以創新和就業為導向生物化學實驗改革

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摘要：“生物化學實驗”是生命科學各專業的必修基礎課程之一。結合生物類專業就業形勢和我院生化實驗教學中的實際問題，本文從教學內容、教學方法和教學體系三個方面嘗試教學改革。通過改革與實踐，實驗課程內容更貼近實際應用，教學方法更有效地提高學生分析和解決問題的能力，教學體系更加系統完善。

關鍵詞：生物化學，實驗教學，教學改革，實踐

1精選課程內容

教學內容和課程體系是人才培養的基礎，對教學內容的改革與實踐往往可激發學生的學習興趣和學習熱情，有利于學生對學科前沿的了解，拓寬學生的知識面，從而提高實驗教學效果。因此對教學內容的改革往往是教學改革的核心和關鍵。在以就業為導向的思路之下，利用有限的課時使學生掌握生物大分子的分離和鑒定等基本的實驗內容，使學生適應千變萬化的生產實踐，在我校生命科學學院調整新的教學計劃的前提下，堅持“少而精、寬基礎”的教學理念，對教學內容進行調整。主要體現在3個方面。

1.1調整實驗項目各類型所占比例

首先，將過去的生物化學實驗項目各類型所占比例進行調整。精練傳統基礎驗證性實驗項目，對其教學學時比例適當縮減，增加凸顯應用性的綜合性實驗學時比例，把基礎驗證性實驗穿插其中，使學生既學習基本理論和基本原理，又掌握了以應用性為主的實驗技能。比如開設“α-淀粉酶的分離純化、鑒定和Km、Vmax的測定”等綜合性大實驗，就能把傳統基礎驗證性實驗的酶活力測定、小分子混合物的離子交換柱層析分離、聚丙烯酰胺凝膠電泳分離血清蛋白，以及酶促反應米氏常數Km和最大反應速度Vmax的測定等綜合起來，形成一個有機模塊，讓學生更能系統地掌握主要技術和技能。

1.2精心編排實驗教學內容

其次，將其他課程研究共性的規律提煉出來，按照生物技術發展應用規律的主線來編排教學內容。對一些學科交叉及多門課都重復講授的內容或實驗，要與講授相關課程的老師認真討論，確定該內容在哪一學期、哪門課程中進行了講解。例如，DNA提取的一些內容不僅在生物化學實驗中，在“微生物學”和“基因工程”等課程中也會講到。通過與這些課程的老師溝通就可以對內容進行簡化，重點訓練學生系統性的歸納能力，不僅保證了授課知識的完整性，還可以提高教師上課的效率。在內容上注重演示應用領域的模塊技術操作，方便不同學科內容的銜接。這樣的主線編排有利于學生完整地認識和掌握生物化學實驗核心技術的系統理論和方案，突出學科的特點。

1.3注重實驗內容的拓展性

在具體的生物化學實驗授課時，精選典型實驗方案，在保留、強調傳統實驗教學基礎上，重點引入基因工程、儀器分析、免疫學技術等的實驗技術，以拓展學生的視野，完善其知識面。在教學內容上進行生物化學實驗基本原理和實驗技術單元操作訓練的強化，再精選案例進行分析。這樣安排后，學生在掌握生物學基本原理的基礎上能對生物技術中的實踐問題與生物學基礎有較深入的認識，并了解整個生物學實驗技術的特點及共性；同時對目前蓬勃發展的生物工程產品的研究、開發和生產，以及有關交叉學科的前沿技術在生物化學試驗中的應用也有一定的了解，有利于學生從整體觀念出發分析問題，提高實際操作能力和創新能力。做到“既贈魚，更授漁”，在打好理論基礎后，以不變應萬變，在工作時具體到某種生物產品的生產時能很快抓住生產技術的主線與特點，對高新生物技術產品生產不陌生、不怯場，做到學以致用。

