生物化學(xué)綜合大實(shí)驗(yàn)及其考核方式的改革

徐志霞, 李燕華, 楊 勇, 黃循吟, 王銳萍, 張文飛

(海南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 海南 海口 571158)

通信作者:張文飛(1979—),男,湖南岳陽,博士,副教授,研究方向?yàn)橘Y源與應(yīng)用微生物學(xué).

生物化學(xué)綜合大實(shí)驗(yàn)及其考核方式的改革

徐志霞, 李燕華, 楊 勇, 黃循吟, 王銳萍, 張文飛

(海南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 海南 海口 571158)

為完善本科生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、提高本科生綜合創(chuàng)新實(shí)踐能力,通過對實(shí)驗(yàn)材料的改進(jìn)、綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的編排、設(shè)置設(shè)計(jì)性和開放性實(shí)驗(yàn)以及考核方式的改進(jìn)等,對生物技術(shù)專業(yè)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)改革的探索。通過觀察4屆學(xué)生的教學(xué)效果可以表明:學(xué)生能夠系統(tǒng)地掌握蛋白質(zhì)的提取、分離純化、電泳、鑒定技術(shù),開展設(shè)計(jì)性開放實(shí)驗(yàn),學(xué)生的操作、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析解決問題、資料處理以及論文撰寫等能力均有很大程度的提高,達(dá)到了令人滿意的教學(xué)效果。

生物化學(xué)； 綜合性實(shí)驗(yàn)； 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

生物化學(xué)是一門應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的生物學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科,生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)既是對理論課程的有效補(bǔ)充,又是鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力、培養(yǎng)其科學(xué)思維方式的重要途徑[1]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性隨著生命科學(xué)的發(fā)展日益彰顯,但受各種客觀條件的制約,各大高校實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置依然偏重于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn),各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目銜接脫節(jié),實(shí)驗(yàn)缺乏設(shè)計(jì)性和綜合性,不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,嚴(yán)重制約教學(xué)效果[2-3]。近幾年,涌現(xiàn)出一些針對綜合性實(shí)驗(yàn)的改革方案,主要集中在堿性磷酸酶、血紅蛋白等的分離純化上[4-5]。當(dāng)前的改革仍然以知識(shí)傳授為主體,以教師的教為主,而忽視了學(xué)生的主觀能動(dòng)性,忽視了以學(xué)生為本的教學(xué)理念[6]。近4年來,隨著學(xué)院學(xué)科的發(fā)展、實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的建設(shè)更加完善,我們對生物技術(shù)專業(yè)的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了改革,增加了綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),效果顯著,開啟了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)的新模式[7]。

1 實(shí)驗(yàn)材料的改進(jìn)

生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)不像動(dòng)物學(xué)、微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)菢由鷦?dòng),而是實(shí)驗(yàn)周期長、過程乏味,很難充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。蛋白質(zhì)的分離純化實(shí)驗(yàn)一般會(huì)選擇堿性磷酸酶或血紅蛋白等,整個(gè)流程中蛋白質(zhì)是看不見、摸不著的,只有進(jìn)行染色才能尋到蛋白質(zhì)的蹤跡,學(xué)生方能知道自己的整個(gè)流程成功與否。若將血紅蛋白作為實(shí)驗(yàn)材料,則需采集實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的血液,背離了如今倡導(dǎo)的動(dòng)物保護(hù)主義。鑒于此,實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建重組質(zhì)粒,表達(dá)綠色熒光蛋白GFP,并給其加上His標(biāo)簽和MBP融合蛋白,相對分子質(zhì)量約為68 kDa。

綠色熒光蛋白從菌株的培養(yǎng)到蛋白質(zhì)的分離、純化過程,均顯現(xiàn)出綠色熒光,在實(shí)驗(yàn)課運(yùn)行期間,學(xué)生對熒光表現(xiàn)出了很強(qiáng)的好奇心,且在實(shí)驗(yàn)的過程中隨時(shí)可以觀察到蛋白質(zhì)的去向,及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤操作。另一方面,構(gòu)建過程添加的His標(biāo)簽利于開展鎳離子金屬親和層析,緊跟科學(xué)發(fā)展的潮流。

2 綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

通過參考國內(nèi)外相關(guān)實(shí)驗(yàn)教程,并結(jié)合教師的科研實(shí)踐,以及當(dāng)前的學(xué)術(shù)前沿技術(shù),精心設(shè)計(jì)了綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)(見表1)。表1列出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目既具有一定的獨(dú)立性,又具有很強(qiáng)的連貫性。

表1 生物化學(xué)技術(shù)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)方案

2.1 綜合性大實(shí)驗(yàn)

