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【主题】中学生 物理 探究思维
一、培养中学生物理探究思维的必要性
在知识经济初现端倪的时代,不再以拥有知识量的多少作为衡量一个人素质高低的唯一尺度,关键是科学创新能力的高低。因此,知识经济时代要求教学活动不仅是单纯的知识接受的过程,而且是重视学生能力与素质培养的过程。实践证明,物理探究教学和语言表达能力的提高,有利于培养学生独立思考的习惯,对激发学生的创新意识,开发学生的创新潜力,全面提高学生的科学文化素养,拓宽学生获取信息的渠道,提高学生的归纳总结能力。传统的教学由于缺乏对学生这两方面的教育,学生在课堂上是看科学、听科学,而不是做科学。学生由于对科学知识的来源缺乏了解,把科学知识看得很神圣,不敢怀疑,导致学生缺乏科学创新的能力。
二、在学生探究中,注重思维发展,培养科学思维与科学精神
学生通过收集资料、调查研究、或通过实验得到的初步研究成果在小组内或个人之间充分交流,学会认识客观事物,认真对待他人意见和建议,正确地认识自我。他们会将取得的收获归纳整理、总结提炼,形成书面材料和口头报告材料,并逐步丰富个人的探究成果。学生的自学能力、语言表达能力归纳总结能力都能得到提高,培养了科学思维与科学精神。
三、开展物理探究性学习思维教学的几点做法
探究性学习?是指学生在教师的指导下,从社会科学和自然科学发现某个问题或专题,用科学研究的方式、方法去认识问题,获取知识,以达到问题的认识深化或者最终解决,这就是探究性学习。探究性学习能突出学生在教育中的主体地位,为学生提供自由活动的空间,优化学生的智能结构,在当前,它代表了教育改革的方向,那么,在初中物理教学中,如何开发和实施探究性学习爱因斯担有句名言“提出一个问题比解决一个问题更重要”,在物理探究思维中,首先要解决的便是研究课题的提出,下面,结合初中物理教学实践,本人认为探究思维应包括课题的提出、课题的选择、探索课题和教师原则指导四个环节。
一)、课题的提出。由于探究思维学习的开放性,我们往往是首先寻找课题,简单地说,就是提出问题,我认为,它大致来源于以下几个方面:
1、物理教材内部。物理是一门以实验为主基础性学科,在九年义务教育人教版初二物理教材中,物理的定义是:研究的是关于力的、声的、热的、光的、电的现象,找出它们发生的原因,并研究怎样利用它们来为人类服务,在课本上,很多实验或问题的探究本身就是一个研究性学习课题。
2、物理学与其它学科的交汇点。由于物理由自然科学的基础学科之一,它与其他学科的交汇点有许多可供研究的课题。这也与当前的跨学科综合不谋而合。例如,21世纪的交通、航天技术的发展,空间技术和我们的生活等为题。让他们自己去寻找资料。自己研究,从而写出这些方面的小论文和自己对未来的设想。
3、物理学科与新技术的交汇点。科技发展日新月异,但总离不开物理学的基本原理,在讲授第一章测量中讲到纳米这个单位时,我们可以借机介绍一下纳米技术,并建议同学们努力学习本领,立志探索这一高科技领域。
4、物理学与社会生活的交汇点。学生学习了第三章噪声之后,知识了人类的四大公害:水污染、噪声、大气污染和固体废弃物污染,只有人人遵守社会公德,共同保护环境,我们的家园才会蓝天碧水。这时教师可以向学生布置课题:研究我们家乡河流的污染情况,或者我们学校有哪些噪声等等。
5、物理学与生活的交汇点。物理是一门实践性很强的学科,探究性学习应该为联系物理学和日常生活的细节:如学习了物质间的三态变化后,学生就能解释露珠、霜、大雾、冬天呼出的“白气”到底是不是水蒸气等形成的原因。
二)课题的选择
1、主体性。探究性学习区别于常规教学的一个很重要的特点,就是学生拥有自主选择课题,确定行动方案,自主动手操作,选择合作伙伴的权利,便于发挥学生的主体作用,因此应允许对同一活动主题出现几个层次不同的课题,确定的研究课题应能照顾到不同学生的个别差异
2、发展性。探究性学习目的,就是要使学习者在掌握知识技能的基础上,智力因素与非智力因素得到协调发展和共同提高。
3、实践性。探究性学习一般应能很好地体现物理与技术、社会关系,要引导学生接触社会、认识社会、关注社会问题,获得关于社会及科技进步的直接经验。
4、可行性。选择探究性课题时,应充分考虑到每个学生原有的知识水平、兴趣特长学校及社会现有的教学资源,教师及指导专家的指导水平,使探究性学习真正落到实处。
