)、更有力的支撐。

1 課程建設(shè)基礎(chǔ)

1.1 教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員5 人，均具有博士學(xué)位，其中3 人具有出國(guó)學(xué)習(xí)經(jīng)歷，由教授、副教授、講師形成合理的梯隊(duì)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員共主持省級(jí)教學(xué)改革課題3 項(xiàng)、校級(jí)教學(xué)改革課題6 項(xiàng)，發(fā)表教學(xué)改革論文22 篇，生物工程下游技術(shù)教學(xué)案例入選校級(jí)線上教學(xué)案例匯編；團(tuán)隊(duì)成員獲得省級(jí)課程思政教學(xué)競(jìng)賽三等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，校級(jí)課程思政示范課程1 項(xiàng)，校級(jí)“寧齊堃”教學(xué)獎(jiǎng)3 項(xiàng)，校級(jí)教學(xué)優(yōu)質(zhì)獎(jiǎng)16 次；團(tuán)隊(duì)成員指導(dǎo)學(xué)生參加國(guó)家級(jí)、省級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)8 項(xiàng)。

1.2 課程資源建設(shè)

將前期教學(xué)改革中錄制完成的生物工程下游技術(shù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程示范操作視頻和實(shí)驗(yàn)儀器使用示范操作視頻加工轉(zhuǎn)化為線上微課資源，分解生物工程下游技術(shù)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，制作微課，建立實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)考核題庫(kù)以及實(shí)驗(yàn)技能考核題庫(kù)。

1.3 內(nèi)容體系建設(shè)

在前期的生物工程下游技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中，建立了以目標(biāo)物質(zhì)大腸桿菌堿性磷酸酯酶的分離純化為主線的創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容系統(tǒng)化集成，大腸桿菌堿性磷酸酯酶的分離制備、離子交換柱層析純化和凝膠過(guò)濾柱層析純化三個(gè)大實(shí)驗(yàn)環(huán)環(huán)相扣，貫穿整個(gè)下游技術(shù)一般工藝流程。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的實(shí)踐能力、觸類(lèi)旁通地將原理和技術(shù)用于其他生物技術(shù)產(chǎn)品分離純化的能力，在實(shí)驗(yàn)體系中給學(xué)生創(chuàng)造自主探究空間，指導(dǎo)學(xué)生探索優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件。

2 分層次定位教學(xué)目標(biāo)

課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)具有支撐作用[9]，對(duì)課程教學(xué)具有引領(lǐng)作用[10]。教學(xué)目標(biāo)的規(guī)劃和設(shè)定應(yīng)具有高階性[11]，以滿足對(duì)人才培養(yǎng)質(zhì)量的需求，同時(shí)又應(yīng)具有落地性[12]，以使教學(xué)目標(biāo)可以在實(shí)踐中達(dá)成。布盧姆教學(xué)目標(biāo)分類(lèi)法將認(rèn)知過(guò)程分割為理解、記憶、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)6 個(gè)層級(jí)[13]。由于理解與記憶、分析與應(yīng)用、設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)之間的依賴(lài)關(guān)系更為緊密，我們將這6 個(gè)層級(jí)劃分成低階、中階和高階3 個(gè)認(rèn)知目標(biāo)階段，根據(jù)生物工程下游技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，分層次定位了教學(xué)目標(biāo)，構(gòu)建了進(jìn)階式教學(xué)模式，在實(shí)踐中循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的能力（見(jiàn)圖1）。初階教學(xué)目標(biāo)鎖定理解和記憶，中階教學(xué)目標(biāo)指向分析和應(yīng)用，高階教學(xué)目標(biāo)靶向評(píng)價(jià)和創(chuàng)造。教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定遵循學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，從易到難，循序漸進(jìn)地實(shí)現(xiàn)高階目標(biāo)、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)的系統(tǒng)性增加，能力的系統(tǒng)性提高，專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)的實(shí)質(zhì)性提升。

圖1 生物工程下游技術(shù)進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

3 初階教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

由于初階的教學(xué)目標(biāo)主要靶向理解和記憶，而學(xué)生通過(guò)先修課程的學(xué)習(xí)已經(jīng)具備了生物工程下游技術(shù)的知識(shí)基礎(chǔ)和技能基礎(chǔ)，形成了相對(duì)成熟的邏輯思維能力，因此初階的教學(xué)目標(biāo)主要通過(guò)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)。課前首先向?qū)W生發(fā)布實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)培訓(xùn)材料，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)考試獲得進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的入門(mén)資格。其次，將實(shí)驗(yàn)教程中的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化成系列問(wèn)題發(fā)布給學(xué)生，將基本知識(shí)點(diǎn)原理微課發(fā)布給學(xué)生，以問(wèn)題清單引領(lǐng)學(xué)生在理論課學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上自主學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課的基本知識(shí)點(diǎn)原理。最后，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程示范操作視頻和實(shí)驗(yàn)儀器示范操作視頻發(fā)布給學(xué)生，學(xué)生通過(guò)課前觀看示范操作視頻，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)基本操作流程和操作要點(diǎn)。學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中梳理疑難問(wèn)題，教師在線提供答疑輔導(dǎo)，課中通過(guò)互動(dòng)答題檢測(cè)，獲得學(xué)習(xí)效果的實(shí)時(shí)反饋，對(duì)學(xué)生掌握薄弱的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)強(qiáng)化。

4 中階教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

4.1 以問(wèn)題引領(lǐng)學(xué)生建立完整的解決問(wèn)題的思考鏈，培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力

