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職業意識是學生對職業的認識、意向以及對職業所持的主要觀點,是支配和調控全部職業行為和職業活動的調節器。職業類型的介紹有助于學生職業意識的形成,為進行生物學習的學生打開職業天地的一扇窗。例如,在人教版高中生物必修一《分子與細胞》第六章第四節《細胞的癌變》教學中,教師可以讓學生在課前查閱相關資料并制作“癌癥的確診和治療”的課件。課上,教師在介紹癌細胞特征、致癌因子及其種類和癌細胞形成的機理等知識點后提出問題:“癌癥的發生總是不可避免的,那么癌癥是否是不治之癥呢?”之后,學生展示自己制作的課件并得出“癌癥不是不治之癥”的結論。日常生活中,患癌的人很多,醫生利用病理切片的顯微觀察、CT、核磁共振、內窺鏡和癌基因檢測等先進手段加以診斷,然后通過手術切除、化療、放療等手段使患者得到治愈。根據學生的回答,教師可以很自然地引出“醫院里的檢驗師”和“腫瘤科醫生”這兩個職業,并進一步拓展與職業相關的信息,為學生提供諸如就業單位、學歷要求、素質要求、工作方式、職業價值等材料,以便于學生閱讀。又如,在人教版高中生物必修二第六章第一節《雜交育種與誘變育種》中,教師先提出問題:“現有兩個品種的小麥,高桿抗病(AABB)和矮稈不抗病(aabb),如何獲得所需品種(矮稈抗病),可以采用哪些方法?”學生以小組為單位對問題展開討論并在全班匯報。在對每個小組匯報給予引導和點評后,教師指出育種上比較常用的方法是雜交育種,進而引出“雜交水稻之父”袁隆平的介紹,并向學生提問“關于袁隆平院士,你了解多少”。在學生討論后,教師向他們播放關于袁隆平院士的視頻資料,然后提出與生物相關的職業——育種工作者,請學生閱讀教材,了解育種工作應具備的學歷、崗位職責和任職資格等。
二、善用校本課程,培養職業興趣
職業興趣是一個人對待工作的態度和適應能力,表現為有從事相關工作的愿望和興趣。擁有職業興趣將增加個人的工作滿意度、職業穩定性和職業成就感。天津市復興中學一貫注重校本課程建設,生物校本課程“應用生物技術與實踐”是一門理論與實踐相結合的課程,內容包括微生物的利用、酶的應用、生物技術在生物加工中的應用和生物技術在其他方面的應用四部分。該課程是一門以學生為主體,通過實驗設計和操作實踐學習科學探究、了解與生物相關的職業信息并培養職業興趣的選修課程。它從現實生活出發,在考慮學生興趣和可操作性的基礎上設定了一系列課題,使學生在課題研究中逐漸掌握某項生物技術、培養自身對某職業的興趣。例如,與生活相關的課題“果酒和果醋的制作”,教師首先通過展示酵母菌在生產和生活實際中的應用來喚起學生的生活經驗,然后讓學生通過動手實踐迅速理解實驗原理并主動學習酵母菌的代謝方式,使他們在體驗感悟中輕松地記憶有氧呼吸與無氧呼吸的基本過程。本課題使學生在品味美酒和美醋的同時掌握了傳統的發酵技術,也了解了生物過程和食品科學與工程等相關的職業前景及就業機會。又如,與生產相關的課題“分解纖維素的微生物分離”,教師向學生介紹纖維素和纖維素酶的基礎知識后指出,“纖維素是地球上含量最豐富的多糖類物質,人類可應用分解纖維素的微生物將秸稈等廢棄物轉變為種類繁多的生物燃料,甚至是航空燃油”。這種變廢為寶的理念很容易讓學生看到該課題的理論價值和實踐價值。然后,教師帶領學生進行分解微生物的菌種分離實驗,使學生掌握培養基的制備、滅菌操作、菌種接種、分離及純化等微生物方面的操作技術,為學生以后從事醫藥工業、食品工業和環境科學等領域研究或工作打下了基礎。再如,與新興科技相關的課題“轉基因大豆分子檢測研究”,教師可以先讓學生在課前通過查閱資料來了解轉基因大豆和非轉基因大豆的區別,課上向學生介紹大豆基因組DNA的提取、DNA序列PCR擴增及相關序列的電泳檢測等分子生物學技術,使學生從基礎入手學習有關DNA和蛋白質的技術。
三、活用生物科學史,形成職業素質
