基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

張國(guó)慶 劉悅萍 趙曉萌 卜春亞 王文平 黃體冉 張婧

摘要：生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)是生物專業(yè)主干實(shí)驗(yàn)課程，也是培養(yǎng)專業(yè)興趣和創(chuàng)新能力的入門課程。對(duì)生物專業(yè)生物化學(xué)課程開展了持續(xù)的教學(xué)改革與實(shí)踐，優(yōu)化課程體系，改進(jìn)考核方式，密切結(jié)合學(xué)科競(jìng)賽，著力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力，取得了良好的實(shí)踐效果，為實(shí)現(xiàn)學(xué)院的“具有創(chuàng)新能力的應(yīng)用型復(fù)合型人才”培養(yǎng)目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新能力；課程體系；學(xué)科競(jìng)賽

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）14-0153-02

一、教學(xué)改革的必要性

（一）課程設(shè)置需求

生物化學(xué)是一門不斷發(fā)展更新的科學(xué)，新理論、新方法、新技能不斷涌現(xiàn)，生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程必須不斷改革優(yōu)化，以適應(yīng)學(xué)科的飛速發(fā)展。如在我校2011版培養(yǎng)方案中，蛋白質(zhì)的等點(diǎn)聚焦電泳技術(shù)曾經(jīng)入選我校生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，能夠讓學(xué)生很好地學(xué)習(xí)到蛋白質(zhì)的電泳、等電點(diǎn)等特性，但隨著雙向電泳技術(shù)的普及，該實(shí)驗(yàn)日漸落后而被取消。另一方面，課時(shí)被壓縮是幾乎所有課程的總體趨勢(shì)，倒逼實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的精選和優(yōu)選。

（二）學(xué)生培養(yǎng)需求

在我校2016版培養(yǎng)方案中，培養(yǎng)目標(biāo)突出復(fù)合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，創(chuàng)新能力是人才質(zhì)量的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生培養(yǎng)采用“3+1”培養(yǎng)模式，即3年的校內(nèi)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)、1年的校外實(shí)踐環(huán)節(jié)。校外實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)接科研院所、企事業(yè)單位，要求實(shí)習(xí)學(xué)生具有良好實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)，能夠勝任理化分析測(cè)定、蛋白質(zhì)電泳技術(shù)、核酸技術(shù)等實(shí)驗(yàn)操作。生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為生物專業(yè)基礎(chǔ)主干課程實(shí)驗(yàn)，必須在依據(jù)課程設(shè)置的基礎(chǔ)上，充分考慮校外實(shí)踐環(huán)節(jié)中對(duì)生化相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能的需求。

（三）社會(huì)需求

生物產(chǎn)業(yè)是21世紀(jì)最重要的創(chuàng)新技術(shù)集群之一，在引領(lǐng)未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中占據(jù)著戰(zhàn)略性地位日，也是北京“科技創(chuàng)新中心”的重要體現(xiàn)。北京地區(qū)云集著眾多世界級(jí)、國(guó)家級(jí)生物、食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)保領(lǐng)域企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)，用人單位的專業(yè)技術(shù)需求是生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的重要?jiǎng)恿χ弧?/p>

二、教學(xué)改革的具體實(shí)踐

（一）密切結(jié)合理論教學(xué)，優(yōu)化課程體系建設(shè)

糖、氨基酸、蛋白質(zhì)、酶學(xué)等是生物化學(xué)的核心章節(jié)，與其配套的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系的首選，也是生物產(chǎn)業(yè)相關(guān)用人單位重要技術(shù)需求。在2011和2016版培養(yǎng)方案執(zhí)行期間，我們不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容。淘汰技術(shù)相對(duì)落后的等點(diǎn)聚焦電泳，更換為經(jīng)典并廣泛應(yīng)用的重要實(shí)驗(yàn)SDS-PAGE，充分體現(xiàn)蛋白質(zhì)分子量大小、帶電量、分子性狀、亞基組成等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)改革過(guò)程中，也曾經(jīng)引入酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）。該實(shí)驗(yàn)雖然能夠體現(xiàn)免疫蛋白特性，在眾多酶制劑企業(yè)廣泛使用，但ELISA實(shí)驗(yàn)過(guò)程相對(duì)比較復(fù)雜，有較高難度，用于二年級(jí)學(xué)生失敗率較高，故而舍去。另外，由于分子生物學(xué)及其實(shí)驗(yàn)，也是生物專業(yè)主干課程，考慮到課程銜接和避免重復(fù)問(wèn)題，生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系中，沒有涉及核酸分離提取、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

（二）密切結(jié)合課程考核，強(qiáng)化動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維

