大型仪器平台在本科创新人才培养中的探索与实践——以同济大学生物电镜平台为例.pdf
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1、大型仪器平台在本科创新人才培养中的探索与实践以同济大学生物电镜平台为例杜喜玲,盛哲津,张敬()同济大学生命科学与技术学院,上海,200092摘 要:大型仪器平台是高校提高科研水平的重要硬件设施,主要用于科研服务,但在本科创新人才培养方面发挥的功能在以往非常有限。为提高大型仪器平台在本科创新人才培养中的作用,本文以同济大学生物电镜平台为例,通过在课程教学中注重新增实践与科研导向内容,指导大学生创新科研项目和学科竞赛,教学中结合大型仪器虚拟仿真实验系统等一系列举措,提高大型仪器实验教学效率,提高学生的实践技能和科研思维。实践证明这些措施提高了本科生自主学习能力、综合能力和科研兴趣,为本科生继续深造
2、或进行科研工作奠定基础。关键词:大型仪器,实验教学,创新人才培养,生物电镜The Exploration and Practice of Large-Scale Instruments Platform in the Training of Scientific Research and Innovative UndergraduatesA Case of Biological Electron Microscope Platform of Tongji UniversityDU Xi-ling,SHENG Zhe-jin,ZHANG Jing()School of Life Science
3、and Technology,Tongji University,Shanghai 20092,China高校生物学教学研究(电子版)2023 年 4 月,13(2):43-46ISSN 2095-1574 CN 11-9307/R DOI 10.3868/j.issn.2095-1574.2023.02.011专题实践教学收稿日期:2022-11-24;修回日期:2023-02-13基金项目:同济大学第 16 期实验教改项目“生物电镜技术电子教材的开发与建设”(2000104100)通讯作者:张敬,E-mail:随着高新技术向科学研究和社会经济的不断渗透,我国在高校科研领域的投入逐年增加,各
4、高校大型仪器平台的设备资源不断丰富,为提升高校科研能力提供了重要的硬件基础和技术保障。近年来,高校大型仪器平台满足科研服务的同时,也逐渐在科研创新型人才培养方面进行尝试1-4。高校作为国家人才培养的基地,利用大型仪器平台培养人才,不仅是响应国家政策的号召,更是充分利用资源的体现1。同济大学生命科学与技术学院生物电镜平台拥有透射电镜、扫描电镜、高压冷冻仪及超薄切片机等大型仪器,主要用于生命科学及基础医学相关领域的科学研究,为众多教师和研究生开展科研实践提供了极大的便利;同时,平台还承担了两门以生物电镜技术为主的本科生课程。如何利用生物电镜平台为本科教学服务,充分发挥其在本科创新人才培养中的作用,
5、是一项需要不断探索和实践的课题。我院生物电镜平台根据自身特点开设了较为丰富的教学活动,通过多年不断改革和实践,摸索出了一套行之有效的、基于生物电镜平台的本科创生物(23年4月刊)-正文.indd 432023-6-12 15:21:3844 杜喜玲等:大型仪器平台在本科创新人才培养中的探索与实践以同济大学生物电镜平台为例新人才培养措施,通过实践教学活动,让学生充分感受电子显微镜下生物超微结构的神奇,激发学生探索微观世界的好奇心,以此引导本科生在实践中不断将所学技术应用于课题研究。1 大型仪器平台在本科生培养中存在的问题本科生培养在高校发展中占有重要的战略地位,培养具有科研创新思维的本科人才是高
6、校教育的重要目标。高校大型仪器平台作为公共服务平台,长期以来主要用于教师和研究生的科研工作,尽管在提升高校科研实力方面起到了非常重要的作用,但是,如果不能在本科生培养方面发挥作用,将是教育资源的巨大浪费。近些年,不少大型仪器平台也积极在本科教学和培养方面进行探索,但由于承担了较多科研任务,在本科生培养方面所倾注的精力相对有限。依托大型仪器平台开设的本科生课程,往往以理论教学、教师演示和学生观摩为主,仅安排几个课时的实践教学5-6,真正让学生能动手操作的机会并不多,对于学生实验技能和科研思维的培养相对有限。由于大型仪器平台本科实践教学偏重理论知识而非实验技能的掌握,在培养学生的实验操作能力、自主
7、学习能力、创新精神和创造能力等诸多方面不能发挥应有的作用。尤其对于生物电镜平台来说,实践教学课程包含生物样品固定、树脂包埋,样品超薄切片等众多关键技术,实验过程复杂、技术难度较高,并且涉及超薄切片机、透射电镜、扫描电镜等多种大型仪器;课堂上枯燥的理论教学、实验演示或图片展示,很难吸引本科生的兴趣;较少的实践教学也难以让学生掌握生物电镜技术,达不到启发学生科研思维的效果。大型仪器实践教学理应注重学生实验技能培训,这是培养本科生动手能力和创新思维的主要环节7。因此,针对以上问题,我院生物电镜平台在科研创新型本科生培养方面进行了一系列的优化和改革措施,提升本科生的大型仪器操作实验技能及科研思维能力。
8、2 生物电镜平台培养本科生科研素养的措施2.1 开设实践和科研并重的实验课程我院作为同济大学下辖的 3 个国家级人才培养基地之一,尤为重视培养创新、创业型生物技术应用型人才。为了培养学生的学术研究水平,服务本学科建设,加强学生实践操作能力,我院生物电镜平台充分利用仪器资源优势,以加强实验技术创新为主线,开设具有科研探索性质的本科实验课程“显微及亚显微技术”,着力将生物电镜平台打造成高层次技术人才培养、高水平仪器技术孵化的教学科研基地,为新时代高校科研发展提供技术支撑。该课程中的“亚显微技术”教学在生物电镜平台开展,共安排 20 学时,理论讲解和实验操作穿插进行。理论部分主要讲述生物样品固定包埋
9、及超薄切片技术、生物电镜的基本原理和应用范围;实验部分包括生物样品制备、超薄切片和电镜上机实践。教学中将亚显微技术虚拟仿真实验作为先修内容,让学生通过虚拟仿真实验系统模拟实验操作,提前熟悉超薄切片机和透射电镜的使用,为线下实践做准备;由于仪器资源数量限制,电镜上机实践以开放课堂形式开展,建立本科生仪器预约机制,学生以小组为单位利用课余时间预约使用,以保证每位学生都有充足的大型仪器实践训练机会。实验课程教学中不仅培养学生大型仪器实验技能,还注重培养学生科研素质,关键是促使学生养成实事求是的科研态度以及设计课题的能力。教学中引导学生利用生物电镜技术设计研究课题,学生以小组为单位讨论课题设计思路、预
10、期结果等,再由教师有针对性地进行专业指导。小组成员合理安排课内外时间完成实验,实验受阻时能够主动分析问题,查阅资料,提出解决方案。课题研究式的实验设计要求小组合作完成,锻炼了学生的协作能力8,增强了学生的团队合作精神。通过这种“理论学习-操作技术训练-课题讨论与提高”环环相扣的开放课堂模式,不仅锻炼了学生的生物电镜实验技能,还培养了学生发现问题、分析问题和解决问题的科研素养,激发学生创新思维能力。生物技术专业的本科生可系统学习亚显微技术的基本原理和应用,并熟练掌握电镜上机操作,从基本技能训练到自主创新科研,从课内到课外循序渐进地激发学生的创新思维和科研兴趣9。课程结束后,每年都有本科生选择生物
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