職業素質是指從業者在一定的生活和心理條件基礎上,通過教育培訓、職業實踐、自我修煉等途徑形成和發展起來的,在職業活動中起決定作用、相對穩定的基本品質。與生物學相關的很多職業都需要從業人員具備探究精神和創新思維。因此,除了掌握科學知識之外,學生還要學會科學的思維和方法,這些素養的培養可以通過科學發現史的學習得以體現。例如,在講授《DNA復制》一節中,教師并沒有將DNA半保留復制的結論直接呈現給學生,而是按照“假說—演繹”的科學方法帶領學生重溫了DNA半保留的實驗過程,通過設置問題串來引導學生一起思考并得出實驗結論。這種講授方法讓學生了解科學家是怎樣思考問題、研究問題并得出結論的,有助于學生對科學過程和方法的理解及良好職業素質的形成。又如,在《酶的本質研究》一課中,教師以諾貝爾科學獎為線索,提出葡萄酒莫名其妙變酸的問題。教師首先向學生講述巴斯德與李比希對引起發酵物質的爭論、畢希納設計巧妙的實驗來證明釀酶可將糖發酵為酒精的故事,以教育學生在科學事實面前不要盲目相信權威,要有敢于質疑、敢于創新的科學精神,這也是日后很多工作必需的職業素質。而后,教師介紹薩姆納身殘志堅,利用八年時間分離出脲酶結晶,使學生明白科學研究要有堅持不懈、不畏艱苦的精神。在課堂教學中,教師以科學史的形式介紹相關職業所需要的專業素質,這種呈現方式使學生意識到職業素質在個人職業生涯發展中的重要性,從而更加積極地去培養自身的職業素質。
四、妙用科學熱點,塑造職業理想
職業理想是人們在職業上依據社會要求和個人條件,借助想象而確立的奮斗目標,即個體渴望達到的職業境界。生物學科蘊含著豐富的科學技術資源,在課堂教學中關注科學熱點,能夠使學生較全面地了解現代生物科學技術的現狀和發展前景,能夠使學生了解現代生物科技與他們的日常生活密切相關,進而使他們對相關的科學技術產生興趣,塑造初步的職業理想。在課堂教學中滲透科學熱點,可以提高學生科學素養、擴充他們的科學知識,還可以為將來想要從事生物專業領域工作的學生提供就業指導。例如,在《降低化學反應活化能的酶》一節中,教師引入“酶為生活添姿彩”專欄,指導學生閱讀教材并了解酶在醫藥衛生、食品制造、日用品產業等方面的應用,然后介紹能改造自然界存在的酶、制造更符合人們需要的酶工程。又如,在《基因是有遺傳效應的DN段》一節中,教師在講述DNA結構的特征時適時引入DNA指紋技術,學生在輕松掌握DNA具有特異性時也了解到該技術在親子鑒定、死者遺骸鑒定和刑偵領域的職業前景。再如,人教版高中生物選修三《基因工程的操作步驟》一節,如果教師單純講授PCR擴增技術、各種雜交方法及電泳技術,那么教學內容會顯得非常枯燥,也不利于學生理解。教師可以帶領學生走進實驗室,親自參與DNA提取與分離技術、核酸分子雜交技術、核酸凝膠電泳技術和DNA序列分析技術的實踐操作。這既加深了學生對課本知識的理解,又實現了生物基礎知識與科學熱點的有機結合。對于未來有興趣投身于生命科學領域研究的學生,可以開展一些延伸性課題研究。例如,在課題“轉基因食品及其安全性研究”中,學生通過文獻檢索、市場調查、問卷調查和實驗操作等步驟,逐步了解了轉基因食品的基礎知識及消費者的認知現狀和購買意愿,初步掌握了轉基因片段的分子檢測等技術。該課題的市場調查和實驗環節能夠充分調動學生的積極性,使學生明白職業不只是一個人謀生的手段,更是實現自我價值和社會價值、追求理想生活的重要途徑,從而促進學生形成正確的價值觀與職業觀,塑造正確的職業理想,更有效地追求個人的職業生涯目標。[2]
作者:車未艾
參考文獻:
關鍵詞 生物學 微生物工程實驗 教學改革
中圖分類號:G642文獻標識碼:A
