厚基础、强综合、促创新的生物学一流本科实践育人体系的构建与实践.pdf

2023年1 1 月第6 0 卷第6 期四川大学学报（自然科学版）Journal of Sichuan University(Natural Science Edition)Nov.2023Vol.60No.6高等教育研究前沿林宏辉，教授，博士生导师，担任四川大学生命科学学院党委书记、教育部生物科学类教学指导委员会副主任委员、国家教材委员会委员、生物科学国家级实验教学中心（四川大学）主任、生物科学与技术国家级虚拟仿真实验教学中心（四川大学)主任、中国植物学会常务理事、中国植物生理与植物分子生物学学会常务理事、四川省植物学会理事长、四川省林学会副理事长，主要从事植物逆境生理及园林植物生物技术领域的研究工作.先后主持参加了国家自然科学基金区域联合基金重点项目，9 7 3 子课题，教育部重点项目，教育部博士点基金，留学回国人员基金，四川省杰出青年基金及省市科技攻关项目的研究工作.研究成果获得教育部自然科学一等奖，教育部提名国家科学技术进步二等奖.入选教育部新世纪优秀人才、四川省学术及技术带头人、四川省教学名师、国务院政府特殊津贴专家，获国家级高等教育教学成果二等奖（负责人)1 项，四川省高等教育教学成果一等奖3 项，主编的普通生物学入选十一五规划教材。厚基础、强综合、促创新的生物学一流本科实践育人体系的构建与实践林宏辉，邹方东，王甜，李佛生，熊熊莉，杨春蕾，张大伟，王茂林（四川大学生命科学学院，成都6 1 0 0 6 5）摘要：生物学实践教学在培养具有创新能力的一流本科人才中起着关键作用.该成果依托“拔尖计划”、生物科学国家级一流本科专业和生物学国家级教学团队，以培养具有家国情怀与科学精神的“创新型生物学一流本科人才”为目标，践行实践育人理念，将川大特色“红色文化”和求真务实、批判创新的科学精神融入实践教学，强化学生思想价值引领和使命担当，加强文献阅读与实验设计训练，开设探究式和开放性实验项目以及多学科交叉和创新创业实践模块，改革实践教学学业评价，构建了厚基础、强综合、促创新的生物学一流本科进阶式实践育人体系，有效引导学生主动性、自主性、创新性实践，学生的创新意识与潜力得到了极大激发.关键词：生物学一流本科专业；创新能力；实践育人体系中图分类号：G642文献标识码：ADOI:10.19907/j.0490-6756.2023.060002收稿日期：2 0 2 3-1 0-1 0基金项目：四川省2 0 2 1-2 0 2 3 年高等教育人才培养质量和教学改革项目（JG2021-31)；中国高等教育学会2 0 2 2 年度高等教育科学研究规划课题（2 2 LK0306）；四川大学高等教育教学改革工程（第十期）研究项目（SCU10262）通讯作者：林宏辉。E-mail：h o n g h u i l i n v i p.s i n a,c o m060002-1第6 0 卷四川大学学报（自然科学版）第6 期Construction and practice of practical education system for biology first-classundergraduate with thick foundation,strong synthesis and promoting innovationLIN Hong-Hui,ZOU Fang-Dong,WANG Tian,LI Fo-Sheng,XIONG Li,YANG Chun-Lei,ZHANG Da-Wei,WANG Mao-Lin(College of Life Sciences,Sichuan University,Chengdu 610065,China)Abstract:Biology practice teaching plays a key role in cultivating first-class undergraduate talents withinnovative ability.Relying on the top-notch Program,the state-level first-class undergraduate majorin biological science and the state-level teaching team in biology,this achievement aims to cultivate in-novative first-class undergraduate talents in