三)探索课题。在确定课题后,学生应该进行解决问题的方案设计,首先,我们要求学生搜集与问题相关的资料或通过互联网进行讨论,征集意见,提出方案后,还应该送交物理教师进行相关的审核,以避免提出违背科学规律的问题。
四)、教师指导。在整个探究性的学习过程中,教师始终处于主导地位,当学生遇到与他们能力差距大的问题时,教师要及时提供指导,在探究性学习中,我们主张学生去探究那些稍微高于他们课堂知识的课题,这样,既能发展了智力,又增长了能力,以此让学生品尝成功的喜悦。
参考文献
进展突出表现在:(1)一大批生物基因组测序,2003年完成的人类基因组计划之后,其他4000多种生物的基因组作图和测序也陆续完成。形成了结构基因组学、功能基因组学、比较基因组学、转录组学、蛋白质组学、表型组学和代谢组学、RNA组学等新兴领域。(2)生物信息学迅速发展。(3)发育生物学研究不断深入。发育生物学一直是生命科学中的前沿学科之一。(4)干细胞研究的快速发展。干细胞具有在体外大量增殖和分化为多种细胞的潜能,目前干细胞的定向分化、自我更新的可塑性等是重要的基础研究。(5)小分子RNA的发现和对其功能研究是近10年来分子生物学领域最突出的热点之一。(6)从研究神经网络的结构和神经信息处理机制入手。(7)全球变化、生物多样性和生态系统可持续发展成为宏观生物学研究的热点和前沿问题之一。(8)生命科学基础研究已成为农业科技创新的源头动力,动植物育种进入一个崭新的时期。(9)生物科学与其他学科的交叉和渗透更加广泛与深入。
高校生命科学课程改革发展趋势
(一)课程、教材内容的更新和现代化
1.课程、教材内容的更新和现代化
课程改革的实质是课程的现代化。我们要根据现代生命科学发展趋势、前沿、热点,实现生命科学课程、教材内容与结构的更新和现代化,不断容纳生命科学的前沿与新兴领域,更加侧重前沿,更加侧重基础,尤其是学科发展的前沿以及对学科的发展具有重要作用的领域。新的前沿领域或新的学科生长点,要坚持反映现代、融入前沿的原则,课程内容更新、更现代化主要是通过教材更新来实现的,所以我们要把编制新教材(或外文原版)放在核心位置,创新现代化的课程、教材新内容和新体系。北京大学生命科学院完成编写了高水平的《生物化学》《分子生物学》《细胞生物学》《遗传学》《植物生理学》《动物生物学》《植物生物学》等教材,其中《生物化学》《细胞生物学》《植物生理学》当时被列入国家教委生物学科重点教材,另编写有国家级生物学教材3种,规划编写45本教材。清华大学将培养学生影响最大、最重要的课程纳入精品课建设计划,2005年就已立项建设精品课共105项。
2.课程内容国际化
积极开展国际合作与交流。在生命科学的前沿、新兴领域、生物多样性以及生态学与国际组织开展农业科学合作研究[1]。清华大学为使教学内容与国际先进水平接轨,教学内容处于国际先进水平,早在2000年以前,生物化学课程选定A.L.Leeehnig的Principle-ofBiochemistry作为基本教材,这门课程的教材与课堂板书全部采用英文。其他的几门必修骨干课和部分选修课也采用了国际上最新的教材作为参考书并随时更新。清华大学大四开设高水平的选修课10门:生物工程导论、基因分子生物学、膜生物学、分子酶学、神经生物学、分子免疫学、发育生物学等。以下是北京大学生命科学学院大三、大四现在开设的课程,体现了课程的专业性和现代化。
大三:生物化学(下),生物化学实验,基础分子生物学,基础分子生物学实验,微生物学,微生物学实验,普通生态学,细胞生物学,细胞生物学实验,遗传学,遗传学实验,免疫学,文献强化阅读与学术报告。大四:生物技术制药基础,现代生物技术导论,生物学综合实验。还开设选修课为:生理学实验,免疫学,文献强化阅读与学术报告,生物技术制药基础,现代生物技术导论。
(二)基础科学知识居重要地位
基础科学的知识在科学和技术的发展中起着很重要的作用。我国“863”计划的八个领域,大都是从基础科学实验室里发展起来的,上世纪50年代初的遗传密码研究出来了,分子生物学研究出来了,遗传工程研究出来了,这些都是在原子、分子的结构研究得比较清楚的基础上,掌握了规律。我们必须加强基础、素质教育。使学生掌握具有普遍意义的科学思维方法,提高他们的综合素质。北京大学始终把加强基础课程建设作为教学改革的重点,把学科体系中处于基础地位的重要专业必修课定为主干基础课。课程改革要加强增大基础课的比例和教育。各高校主要采取大一、大二加强基础科学知识的教育:开设公共必修基础课、理科必修基础课、专业必修基础课。