微生物工程是一門含有現代生物科學和工程技術的專業課程,是蘇州大學生物技術專業學生的一門專業核心課程。目前,蘇州大學生物學專業包括生物科學、生物科學(師范)、生物技術、生物信息學、應用生物學、生物技術(食品質量與安全)等6個本科專業(方向)都開設了微生物工程實驗課程。在以往幾年的實驗教學實踐中我們發現,由于各專業教學大綱的不同,導致微生物工程實驗課時不統一,從18學時到36學時再到54學時,因此實驗內容需要不斷更改,導致部分實驗內容孤立、不系統、不連貫,并多為驗證性實驗。隨著這幾年實驗室建設的推進,開設微生物工程實驗所需要的儀器設備有了極大的補充,現在可以開設的實驗特別是設計性實驗的數目大大提高。我們總結了前幾年的教學經驗,在教學體系、教學方法和學生綜合素質培養等方面進行了探索,逐步完善了基礎、綜合、創新三個層次的實驗內容,并建立了一套能夠適應不同專業不同課時的微生物工程實驗課程教學體系,形成了一定的實驗教學特色。
1 實驗課程教學體系的改革
由于我校的微生物工程實驗課程涉及的專業較多,且各專業學生已有的知識積累以及需要掌握的實驗知識和技能也有所區別,因此我們根據實際情況,重新構建了微生物工程實驗課的實驗項目,所有實驗都是綜合型或設計型實驗。這些實驗項目主要分為四方面:第一方面是菌種的篩選、鑒定和誘變實驗,這屬于發酵工程上游的內容;第二部分是環境條件(溫度、pH值、溶氧)對分批發酵的影響及其控制,這屬于發酵工程中游的內容;第三部分是發酵產品的分析,這屬于發酵工程下游的內容;第四方面是發酵產品如酒釀、葡萄酒、凝固型酸奶的制作。
1.1 根據實驗大綱,改革實驗內容
由于微生物工程實驗的內容具有連續性,所以在安排課表的時候宜將這些實驗集中安排在一周或兩周內進行。根據各專業(方向)教學大綱所規定的學時,有選擇地開設幾個實驗,為了提高實驗效率,這幾個實驗通常同時進行。一般來說,上游和中游實驗均必選一開設,下游實驗和發酵產品制作的實驗必開。如果一個班級的學生人數太多,須將中游實驗分批輪流選擇開設。
將整個微生物工程實驗的內容進行系列化、單元化編排,以利于學生對微生物工程知識及實驗技能的系統化掌握,有利于培養學生的動手能力、綜合運用知識的能力和創新能力。通過多動手、多訓練,學生對微生物工程實驗課程體系有了一個全面的認識,同時實驗技能也得到了進一步提高。
1.2 增加自主設計性實驗
在新的教學大綱中,增加自主設計性的實驗,如有用化合物生產菌株的篩選,讓學生在查閱文獻的基礎上,自行設計實驗方案。然后根據設計的方案進行實驗,在實驗進行中肯定遇到各種各樣的問題,讓他們始終處于發現問題、分析問題和解決問題的過程中。此舉極大地調動了學生的自主性、積極性和創造性。若學生遇到解決不了的問題,教師給予及時指導。這樣,通過自己的努力和教師的指導而完成的實驗,學生的印象更深,收獲更大。
1.3 開設傳統發酵食品、飲料實驗
在生物學的所有專業(方向),我們都確定酒釀、葡萄酒、凝固型酸奶的制作為必開設實驗。因為微生物工程(又稱發酵工程)是一門與生產、生活實際密切相關的課程,早在2000多年前,發酵技術就被人們用來生產各種酒和風味食品,今天,發酵食品和飲料仍在我們生活中占有重要地位。在這三個實驗中,每個學生都興致高昂地動手制作酒釀、酸奶、葡萄酒,實驗結束時,每個學生都能品嘗到自己的勞動成果,大家分享著成功的快樂與喜悅。這三個實驗也是我們微生物工程實驗的亮點,有的學生后來還會在家人、親朋面前露一手這些制作技術,有的學生畢業多年后對這些實驗仍記憶深刻。
2 實驗教學方法的改革
合理的實驗內容和體系還需要有相應的教學方法作保障,才能最終達到培養應用型、創新型人才的目的。①在實驗教學方法的改革中,要突出學生的主體地位,教師發揮主導作用,啟發促進學生的思考,點撥學生的思維。
2.1 利用視頻輔助實驗教學
在講解發酵罐的結構時,往往由于學生多,造成部分同學看不見或看不清。鑒于這種情況,我們事先對這部分內容錄制了一個視頻,在實驗課上,我們采取邊講解實物邊觀看視頻的方法就基本解決了這個問題。有的實驗操作,老師在講解完后還可放一段相關的實驗視頻給學生觀看,讓大家有一個更直接的感官認識,這些視頻可以通過網絡搜索引擎或國內外大學的相關專題網站獲得。②
2.2 實驗分組的改革