biology with national feelings and scientific spirit,practicesthe concept of practical education,integrates the characteristic red culture of Sichuan University andthe scientific spirit of seeking truth,pragmatism,criticism and innovation into practical teaching,andstrengthens the ideological value of students Guidance and mission responsibility,strengthen literaturereading and experimental design training,set up inquiry and open experimental projects and multi-disci-plinary and innovative and entrepreneurial practice modules,reform practical teaching and academic eval-uation,and build a first-class biology undergraduate advanced practice education system with a thickfoundation,strong synthesis and innovation promotion,effectively guide students initiative,autonomy,innovative practice and students innovation consciousness and potential are greatly stimulated.Keywords:First-class undergraduate major in biology;Innovation ability;Practice education system教学平台，创新实践教学学业评价模式，构建了厚1 引 言基础、强综合、促创新的生物学一流本科进阶式实生物学实践教学在培养具有创新能力的一流践育人新体系（图1），有效引导了学生主动性、自本科人才中起着关键作用1-3 ，尽管近年来不少高主性、创新性实践，学生的创新意识与潜力得到了校对生物科学类本科实践教学做了一些改革与探极大激发，索，但现有的实践教学仍然存在学生科学诚信、科2成果的主要内容学规范和实验设计等科学素养培养不到位、学科交叉与知识综合运用能力不足、创新实践能力不够等诸多问题，严重制约着生物学一流本科创新人才的成长4-8 .本研究成果依托“拔尖计划”、生物学国家级一流本科专业和生物学国家级教学团队，利用生物科学国家级实验教学示范中心、国家级生物学野外实习基地和生物科学与技术国家级虚拟仿真实验教学中心实践平台，以培养具有家国情怀与科学精神的“创新型生物学一流本科人才”为目标，践行实践育人理念，通过充分挖掘生物学本科实践教学中的育人要素，将四川大学特色“红色文化”育人新元素和求真、务实、批判、创新的科学精神融入实践教学，强化学生思想、价值引领和使命担当，加强文献阅读与实验设计训练，开设探究式和开放性实验项目以及多学科交叉和创新创业实践模块，完善实践本成果围绕培养具有家国情怀与科学精神的“创新型生物学一流本科人才”目标要求，针对实践育人文化不浓厚、环境不完善和培养学生创新能力的实践教学体系不健全三个关键问题，将“成人成才”融入生物学实践教学，落实立德树人根本任务，全面构建了“厚基础、强综合、促创新”的生物学一流本科进阶式实践育人新体系，有效引导学生主动性、自主性再到创新性实践，提升了学生的家国情怀、科学道德、科学素养、学科交叉综合创新能力(图1).