(1)早在九五期间,北京大学生命科学学院开设了8门专业基础课:生物化学、分子生物学、细胞生物学、遗传学、植物生物学、动物生物学、植物生理学、基础分子生物学。并确立了15门核心课程,要求学生用两年时间完成这些课程的学习。(2)清华大学生命科学学院则是在低段开设专业基础必修骨干课程7门:普通生物学、生物化学、细胞生物学、微生物学、分子生物学、生理学、生物物理学。开设基地班重点建设课程:生物化学、生物化学实验。(3)经十多年的发展、改革与创新,北京大学生命科学学院的课程在大一、大二更加强化了课程的基础性。大一开设:高等数学(一、二),普通化学,普通化学实验,植物生物学,植物生物学实验,物理学(一),分析化学,分析化学实验,动物生物学,动物生物学实验,生物学野外实习。大二开设:物理学(二),有机化学,有机化学实验,物理化学,物理化学实验,计算概论及上机,算法与数据结构及上机,普通物理实验,生物化学(上),生理学,生理学实验,生物统计学。
(三)课程、教材综合交叉
科学发展一方面不断分化和更加专门化,分支学科层出不穷,又高度交叉综合,以高度综合为主的整体化趋势。许多高科技的研究开发,需要多方面的综合知识才能突破而出成果。
1.学科之间交叉融合和渗透
前沿科技领域呈现群体突破的态势,导致新学科诞生。生命科学多学科交叉的研究、多学科的交叉与融合,新的交叉、边缘学科的兴起和发展。这些科学往往代表了生命科学研究的前沿和热点。
2.多种方法、思维研究
自然科学学科间的交叉渗透促进了生命科学的发展,生命的现象与规律是多维的、复杂的,仅靠现有的生命科学的知识与方法来开展研究,很难系统地、全面地、准确地揭示真正的生命本质。因此,未来生命科学要将手段、技术和方法的创新纳入重要的领域,予以优先发展,大力提倡学科交叉,用其他学科的理论思考生命活动的规律,鼓励发展原创性方法和技术。主要涉及的学科如认知科学、心理学、生物力学、组织工程学等。要注意不同学科的思想、方法的碰撞与融合。
3.课程和教材交叉融合和渗透
我们必须根据生命科学综合交叉化趋势,创新交叉综合的科学知识、课程和教材,不仅在学科内、还要在学科间构建相互交叉融合、相互联系渗透、综合的课程。如北京大学生命科学学院,原来设置的植物学,由植物分类、形态、生理、生态的知识联系起来,综合重新编制改为植物生物学;同样动物学也改动物生物学;北京大学生命科学学院“生物基地班”将生物化学中信息及调控部分放入分子生物学,将内容扩展后开设了基础分子生物学。
(四)课程、教材、教学计划多元化
各高校生命科学院可根据自己的具体情况科学的、灵活的设置课程。1.必修计划大一、大二开设公共必修基础课、理科必修基础课、专业必修基础课。例如:北京大学生命科学院现在本科四年开设的课程:(1)基础课大一、大二开设公共必修基础课,理科必修基础课和专业必修基础课。
大一:高等数学(一、二),普通化学,普通化学实验,植物生物学,植物生物学实验,物理学(一),分析化学,分析化学实验,动物生物学,动物生物学实验,生物学野外实习。
大二:物理学(二),有机化学,有机化学实验,物理化学,物理化学实验,计算概论及上机,算法与数据结构及上机,普通物理实验,生物化学(上),生理学,生理学实验,生物统计学。(2)专业课大三、大四开设必修专业课。
大三:生物化学(下),生物化学实验,基础分子生物学,基础分子生物学实验,微生物学,微生物学实验,普通生态学,细胞生物学,细胞生物学实验,遗传学,遗传学实验,免疫学,文献强化阅读与学术报告。大四:生物技术制药基础,现代生物技术导论,生物学综合实验。2.选修计划低段开设通识选修课。
北京大学对必修课作了一定的压缩。增大选修课的比例。许多高校突破专业选修课的范围,开设跨学科、跨年级、跨系别的选修课程。大三普遍增大专业任选修课的比例。大四还开设选修课:生理学实验,免疫学,文献强化阅读与学术报告,生物技术制药基础,现代生物技术导论。3.特色优势计划教材多样化、教学方法多样化、教学模式多样化等。
(五)课程、教材知识应用性
进入知识经济时代,必修课和选修课的教学中,尤其是选修课中我们要渗入高科技的教育和研究。
(六)课程、教材个性化
北京大学实行灵活的自由选课制度和转系、转专业制度。谋求学力水准、速度的个别化,尤其电脑、网络的运用,学分制及教学计划的多样化,加大选修课比重,增大了课程的灵活化、弹性化,发展、培养学生的自学能力,发展个性。还有科学与人文整合的趋势,课程设置在价值体系上的整体融合趋势。