2改革教學方法

2.1建立具有形象思維和創新思維特征的教學方法與教學手段

生物化學實驗是生命科學與實驗技術的結合，如何把抽象的生物化學反應形象生動地表現出來，是教學的一個努力方向。依據形象思維教學法的宗旨，主要利用多媒體教學使教學變得形象、直觀、逼真，強調理論與實驗同步進行。比如在演示技術流程的控制及其動態效果時，配合網絡資源中的幻燈片或視頻動畫等多媒體形式的演示來說明講解所要掌握的知識；在練習實驗控制及實驗操作時，讓學生觀看實驗錄像來理解控制的原理和方法。例如“SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳測定蛋白質的相對分子質量”實驗教學中，如果依靠傳統的講解來授課，不但要花費較多的時間去講解分離膠和濃縮膠的配制和灌膠過程，還要結合原理解釋分離效應和濃縮效應，而往往學生還是容易操作出錯。這些內容瑣細枯燥，很難快速理解，但是如果采用生動形象的FLASH動畫來展示這一重要過程，學生就能帶著畫面感快速進入實驗狀態。通過類似這樣的形象思維教學方法和手段，學生能獲得豐富直觀的生動材料，激發學生的學習興趣，從而提高教學效果。

2.2強化課程論文在教學中的作用

課程論文要求學生通過自學（包括自查文獻資料、自我分析總結、自我敘述）獲得知識，作為一種教學輔助方式在研究生階段使用得較普遍，本科階段較少采用，它要求學生有較強的自學能力以及組織能力。在某些實驗模塊結束后，教師要求學生就此模塊的相關實驗技術寫一篇課程論文。如在醋酸纖維薄膜電泳法分離血清蛋白質實驗和聚丙烯酰胺凝膠圓盤電泳法分離血清蛋白質實驗結束后，教師要求學生對電泳分離技術的應用作更深入的學習了解，把電泳技術的發展歷程、各類型電泳技術的優缺點和當前最新的發展形勢做一個調查研究論文，然后在課堂上進行報告交流。這種方法使學生在消化鞏固課堂講授內容的同時，拓寬了本門課程的知識面，加強對課程前沿內容的了解，有利于培養學生自學能力及獨立思考和解決問題的能力，提高了學生的文字綜合能力及表達能力。

3建設突出技術應用模式的多層次實驗教學體系

生物化學實驗實踐性很強，學生應具備較強的實踐動手能力，為將來參與到行業日益劇烈的人才競爭中打下良好的基礎。實驗課程作為生命科學教學的重要部分，一直是課程建設的重點。目前，我院已建立湖北省生物資源綠色轉化協同創新中心，隨著資源配置的優化，設施和功能不斷齊全，實驗設施將充分滿足實驗教學和科研的需要。在良好的硬件設備的支持下，生物化學實驗教學體系會向應用方向側重發展，有關教學內容也將與生產技術的原理和模型相結合。

3.1多層次的實驗教學體系的建立

對照實驗教材以及教學大綱要求，將生物化學實驗教學內容劃分為基礎驗證性實驗、綜合設計性實驗和研究創新性實驗三大模塊，旨在建立一個既突出專業特點，又能逐步提高學生基本實驗技能及綜合創新能力的實驗教學體系。

3.1.1基礎驗證性實驗

在組織實驗內容時，我們緊扣理論課教學大綱的一條主線，改變過去實驗課程以獨立、分散和驗證性、示范性實驗為主的課程設置思想，根據我校實驗設施，突出蛋白質、糖類和核酸類等分離純化及實際應用的實驗。將生物化學實驗整合成生物大分子分離、產物純化分析、理化性質鑒定、檢測技術和生產應用分析5大單元模塊，與理論課程同步開設，內容上以實驗室實驗技術為引導，模擬實際應用流程安排一條龍式的連續性和實踐性實驗作為實驗教學的基本環節。利用實驗室設備配置，針對以后實際科研和生產中可能要用到的基本實驗技能，在實驗教案編排中按技術難易程度分別設計相應實驗內容，在實驗中通過學生的摸索與實驗，掌握和熟悉各種常用儀器設備的使用和分析，突出學生綜合技能訓練和專業技能培訓，有利于他們畢業后適應工作或科研的新環境。

3.1.2綜合設計性實驗

綜合設計實驗是指具有綜合性并帶有一定設計性的大實驗，是實驗教學的提高環節。實驗內容涵蓋各類生物大分子的檢測和分析，教師可鼓勵和引導學生根據自己的興趣及愛好自由選擇其中部分內容，從而調動學生參與實驗的積極性。上課前，實驗項目主題由指導老師給出，設計性實驗遵循“循序漸進”原則，要注重實效和可操作性。在基礎實驗學生熟悉了實驗室設備的基礎上，初步的實驗方案由學生按實驗條件自己設計，然后與其他同學或老師進行討論和修改，再根據修改后的實驗方案進行實驗。指導教師主要對學生實驗小組的實驗設計環節進行指導，不過多介入具體實驗過程。實驗結束后，各小組上交設計實驗報告并進行講評。通過開設涵蓋主流生產技術并帶有探索性的綜合實驗，使學生學習通過實驗設計進行生物物質的提取等技術，提高學生的實際操作能力，培養他們的創新能力和嚴謹治學態度。