以往有些實驗,由于實驗條件的限制,每小組學生人數多,造成有的同學袖手旁觀或者不能參與實驗,實驗教學效果不佳甚至產生負面影響。事實上,學生作為實驗課的主體,實驗的每個環節和步驟都必須親自參與進來。所以,我們在安排每個實驗時,會根據實驗內容、實驗條件和班級人數進行合理分組,確保每個同學都有動手的機會,確保能做實驗而不是看實驗。例如,酒釀和酸奶必須每人都做,每人制作出來的產品最后須經老師評分,作為成績的一部分,這樣就能有效避免學生偷懶或逃課。
3 重視學生綜合素質的培養
3.1 培養團隊合作精神
綜合性和設計性實驗是培養學生綜合利用所學的多門知識和技能而開設的一種復合型實驗,但實驗時間較長,勞動量大,而且這些實驗對實驗設備的依賴性比較強,實驗過程中很難保證每人一臺發酵罐或者滅菌鍋,只能分組、分批進行。因此對此類實驗,我們采取團隊合作的形式,將學生分為若干個組,每組3~5人,安排組長,所有實驗都由小組共同完成,組長合理安排本組成員完成相應的工作量。比如“環境條件(溫度、pH值、溶氧)對分批發酵的影響及其控制”實驗是在發酵罐中連續進行30小時左右,過程中需要定時取樣和對相關指標進行測定,需要熬夜,小組成員間可以協調安排值班。每個小組成員必須認真對待,確保自己負責的實驗部分正常進行,實驗結果準確可靠,否則自己的小疏忽或失誤就會導致整個小組大實驗的失敗。所以,最后的實驗結果是由大家集體合作貢獻得到的,根據每個人得到的實驗結果繪制成發酵過程曲線,這樣的合作有利于培養學生的責任心和團隊精神。
3.2 強化科研意識
為了強化學生的專業素質,在單組實驗的設計和安排上注重學生科研能力的培養和訓練。通過有代表性的實驗方案設計過程,加深對相應知識重點、實際應用的理解。例如在酵母細胞純培養的實驗中,引導學生對影響細胞生長的若干因素進行優化,將正交設計實驗思想引入實驗中,訓練學生掌握這一重要方法,并學會應用極差和效應圖對實驗結果進行分析。這類實驗,只有題目,而結論未定,有利于激發學生的探索興趣和學習的積極性、主動性。培養學生的獨立性和創造性,學生以研究者的身份進行工作,始終處于獨立思考和積極探索的過程中。這類實驗和科研相結合,有利于把科研的思路和方法更形象地傳授給學生。
4 結語
通過微生物工程實驗,讓學生了解和掌握了發酵產品的生產過程,加深了對理論課中基本知識和原理的理解,同時又鍛煉了他們的動手能力和綜合分析實驗結果的能力。通過對微生物工程實驗課程教學體系的完善和改進,加強了與實際生產和科研工作的聯系,使學生積極主動地參與到實驗中來,讓他們懂得實驗課不僅僅是做實驗和完成實驗的簡單過程,更重要和具體的工作在實驗過程之外。通過訓練,使學生在實驗方案設計、實驗過程控制和實驗數據分析整理等方面都有了長足進步,提高了學生獨立開展科研實驗的能力。只有這樣,才能實現目前倡導的從應試教育向素質教育的轉變,滿足21世紀對綜合型人才的需求。
注釋
關鍵詞:應用型本科院校;生物工程專業;吉林省生物產業需求對接;協同創新;人才培養
中圖分類號:Q819 文獻標識碼:A DOI:10.11974/nyyjs.20170631079
隨著我國經濟結構及人才需求模式的改變,國家對高等教育戰略方針進行了修訂。根據學校類別,將傳統的“象牙塔”式高等教育細化為“研究型本科院校”和“應用型本科院校” [1]。其中“應用型本科院校”以培養適應社會需要的技能型人才為主。
1 本校生物工程專業人才培養與吉林省產業需求存在問題
生物工程專業是我國繼生物技術和生物科學專業之后開始招生的生命科學專業,是21世紀迅速發展起來的一門新興學科。1998年教育部布的全國本科專業目錄中,將生化工程、微生物工程、發酵工程等專業歸為到生物工程專業。由于該專業具有典型“工程”性決定其專業特征為工科專業,所以學生培養模式與生命科學領域的其它專業具有明顯區別――該專業以培養應用型、產業化人才為主[2]。本科畢業從事非對口工作在吉林省地方院校及新建本科院校所開設生物工程專業中較為常見。根據學院多年就業跟蹤調查顯示,本校生物工程專業畢業生(考研生除外)僅有1/3從事本專業,且大多從事層次較低的技術工作;1/3畢業生從事醫藥銷售等生命科學相關工作;1/3畢業生放棄本專業。企業普遍反映,入職畢業生實踐能力滯后于理論能力,必須在“師傅”的帶領下,經過實踐學習才能獨立勝任專業技術崗位,增加了企業運行成本。