确立课程、教学内容和结构编制原则、教学培养模式
理科本科学制四年,要着力加强素质教育。许多大学本科教育修订了新的教学计划,要坚持培养知识面宽,基础扎实,能力强,素质高的专门人才的专业口径要进一步拓宽,专业目录中的专业种数要进一步精简。
(1)北京大学提出了“加强基础,淡化专业,因材施教,分流培养”的16字教学改革方针。专业基础和通识教育并重。要按科学性原则、高校生命科学课程发展趋势及生命科学、科学技术发展趋势改革,科学创新高校现代生命科学课程。即要按专业基础和通识教育并重;课程、教材要融入、体现先进的内容和结构,现代教学方法、教材的可读性,即反应现代,融入前沿的课程现代化原则;“综合交叉”的知识结构即综合化原则;课程多样化原则;应用化原则;增加选修课比例,增大课程的灵活性、弹性化原则;“因材施教,分流培养”
即个性化原则;还要求课程设置在价值体系上的整体融合;科学与人文的结合;重视思想性;实践性,加强动手能力、科研能力的能力培养原则。我们本科阶段的课程、教材、教师要注意在系统和重点的基础上划分授课范围,减少重叠内容,特别就课程间教学内容的重复问题和衔接问题。
(2)教学模式多样化。本科教育,要确立“课堂教学、学术活动、科学实验”为主体的教学模式,融课堂教学、实践教学、科学研究为一体,把义务教育与素质教育相结合,知识传授与能力培养相融合。
教学模式多样化:有条件的学校,学生进校就定向,确定直读硕士、直读博士人选;实行联合培养,跨学校、中国科学院、外国大学交流培养等办学制度
。北京大学全面推行双学位和辅修制度,还设立“暑期学校”(小学期)
关键词:海水养殖学;课堂教学;优化策略
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)12-0196-02
在国家实施海洋强国战略以及依托海洋经济促进区域经济发展等规划纲要的部署下,沿海各省市进入了海洋经济快速增长的黄金期。江苏省是我国的海洋大省,作为中国经济最活跃的沿海板块——长江三角洲拥有海岸线954公里,并有约占全国1/4的沿海滩涂资源,但是其海洋生产总值在地区生产总值中的比重远远低于大部分沿海省份。因此,对于江苏省而言,海洋经济发展迎来了前所未有的机遇,同时也面临着巨大的挑战,包括发展海洋经济所需人才的相对欠缺。目前,在江苏省120多所高校中涉海专业仅有12个,其中,包含2011年教育部批设的5个新专业。扬州大学新增设的海洋生物资源与环境专业以培养具有环保意识的海洋生物资源与滩涂开发的应用型人才为目标,其主要课程中设有专业必修课——海水养殖学。本课程设定的主要教学内容是介绍世界与我国海水养殖的概况与发展趋势,海水养殖的基本原理与具体过程;以我国重要的经济养殖品种为例,结合养殖生产实践,介绍当前国内外的主要养殖技术与模式;以此为基础,结合国家海水养殖发展的战略与需求,引导学生探讨实现低碳、高效、可持续发展海水养殖业的途径,培养学生独立思考与探索的能力。现以海水养殖为主设有水产养殖专业的高等院校约十几所,其中以中国海洋大学、上海海洋大学、广东海洋大学、大连水产学院等多所高校的知名度较高。在其课程设置中针对鱼类学、虾蟹类增养殖学、贝类学、藻类学等单独开设专业课,每一门专业课教学内容三十几个学时不等,对教学内容要求详尽、点面兼顾。与此比较,将海水养殖学作为一门专业课程的高校较少,且目前没有专门的省部级以上教材予以指导,教学活动实施难度很大。我们通过不断探索实践,主要从以下三个方面将与海水养殖相关的多门专业课程兼容、整合,实现了提高教学效果,高效完成教学任务的目的。
一、以点带面,强化关键知识点
海水养殖学涵盖的内容非常广泛,在教学大纲的制定过程中必须考虑教学内容的全面性,设置了绪论、海水养殖基本原理与流程、大型海藻养殖、海水虾蟹类养殖、海水贝类养殖、海水鱼类养殖、海珍品养殖以及低碳健康养殖共八个主要讲授章节。其中,大型海藻、海水虾蟹类、海水贝类、海水鱼类与海珍品养殖五个章节内容丰富,知识点非常多。大多高校的相关专业将其分别作为一门独立的专业课程,相对充足的课时数保障了课程内容讲授的完成。而通过海水养殖学这一门专业课程把如此大量的内容进行整合讲授,必须做到教学过程中以点带面,并对关键知识点进行强化。首先以点带面,摒弃面面俱到。针对大型海藻、海水虾蟹类、海水贝类、海水鱼类与海珍品养殖分别遴选具有代表性的生物学与养殖技术研究成熟或者相对成熟的经济养殖品种。