产教融合背景下虚拟仿真教学资源在生物工程人才培养中的应用.pdf
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1、应用型高等教育研究2024年3月第9 卷第1 期Application-Oriented Higher Education ResearchMar.2024 Vol.9 No.1产教融合背景下虚拟仿真教学资源在生物工程人才培养中的应用李璐璐1,张晓媛,范晓博(1.徐州工程学院食品与生物工程学院,江苏徐州2 2 1 0 1 8;2.北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室,北京1 0 0 0 2 9)摘要:生物工程实验教学在创新型人才培养模式中面临诸多问题。以微生物基因编辑虚拟仿真平台为例,利用虚拟仿真在实验教学领域的优势,突出学生的主体地位,针对生物工程类应用创新型人才培养现状,解决实验原理
2、复杂、周期长、操作难度大等问题,拓展实验教学内容的广度和深度。通过虚拟与实体结合,构建实体实验教学与虚拟仿真实验教学体系,激发学生的学习兴趣,培养创新思维,全面提升实验教学质量和水平,这些举措对提升生物工程类专业应用创新型人才培养质量起到积极作用。关键词:产教融合;虚拟仿真;生物工程;微生物基因编辑;实验教学中图分类号:G643On the Application of Virtual Simulation Teaching Resourcesin the Biological Engineering Students Training under theBackground of Indus
3、try-Education Integration文献标识码:A文章编号:2 0 9 6-2 0 4 5(2 0 2 4)0 1-0 0 5 7-0 6LI Lulu,ZHANG Xiaoyuan?,FAN Xiaobo(1.College of Food and Biological Engineering,Xuzhou University of Technology,Xuzhou 221018,Jiangsu;2.State KeyLaboratory of Chemical Resource Engineering,Beijing University of Chemical Tech
4、nology,Beijing 100029,China)Abstract:Biological engineering experimental teaching encounters many problems in innovative talentscultivation mode.With virtual simulation of microbial gene editing as an example,and on the basis ofthe advantages of virtual simulation in the field of experimental teachi
5、ng,the main position of studentswas highlighted and the current situation of cultivating innovative talents in bioengineering applica-tions was addressed,which are expected to resolve the problems of complex experimental principles,long period and difficult operation,and expand the content width and
6、 depth of experimental teaching.Through the combination of virtual and physical,physical experimental teaching and virtual simula-tion experimental teaching system can be constructed to stimulate learning interest,cultivate innova-tive thinking,and comprehensively improve the quality and level of ex
7、perimental teaching,which playa positive role in improving the training quality of applied innovative talents of biological engineering.Key words:industry-education integration;virtual simulation;biological engineering;microbial geneediting;experimental teaching基金项目:2 0 2 2 年徐州工程学院教育科学研究项目“地方应用型本科院校
8、产教融合育人机制研究”(YGJ2243);2 0 2 3年徐州工程学院教学改革与实践创新研究项目“基于产教融合虚拟教研室的项目式发酵工程教学模式改革路径探索”(2 0 2 30 5);徐州工程学院教育科学研究课程思政专项课题 基因工程课程思政教育实施成效评价研究”(YGJ-SZ-2173)作者简介:李璐璐(1 9 8 9 一),女,江苏徐州人,徐州工程学院食品与生物工程学院讲师,博士,研究方向:生物工程;张晓媛(1 9 8 8 一),女,北京人,北京化工大学材料科学与工程学院讲师,博士,研究方向:材料工程;范晓博(1 9 8 4 一),男,江苏徐州人,徐州工程学院食品与生物工程学院副教授,博士
9、,研究方向:生物工程教育,E-mail:。58为全面贯彻党的教育方针,落实立德树人根本任务,根据国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见(国办发【2 0 1 5 36 号)要求,以提高人才培养质量为核心,以创新人才培养机制为重点,高校应将“推动转型发展高校的办学思路转到培养应用型技术技能型人才工作上。因此,当前高校面临的最艰巨的挑战是培养具有创新意识和创新能力的新型人才。2 0 2 1 年江苏省教育厅关于推进一流应用型本科高校建设的实施意见中提出了“根据生产、服务的真实技术和流程构建知识教育体系、技术技能训练体系和实验环境、实训平台和实习基地,创造做中学的实践教学条件”2 的指导
