生物工程专业研究性教学的实践与分析

［摘 要］ 从课堂教学设计、学科竞赛、科研项目参与、创新实验班、成果驱动等方面，探讨生物工程专业研究性教学的实践及效果，系统分析研究性教学在提高学生创新能力和解决实际问题能力方面的作用，为研究性教学模式的改革和实施提供了参考和依据，同时为培养具有学习热情、探索精神、合作能力、科学素养和解决复杂工程问题能力的高素质创新人才提供了借鉴，有利于有效推动生物工程专业人才培养内涵质量的持续提升。

［关键词］ 生物工程；研究性教学；实践；创新能力

［基金项目］ 2020年度河南工业大学教育教学改革研究与实践项目“基于新工科建设的生物工程专业人才培养体系的改革与实践”（JXYJ2020006）；2023年度河南工业大学教育教学改革研究与实践项目“基于‘生物分离工程’的研究性教学实践与探索”（JXYJ2023021）；2020年度河南工业大学教育教学改革研究与实践项目“新工科背景下以学生发展为中心的生物工程专业实践教学改革研究”（JXYJ2020033）

［作者简介］ 屈建航（1976—），女，河南南阳人，博士，河南工业大学生物工程学院教授，主要从事生物工程专业教育教学改革研究；周 佳（1991—），女，河南洛阳人，博士，河南工业大学生物工程学院讲师，主要从事生物工程专业教育教学改革研究；黄 亮（1979—），男，河南郑州人，硕士，河南工业大学生物工程学院副教授，主要从事生物工程专业教育教学改革研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）52-0114-04 ［收稿日期］ 2023-11-11

一、生物工程专业现状及研究性教学的意义

我国创新驱动发展战略的实施，对工程技术人才提出了更高的要求。生物工程专业是以工科为主、理工结合的复合型专业［1］，是以研究和开发高科技生物产品、生物制药、环境治理等为主要目标的综合性学科领域。目前，生物工程处于快速发展的阶段，随着生物技术的迅猛发展，以及其与大数据、人工智能等技术的融合加速，对生物工程专业创新型人才的需求越来越大。

河南工业大学生物工程专业立足轻工、能源、环境和生命科学技术领域，强化生物医药、微生物制造和生物催化特色，拓展发酵工业、生物质资源高值转化、生物基材料能源、功能性产品生物转化等方向，培养高素质工程技术人才。该专业始建于1991年，目前拥有生物学省级一级重点学科和生物学一级硕士点，建有河南省重点实验室和河南省工程研究中心等省级科技创新平台，主持建设“食品微生物”省级一流课程等，于2022年通过国家工程教育专业认证，是河南省一流本科专业建设点。

大众创业万众创新，创新是一个国家兴旺发达源源不断的动力。创新的关键是人才，而人才的培养靠教育，教育方式能否充分激发学生的创新能力至关重要。研究性教学将传统简单的知识传授转变成融知识学习、创新能力培养和综合素质提高为一体的多方位教育模式，特别是生物工程专业复合型和创新型人才的培养，研究性教学的方式必不可少［2］。研究性教学作为一种强调学生主体性和创新性的新型教学模式，越来越多地被应用于各个学科领域［3］。研究性教学是培养学生创新能力和实践能力的有效途径。通过开展研究性课程和实验，学生可以更好地理解理论知识，并将其应用于实际问题解决中。这种教学模式可以培养学生的创新思维和科研能力，提升学生的竞争力。近年来，生物工程专业得到越来越多的关注，教学模式也在不断地进行调整和改进［1］。在这样的背景下，研究性教学模式逐渐被引入生物工程专业教学中。因此，笔者以生物工程专业为例，探讨研究性教学的实践及其效果，不仅为生物学相关知识的应用夯实了坚实的理论基础，还为知识的创新提供了原创性的启发，使生物工程专业学生的创新能力得以提升。