例如,其对应的海带、凡纳滨对虾、扇贝、大菱鲆、海参等分别是引导我国海水养殖“五次浪潮”、引领蓝色经济发展的代表性品种。围绕这五种养殖品种的相关生物学与养殖技术等知识点展开讲授,能够做到以点带面、实现对应的藻类、虾蟹类、贝类、鱼类以及海珍品五大章节的讲授任务与目标。其次强化关键知识点的讲授,避免以偏概全。同一大类不同品种的生物的差异性必然对应其育苗手法和成体养殖技术的不同,仅以上述五种养殖品种为例进行讲授,难免会出现以偏概全并误导学生。因此,需要有参照品种进行对比,对关键的生物学习性以及养殖过程操作技术的差异性予以阐明。可以对应地选择紫菜、中国对虾与梭子蟹、牡蛎、石斑鱼以及鲍鱼等作为参照品种。
二、纳故引新,关注热点与前沿
海水养殖学作为高年级学生的专业课是以低年级所学的多门专业基础课如海洋科学导论、海洋生物学、海洋环境化学、微生物学、浮游生物学以及海洋生态学等为辅助的综合性应用课程。其在教学过程中涉及许多前期课程的相关理论知识,尤其是养殖品种的生物学,养殖技术所应用的化学、微生物学、生态学等。因此,需要纳故引新,在对所涉及的前期知识点简单回顾的基础上,引出新的知识点与技术要点。这样,才能够承上启下,加深学生对知识点的理解,避免由于对前期知识点的遗忘或者不理解而造成对本门课程新知识点的不理解。同时,纳故引新还需要将有关的育苗与养成技术从养殖历史发展的角度展开,使得学生理解相关方法与技术更新的关键点。例如,科技手段的进步、养殖工程与设备的更新与发展对养殖技术起到了很大的推动作用,尤其是增氧机等充气设备的使用加快了集约化与工厂化养殖的发展。抗风浪、数字化网箱设备的应用实现了多种名贵鱼类的离岸养殖以及深水网箱养殖;利用微生物学等水处理技术的有效集成以及多营养层次的综合养殖技术推动了低碳高效与清洁养殖的可持续发展。此外,海水养殖相关热点问题与发展动态的关注以及前沿技术的讲解可以使学生了解当今国内外水产经济品种养殖产业的发展水平以及一些新概念,并掌握科学研究所产生的新成果与新技术。例如,海水养殖业所造成的环境压力问题促生了多营养层次综合养殖、低碳健康养殖的理念与相关养殖技术;微生物学的研究成果衍生了微生态制剂与生物絮团技术,并应用在对虾与鱼类等的集约化养殖生产中;遗传育种技术的发展提升了高抗逆性品种与新品种的繁育与养殖;病毒病理学的研究促使了中草药制剂等多种防病手段的不断更新等。
三、着眼应用,引入案例教学
海水养殖学的教学目标是使学生掌握海水经济品种增养殖的基本理论、概念、技能以及新动态,培养学生分析、解决问题的能力从而成为应用型、创新型人才。因此,教学内容需要以应用于养殖生产活动为中心进行设计,避免就业学生眼高手低、遇到实际问题不知所措。海水养殖的相关企业反馈给学校的信息是学生多只知其一不知其二,基本操作能力欠缺,应对突发事件能力差。这些问题恰恰反映出教学过程多注重理论,忽略应用教学的短板。加强生产应用所需知识点的教学,并注重生产活动的分析、比较,培养学生具体问题具体分析的能力,避免“学而不思”,使其利用发散性思维打破僵化的思维方式。因此,需要在教学过程中对生产应用的具体细节进行讲解,例如养殖池塘的构建、增氧机的布设、进排水的处理,甚至育苗池采用圆形或者椭圆形以避免伤害幼体等细节问题。案例教学法是一个很好的解决办法。通过列举生产活动的具体事件,结合理论知识点进行分析、讲解与讨论,可以激发学生的学习兴趣,深化对课堂内容的理解。例如,对育苗过程中出现幼体畸形问题进行分析,从亲本培育、饵料的投喂、育苗用水、环境要素的可控性等关键节点一步一步分析,进行排除找到问题所在;在养成过程中天气变化导致的水温骤降、周围海域赤潮爆发引起的养殖用水水质下降、外源病毒或病原菌切断手段的缺失所引发的疾病传播等是造成养成失败的关键因素。
为了加深学生对生产活动相关知识点的理解和运用,在教学过程中有效结合图片、实物与视频,尽量避免文字性的描述。例如,介绍生物学方面的雌雄差异、疾病症状的描述、养殖场的构建以及充气设备等采用照片或实物。苗种生产与养成技术结合相关视频资料,同时向学生介绍有关网站信息和科教电视频道,例如中央电视台第二频道《生财有道》与第七频道《致富经》等。
参考文献:
[1]江苏省“十二五”海洋经济发展规划[Z].苏政办发〔2011〕94号.
[2]周晓见,靳翠丽,董昆明,缪莉,封克.江苏沿海开发战略下的海洋科学与技术人才培养[J].中国科技信息,2011,(14):170-17.