隨著國家政策與吉林省經濟發展和轉型,吉林省生物產業發展迅速,生物產業涵蓋醫藥、化工、檢驗、食品、環保等領域。已擁有長春生物制品研究所、修正藥業、通化東寶等生物醫藥研發和生產企業。2016年1―6月,全省生物醫藥完成工業總產值同比增長7.4%[3]。
此外,吉林省在生物化工,特別是“玉米化工”領域具有廣闊發展前景。現已具有大成集團、吉林燃料乙醇、中糧能源生化、松原吉安生化等龍頭企業,打造吉林玉米生物化工材料基地,基本建成中國玉米生物化工材料示范基地。預計到2020年,吉林省生物質經濟形態基本確立,生物質經濟總產值達到5000億元(包括玉米深加工產業),使生物質產業成為吉林省具有核心競爭力的新的主導產業[4]。
應用型本科院校辦學宗旨為服務地方經濟發展,根據吉林省生物產業發展情況可預見未來吉林省將大量需要生物工程專業人才。但由于應用本科院校生物工程專業存在專業建設調整滯后、專業與產業不對接等問題,暫時無法滿足就業單位的要求。所以,吉林農業科技學院生物工程學院生物工程系從人才培養方案、課程配置、授課內容、校企合作、教師培訓方面進行改革,以滿足人才培養與產業對接的需求,促進吉林省生物產業發展。
2 根據市場需求,修訂人才培養方案
隨著吉林省經濟轉型和生物產業的發展,吉林省急需大量應用型生物人才。因此生物工程系決定一改過去的“精英式”人才培養模式,轉換為“應用型”人才培養模式。學院組織生物工程專業骨干教師深入長春金賽藥業有限責任公司、長春長生生物科技股份有限公司、吉林省輝南長龍藥業股份有限公司、吉林燃料乙醇有限責任公司、大成生化科技集團有限公司等多家企業進行調研,并同職業研發專家和行業技術專家共同制訂人才培養方案。在原有“生物制藥”教學模塊的基礎上,增加“生物化工”部分。降低英語、數學等公共基礎課學時,增加實踐教學、教學實習學時,提高學生實踐操作時間及動手能力(表1)。此外增加學生在企業的生產實習時間,使學生在校內所學在企業進行檢驗。對于新增加的“生物化工”部分,系部教師根據企業一線情況增加發酵工程、生物制品工藝學等課程實踐教學學時。使學生在有限的學時內,掌握基礎技術的操作要領。
3 根據企業需求,重新規劃課程配置
根據多年企業用人情況反饋顯示,應屆畢業生具有一定的實踐操作技能,但不具備畢業入廠即工作的能力。同時用人單位反映,學生的專業知識扎實,但對于行業新進展了解不多。因此,本專業重新規劃課程配置。降低專業課理論學時,將其中“深、難”部分作為自學內容(對于考研同學,如需學習,教師可課下輔導);對于酶工程、發酵工程、細胞工程、生物制品工藝學等課程,增加前沿知識介紹(為了節省課堂時間,可讓學生課下準備,課上討論);增設“生物制藥”、“生物質能”等專題內容,進一步增加學生對生物工程應用進展了解;此外,在增加實驗教學基礎上,進行實驗課程整合,不但可以使學生掌握多門課程的實踐技能,還能使學生綜合運用多課程實踐技能。實驗課的整合,更加貼近生產一線的應用。
4 提高應用能力,修改授課內容
“應用型”人才培養模式主要內容即提高學生的應用能力,使學生適應企業生產的需求。為此,生物工程專業教師在重新規劃課程配置基礎上,修改授課內容。在具體教學中,增加應用能力培養部分,即采取部分“反轉課堂”模式,提出問題讓學生根據所學解決問題,在課堂進行集體討論,確定最佳解決方案。此外,教師在授課過程中,結合企業調研過程中所遇到的問題及應用技術最新動態,適當調整授課內容,摒棄過去“一本教案講一生”的教學情況,做到在有限的學時內,盡可能多的講授實踐技能。同時教師在實踐教學中,增加學生自主設計實驗部分,進一步提高學生對所學知識的應用能力。