課題式大實驗在生物化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用探索

張信娣 金葉飛

(紹興文理學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 紹興 312000)

生物化學(xué)是生物科學(xué)專業(yè)的核心課程，生物化學(xué)實驗是其重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。實驗教學(xué)在應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系中具有無可替代的作用[1-2]。

原有的生物化學(xué)教學(xué)過程中，實驗部分由多個獨立的小實驗組成，每個實驗內(nèi)容單一，各實驗之間基本無關(guān)聯(lián)，主要目的就是學(xué)習(xí)某種實驗方法，學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書按部就班進(jìn)行，始終處于被動狀態(tài)，基本沒有主動思考過程，缺乏主動性和創(chuàng)造性。學(xué)生被動接受的僅限于一些書面知識，即英國著名物理化學(xué)家和思想家波蘭尼提出的顯性知識，而實際上學(xué)生對緘默知識(隱性知識)的形成是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的核心素質(zhì)。比如，直覺、感悟、體驗、洞察力、技能、經(jīng)驗、價值觀等等。所有的顯性知識根源于緘默知識，緘默知識積累充足時便轉(zhuǎn)化為顯性知識，產(chǎn)生社會價值[3]。本教學(xué)改革的主要目的就是要把學(xué)生的被動式接受性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃邮窖芯啃詫W(xué)習(xí)，以積累學(xué)生的緘默知識體系，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。

在新生物化學(xué)實驗教學(xué)模式中，采取實驗?zāi)K化，形成課題式探究性大實驗，如表1所示，實驗內(nèi)容涵蓋蛋白質(zhì)、酶、糖、核酸等，實驗技術(shù)包括定量測定、分離、純化、電泳、層析等。

表1 生物化學(xué)實驗?zāi)K和研究課題

課題式探究性大實驗把傳統(tǒng)的被動式接受性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)檠芯啃詫W(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生對知識的綜合運用和分析問題解決問題的能力，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，拓展學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性和挑戰(zhàn)性。教師在整個教學(xué)過程中起到設(shè)計、組織、引導(dǎo)、管理的作用。

在課題式大實驗教學(xué)中，采取學(xué)生自主設(shè)計實驗、線上線下結(jié)合、小論文形式提交實驗報告等方式，提高教學(xué)效果。

一、學(xué)生自主設(shè)計實驗

學(xué)生在積累一定知識的基礎(chǔ)上提出自己的設(shè)想，并通過實驗進(jìn)行探索和發(fā)現(xiàn)，最終得出結(jié)論，這樣一個過程鍛煉培養(yǎng)了學(xué)生分析問題解決問題的能力以及創(chuàng)新能力[4-5]。為此，本教學(xué)中選取部分貼近生活實際、有較強趣味性但不乏學(xué)術(shù)性的實驗作為學(xué)生自主設(shè)計性實驗，如“Vc對果蔬褐變的抑制作用”。先由教師提前布置實驗課題，以問題形式引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)資料進(jìn)行實驗設(shè)計，經(jīng)課前小組討論、線上師生討論后確定實驗方案，隨后在實驗室開展實驗。具體流程如圖1所示。

圖1 學(xué)生自主設(shè)計性實驗教學(xué)流程圖

二、線上線下混合式教學(xué)

利用“超星泛雅”網(wǎng)站和“學(xué)習(xí)通”軟件，在線上為學(xué)生提供教學(xué)PPT、動畫、視頻、習(xí)題等學(xué)習(xí)資料，以及相關(guān)實驗的文獻(xiàn)資料，教師設(shè)計制訂教學(xué)日歷、教學(xué)計劃、學(xué)習(xí)要求。學(xué)生線上學(xué)習(xí)基本在課堂外進(jìn)行。實驗前學(xué)習(xí)課件、視頻等內(nèi)容，完成教師設(shè)計的任務(wù)，了解實驗項目的目的意義、相關(guān)實驗理論和方法以及當(dāng)前相關(guān)研究進(jìn)展，按需要自主補充查閱文獻(xiàn)資料。某些實驗項目需要學(xué)生在完成課前預(yù)習(xí)后進(jìn)行自主設(shè)計。在實驗室課堂中穿插線上小練筆，以查找問題，鞏固知識。針對線上自學(xué)中一些突出的或普遍性問題在線下課堂中予以分析。實驗后完成實驗報告及一定量的線上任務(wù)。整個學(xué)習(xí)過程中貫穿線上線下相結(jié)合的生生互動和師生互動，包括課前課后的線上互動討論、線下小組討論、課堂的線下互動、線上練筆等。課程考核也是通過線上線下相結(jié)合的方式，具體從六方面進(jìn)行：線上學(xué)習(xí)完成度、實驗設(shè)計情況、線上互動活躍度、線上測試及線下的實驗操作、實驗報告，所占比例分別為5%、10%、5%、10%、30%、40%。具體教學(xué)過程如圖2所示。