生物化学工程基础课程结合现代分子生物学及传统生物技术,不仅有扎实的理论基础,而且结合典型产品的开发过程进行阐述,反映了现代生物技术的发展方向,体现了生物技术发展和应用的最新前沿。生物化学工程基础是随着生物科学的发展而不断更新的课程,需及时调研最新的发展方向及研究热点。该课程全面阐述了基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和生化工程等课程的基础内容,其主要囊括以下几个方面。工业微生物工程:介绍微生物的特点、分类、生理、育种及培养等方面的技术和方法;代谢工程:介绍微生物次生代谢产物的代谢调控机制和方法;基因工程:介绍生物遗传的基本知识及应用现代基因工程技术改变微生物遗传特性的方法,并且介绍蛋白类药物的研发和生产过程;细胞工程:介绍应用植物组织培养和动物细胞培养生产高附加产值的花卉、药物等;酶工程:介绍工业用酶和药用酶的性质、结构、固定化及开发等方面的技术;生物反应器:介绍生物反应器的工作原理、设计方法以及应用;全面介绍生物技术的最新进展、应用以及生物技术应用过程中需要化工知识的范例。生物化学工程基础课程是在无机化学、有机化学、分析化学、生物化学基础上进行学习的。本课程对于非生物类专业学生进行了系统的生物学技术及最新研究进展的介绍,让学生了解生物学的基本思想及技术,同时将现代生物技术的应用与化学工程技术进行交叉讲授,重点说明了化学工程技术在生物工程领域可能的应用范围,使学生掌握现代生物技术的基本工艺流程及发展前沿。目前,化学工程与技术专业的学生普遍存在生物学基础知识薄弱的问题,如何在较短的学时内,将生物工程的关键基础问题讲解清楚,并且将生物工程技术和化学工程有机的结合起来,让学生充分感受到交叉学科带来的机遇和挑战,这无疑对授课教师提出了更高的要求,需要教师不断总结现有的教学模式,不断地改进教学过程和教学方法。
二、化工专业生物化学工程基础教学中存在的问题
鉴于该课程属于学科交叉,在教材选择、实验配套、讲解内容难易程度把握等方面,均需要不断地探讨和摸索。目前,该课程教学过程中存在的重点和难点问题主要有:如何在现有教材的基础上丰富教学内容,利用多媒体等手段,及时地更新课程内容并介绍最新的发展动态;如何把握教学过程中深度与广度的平衡;如何在现有基础上提高学生的学习热情,使他们能够主动深入地探讨生物工程与化学工程学科交叉所带来的机会与挑战;如何能够将课程讲解内容与生产实际结合起来,让同学们切实体会到化学工程在生物产品生产过程中的应用;如何鼓励学生在假期或平时寻找一切机会去生物制品生产企业进行实践,从中体会化学工程技术在生物产品生产中的具体应用。
1.教材很难在深度和广度间平衡
目前,本课程所选教材为化工出版社的《生物化学工程基础》(工科专业适用,李再资主编,2006年版本),该教材在国内高校化学工程专业有较为广泛的应用,具有简单明了、讲解清楚的特点,适合于生物工程专业以外的其他专业使用。但是该教材也存在诸多不足之处,如教材内容仍然没有摆脱理科教学的模式和框架,生物工程原理的讲解深度不足,同时,教材对于化学工程与生物工程如何结合方面的内容也讲解得太少。为了做好生物化工导论的教学工作,必需结合化学工程专业学生的特点和研究应用实例,选择相关学科的教材作为补充,以便在授课过程中增加相应的内容,进而提高学生的理解和吸收程度。
2.实验环节缺乏
现在的课堂教学仍然以教师讲授为主,学生处于被动接受的状态。由于生物化工导论是理论与实践紧密结合的课程,而教学实验环节缺乏,学生往往很难理解生化反应及其应用过程。所以,需要进一步改变传统的课堂教学模式,可以采用讲授与讨论相结合、课堂内外相结合、理论与实际相联系等多种教学形式,利用先进的多媒体技术和网络技术,丰富和活跃教学过程,激发学生的学习热情,提高整体教学质量。同时,也可以通过讲解学生身边的研究实例,调动学生的积极性,并且配备一些实验讲解及生产实习来提升学生的兴趣和理解程度。
三、生物化学工程基础课程教学的几点体会
笔者从2001年开始一直从事生物化学工程基础的教学工作,课程面向对象主要为化学工程与工艺专业、过程控制专业及分子工程专业的学生,每年选修人数在200人以上。在授课过程中,注重以产品为例,说明化学工程技术在生物产品开发过程中的重要性,从而加强了学生对于化学工程知识应用于生物工程领域的信心。另外,注重将理论内容与本校化工学院及兄弟院系的科研内容进行融会贯通地讲授,大大提高了同学们对于该课程的理解和热爱,也促进了学生对于生物工程与化学工程有机结合的全新认识。在教学实践中,结合介绍天津市著名生物工程企业大量需要化学工程的实例,力求让同学们明白,生物工程的下游产业化的实质就是化学工程的应用。教学实践也使笔者体会到,要完成好该课程的教学任务,需要授课教师熟悉生物化学、生物工程、化工原理等教学内容,更需要授课教师不断总结教学经验,以便逐步提高教学质量。
