林善枝 劉雪萍 朱保慶
(北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,北京 100083)
“生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)”作為生命科學(xué)的重要基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)課程,具有涉及面廣、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn),已成為我國(guó)高校的生物、農(nóng)學(xué)、林學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域本科生必修的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。它不僅有助于學(xué)生夯實(shí)對(duì)生物化學(xué)理論知識(shí)及相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能的理解和掌握,而且已成為培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、分析及解決問(wèn)題能力和科研創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)的一個(gè)有效的實(shí)踐平臺(tái)。目前,生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)的各種技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、輕化工、環(huán)保、醫(yī)藥、衛(wèi)生、食品等各個(gè)領(lǐng)域,引起全國(guó)各大高校的高度重視。近年來(lái),為提高“生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)效果,許多高校教學(xué)工作者已從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式以及考核方式等方面對(duì)“生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程進(jìn)行了各種改革與探索,但真正取得明顯成效的卻為數(shù)不多。因此,如何通過(guò)該課程的改革以滿(mǎn)足創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)的要求,已成為目前廣大生物化學(xué)教學(xué)工作者努力探討的重要課題之一。
2009年,北京林業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn),從過(guò)去依附于生物化學(xué)理論課程中剝離出來(lái),形成了一門(mén)獨(dú)立的課程(2.5個(gè)學(xué)分、40學(xué)時(shí)),并成為該專(zhuān)業(yè)極為重要的必修專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。由于該課程是一門(mén)新開(kāi)設(shè)不久的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,而且屬于實(shí)踐性較強(qiáng)的課程,至今全國(guó)沒(méi)有統(tǒng)編的適合于食品專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。據(jù)此,在加強(qiáng)生物化學(xué)理論課教學(xué)的同時(shí),針對(duì)北京林業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),筆者對(duì)“生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程內(nèi)容及教學(xué)方法進(jìn)行了改革,建立了以學(xué)生為主體的開(kāi)放式創(chuàng)新型“生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式,以期達(dá)到提高實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量與效果的目的,為其他實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)實(shí)踐提供科學(xué)的借鑒。
目前國(guó)內(nèi)許多高校實(shí)施的都是由基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)3大板塊構(gòu)成的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[1-4],但由于各高校的“生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程普遍存在課時(shí)少、實(shí)驗(yàn)時(shí)間分散、實(shí)驗(yàn)條件缺乏等問(wèn)題,加上生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有連續(xù)性強(qiáng)、操作步驟繁瑣、實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)等特點(diǎn)[5],致使許多高?,F(xiàn)有的“生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)”教學(xué)內(nèi)容仍以基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主,而且此類(lèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膯我?、各個(gè)實(shí)驗(yàn)間缺乏內(nèi)在聯(lián)系,層次性、綜合性、延展性不強(qiáng)、教學(xué)模式單一、過(guò)多強(qiáng)調(diào)教師的主導(dǎo)位置[4,6-8]。這既不利于學(xué)生對(duì)生物化學(xué)理論知識(shí)全面系統(tǒng)的理解與掌握,更不利于學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提高,也無(wú)法適應(yīng)社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的需要。因此,有必要開(kāi)展“生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)”教學(xué)內(nèi)容的全面改革與優(yōu)化。
從2009年開(kāi)始,北京林業(yè)大學(xué)以強(qiáng)化學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為核心,采用“由淺入深、由基礎(chǔ)性到綜合設(shè)計(jì)性”理念,注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的層次性、延展性和綜合設(shè)計(jì)性,嘗試將教學(xué)計(jì)劃40學(xué)時(shí)的“生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程體系設(shè)計(jì)成以開(kāi)放性綜合大實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主,且與基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合的科學(xué)合理的新型教學(xué)模塊,并采用了以學(xué)生為主體的漸進(jìn)式開(kāi)放性引導(dǎo)型教學(xué)的新模式。