蛋白質(zhì)的電泳技術(shù)是一項(xiàng)基本操作,學(xué)生必須熟練掌握,同時(shí)在項(xiàng)目2—6中均要利用電泳來檢測結(jié)果,因此首先安排的即是SDS—聚丙烯酰胺凝膠電泳,學(xué)生既要掌握制膠、電泳的技術(shù),又要學(xué)會(huì)從電泳圖譜上分析得到蛋白質(zhì)的一系列的信息,這既是一個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn),又為之后的實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。

細(xì)胞破碎方法溶菌酶法、反復(fù)凍融法以及超聲破碎法的比較,均為科研最為常用的細(xì)胞破碎手段。這一項(xiàng)目的設(shè)立為其后的純化實(shí)驗(yàn)提供材料。

親和層析、離子交換層析和凝膠過濾層析是層層遞進(jìn)的,學(xué)生從這3個(gè)純化方法可以看到蛋白質(zhì)的純度是逐漸提高的,使學(xué)生對內(nèi)容有了前因后果式的總結(jié)與提高,為將來從事科研工作,如結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究等打下很好的基礎(chǔ),同時(shí)這些實(shí)驗(yàn)技能也是進(jìn)入現(xiàn)在的生物制藥行業(yè)后必備的技能。

經(jīng)過對4屆學(xué)生的觀察,發(fā)現(xiàn)貫穿在整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中的電泳技術(shù),學(xué)生經(jīng)過數(shù)次的練習(xí),在學(xué)期結(jié)束時(shí)對垂直電泳技術(shù)掌握的熟練程度遠(yuǎn)比傳統(tǒng)的教學(xué)產(chǎn)生的教學(xué)效果好得多。

2.2 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

項(xiàng)目6設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)同時(shí)也是開放性實(shí)驗(yàn),是考核的重點(diǎn)內(nèi)容。給定選題范圍為“選取一種能夠從土壤或環(huán)境中分離得到的天然蛋白酶,要求學(xué)生查閱蛋白質(zhì)分離純化的相關(guān)資料,分離純化得到該種酶,并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測定酶的活力”。由學(xué)生自行選擇項(xiàng)目主題,通過文獻(xiàn)資料的查閱總結(jié),擬訂實(shí)驗(yàn)方案、選定儀器設(shè)備,經(jīng)過小組匯報(bào)、討論方案的不足,教師在這個(gè)過程提供必要的指導(dǎo)與幫助,最后完善方案并予以實(shí)施?？紤]到綜合性大實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目操作完成的連續(xù)性及時(shí)間的持久性,實(shí)驗(yàn)室全天候開放,學(xué)生隨時(shí)可以進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn),自由安排時(shí)間,只要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)上交論文即可。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)不僅局限于教材和課堂上,引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)常利用網(wǎng)上資源進(jìn)行學(xué)習(xí),拓寬知識(shí)面,不斷更新知識(shí)、了解研究前沿,把最新研究進(jìn)展及時(shí)納入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在這個(gè)模式下學(xué)生能夠積極主動(dòng)地獲取知識(shí),從選題、方案設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施和結(jié)果的分析論證,加深了理論學(xué)習(xí)、培養(yǎng)了創(chuàng)新意識(shí),有助于提高學(xué)生的操作能力、思維能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、分析解決問題的能力、資料處理以及論文撰寫等能力,同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的合作精神和合作意識(shí)。

3 成績考核方式的改革

成績考核彈性化,分為2部分進(jìn)行:第一部分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)考核,考核指標(biāo)常規(guī)化,包括課堂表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫,重點(diǎn)是對結(jié)果部分的描述與分析；第二部分為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施以及論文的撰寫,這是考核的重中之重,具體評價(jià)指標(biāo)如表2所示。

表2 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)成績評價(jià)指標(biāo)

在這種考核方式下,學(xué)生既鍛煉了科學(xué)的思維能力、動(dòng)手能力,也使學(xué)生的協(xié)作能力得到大幅度的提升,而最后通過撰寫論文,又鍛煉了學(xué)生的科技論文寫作能力。從最后的效果來看,大部分學(xué)生均能按照要求完成,而部分學(xué)生甚至表現(xiàn)出了很高的水平,為以后的課程的開展打下了很好的基礎(chǔ)。

4 建立有效的實(shí)習(xí)基地

教師積極地與本地醫(yī)藥企業(yè)聯(lián)系,建立合作關(guān)系,定期安排學(xué)生去相關(guān)醫(yī)藥企業(yè)參觀,進(jìn)行實(shí)地見習(xí),讓學(xué)生了解生物化學(xué)技術(shù)這門課程與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系,使學(xué)生心中對自己所學(xué)知識(shí)有明確的定向,同時(shí)開拓學(xué)生的知識(shí)視野,有效地培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)課程的喜愛。