1.建设教学团队,认真调研学习
授课教师需要组织强有力的课程建设小组,对国内外工科类生物化工导论课程进行调研,包括其他院校的教改情况、已有的化工类的生物化工导论教材、学生本人对课程内容及授课方式的期望、相关专业对该课程的反馈信息等诸多方面。授课教师还需要吸收先进的教学思想、技术与内容,借鉴国内外其他院校教学情况,结合专业设置的特点和实际,总结教学经验与效果。针对面向21世纪的教学和培养要求,要认真总结化工类本科生生物化学工程基础课程的教学内容、教学计划及教学方式及教学中的注意事项,要通过对其他优秀或重点课程的学习观摩或邀请教学经验丰富的老教授亲临课堂指导等多种途径,进行教育素质训练,以提高教师的授课水平。
2.提供并选好主讲教材和高水平的辅助教材
针对现有的试用教材,及时引入前沿科学和技术的最新成果,筛选、引进配套的辅助教材(包括国外教材),编写与之相配的教学大纲。李再资老师主编的生物化学工程基础教材知识点全面,重点内容详尽。除此之外,我们还注重推荐国内知名的生物化学、生物工程、工业微生物学等相关教程以及国外英文原版教材作为课外辅助教材,建议学生每人手里都有一本英文原版教材。另外,在每次授课结束时,都提前告之下次课程内容的基本点和重点,要求学生提前做好预习或难点标注,注重发挥学生自身学习的主动性和积极性,使他们永葆学习的热情和动力。实践表明,学生通过使用英文教材独立预习课程,他们的专业英语水平也会得到快速提高,为今后使用英语完成相关工作任务打下良好的基础。
3.探索新的授课模式和教学手段
多媒体教学可以让学生通过图和动画直观地理解生物过程和反应机理,也可以直观地学习生物工程科学研究和生产的各个环节。为此,要完善多媒体系统,适时增加课堂教学信息量。同时,可以采用启发式、讨论式、研究式等教学方法,将课堂讲授与课外辅导相结合,培养学生的创新与自学能力。如果能够将课程讲解内容与生产实际结合,将课堂讲授内容与具体的实验相结合,加强与学生交流,深入探讨生物工程与化学工程学科交叉所带来的机会与挑战,必将会进一步激发学生学习的积极性,提高教学质量。
4.课堂讲授内容与前沿性专业知识紧密结合
在大学课堂里,让学生随时了解相关学科的前沿进展是一个重要的授课内容。因此,在每节课学习重点知识的过程中,需要用最新发表的相关研究进展信息丰富课堂内容,使学生了解学科前沿和发展方向。比如,在介绍酶的开发过程时,可介绍量子力学、分子动力学和计算机工具在研究酶的反应过程和机理中的应用,并且把研究中的困难展示给大家,激发学生探究和追寻科学发展的欲望,吸引他们投入到生命科学的研究和生物技术的开发中去。同时,也可以介绍酶的生产过程中所面临的问题和挑战,鼓励学生用化工知识尝试解决生产中的问题。
5.鼓励课堂教学和生产实践结合
生物化学工程基础偏向实际应用,课堂讲授内容需要与具体的生产实践相结合,因此,要让同学们切实体会到化学工程的知识在生物制品生产过程中的应用。另外,要积极联系生物工程方面的生产企业,组织同学们进行参观,结合课堂教学内容,让同学们充分体会到化学工程技术与生物工程技术学科交叉的意义和重要性,鼓励感兴趣的同学去相关的生物工程企业进行短期实习,了解生物工程产品的生产原理、生产流程和注意事项,体会化学工程技术在生物产品开发和生产过程中的重要地位。
6.培养学生良好的学习方法
关键词:食品类专业;实验教学体系;改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)16-0131-02
食品科学技术湖南省实验教学示范中心围绕食品类专业人才培养目标,形成了“以学生为主体、以教师为主导,以基础知识为支撑、以实验教学为载体、以社会需求为导向,坚持以实践能力和创新精神培养为核心”的教学理念;构建了“模块式、开放型”的实验教学平台、“一体化、三层次”的实验教学体系以及“三段五式”的实验教学方法,促进了学生研究能力、实践能力和创新能力的提高。具体体现如下
一、建立了“一体化、三层次”食品科学技术实验教学体系,构筑了“模块式、开放型”食品科学技术实验教学平台
中心将实验教学分为三个层次,即验证性实验、综合设计性实验和研究创新性实验,一步一步递进,构建了食品化学实验、食品工程原理与食品机械实验、食品微生物学及其应用技术、食品工艺实验、食品质量与安全控制等模块组成的食品科学技术实验教学平台。并对相关专业师生全方位开放。