具体举措如下2.1践行实践育人理念，充分挖掘生物学本科实践育人要素，厚植家国情怀、强化使命担当，全面提升学生科学道德和科学素养以国家拔尖计划“江姐班”为支撑点，聚焦四川大学革命先烈江姐的英勇事迹，在实践教学中融入060002-2第6 期“江姐精神”“百炼成钢”等课程思政元素，引导学生传承川大特色“红色文化”,厚植家国情怀，践行使命担当，积极投身生物学基础研究9，创新性综合实践自主性多元化实践教学模式各学科交叉交战模块实验模块虚教仿真实验换块专业综合主动性厚基础川大特色红色文化实践模块立德树人生物通识类卖验模快学术型社团活动模块学生实践图1厚基础、强综合、促创新的生物学一流本科实践育人体系的构建Fig.1 Construction of practical education system for bi-ology first-class undergraduate with thick foun-dation,strong synthesis and promoting innova-tion在加强学生基础实验知识和实验技能训练的基础上，将生命伦理与生物安全、学术道德与科学诚信教育、科学方法和科学思维融人实践教学，强化文献检索与阅读、实验设计与记录、实验结果研讨等传统实践教学容易忽略的实践教学环节，增强学生科学规范意识，全面提升学生科学道德和求真务实、批判创新的科学精神，为培养“又红又专”的生物学一流本科人才奠定了宽厚基础10 。2.2搭建突破学科和时空限制的实践教学平台，创新实践教学学业评价模式，营造学生“敢创新、能创新、善创新的成长环境利用校内外、国内外的“多层次、多学科”的科研平台联合培养本科创新人才，建设“全天候开放共享”的虚拟仿真实验教学平台，并与“多元融合、因材施教”的国家级实验教学示范中心平台、“多学科交叉”共享教学实验平台、“校企协同”的企业实训平台和西部特色的峨眉山、若尔盖等野外实践教育基地有机结合,形成独具特色的“五平台一基地”实践教学平台（图2），强力支撑学生自主综合创新能力提升116 ,同时，改革实践教学学业评价模式，打破只凭动手操作和实验报告的单一评价方式，突出实验设计与实践过程中的批判与创意的考核,既考核学生“动手操作”，又考核学生“动脑思考”，从而激发学生“敢创新”精神17 .积极探索实践教学环节学分替代办法，开展毕业论文多样化改革，通过出台实林宏辉，等：厚基础、强综合、促创新的生物学一流本科实践育人体系的构建与实践善创新促创新能创新创新创业敢创新实践模块强综合专业基仙卖验换块第6 0 卷践教学环节学分替代试行办法高质量多样化毕业论文（设计)改革工作管理办法等管理文件，允许学生以发表论文、申请专利以及省级以上学科竞赛奖项等替代专业综合实验课程学分，或将取得的成果转化为毕业论文内容，为学生创新性实践提供了政策保障,强化学生“能创新”能力此外，构建创新创业实践模块，激励学生参与科创竞赛，提升多学科交叉学生“善创新”意识科学道德科学素养基本实验技能能力培养060002-3“全天候开放共享”的国家级虚拟仿真实验教学中心平台“多层次、多学科”的科研平台“西部特色的野外实践教育基地图2“五平台一基地”实践教学平台Fig.2The practical teaching platform consists of“FivePlatforms and One Base2.3木构建“厚基础、强综合、促创新”进阶式实践教学体系，有效引导学生主动性、自主性、创新性实践，强化学生的综合交叉与创新能力2.3.1改革和优化实践教学内容与方法，促进学生主动性、自主性实践将实践课学分比重提高至36.3%，以“成才”为理念，依据能力培养目标，优化生物学实践教学内容配置，强化基础实验课程内容，将优秀科研成果转化为综合性、设计性、探索创新性实验项目，构建“厚基础、强综合、促创新”递进式实践教学内容体系，并利用多媒体及虚拟仿真等新技术将前沿生物技术、生物工程下游技术、生物制造技术转化为实验教学内容，开发具有自主知识产权的多层次模块化的虚拟教学资源2,12。同时，引人探究式、研讨式实践教学方法，实行小班化和开放性实验教学，突出学生的主体地位，学生可以提出自己的实验方案并付诸实践，因材施教，引导学生自主性完成实验设计、实验准备及实验探索等过程4,11,13.2.3.2实行多元化实践教学模式，强化学生多学“多学科交叉”的共享教学实验平台“五平台一基地”实践教学平台“多元融合、因材施教”的国家级实验教学示范中心平台“校企协同”的企业实训平台第6 0 卷科交叉的综合能力充分利用我校文、理、工、医多学科办学优势，以“生物学实践”为核心，增设计算机、化学和医学等相关专业的交叉实践课程和项目，构建多学科交叉实践模块（图3），开展计算生物学、合成生物学等交叉学科的前沿实践，并利用虚拟实验教学、西部特色的野外实习等开展多元化实践教学，增强学生学科交叉意识和综合能力18。实践课程多学科交叉实践模块Fig.3The module on multidisciplinary practice2.3.3前沿科研项目牵引学生研究性实践，提高学生创新性实践能力结合科研前沿，通过多层次科研项目牵引学生研究型实践，并联合国内外一流高校及著名科研机构强化科研训练，提高学生创新性实践能力9.