專題化組合式生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革探索

阮海華, 孟 丹, 王素英

(天津商業(yè)大學(xué) 生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院, 天津 300134)

生物化學(xué)是研究生物體內(nèi)化學(xué)分子與化學(xué)反應(yīng)的科學(xué)。其主要研究?jī)?nèi)容為：生物體的分子結(jié)構(gòu)與功能、物質(zhì)的代謝與調(diào)節(jié)，以及遺傳信息傳遞的分子基礎(chǔ)與調(diào)控的規(guī)律，從分子水平探討和揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)[1]，是生物類、農(nóng)林類、食品科學(xué)類以及醫(yī)學(xué)類學(xué)科專業(yè)學(xué)生必修的重點(diǎn)專業(yè)基礎(chǔ)課程。我校作為地方普通本科院校，以“主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)需求，培養(yǎng)商學(xué)素養(yǎng)與專業(yè)能力結(jié)合、知識(shí)學(xué)習(xí)與實(shí)踐能力并重、誠(chéng)信做人與創(chuàng)新能力兼?zhèn)涞膹?fù)合型創(chuàng)業(yè)型應(yīng)用人才”為己任，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題的能力，旨在為社會(huì)輸送復(fù)合型創(chuàng)業(yè)型的應(yīng)用人才[2]。生物化學(xué)課程是我院食品科學(xué)、食品質(zhì)量與安全、生物工程、生物技術(shù)、制藥工程、藥事管理共計(jì)6個(gè)本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，長(zhǎng)期以來(lái)的定位是為專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。本課程采用理論教學(xué)以課堂講授為主，實(shí)驗(yàn)教學(xué)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式[3]。由于傳統(tǒng)的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與理論教學(xué)契合度不夠，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容松散，不同實(shí)驗(yàn)間缺乏連續(xù)性等弱點(diǎn)[4]，導(dǎo)致學(xué)生從實(shí)驗(yàn)教學(xué)中獲得的知識(shí)比較分散，削弱了實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)理論教學(xué)的實(shí)踐和反哺作用。為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)高等教育提出的“培養(yǎng)具有創(chuàng)新型的應(yīng)用型復(fù)合型人才，提高學(xué)生的理論知識(shí)水平和科學(xué)實(shí)踐應(yīng)用能力”[5]的目標(biāo)，我院生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用專題化組合式教學(xué)模式，以酵母蔗糖酶作為實(shí)驗(yàn)材料，開展多維度實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，旨在提高學(xué)生對(duì)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)效果，進(jìn)而促進(jìn)生物化學(xué)理論的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐—理論—再實(shí)踐的循環(huán)學(xué)習(xí)模式，推動(dòng)培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的應(yīng)用型復(fù)合型人才目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，并為同類課程教學(xué)內(nèi)容改革提供借鑒。

1 專題化組合式生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

專題化組合式教學(xué)模式是一種針對(duì)教學(xué)對(duì)象的層次和特點(diǎn)，按照教學(xué)目標(biāo)，把課堂教學(xué)內(nèi)容和其他教學(xué)內(nèi)容劃分為若干有機(jī)聯(lián)系而又相對(duì)獨(dú)立的專題，然后再把它們組合成完整的教學(xué)內(nèi)容體系，并以多樣化的教學(xué)方法加以實(shí)施新的教學(xué)模式[6]。

傳統(tǒng)的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)如表1所示，每個(gè)實(shí)驗(yàn)均能夠讓學(xué)生掌握所對(duì)應(yīng)的生物化學(xué)原理和技術(shù)方法，但局限性是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏單一，不同的實(shí)驗(yàn)間缺乏關(guān)聯(lián)，未能有效通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)地將獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)連成線甚至形成面，影響學(xué)習(xí)效果?；诖?，我們將專題化組合式模式應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)(表1)，在課時(shí)不變的前提下，圍繞酵母蔗糖酶為同一實(shí)驗(yàn)對(duì)象，設(shè)計(jì)8個(gè)實(shí)驗(yàn)，圍繞同一實(shí)驗(yàn)主體從多個(gè)角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，注重分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的縱向比較及其所代表的生物學(xué)意義。讓學(xué)生更加深入地理解實(shí)驗(yàn)的原理、操作步驟及其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，建立多維度知識(shí)體系，強(qiáng)化生物化學(xué)理論的學(xué)習(xí)效果。