在落實(shí)OBE 理念之前，在教學(xué)中主要側(cè)重講授實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)，以幫助學(xué)生順利獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在這樣的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生解決問(wèn)題的能力沒(méi)有得到充分的發(fā)展。究其原因，是在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生建立的思考鏈缺失解決問(wèn)題的部分。因此，我們結(jié)合實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容，梳理出系列問(wèn)題，引領(lǐng)學(xué)生建立完整的解決問(wèn)題的思考鏈，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

以問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考如何確定大腸桿菌堿性磷酸酯酶的分離純化條件。例如，在大腸桿菌堿性磷酸酯酶離子交換柱層析純化的教學(xué)中，首先以問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考，采用離子交換法分離純化大腸桿菌堿性磷酸酯酶，如何選擇離子交換劑？接下來(lái)以問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考，如何確定大腸桿菌堿性磷酸酯酶離子交換柱層析的條件？依次設(shè)定問(wèn)題選擇吸附階段的樣品濃度、pH 值、離子強(qiáng)度，洗脫階段的pH 值和離子強(qiáng)度，通過(guò)判斷和投票選擇的反饋結(jié)果即時(shí)獲得學(xué)習(xí)效果的反饋，針對(duì)性地解決學(xué)生學(xué)習(xí)存在的問(wèn)題。

以問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考，如何優(yōu)化分離純化條件，獲得理想的分離純化結(jié)果。例如，在完成大腸桿菌堿性磷酸酯酶離子交換柱層析后，向?qū)W生展示不同的純化結(jié)果，通過(guò)頭腦風(fēng)暴法引領(lǐng)學(xué)生比較純化效果，分析討論導(dǎo)致離子交換柱層析分辨率低的原因及解決辦法。學(xué)生在頭腦風(fēng)暴中主動(dòng)思考的廣度和深度都得到促進(jìn)，可以將導(dǎo)致離子交換柱層析分辨率低的原因較為充分地分析出來(lái)，并提出相應(yīng)的解決辦法。

4.2 以實(shí)驗(yàn)示范視頻促進(jìn)學(xué)生應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)完成分離純化操作過(guò)程

實(shí)驗(yàn)課前學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)觀看實(shí)驗(yàn)過(guò)程示范操作視頻和實(shí)驗(yàn)儀器使用示范操作視頻，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)和儀器使用，明確實(shí)驗(yàn)操作的基本過(guò)程。實(shí)驗(yàn)課上對(duì)記憶不清的地方可以在知到平臺(tái)上隨時(shí)觀看示范視頻，在此基礎(chǔ)上完成大腸桿菌堿性磷酸酯酶的分離制備和純化過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，學(xué)生可以反復(fù)觀看示范視頻，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，教師對(duì)學(xué)生的操作進(jìn)行糾錯(cuò)，對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)。在教學(xué)過(guò)程中提高了教學(xué)效率，提升了教學(xué)效果。

5 高階教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

5.1 課上延伸學(xué)習(xí)，通過(guò)協(xié)同完成小組任務(wù)培養(yǎng)學(xué)生的評(píng)價(jià)能力

在完成大腸桿菌堿性磷酸酯酶分離純化實(shí)踐操作之后，組織學(xué)生舉一反三，以小組為單位，綜合運(yùn)用生物工程下游技術(shù)，完成納豆激酶分離純化工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)。進(jìn)一步組織學(xué)生比較評(píng)價(jià)各小組的設(shè)計(jì)方案，探討改進(jìn)措施，引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計(jì)中融入清潔生產(chǎn)的環(huán)保理念。在完成評(píng)價(jià)討論后要求學(xué)生提交評(píng)價(jià)報(bào)告。學(xué)生以小組為單位完成納豆激酶分離純化工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)任務(wù)后，在發(fā)展評(píng)價(jià)能力的同時(shí)也為學(xué)生完成個(gè)人課程設(shè)計(jì)奠定了重要基礎(chǔ)。

5.2 課后拓展學(xué)習(xí)，通過(guò)獨(dú)立完成個(gè)人課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

學(xué)生在課上延伸學(xué)習(xí)中通過(guò)對(duì)小組設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)，已經(jīng)具備了評(píng)價(jià)分離純化過(guò)程的能力。在課后拓展學(xué)習(xí)中，以任務(wù)推動(dòng)學(xué)生獨(dú)立完成自選項(xiàng)目的個(gè)人課程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高階創(chuàng)造性學(xué)習(xí)目標(biāo)。要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)生物工程下游技術(shù)方案，說(shuō)明要從什么原料中，分離什么目的物質(zhì)，采用什么樣的下游技術(shù)工藝流程及技術(shù)方法，達(dá)到什么目的，具有什么意義。要求目的明確，意義明確，技術(shù)路線合理，過(guò)程完整可行，具有創(chuàng)新性。

5.3 協(xié)同融合大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新人才

培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新人才是課程高階性的重要體現(xiàn)。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目是培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新人才的重要依托[14]。我們將生物工程下游技術(shù)實(shí)驗(yàn)課與大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目協(xié)同融合。一方面，通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供自主探索和創(chuàng)新實(shí)踐的重要基地，培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新人才。指導(dǎo)學(xué)生從榨菜、許氏大醬等材料中分離鑒定了多株產(chǎn)納豆激酶的菌株，利用分離到的高產(chǎn)納豆激酶菌株優(yōu)化發(fā)酵基質(zhì)，基于研究成果指導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生生命科學(xué)競(jìng)賽及創(chuàng)業(yè)活動(dòng)。另一方面，以大學(xué)生創(chuàng)新研究成果建立納豆激酶分離純化系列內(nèi)容，作為可選模塊拓展生物工程下游技術(shù)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容。該模式可以緊跟生物下游技術(shù)的發(fā)展前沿，作出動(dòng)態(tài)的調(diào)整，在培養(yǎng)創(chuàng)新人才的同時(shí)豐富和更新實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容。