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是實(shí)驗(yàn)技術(shù)要領(lǐng)和操作的規(guī)范性,突出對(duì)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)。為了實(shí)現(xiàn)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的真正目標(biāo),有必要通過(guò)刪減內(nèi)容陳舊的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),有針對(duì)性地開(kāi)設(shè)一些涵蓋面較廣的重要基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),以保證減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)而不影響對(duì)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能的有效培養(yǎng)。例如,筆者在精選并保留一些具有典型性的基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)以往小型綜合性細(xì)胞色素C實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容拓展與測(cè)定方法的優(yōu)化,增加了細(xì)胞色素C的沸石吸附效果的分析評(píng)價(jià)及純度鑒定等內(nèi)容,將其作為重要基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,有助于強(qiáng)化學(xué)生對(duì)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)的各種基本技能和方法的掌握、學(xué)會(huì)常用儀器設(shè)備(如分光光度計(jì)、離心機(jī)、電泳儀等)的操作與使用,為后續(xù)開(kāi)放式綜合性大實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的高質(zhì)量完成提供有力保證。
綜合性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)是在加強(qiáng)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上,著重強(qiáng)化對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力、分析及解決實(shí)際問(wèn)題能力、科研創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神等素質(zhì)的綜合訓(xùn)練與培養(yǎng)[6-7]。針對(duì)北京林業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn),選擇目前的研究熱點(diǎn)“酶學(xué)”為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,著力加大綜合性實(shí)驗(yàn)的難度和比例(由原來(lái)的20%提高現(xiàn)在的50%),整合優(yōu)化一些具有代表性的、關(guān)聯(lián)性及系統(tǒng)性更強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法組合成綜合性大型實(shí)驗(yàn)。例如,以雞蛋為試料,以研究溶菌酶為主線(xiàn),開(kāi)設(shè)了一個(gè)覆蓋面廣、綜合性強(qiáng)的連續(xù)性生化大實(shí)驗(yàn),主要包括溶菌酶的提取及分離純化、酶活力及酶蛋白濃度的測(cè)定、純度鑒定、分子量測(cè)定、酶促動(dòng)力學(xué)研究等內(nèi)容;在此基礎(chǔ)上,通過(guò)增設(shè)溶菌酶的變性與復(fù)性、化學(xué)修飾等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,以強(qiáng)化綜合性實(shí)驗(yàn)的難度與訓(xùn)練效果。該綜合性大型實(shí)驗(yàn)幾乎涵蓋了酶學(xué)研究的所有內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)原理,而且涉及到細(xì)胞破碎技術(shù)、層析技術(shù)、電泳技術(shù)、離心技術(shù)、分光光度技術(shù)、鹽析及透析技術(shù)、酶學(xué)研究等多種技術(shù)與原理的有效綜合與運(yùn)用,達(dá)到了綜合性實(shí)驗(yàn)的真正教學(xué)目標(biāo)與效果,有助于學(xué)生的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和科研創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)的全面鍛煉與提高。
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求和?shí)驗(yàn)條件,由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn),其重點(diǎn)是突出學(xué)生的自主性、強(qiáng)化學(xué)生科研能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[6-7]。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的升華,而目前一些高校只是將一些綜合性實(shí)驗(yàn)當(dāng)作設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),或是將某些相關(guān)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)合并或整合后當(dāng)作設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)[9],無(wú)法真正體現(xiàn)出探索性、研究性、創(chuàng)新性和拓展性等特點(diǎn),難以滿(mǎn)足培養(yǎng)學(xué)生科研意識(shí)和創(chuàng)新能力的需求。針對(duì)此現(xiàn)象,筆者從強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的延展性與應(yīng)用性入手,注重學(xué)生系統(tǒng)而連貫的科學(xué)思維和綜合科研能力的培養(yǎng),以綜合大實(shí)驗(yàn)中純化得到的溶菌酶為對(duì)象,引導(dǎo)學(xué)生在查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,積極開(kāi)展溶菌酶的固定化及應(yīng)用等自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的拓展研究,激發(fā)學(xué)生的科研興趣與創(chuàng)新意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科研探究的能力。
改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革的核心是突出學(xué)生的主體性和能動(dòng)性,而科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式或手段是提高學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論、基本技能、科學(xué)思維及動(dòng)手能力的重要而有效的方法[4]。但是目前一些高校的“生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)方法單一,仍采用教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)、教師逐項(xiàng)詳細(xì)講解、學(xué)生只能完全依照老師所講或?qū)嶒?yàn)教材所示進(jìn)行機(jī)械性操作,甚至只是教師演示實(shí)驗(yàn)等傳統(tǒng)程序化的教學(xué)模式[7,10-11]。這種以教師為主的傳統(tǒng)灌輸式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,無(wú)法體現(xiàn)學(xué)生的主體性,容易滋長(zhǎng)學(xué)生對(duì)教師和實(shí)驗(yàn)教材的依賴(lài)心理,難以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性主動(dòng)性。因此,為了促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高,應(yīng)改變以教師為主的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,建立以學(xué)生為主體的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。