5 教學(xué)效果

學(xué)生經(jīng)過在綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)部分對基礎(chǔ)操作的訓(xùn)練、思維方式的引導(dǎo)、寫作能力的強(qiáng)化,在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出了較高的素質(zhì),其中代表性的選題如表3所示,學(xué)生不僅綜合運(yùn)用了生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)的手段,同時(shí)也與微生物學(xué)結(jié)合起來,不僅夯實(shí)了生物化學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí),同時(shí)養(yǎng)成了大學(xué)科意識(shí),形成了獨(dú)立的工作能力和創(chuàng)新能力。

表3 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)代表項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)表

通過該改革方案的有效實(shí)施,學(xué)生不再局限于書本上知識(shí)的掌握,有效地使理論與實(shí)踐相結(jié)合,加強(qiáng)了知識(shí)的接受效果,在實(shí)驗(yàn)過程中,既是對理論知識(shí)的驗(yàn)證和復(fù)習(xí),也很好地鍛煉了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力。同時(shí),將生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的順序進(jìn)行合理的排布有利于學(xué)生對學(xué)科知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的掌握,建立由淺入深的知識(shí)網(wǎng)絡(luò),并且最后進(jìn)行的設(shè)計(jì)性綜合大實(shí)驗(yàn)充分發(fā)揮了學(xué)生的能動(dòng)性,鍛煉了學(xué)生的多種學(xué)習(xí)能力,使學(xué)生再一次對知識(shí)進(jìn)行了強(qiáng)化,不至于在課程結(jié)束后將生物化學(xué)技術(shù)的理論知識(shí)遺忘[8-9]。并且,設(shè)置的開放性實(shí)驗(yàn)室,讓教學(xué)不再局限于傳統(tǒng)的課堂上,而是延伸到課外,也可以滿足對實(shí)驗(yàn)有興趣的學(xué)生的教學(xué)需求[10]。在實(shí)習(xí)基地見習(xí)時(shí),由專業(yè)的工程技術(shù)人員指導(dǎo),使學(xué)生對自己所學(xué)的專業(yè)有了一個(gè)定性的認(rèn)識(shí),便于學(xué)生規(guī)劃自己未來的職業(yè)領(lǐng)域[11]。

6 結(jié)語

生物化學(xué)作為生命科學(xué)的前沿學(xué)科,與分子生物學(xué)、基因工程都有密不可分的關(guān)系,學(xué)好生物化學(xué)的基本技術(shù)的重要性不言而喻。經(jīng)過集綜合性、應(yīng)用性、研究性為一體的綜合性大實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng),學(xué)生的積極性、主動(dòng)性均得到極大的調(diào)動(dòng),知識(shí)面得到了拓展,創(chuàng)新能力有所提高。目前我們僅在生物技術(shù)專業(yè)進(jìn)行了實(shí)施,教學(xué)效果良好,接下來將探索在生物科學(xué)專業(yè)實(shí)施的可行性,更加完善生物化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)[12]。

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Teaching reform on biochemistry comprehensive experiment and its evaluation methods

Xu Zhixia, Li Yanhua, Yang Yong, Huang Xunyin, Wang Ruiping, Zhang Wenfei

(College of Life Sciences, Hainan Normal University, Haikou 571158, China)

In order to improve the undergraduate experimental teaching of biochemistry and enhance the students’ comprehensive innovative and practical ability, the exploration is carried out on the teaching reform on the biochemistry experiment of the Biotechnology major through the improvement of the experimental materials, the arrangement of the comprehensive experimental projects, the establishment of the designing and opening experiments, the improvement of the examination methods, etc. Through the observation of the four years’ teaching effect, the results show that the students can systematically master the protein extraction, the separation and purification, the electrophoresis and the identification technique, and carry out the open designing experiments well. The student’s operation, experimental design, analysis, problem solving, data processing and thesis writing abilities are greatly improved, and the satisfactory teaching effect is achieved.

biochemistry; comprehensive experiment; designing experiment

G642.0

: A

: 1002-4956(2017)09-0198-03

2017-03-24修改日期:2017-05-08

徐志霞(1985—),女,山東青島,碩士,實(shí)驗(yàn)師,研究方向?yàn)樯锘瘜W(xué)與分子生物學(xué)

E-mail:shanshizhixia@163.com

10.16791/j.cnki.sjg.2017.09.050