学生科研训练达到全覆盖，3成果的创新点3.1将四川大学特色“红色文化”融入生物学实践育人体系，涵养了“成人成才”的实践育人文化构建四川大学特色“红色文化”育人新机制，践行实践育人理念，将从事生物学基础学科所需的“百炼成钢”精神与家国情怀融为一体.同时，将求真务实、批判创新的科学精神教育融人实践教学，凸显学生德育、科学思维、科学素养以及创新意识等高阶能力的培养，利用“成人”教育引领“成才”教育，充分发挥实践育人功能，强化学生投身生物学基础研究的使命担当，夯实了生物学一流本科人才的成长基础。3.2搭建突破学科和时空限制的实践教学平台，采取非标准化的实践教学学业评价模式，营造了赋能学生“敢创新、能创新、善创新”的实践育人环境搭建了具有西部特色的多层次、多学科、多元融合、因材施教、校企协同的“五平台一基地”实践教学新平台，有效提升了学生自主综合创新能力；四川大学学报（自然科学版）同时，建立新型实践教学学业评价模式，既考核学生“动手操作”，又考核“动脑思考”,激发学生“敢创新”精神，并以科研项目及科创竞赛为载体，提升学生“能创新”和“善创新”能力.3.3构建“厚基础、强综合、促创新”的进阶式实践教学新体系，有效引导了学生主动性、自主性再到创新性实践通过改革和优化实践教学内容与方法，进一步医学生物学实验强化基础实验课内容,开设探究式和开放性实验项化学生物学实验合成生物学实验生物学计算机编程语言生物分类学与机器学习国际遗传工程机器设计大赛（IGEM）项目田大学生创新创业训练计划-多学科交叉项目实践项目其他多学科交叉开放创新实践项目图3多学科交叉实践模块第6 期目以及多学科交叉和创新创业实践模块，建设全天候开放共享的虚拟仿真实验教学资源，构建了“基础宽厚-综合交叉-创新赋能”实践教学体系，有效引导了学生主动实践、自主实践，再到创新性实践的进阶式转型提升，显著提升了学生的创新意识与能力.4成果的推广应用效果4.1实践育人成效显著，本科生综合实践创新能力全面增强通过进阶式实践育人体系，学生在实践、综合、创新能力方面得到显著提升.学生获“大创”项目637项，其中国家级6 6 项，省级9 1项，省级以上项目比例由2 0%提高到了32%.学生参与发表论文201篇，专利6 件，本科生余溟鲲、李袁硕主编专业性图鉴2 部（图4).学生学科竞赛获奖项目数持续增长（图5），获省级以上奖项149项，7 0 4人次.其中，获国际遗传工程机器设计大赛（iGEM)金奖4项、银奖5项，联合国开发计划署“极致未来全球责任创新挑战赛”全球十强；获第二届全国智能制造创新创业大赛（生物医药专项赛）、全国大学生生命科学竞赛等国家级比赛特等奖1项、一等奖15项、二等奖17 项；获省级比赛一等奖2 1项、二等奖16项.近年来，生物学本科生深造率名列全校前茅，整体深造率达6 4.6%.李歆睿、柏忠谏等412 名学生被北京大学、中国科学院等著名院校录取，占比50.2%，刘天舒、卢泽晨等10 5名学生进人包括牛津大学、哥伦比亚大学、波士顿大学等国（境)外著名大学继续深造，占比12.8%.2 0 16 届优秀毕业生王男以第一作者在 Science等发表论文，获2 0 2 1 年“吴瑞奖学金”.40 0 余位毕业生到生物技术及制药企业工作或创业，表现出很强的研发创新能力，获得了用人单位一致肯定.060002-4第6 期4.2教师优质教改成果影响广泛，有效支撑生物学一流本科创新人才培养四川大学江安校区GeM2019晟虫艺术固鉴CHANGHE LISCU-CHIN林宏辉，等：厚基础、强综合、促创新的生物学一流本科实践育人体系的构建与实践微生物学UU实验指导CULSO细胞生物学实验指南第6 0 卷遗传学分析实验教程（第之版）医学生物学与医学细胞生物学实验教程细胞生物学出版证书5GE2020NTERNATIONALQIHANJINSCU-CHINA四川大学校困植物图4学学生专业性图鉴及部分国际、国家级高水平竞赛获奖证书Fig.4Displays a professional guide for students andcertificates of achievement from various interna-tional and national high-level competitions获奖项目较改革前增长4倍以上4540353025201510502015年2 0 16 年2 0 17 年2 0 18 年2 0 19 年2 0 2 0 年2 0 2 1年图5学生各类科创竞赛获奖数量逐年提升Fig.5 The number of prizes awarded by students in va-rious science and innovation competitions hasconsistently risen over the years教师在实践教学理念、内容、方法和手段上有着重要创新，教学成果和教育质量突出.