10、方针。虚拟仿真教学共享资源的建设作为开展创新创业实践的多种形式之一,是工程实践实基础认知实验综合设计实验生产实习训练毕业设计论文工程基础训练综合工厂设计工程综合训练创新项目训练虚实验类虚拟仿真教学项目微生物基因编辑实验图1 虚拟仿真教学资源应用于生物工程人才培养的教学模式1生物工程类专业创新型人才培养模式建设的必要性1.1新时代社会需求江苏省高等学校实验教学与实践教育中心联席会面向全省本科高校推荐使用虚拟仿真实验教学项目资源,以支持大专院校开展实验教学。3慕课(MOOC)、在线课程、虚拟仿真等教学形式正是在学科专业与信息技术交叉融合下产生的。通过信息技术与教育工作的深度融合,使传统的专业理论教
11、育模式向提高创新实践能力的新型教育模式转变,淘汰陈旧落后的实体实验内容,保留优质、综合性实体实验教学项目,从而推动实验教学改革和线上实验课程(以虚拟仿真实验教学项目为主)的建设,满足市场对生物工程专业人才多层次性的需求。1.2学科发展需求生物工程专业主要研究发酵工程、微生物、基因工程、酶工程和细胞工程的基础理论及其在工、医、农、环保等领域中的开发和应用。因其与生产应用型高等教育研究教育的重要环节和手段。因此,在完善应用创新型人才培养模式中,虚拟仿真教学扮演着重要角色。徐州工程学院食品与生物工程实验中心是被江苏省教育厅选为省级实验教学示范中心建设点,是中央财政支持地方高校发展专项资金建设立项单位
12、。在实验中心的发展过程中,逐步建立了“专业基础、专业综合、专业实践(虚拟仿真实验与工厂实习)、专业创新”的四层次能力培养方式和“基础认知实验、综合设计实验、工程基础训练、工程综合训练(虚拟仿真实验与实训)、创新项目训练、毕业设计(论文)”的六模块实践教学体系,形成了以培养大批适合新时代需要的高素质应用型人才为导向的,理论教育与实践教育并重、虚拟仿真与传统实验实践教学互补的教学模式(见图1)。虚拟仿真教学资源应用于生物工程人才培养专业基础专业综合第9 卷专业实践专业创新实训类虚拟仿真教学项目发酵工厂虚拟仿真实验实际紧密结合,生物工程已成为产业结构调整的战略重点和新的经济增长点,是实现后发优势和跨
13、越式发展最有前途、最有希望的学科。4-5 国内生物工程专业本科院校的理论与实验教学模式多为传统授课模式,不可避免地存在教师在课堂上照本宣科,学生学习兴趣不高,无法激发学生创新创造能力等情况,并且生物工程专业实验本身常涉及高危(生物安全)或极端环境(高温、高压)、高成本(原料、设备)、高消耗、不可逆操作(如工业规模的开、停车)大型综合训练(场地,设备)等问题。除此之外,生物工程专业实验教学中还存在一些共性问题,例如国内高校的生物类实验教学多以简单的演示验证内容为主,而高层次实验(综合设计、研究创新类)训练项目常因学时不足,无法有效培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维能力。因此,虚拟仿真教学资
14、源的开发在内容上应强调广度和深度的拓展(涵盖基础知识、实验理论、实验过程、模拟操作、参数设置、结果分析和相关考核),使学生在虚拟仿真中巩固课堂所学知识,突破习惯性成果转化专利课题申请学术论文发表创业创新竞赛服务地方经济第1 期认知模式,有效提高学生的实践能力以及业务水平,从而推动学生就业创业,为行业提供高素养人才。7-8 发酵工程和发酵工程实验课程是我校生物工程专业的必修课程,也是培养生物工程专业人才的核心课程。该课程涵盖十余项经典的基因工程的原理和技术,体现了发酵工程、基因工程与生物化学、微生物学、遗传学、细胞工程、酶工程等多学科的交叉,具有综合性、实践性、设计性的特点。因此,授课过程中使学
15、生逐步掌握基因工程和分子生物学技术中的基本实验原理和实验操作步骤,培养学生的实验技能和综合实践能力,并经过一定的综合训练使学生了解基因操作技能在生物工程领域和实际工作中的应用,从而达到分析解决复杂生物工程问题的目的。实体实验内容包括:细菌DNA/RNA提取、基因的PCR扩增、质粒酶切及产物纯化、质粒DNA的提取及检测、基因同载体的连接与鉴定。这些课程内容和人才培养目标可通过理论和实验课程的设计来达成,而要培养学生专业技能、提高工程素质、增强实践能力,则需从工业生产需要出发,通过开展具有高阶性、创新性、挑战度的实验项目来实现。以基因编辑技术为例,常以微生物作为操作对象,利用分子育种技术去定向改良
16、工程菌,或者对微生物开展新的基因及代谢途径或代谢产物生成相关的功能基因研究。因此,熟练掌握微生物的基因改造技术在微生物的选育、纯化培养、发酵等方面的应用,是生物工程专业的学生适应产业发展和社会经济服务的需要。在此背景下,CRISPR-Cas 9技术对微生物的基因进行编辑(包括基因敲除、定点突变、定点插入外源序列等),会在遗传改良育种和基因组学研究方面展现出巨大的应用潜力,可以将其应用于生产以及传统工业、工艺的改造,同时推动生物工程相关产业的迅速发展。9 2虚拟仿真教学资源在应用创新型人才培养中的应用2.1利用虚拟仿真教学资源构建“实体实验教学与虚拟仿真实验教学”项目体系,研究虚拟实验与实体实验
17、教学相结合的教学方法,将虚拟仿真资源引人实体实验教学课堂过程中,应突出学生主体地位,培养学生深度分析、大胆质疑、勇于创新的精神和能力;以研究应用型实李璐璐,等:产教融合背景下虚拟仿真教学资源在生物工程人才培养中的应用验教学模式,最大化利用平台资源。2.2促进试验(虚)与实验(实)有机融合传统生物工程类实验教学内容相对滞后,综合设计性实验设置不足。教师在课堂上介绍完实验原理和步骤后,学生根据讲述内容完成实验。该教学方式束缚了学生独立思考的能力,不利于创新思维的培养。而虚拟仿真实验具有交互性、开放性、共享性等特点。1 0 虚拟仿真教学系统促进教师发挥专业主观能动性,在实体实验的基础上,对实验进行设
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- 关 键 词:
- 融合 背景 虚拟 仿真 教学 资源 生物工程 人才培养 中的 应用
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