為了真正突出學(xué)生的主體性,增強(qiáng)教學(xué)效果,筆者將整個(gè)實(shí)驗(yàn)分為制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)講解、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、基礎(chǔ)性預(yù)備實(shí)驗(yàn)、綜合性大實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、課堂討論7個(gè)階段,嚴(yán)格規(guī)范實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié),要求學(xué)生以嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的心態(tài)對(duì)待實(shí)驗(yàn),鼓勵(lì)每位學(xué)生積極主動(dòng)全程參與,讓學(xué)生意識(shí)到自己是實(shí)驗(yàn)的主體;同時(shí),要注重實(shí)驗(yàn)操作的細(xì)節(jié)化,對(duì)于整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題,盡量讓學(xué)生自己去解決,若實(shí)在無(wú)法解決,可采用協(xié)助或啟發(fā)的方式。例如:①在制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃階段,采用自由組合方式將班級(jí)學(xué)生分成幾組(每組3~4人),每組選出一名組長(zhǎng),讓每組同學(xué)通過(guò)預(yù)習(xí)與相互討論后擬定出實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。②在實(shí)驗(yàn)講解中,教師應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)原理的討論與解析,但只對(duì)某些關(guān)鍵性操作步驟和注意事項(xiàng)進(jìn)行適當(dāng)性的提示,也可以有意留下一些問(wèn)題讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中去發(fā)現(xiàn)和解決,并鼓勵(lì)學(xué)生大膽地對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)方案或操作步驟進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化,以培養(yǎng)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)的意識(shí)。③在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過(guò)程中,以前由教師負(fù)責(zé)完成的各項(xiàng)具體工作及實(shí)驗(yàn)所需的各種器皿的清洗,全部由學(xué)生利用課余時(shí)間來(lái)承擔(dān),喚起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的熱情和責(zé)任感,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。④在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,盡量讓每位學(xué)生都能主動(dòng)參與到實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié),強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。⑤在綜合性及設(shè)計(jì)性大實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,要求學(xué)生小組通過(guò)團(tuán)結(jié)協(xié)作共同完成所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,同時(shí),積極引導(dǎo)學(xué)生大膽地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與設(shè)計(jì)。對(duì)于學(xué)生提出的問(wèn)題,采用誘導(dǎo)啟發(fā)或互動(dòng)方式進(jìn)行回答,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考與解決問(wèn)題的能力。⑥全部實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,應(yīng)安排一次師生討論總結(jié),讓每位或每組學(xué)生針對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果及存在的問(wèn)題進(jìn)行自由交流與討論總結(jié),進(jìn)而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
為了達(dá)到有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的目的,筆者將科研管理機(jī)制引入實(shí)驗(yàn)教學(xué),采用學(xué)生參與制的自主性開(kāi)放式的管理模式,實(shí)行分組管理和班組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制。例如組長(zhǎng)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)管理好同組同學(xué),而班委負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)管理好全班同學(xué)。實(shí)驗(yàn)所需的各種大量試劑由班委負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各組統(tǒng)一配制,貼上標(biāo)簽,歸類(lèi)擺放,共同使用;實(shí)驗(yàn)時(shí)間實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式管理,每個(gè)班的實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排為10天,學(xué)生可根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程,自主選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間。實(shí)行學(xué)生自主負(fù)責(zé)的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)管理模式,使學(xué)生在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)能夠有效合理安排時(shí)間,連貫性地高質(zhì)量完成綜合性和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,有效提高了教學(xué)效率。
3年來(lái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)證明,采用以學(xué)生為主體的開(kāi)放式教學(xué)模式,有助于激發(fā)和增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維,加深學(xué)生對(duì)所學(xué)的生物化學(xué)理論知識(shí)的理解,使學(xué)生較扎實(shí)地掌握了生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本原理與技術(shù),進(jìn)而達(dá)到學(xué)生綜合素質(zhì)與科研能力的全面鍛煉與有效提高,為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)及從事本專(zhuān)業(yè)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
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