科學(xué)合理的考核體系是檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要途徑。實(shí)驗(yàn)類課程考核往往包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課堂提問(wèn)、平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)操作考試和筆試等內(nèi)容。我校生物專業(yè)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程考核注重對(duì)基本實(shí)驗(yàn)原理、技能掌握水平和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，主要考核指標(biāo)包括：實(shí)驗(yàn)報(bào)告（30%）、課堂提問(wèn)（20%）、閉卷考試（40%）和平時(shí)成績(jī)（10%）。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求必須手寫，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)材料與儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)分析。注重實(shí)驗(yàn)分析中對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的歸納總結(jié)和問(wèn)題分析，同時(shí)嚴(yán)格杜絕抄襲實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的行為。課堂提問(wèn)環(huán)節(jié)，取代以往撰寫預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的做法，采用翻轉(zhuǎn)課堂的互動(dòng)方式，由每組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)課開始時(shí)講解實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟、注意事項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中演示實(shí)驗(yàn)基本操作，下一次實(shí)驗(yàn)開始前回顧上次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。課堂提問(wèn)和閉卷考試環(huán)節(jié)中的實(shí)驗(yàn)分析和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生自主思考習(xí)慣的養(yǎng)成和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，起到了非常積極的效果。

（三）密切結(jié)合學(xué)科競(jìng)賽，強(qiáng)化創(chuàng)新能力培養(yǎng)

學(xué)科競(jìng)賽是大學(xué)生第二課堂的重要組成部分，是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要平臺(tái)，能夠激發(fā)學(xué)生專業(yè)興趣和創(chuàng)新潛力，培養(yǎng)學(xué)生自主思考、開拓進(jìn)取的創(chuàng)新精神。我校生物類學(xué)科競(jìng)賽主要有“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、“創(chuàng)青春”首都大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽、北京市大學(xué)生生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽等，并由北京農(nóng)學(xué)院本科生科研訓(xùn)練項(xiàng)目給予一定經(jīng)費(fèi)支持。生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能是生物類學(xué)科競(jìng)賽的技術(shù)支撐，如重要功能酶的分離純化、酶活測(cè)定、環(huán)境污染物測(cè)定等，都是作為參加“挑戰(zhàn)杯”等競(jìng)賽非常適合的研究?jī)?nèi)容。通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程，引導(dǎo)同學(xué)們開展頭腦風(fēng)暴，如何利用掌握的蛋白質(zhì)純化方法和原理，對(duì)未知樣品進(jìn)行分離純化，比如用于化妝品行業(yè)的木瓜蛋白酶、用于醫(yī)藥行業(yè)的伴刀豆凝集素等。引導(dǎo)同學(xué)們挖掘興趣課題、查閱文獻(xiàn)，選擇對(duì)口的學(xué)科競(jìng)賽導(dǎo)師，開展實(shí)驗(yàn)研究、撰寫研究報(bào)告、參加學(xué)科競(jìng)賽。通過(guò)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)和學(xué)科競(jìng)賽的結(jié)合，極大拓展了課程基本內(nèi)容，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)了創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

三、教學(xué)改革的成效

在2011版和2016版本科生培養(yǎng)方案執(zhí)行期間，生物化學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)不斷改革和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程體系，并連續(xù)在生物專業(yè)實(shí)踐超過(guò)8年，取得了良好的教學(xué)效果，啟發(fā)了學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感和研究興趣，提升了學(xué)生的專業(yè)基本操作能力，在“挑戰(zhàn)杯”等重要賽事中不斷取得好成績(jī)，專業(yè)實(shí)習(xí)基地和用人單位信息反饋表明，學(xué)生實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)技能扎實(shí)、能靈活運(yùn)用。

生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革最直觀的效果之一就是，實(shí)驗(yàn)課任課老師是每年本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)填報(bào)的熱門導(dǎo)師，并且報(bào)名者尤以實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力強(qiáng)、勤于思考的學(xué)生為多，充分說(shuō)明了課程提高的生物專業(yè)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同和科研興趣。在2013年至今的三屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中，生物專業(yè)學(xué)生團(tuán)隊(duì)累計(jì)獲得特等獎(jiǎng)1項(xiàng)、一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，分別實(shí)現(xiàn)了我校學(xué)生在該賽事特等獎(jiǎng)、一等獎(jiǎng)獎(jiǎng)項(xiàng)零的突破。更值得一提的是，相關(guān)獎(jiǎng)項(xiàng)均由生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)任課教師指導(dǎo)下完成。2014級(jí)寧英杰同學(xué)團(tuán)隊(duì)，以野生真菌粉褶白環(huán)菇（Leucoagaricus naucinus）LAC-04菌株為材料，利用生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中蛋白質(zhì)分離純化相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，采用離子交換層析、凝膠過(guò)濾層析等手段，獲得純化的環(huán)柄菇漆酶，開展酶學(xué)特性、農(nóng)藥和染料降解應(yīng)用研究，撰寫并發(fā)表研究論文，最終獲得2017年度“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。該研究項(xiàng)目從研究思路到實(shí)驗(yàn)技術(shù)均與生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)技能高度契合，充分體現(xiàn)了學(xué)以致用和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

四、結(jié)束語(yǔ)

生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅僅是生物專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，也是引導(dǎo)同學(xué)們步入科研生涯的領(lǐng)航課程，擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)基本實(shí)驗(yàn)技能和專業(yè)研究興趣的雙重作用。不斷開展生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革，優(yōu)化內(nèi)容設(shè)置和考核方式，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)專業(yè)基本原理和實(shí)驗(yàn)操作的掌握，引導(dǎo)學(xué)生開展創(chuàng)新性思考和實(shí)踐，積極參與專業(yè)學(xué)期競(jìng)賽，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的應(yīng)用型復(fù)合型人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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