圖2 線上線下混合式教學(xué)模式

通過線上線下的有機結(jié)合，學(xué)生可以不受時間、地點等限制進(jìn)行自主性學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)和交互式學(xué)習(xí)等，實現(xiàn)從教師教學(xué)為中心向以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心、從知識傳授為主向能力培養(yǎng)為主、從課堂學(xué)習(xí)為主向多種學(xué)習(xí)方式為主的轉(zhuǎn)變，由傳統(tǒng)的被動式接受性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃邮窖芯啃詫W(xué)習(xí)。教師在其中起主導(dǎo)作用，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，加強學(xué)生主動汲取知識的能力，積累學(xué)習(xí)經(jīng)驗。

三、小論文形式提交實驗報告

撰寫實驗報告是實驗教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)[6]。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)僅是一些分散的小實驗，實驗報告只是簡單羅列實驗內(nèi)容。在本次改革后，每一次實驗就是一次課題研究，每一份實驗報告都是一篇有材料有方法有結(jié)果的小論文。對實驗報告的撰寫作明確要求：以小論文的形式，包括題目、目的和原理、器材和試劑、實驗方法、結(jié)果與分析、討論、參考文獻(xiàn)等部分。其中實驗方法往往會隨實驗材料或條件的不同而作相應(yīng)改變，因此，強調(diào)學(xué)生要實事求是根據(jù)實際操作進(jìn)行記錄，以養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。討論是實驗報告的重點部分，要求每小組經(jīng)口頭討論后對實驗結(jié)果進(jìn)行深入分析、綜合歸納，并通過參閱文獻(xiàn)資料，進(jìn)行一定推理或比較分析。若出現(xiàn)意外的結(jié)果，則分析可能的原因。引用資料內(nèi)容需要標(biāo)注，并在文末列出參考文獻(xiàn)。規(guī)范實驗報告使學(xué)生養(yǎng)成實事求是的科研態(tài)度，提高綜合分析能力，培養(yǎng)實驗技能和科研創(chuàng)新素質(zhì)[7]。

四、教學(xué)改革實施效果

以2018級生物專業(yè)作為實驗班級進(jìn)行生物化學(xué)實驗教學(xué)改革，學(xué)期結(jié)束后以問卷調(diào)查形式對實驗班級及未實施改革的2017級對照班級調(diào)查改革效果，并比較兩個班級的實驗報告質(zhì)量、實驗理論測試成績、平時實驗操作成績等。

問卷由單選題及簡答題組成，單選題采用5點記分。調(diào)查內(nèi)容如表2所示。調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。

表2 教學(xué)改革效果問卷調(diào)查內(nèi)容

表3 教學(xué)改革效果問卷調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果

統(tǒng)計結(jié)果表明，經(jīng)教學(xué)改革，學(xué)生對該課程的興趣顯著提高，并且綜合能力得分顯著高于對照班級。在課程重要性、學(xué)習(xí)積極性和總體滿意度方面，兩個班級給予的分?jǐn)?shù)無顯著差異，但在課程重要性上均給了較高分?jǐn)?shù)，說明學(xué)生普遍意識到該課程知識對自身發(fā)展的作用。實驗班級有41%的學(xué)生認(rèn)為改革后最大的優(yōu)勢是鍛煉培養(yǎng)自己分析問題、解決問題的能力，15%的學(xué)生認(rèn)為最大的優(yōu)勢是大實驗形式更利于透徹理解掌握實驗技能。

實驗考核優(yōu)秀率統(tǒng)計從表4可以看出，實驗班的實驗報告、實驗操作、總評成績優(yōu)秀率分別達(dá)到56.7%、50.0%、60.0%，均明顯高于對照班級，實驗班級的線上測試優(yōu)秀率達(dá)73.3%，說明此番改革在加強操作技能、提高學(xué)生動手能力的同時鞏固了理論知識的理解和掌握。

表4 實驗考核各項成績優(yōu)秀率比較

五、結(jié)語

本教學(xué)改革以學(xué)生為主體，以提高專業(yè)素養(yǎng)、培養(yǎng)綜合實踐能力為目標(biāo)，為培養(yǎng)新世紀(jì)應(yīng)用型人才邁出重要一步。教學(xué)改革實踐表明,學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣明顯提高，分析問題和解決問題的能力顯著增強。教學(xué)改革是一項長期的任務(wù)，需要不斷努力探索，積累經(jīng)驗，提高自身專業(yè)水平和思想修養(yǎng)，構(gòu)建更合理的實踐教學(xué)體系和教學(xué)模式。