二、研究性教学的实施

（一）课堂教学设计

相较于传统的教学模式，研究性教学更注重学生自身的主动性，将学生置于探究和创造的环境中，通过自主思考、实践探索和交流磨炼，逐步提升学生的创新能力和综合素质。教师不仅要对教学内容进行合理地编排与优化，还要对交叉和重复内容进行重难点剖析处理，实现综合性和系统性教学。此外，教师角色的转变需要教师不断提高自身的素质，提高对研究性教学的认识和了解，不断学习新知识、新技术和新方法，提升自己的科学研究水平和创新能力，同时不断规范自身的教学行为，激发学生的学术研究热情和创新精神［4］。在课前教学中，介于生物工程专业的前瞻性，基于专业教材的内容基础，可以在学习通等平台发布生物领域相关的文献资料，拓展生物工程领域的前沿研究动态，同时融入自身科研课题的最新科研成果和经验，激发学生的学习热情［5］；在课堂教学中，不同章节实现体验式、启发式、讨论式、案例式教学及“翻转课堂”“对分课堂”等不同的互动式教学方法，实现以教师“教”为中心向学生“学”为中心的转变，采用小组PBL（问题式学习）形式，依据话题引入、团队合作、自主探究、汇报展示、师生评价五个关键步骤，深度提高学生的学习积极性，拓宽学生对生物工程领域在医药、农业和环境保护等方面的应用前景的视野；以生物相关的诺贝尔奖获得者的故事、病毒疫苗的开发等为载体，多角度挖掘生物工程专业课程中蕴含的思政元素，以趣味性和专业性引导学生的专业情怀，激发学生热爱生物工程专业、扎根生物工程专业的热情［6］；针对生物工程这种注重实践的学科，可根据教学目标设置具有引导性、开放性的问题，学生分组对相关文献进行分析、总结和归纳后修订实验方案，对涉及实验结果的关键环节要重点探讨，教师仔细观察学生的实验操作过程，结束后组织讨论总结，撰写实验报告，将生物工程理论学习和实验操作有机整合，提升学生的动手能力和创新能力［7］；基于河南工业大学生物工程学院与多家生物相关公司建立的稳定合作关系，为学生提供课外实践的场所，学生可亲身感受生物企业文化，认知生物产品的生产工艺，为学生未来职业的发展提供有力指导；与此同时，聘请企业专家及技术人员与生物工程专业教师进行行业和技术需求交流，鼓励生物工程专业教师深入生物相关企业进行实践锻炼，提升教师的工程实践能力和把握行业发展前沿需求的能力，使得学生所学内容更加契合企业对高素质生物人才的需求，为未来职业发展奠定前提和基础。因此，与传统的“填鸭式”教学相比，研究性教学更能激发生物工程专业学生的学习兴趣和创造力。

（二）学科竞赛和创新竞赛

在高速发展的新时代，生物工程专业的学生面临严峻的挑战，就业竞争压力大，但新时代也给创新型人才提供了更好更大的平台。学科竞赛和创新竞赛是生物工程专业教师和学生之间进行深度交流的桥梁，在参赛机制的激励下，可有效调动学生的主观能动性和自主学习性。生物类的学科竞赛如全国大学生生命科学竞赛科学探究类和创新创业类、微生物培养皿设计大赛、微生物实验设计大赛等［8］，学生掌握常规的生物学相关专业知识和实验操作后，参加上述学科比赛可以从实验方案的设计、实验菌种的选择、实验数据的处理和学术论文的撰写等环节，多层次提升团队合作能力和专业自豪感，同时激发专注于科学探索的精神，更有利于坚定学生在生物工程领域深耕发展的决心和信心［9］。生物工程专业学生应该与时俱进，抓住时代的机遇，在创新创业教育的理念指导下，提升自我创新能力的发展［10］。尤其是挑战杯和“互联网+”这些重要的综合性比赛，更能促进生物工程专业的学生与其他学科学生之间的交流合作［11］，如生物学科的研究结果与法学、物理学、数学等专业性进行交叉融合，形成特征鲜明的生物相关创新创业计划书，进一步促进生物类学科中“以赛促学”的实验教学模式的应用和有效实施，更有利于科学地对生物工程专业的教学内容和模式进行改革。