3.1.3研究創新性實驗

通過基礎驗證實驗和綜合設計實驗的訓練，學生有了一定實驗技能和實驗設計思路，研究創新實驗可以以“微課題”形式開展。將科研項目中某一部分與生物化學實驗技術有關的結合起來，設計成“微課題”，并聘請該項目參與人來組織實驗。這種從單一的基礎實驗向綜合研究實驗轉變的探索教學方式不但提高了學生的基本實驗技能，也激發了學生對學習知識和科學研究的熱情，能培養出應用型的生物學人才。

3.2建設實驗教學視頻，引入虛擬仿真教學

隨著多媒體技術、信息技術的不斷發展，教學觀念和教學手段也隨之改變。建設一部分實驗教學視頻，在課前讓學生學習，可以激發學生的實驗積極性，提高教師的講授和示范效率，提高實驗教學效果。實驗視頻建設主要注重兩個方面：一是生物化學基礎技能操作，如紫外可見分光光度計、旋光儀等儀器操作；二是部分實驗的關鍵步驟，如醋酸纖維薄膜電泳法分離血清蛋白質實驗中的點樣，以及聚丙烯酰胺凝膠圓盤電泳法分離血清蛋白質實驗中的制膠、灌膠和上樣操作。這些基本實驗技能操作通過視頻演示出來，調動了學生的積極性，教學效果也事半功倍。部分實驗的開設與否通常受到客觀因素限制，如實驗成本高、儀器昂貴、安全隱患等。虛擬仿真實驗采用信息化技術，構建逼真的實驗環境，能突破實體實驗的限制而大放異彩，如：生命微觀動態過程的探索（DNA與其他生物大分子間相互作用觀察等）借助虛擬仿真可以很好的展現出來；對于需要昂貴儀器的實驗項目，利用虛擬仿真技術實現會更加經濟；對于存在安全隱患的實驗項目，虛擬仿真能保障實驗過程安全環保。虛擬仿真技術作為實驗工具逐漸成為實驗教學的新手段和新趨勢。

3.3編寫體現教學特點的實驗教案

生物化學實驗是綜合性較強的實驗，與其他實驗學科交叉性較大，由于實驗課時的限制，學生不能在有限的學時內完成所有基本實驗，因此，有必要形成新的實驗體系，整合課程間交叉點，在有限的時間內盡可能使學生掌握更多的實驗技能。鑒于實驗教案應用性不足，教師在教學改革與實踐當中逐漸完善就業導向的實驗體系，編寫適當的實驗教案。

4實驗教學改革的效果

將新的改革措施引入教學后，我們發現這種教學方式非常符合學生的求知欲望。連續開展兩年多以來，經過不斷完善，備受學生歡迎，學生的實驗技能得到了提高，綜合素質明顯增強，取得了非常好的教學效果：①改變了過去單一枯燥的照搬教材教學方式，實驗內容從驗證性基礎實驗占大多數轉變為基礎驗證、綜合設計和研究創新三類所占比例相當，提高了學生的實驗興趣和鉆研精神；②新的教學體系的設計由淺入深、循序漸進，引導學生形成獨立思考、分析解決問題的科研素質；③學生的實驗動手技能獲得了提升，科研能力也不斷提高。通過實驗室開放期間的實驗訓練，一些學生獲得了不錯的成績。如2013級生物技術產業班的馬瑞同學在第四屆湖北省高校大學生生物實驗技能大賽中榮獲單項賽一等獎；2015級生物技術班饒巧同學在實驗實訓教學中心舉辦的實驗操作技能競賽中獲得二等獎；2016級生物技術產業班吳雨薇同學的《結核菌素純蛋白衍生物PPD皮試新技術》在我院第三屆本科生BIOSKY科研論壇上榮獲一等獎。

參考文獻

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作者:程志德 喻雪婧 陳凡 楊艷燕 李順意 單位:湖北大學生命科學學院