另外，我們將兩例科研成果轉(zhuǎn)化到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。例如，實(shí)驗(yàn)6中利用化學(xué)方法(海藻酸鈉和氯化鈣)固定酵母細(xì)胞制作微球，將酵母限制在一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行活躍的、特有的催化作用，該實(shí)驗(yàn)屬于可回收并可長(zhǎng)時(shí)間使用的一種酶的固定化技術(shù)[7]。酶的固定化技術(shù)已經(jīng)成為酶工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中的重要研究方向[8]。該實(shí)驗(yàn)制作了肉眼可見的固定化微球，具有操作簡(jiǎn)便、直觀、學(xué)生體驗(yàn)性強(qiáng)的特點(diǎn)，使學(xué)生更加深刻地體會(huì)到酶固定化技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中的價(jià)值，實(shí)驗(yàn)8明顯增加了難度，注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，即利用科研中已經(jīng)獲得的重組質(zhì)粒作為實(shí)驗(yàn)材料[9]，該重組質(zhì)粒為酵母表達(dá)質(zhì)粒pRS316連接酵母蔗糖酶(Invertase，GenBank: CAA87030.1)編碼基因及其上游400 bp包括啟動(dòng)子在內(nèi)的DNA序列。以該重組質(zhì)粒為基礎(chǔ)，首先利用定點(diǎn)突變的方法獲得一個(gè)啟動(dòng)子能力顯著減弱的啟動(dòng)子突變體重組質(zhì)粒[10]，然后分別將野生型以及突變的重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)入蔗糖酶缺陷型酵母中，獲得具有兩種(野生型以及突變子)啟動(dòng)子活性的酵母。利用實(shí)驗(yàn)4中的活力測(cè)定方法檢測(cè)兩種不同啟動(dòng)子下酵母蔗糖酶活力的差異，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析學(xué)習(xí)啟動(dòng)子活性對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的影響，了解啟動(dòng)子的強(qiáng)弱及其生物學(xué)意義。

表1 專題化組合式生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

2 專題化組合式生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的優(yōu)勢(shì)

專題化組合式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)(圖1)涵蓋了生物化學(xué)理論教學(xué)中的蛋白質(zhì)化學(xué)、酶學(xué)、核酸的化學(xué)與基因的表達(dá)調(diào)控等3大模塊的內(nèi)容。每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，各實(shí)驗(yàn)間緊密關(guān)聯(lián)，以酵母蔗糖酶為同一研究對(duì)象，從蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與組成、酶學(xué)以及基因等多個(gè)維度對(duì)其進(jìn)行研究，以此培養(yǎng)學(xué)生對(duì)生物大分子進(jìn)行立體化學(xué)習(xí)的思維模式，幫助學(xué)生建立更加系統(tǒng)化的知識(shí)體系，強(qiáng)化記憶效果。更重要的是讓學(xué)生掌握從研究目標(biāo)出發(fā)將生物化學(xué)中繁雜并瑣碎的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，找到解決核心問(wèn)題的思路和方法，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維和科學(xué)創(chuàng)新能力，并為生物相關(guān)學(xué)科的學(xué)習(xí)提供一種新的學(xué)習(xí)技巧，符合目前國(guó)內(nèi)外高等教育改革和內(nèi)涵式發(fā)展的核心目標(biāo)。

圖1 專題化組合式生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式圖

專題化組合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革：1)按需施教，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的針對(duì)性和適用性。根據(jù)我校的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)生特點(diǎn)以及我院對(duì)于食品科學(xué)與發(fā)酵工程的學(xué)科建設(shè)方向，采用酵母蔗糖酶作為研究目標(biāo)，該實(shí)驗(yàn)材料容易獲得且屬于廣泛應(yīng)用于食品與發(fā)酵領(lǐng)域的微生物。2)學(xué)用結(jié)合，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效果。3)師生互動(dòng)，調(diào)動(dòng)教與學(xué)的積極性。它一方面要求教師必須潛心鉆研生物化學(xué)中理論與實(shí)踐之間的關(guān)系，掌握生物化學(xué)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)而調(diào)動(dòng)教師教學(xué)的積極性；另一方面通過(guò)實(shí)驗(yàn)之間的相互聯(lián)系推動(dòng)學(xué)生的思考，使得學(xué)生需要跟老師探討的內(nèi)容變得更多，強(qiáng)化師生間的互動(dòng)。通過(guò)課前預(yù)習(xí)、對(duì)不同實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)間的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、課堂討論以及課后討論等環(huán)節(jié)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，訓(xùn)練學(xué)生分析和思考每個(gè)實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)間的科學(xué)問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際科學(xué)問(wèn)題的思維方式。

3 專題化組合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的考核方式

考核方法主要包括兩個(gè)方面：一方面，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行專題討論，每組學(xué)生需要提前準(zhǔn)備發(fā)言提綱，探討實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，除了在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析之外，同時(shí)要對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果展開討論。除了討論本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還要討論與前面相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)討論的優(yōu)劣程度決定實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分的成績(jī)。另一方面，在期末考試中以理論加實(shí)驗(yàn)的綜合題形式考核學(xué)生對(duì)生物化學(xué)課程的學(xué)習(xí)程度。改變以往那種死記硬背的考試方法, 而注重考核學(xué)生運(yùn)用基本理論和基本方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生理解、掌握和運(yùn)用理論知識(shí)的重要途徑。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一點(diǎn)一滴不斷滲透，可以培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。生物化學(xué)作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，將專題化組合式的教學(xué)模式應(yīng)用于其實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以使老師在傳授知識(shí)的過(guò)程中做到研究目標(biāo)清晰，教學(xué)內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，激發(fā)學(xué)生思考，提高實(shí)驗(yàn)課程的質(zhì)量。在教學(xué)改革的實(shí)踐過(guò)程中，通過(guò)追蹤調(diào)查和學(xué)生的反饋意見來(lái)觀察教學(xué)改革的效果，并對(duì)相應(yīng)的環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，更好地為人才培養(yǎng)服務(wù)。