（三）学生深度参与教师课题

生物工程专业研究性教学的一个核心特点是学生可以参与教师的科研课题，不仅有效促进学生对生物领域知识的理解和认知，有助于学生取得丰硕的成果，未来为生物工程领域的发展做出贡献，还可以促进教师科研课题的可持续发展。教师是教学和研究的导师，可以通过引导学生进行研究性学习，启发和激励学生的学术创造力和探索精神。一方面，学生在参与教师课题的过程中，可以通过收集、整理文献资料，深入学习生物工程领域的前沿知识和最新研究进展，并通过理解和融会贯通将其运用到实际的课题研究中，自行设计课题的研究方案，有助于强化学生理论学习基础的运用，进而促使学生能更好地理解实验设计和创新性解决实际问题的重要性。同时，通过实验设计和数据分析，在教师的指导下进一步验证研究假设，获得一系列有意义的结果，对于解决特定问题和推动生物工程领域的发展具有重要意义。另一方面，学生通过撰写研究报告，包括前言、目的、方法、结果和讨论等环节，可以提高学术表达能力和科研思维能力，掌握具有实际性、综合性的专业技能，从而对学术研究和科技创新具有更深层次的理解以及更具独立思考探索的能力。让学生真正地参与研究工作的综合实践，从理论出发进行探究和实践，能够使学生的科学素养和合作精神得到良好的培养与提升。

（四）开设创新实验班，培养拔尖人才

生物工程专业设立创新实验班，通过综合笔试和面试，选拔优秀的学生组成创新学习群体，旨在培养生物工程领域的拔尖人才，在整个专业内形成创新引领力量。通过创新实验班的建设，可以探索新的生物工程技术和应用，建立一套完善的学术型人才培养体系，推动生物学科的快速发展［12］。创新实验班建立了一套完善的导师制度，将优秀的教师与学生进行匹配，教师为学生的学术研究提供专业的指导意见和严谨的科研环境，学生根据自己的学习兴趣，选择合适的科研课题，包括基因编辑技术在育种中的应用、微生物酶工程、微生物菌剂开发与研制等，这些课题的开展可为农业生产、生物制造、清洁生产等领域提供新的思路和方法。创新实验班的系列措施，能够为学生提供良好、高效的学术环境和资源支持，激发学生的学术热情，有助于取得一些突破性的研究成果，进而促进学生的个人成长和创新能力发展。

（五）成果驱动

研究性教学模式下，学生积极参与学科前沿知识学习和学术研究实践，基于得到的研究数据撰写学术文章，在生物工程领域相关期刊上发表，提高学生的学术研究和表达能力，积累生物工程专业学生的核心竞争力。同时，针对创新型研究成果，学生可以在教师指导下申请发明专利，保护其在相关领域的应用效果，有望带来潜在的商业价值。这些成果的积累，将激励学生在学业上进一步深造，不仅是对学生学术成绩和研究能力的认可，还为学生未来的学习生涯提供了良好的支持和激励，能够不断提高学生的学术水平和创新能力。

结语

综上所述，研究性教学将学生置于一个探索性的学习环境中，教师的角色不单单是知识的单向传授者，还是学生自主学习和创新实践的引导者和指导者。在生物工程专业的人才培养过程中，通过课堂教学内容及模式改革、学科竞赛、参与科研课题、创新实验班、学生学术成果驱动等形式，深度而系统地贯彻研究性教学，能够显著提高学生的创新能力、解决实际问题的能力，培养专业热情和合作精神，形成生物工程专业明显的创新和发展优势，提高生物工程专业的教育教学质量。因此，研究性教学对于提高生物工程专业的人才培养质量具有非常重要的积极作用，为未来教育教学的改革提供了一定的参考依据，有助于推动教学模式、育人体系等方面的突破和创新。

参考文献

［1］钟俐.生物工程专业核心课程群教学改革与创新：基于工程教育专业认证和一流课程建设［J］.创新创业理论研究与实践，2023，6（16）：46-48.

［2］贺方超，李翰芳，董秀明.从“721”人才培养模式谈工科数学研究性教学的重要性［J］.科教导刊（中旬刊），2016（11）：124-125.

［3］牛哲荟，宋艳苹，周恒涛，等.基于研究性教学培养高校人才创新能力的研究与实践［J］.科技风，2023（25）：47-49.

［4］邓丹丹，周磊，裴冬丽.基于创新实践能力培养的工业微生物育种学课程范式教改思路探索［J］.山东化工，2020，49（22）：206-207+209.

［5］张清霞，童蕴慧，陈小军.基础微生物学研究性教学实践初探［J］.教育教学论坛，2019（47）：139-140.

［6］孙利芹，张侠，姜爱莉.新工科背景下高校专业课教学思政元素的挖掘与实践：以生物工程专业课程教学为例［J］.成才之路，2023（25）：109-112.