二、构建“三位一体四结合”实验教学模式
所谓“三位一体”即将学科、教学、科研融为一体,而“四结合”即实验教学与科学研究相结合、实验教学与理论教学相结合、师资队伍建设与学科建设相互结合、校内与校外实验教学相结合。中心通过构建该实验教学模式加强了教师实验能力培养,促进了实验课教师与理论课教师的沟通,同时也加强了学校和社会服务之间的关联,极大地促进了实验教学中心的发展。
1.师资队伍建设与学科建设相互结合:实验教学充分利用学科建设的资源,为学生的研究创新型实验提供条件。同时,中心为学校的学科建设和人才梯队的培养提供了有力条件。
2.理论教学与实验教学相结合:将理论教学和实验教学有机的结合起来,提高了实验教学的效果,拓展了其内涵,同时兼职教师队伍的扩充充实了实验教学中心的人才力量。本中心对实验课程进行了全面整合与重建,保持了实验教学与理论教学有机结合,但是突破了实验教学依附于理论教学的传统观念,根据专业培养目标,将主要专业基本技能单独设置课程和单独考试考核,如基础化学实验、食品分析技术、食品微生物学及其应用技术、食品工程原理与机械应用技术、食品加工技术。主要专业技能采用综合教学实习的形式开设,并通过专业技能强化和生产实习进行综合提高。验证性实验着重于学生在实验操作时的标准化和规范性,使学生真正掌握食品科学实验基本实验技能,培养他们的科学态度和工作作风。综合设计性实验着重于学生综合能力的训练和提高,因此首先使学生掌握足够的食品科学技术理论和实验技能,然后提高学生的综合实验能力和分析、解决问题的能力。
3.实验教学与科学研究相结合:为了提升教学水平,有机的将科研成果转化为实验教学内容。同时科研教师可以在学生进行实验学习的过程中发现人才。实验的内容必须是由成熟的科研成果转化而来,实验的思路也应该符合当下的科学研究实验;同时,选择连续性强、实用性高、内容丰富的实验进行教学,以目前研究得非常透彻的研究项目开展实验,将一系列的相关性实验安排在相对独立又互相关联的具体实验中,培养学生的创新思维能力以及他们对科研的爱好和兴趣。研究创新能力通过参与教师的科学研究,申报省部级、地市级或校级科技创新项目,通过实验项目建设,删除或合并一些重复建设和过于单一的实验课程,增加具有创新性和实践性强的实验项目。创新性实验着重于通过实验培养学生的创新能力。其实验内容由学生自主选择。在老师帮助下,填写创新性实验申请。得到批准的项目,学生可以在老师的指导下查阅文献、设计实验思路、开展实验、数据整理及其分析,至最后的论文撰写等等,通过这一系列的科研过程系统培养学生的各方面能力,提高其创新思维以及科研水平。
4.校内实验教学与校外实验基地相结合:与企业联合建立实验基地,既保证了实验技术的先进性,又与社会需要相结合,实现资源共享,扩大实验教学中心的社会影响。中心经常组织学生参观与教学内容相关的科研基地、管理机构和企业,配合教学内容,通过参观,开阔了眼界,学生得到更高更深层次的学习和认识,极大地激发了学生自主学习和研究的热情。中心二十多名教师作为湖南省政府的科技特派员,带领学生与浏阳市、新田县、隆回县、衡南县、望城县、祁阳县等农产品资源丰富的县市M行了县校挂钩,为他们规划食品工业发展方案、确定食品开发项目、提供技术服务,同学们看到,通过多种形式的开发,使当地农民的经济收入有了显著变化,使他们认识到食品专业在产业结构调整、帮助农民增收致富等方面具有巨大的潜力。
三、提出“三段五式”的实验教学方法和手段
本中心按照感性认识阶段、实验操作阶段和能力提升阶段的“三段式”进行实验教学。大学一年级为见习性实验教学,大学二、三年级为实验操作阶段,开展实践性实验教学,以网络教学辅助,大学三、四年级在综合性大实验教学环节的基础上开展创新性实验教学。以“三段五式”的实验教学手段,可以多方面对学生进行提高。首先,可以加深学生对理论知识的理解并掌握相关的实验技术,引导其从实验中发现和分析问题;其次还可以通过对实验结果的全面分析和思考找到解决问题的方法并诱导其创新性思维;另外,培养了学生与学生之间、学生与老师之间的团队协作和交流,小组成员间相互取长补短、互相帮助。通过这样一种方式激发学生个人或科研团队集体的智慧,发现新问题,开发新思路,求新求异,从而培养学生自身的创造新思维能力。
参考文献:
[1]廖卢艳,吴卫国,易有金,李清明,邓洁红.食品工程机械应用技术实验教学改革初探[J].轻工科技,2014,(2):161-162.