建设有“2 3价肺炎球菌多糖疫苗GMP生产制备实验”等3门国家级一流本科课程，“峨眉山珍稀天然药用植物资源研究虚拟仿真实验”等8 门省级一流本科课程，以及国家精品在线开放课程及国家级精品资源共享课4门、省级精品在线开放课程及精品资源共享课10 门；出版教材2 4部，其中实验教材6 部，细胞生物学和医学细胞生物学分别获得首届国家及省级优秀教材一等奖，并牵头制定了植物学和细胞生物学实践教学规范，汇编入高校生物学专业类实验教学建议性规范（图6)。出版证书CULSC2021Yilong xuscu-china3412119（第5）普通生物学LOGY图6 团队成员部分主编优秀教材Fig.6TThe excellent teaching materials edited by teammembers教师科研项目转化创新性实验项目6 5项，获批教改项目7 8 项，其中教育部4项，省级6 项；发表教改论文55篇，编写实验教学讲义3本.教师获奖丰硕,荣获包括“四川省高等教育教学成果奖一等奖”等92 项教学相关奖项，其中国家级以上奖项16项，总获奖超30 0 人次（图7).42同时，教材、慕课和虚拟仿真实验教学资源等35多项改革成果影响广泛.牵头主编的细胞生物学实验指南是“十二五”普通高等教育本科国家级规29划教材，聚集了清华、北大等多所知名高校专家参加编写，自出版以来已发行超过1万册；主编的医学生物学与医学细胞生物学实验教程被全国30多所高等院校选为教材使用，已发行1.7 万余册.国家一流本科课程“细胞生物学”以及国家级精品资源共享课程“普通生物学”和“植物生物学”自开课以来在线学习超过2 30 万人次.“2 3价肺炎球菌多糖疫苗GMP生产制备实验”点击率12 万余次，惠及全国近50 所高校，成为2 0 2 0-2 0 2 1年度全国共享指数最高的项目.同时，开发的36 项虚拟仿真实验项目获软著16 项，应用于武汉大学等14个高校实践教学，资源访问量达18 万人次；教学标本平台访问量达到58 2 3万人次；野外实习基地先后接收美国宾夕法尼亚大学、威斯康辛大学等国外师生67人，清华、北大等17 所高校共计7 18 名师生来基地实习。优质教学成果支撑了国家级一流本科专业2个和省级特色专业2 个，1个国家级和1个省级教学团队、1名国家级教学名师、1名省级教学名师.此外，优质教学成果辐射社会，提供了115次开放性实验实践和科普活动.060002-5第6 0 卷国家银一该本科深程证书梁歌国消老大学生生物马环境科技创制大容特发证，家核线动优秀指导教师奖荣誉证书获奖证书优香指导教师图7 团队成员实践教学改革部分获奖证书Fig.7Team members award certificates for practicalteaching reform4.3买实践育人教学培养成效得到广泛认同中央电视台、人民网、封面新闻等主流媒体报道了实践育人改革成效.2 0 18 年9月8 日，中央电视台新闻联播报道了本成果开放式、非标准、全过程考核评价模式对学生独立思考能力、创新创业能力、团队协作能力的提高有显著地促进作用.通过实践育人，培养了以“江姐班”同学为代表的一批具备爱国情怀、科学道德和科学精神的生物学拔尖创新人才(图8).CCTOa我感受到了肩上沉句包的责任我递国川大现“逆天”老试题出题老师：重点老察学生的思维能力而不是要结果图8 实践育人教学培养成效获得各大主流媒体报道Fig.82The effect of practical education has been repor-ted by major mainstream media团队成员先后主办和承办了“大学生物学教学技能和教学方法研讨培训班”“高校细胞生物学骨干教师研讨会一实验设计与创新人才培养”等6 次全国性教学研讨会议，8 8 所高校近1.5万名教师进行了学习和交流.同时，团队成员以“利用虚拟仿真实验教学资源促进生物科学与技术创新人才培养”“细胞生物学实验课与创新型本科人才培养重四川大学学报（自然科学版）要环节”等主题，在全国会议上对项目改革成效作国家级一流本科课梨证书荣誉证书郭泉超老师：在四川大学2 0 19年本科教学工作中成绩突出，披授于大学生创新创业与实践教育优秀揭寻教师荣誉证书优秀精县教师优香指哥教师第6 期证书专题介绍和交流，众多院校慕名来参观交流，在高水平师资队伍建设、生物学实践教学理念与体系的改革、创新性人才培养等方面发挥了引领示范辐射荣誉证作用.智川川大学2 0 17 年本科教学工作中大学生制料制染教育统香雅平家饰获奖证书获奖证书优秀指寻老师化香导欢电060002-6本成果所构建的进阶式实践育人体系，营造了赋能学生“敢创新、能创新、善创新”的实践育人环境与成长氛围,培养了学生主动性、自主性以及创新性实践能力，为生物学一流本科人才的培养提供借鉴经验和创新模式。5 结 论本成果通过优化生物科学实践教学人才培养路径，实行多元化、多交叉和研究型实践教学模式，创新实践教学学业评价模式，完善实践教学平台，转变学生参与实践学习方式，重塑了厚基础、强综合、促创新的进阶式生物学一流本科实践育人体系，营造了赋能学生“敢创新、能创新、善创新”的实践育人环境与成长氛围，培养了学生主动性、自主性以及创新性实践能力，为生物学一流本科人才的培养提供借鉴经验和创新模式。这对高等学校如何进一步提升生物科学类本科专业学生的实践创新能力进行了有益的探索，在生物科学类本科专业学生实践创新能力的培养方面取得了显著成果，并在全国高校产生了重大影响和示范推广价值.参考文献：1解丽芳，林宏辉生物学拔尖创新人才培养的探索与实践J高等教育发展研究，2 0 14，31：36.2解丽芳，林宏辉，王茂林。生物学创新实验教学体系的探索与建立J实验科学与技术，2 0 14，12:169.3解丽芳，林宏辉生物基础实验教学中心的创新教育作用J实验技术与管理，2 0 16，33：16 8.4汪红。加强生物实验室开放管理，促进创新型人才培养J.高等教育发展研究，2 0 16，33：46.5李佛生，汪红，熊莉，等基于生物实验教学中心的创新创业教育探索J实验科学与技术，2 0 19，17:125.6孙智杰，李勤，邓玉林。构建生命科学实验教学体系与创新人才培养高校生物学教学研究：电子版，2 0 12,2：43.7李波，张晓雪，付学鹏，等生物类专业实践教学改革与大学生创新能力培养J实验技术与管理，2019,36:215,229.8邢丽波，冷哗，张敬，等高等学校生物专业实验第6 期教学体系的建设与探索J实验室科学，2 0 2 1，24:82.9魏炜，许小娟，赵云生物学拔尖学生科研能力培养机制的构建J高校生物学教学研究：电子版，2022,12:10.10邹方东，苏都莫日根，王宏英，等细胞生物学实验指南M.3版.北京：高等教育出版社，2 0 2 0.11樊佳，王茂林，林宏辉，基于信息化的开放型实验室管理模式改革实践J.实验室科学，2 0 2 0，23:135.12王甜，王茂林，林宏辉。生物类虚拟仿真实验教学中心建设中的问题与对策J实验室研究与探索，2017,36:153.13王甜，王雨昊，林宏辉。分子生物学创新实验的开放教学管理研究J实验科学与技术，2 0 17，林宏辉，等：厚基础、强综合、促创新的生物学一流本科实践育人体系的构建与实践第6 0 卷15:124.14王甜，赵云，林宏辉，等，生物技术专业企业综合实训课程的改革实践实验技术与管理，2 0 17，34:217.15魏炜，赵云搭建国际化培养平台促进拔尖创新人才脱颖而出J教育教学论坛，2 0 16（36）：1.16王甜，孙群，王茂林，等。虚拟工厂实训平台在企业综合实训中的应用J实验技术与管理，2 0 16，33:110.17张红伟挖掘创新潜能重构思维空间一2 0 16 年四川大学优秀非标准答案考试集M成都：四川大学出版社，2 0 18.【18 许小娟，晏仕英，张安东，等。依托 互联网十 竞赛项目促进学生自主学习和实践技能提升教育教学论坛，2 0 2 0（51)：10 3.引用本文格式：中文：林宏辉，邹方东，王甜，等。厚基础、强综合、促创新的生物学一流本科实践育人体系的构建与实践J四川大学学报：自然科学版，2 0 2 3，6 0：0 6 0 0 0 2.英 文:Lin H H,Zou F D,Wang T,et al.Construction and practice of practical education system forbiology first-class undergraduate with thick foundation,strong synthesis and promoting innovation J.J Sichuan Univ:Nat Sci Ed,2023,60:060002.+060002-7