農(nóng)林院校生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革的探討

李 濤 徐玉芳 岳巖磊 劉 薇 姚 文

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 河南·鄭州 450002）

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是高等教育推行素質(zhì)培養(yǎng)的關(guān)鍵，是掌握當(dāng)代科學(xué)思維、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的重要一環(huán)[1]。堅(jiān)持推行加強(qiáng)理論與實(shí)踐教學(xué)融合的一體化平臺(tái)建設(shè)[2]，促進(jìn)我國高等教育進(jìn)入內(nèi)涵發(fā)展、質(zhì)量提升、改革攻堅(jiān)的新階段。然而，由于教學(xué)體系、組織安排、評(píng)價(jià)指標(biāo)等短板仍為新時(shí)期高等教育的綜合改革提出了巨大挑戰(zhàn)。作為實(shí)踐教學(xué)的重要組成，深化實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方案綜合改革，以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為主旨，構(gòu)架與理論教學(xué)互通的融合橋梁，建立科學(xué)的、符合國家戰(zhàn)略目標(biāo)的理論/實(shí)驗(yàn)交叉融合體系已勢在必行[2]。

生物化學(xué)是目前綜合、師范及農(nóng)林類院校多數(shù)專業(yè)的核心專業(yè)課，也是生命科學(xué)的重要基礎(chǔ)學(xué)科。其理論和技術(shù)已經(jīng)滲透到制藥、醫(yī)學(xué)和農(nóng)林的各個(gè)領(lǐng)域，加強(qiáng)學(xué)生的生物化學(xué)理論和技術(shù)知識(shí)是科研發(fā)展的需要。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是此課程體系的重要組成部分，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，加強(qiáng)對(duì)基本理論知識(shí)的理解至關(guān)重要。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)課程需具有自身的獨(dú)特性與獨(dú)立性[2]，成為讓同學(xué)們獲得活躍的科研思維、成熟的實(shí)驗(yàn)技能和靈活的實(shí)踐能力的重要途徑。但當(dāng)前大多院校生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)內(nèi)容設(shè)計(jì)與教學(xué)總體目標(biāo)匹配度較低，不能充分培養(yǎng)同學(xué)們的創(chuàng)新能力。同時(shí)還伴隨著學(xué)生人數(shù)多，教學(xué)設(shè)備同步滯后等客觀問題。筆者結(jié)合實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中存在的問題及不足，探討了實(shí)驗(yàn)課的教改措施。

1 生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的現(xiàn)狀及問題

1.1 課程內(nèi)容的滯后性

生物化學(xué)作為生物學(xué)科中的核心課程，內(nèi)容基本可分為三大部分：（1）生物分子的結(jié)構(gòu)、組成與功能；（2）細(xì)胞內(nèi)重要代謝通路的發(fā)生機(jī)制與調(diào)控；（3）遺傳信息的傳遞與表達(dá)調(diào)控?；跈C(jī)體內(nèi)主要生物大分子，尤其是核酸與蛋白的前沿研究領(lǐng)域發(fā)展迅速。然而，大部分農(nóng)林院校中基礎(chǔ)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容較為陳舊，與當(dāng)前研究領(lǐng)域熱點(diǎn)嚴(yán)重脫節(jié)，完全不能適應(yīng)當(dāng)今生物化學(xué)飛速發(fā)展的現(xiàn)狀[3]。造成這種局面主要有兩個(gè)方面：實(shí)驗(yàn)條件的限制和教學(xué)觀念、內(nèi)容組織的滯后。這就導(dǎo)致同學(xué)們無法及時(shí)了解行業(yè)學(xué)科內(nèi)最新發(fā)展與現(xiàn)狀，缺乏獲得快速捕捉行業(yè)熱點(diǎn)的洞察能力。

1.2 內(nèi)容組織缺乏系統(tǒng)性

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)缺乏系統(tǒng)性，實(shí)驗(yàn)方法呆板，不能在相關(guān)學(xué)科中滲透和應(yīng)用。生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺乏系統(tǒng)性，設(shè)計(jì)性及開發(fā)性的實(shí)驗(yàn)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)幾乎是單獨(dú)存在的，實(shí)驗(yàn)?zāi)K幾乎都是由實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、相關(guān)儀器、耗材、試劑及實(shí)驗(yàn)步驟等組成，學(xué)生只是機(jī)械的按照既定的步驟照著做，缺乏獨(dú)立思考及分析和解決問題的能力。同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)?zāi)K之間缺乏系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)度，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容顯得枯燥無味，無法充分激發(fā)同學(xué)們的興趣點(diǎn)，“抱著走”成為同學(xué)們做實(shí)驗(yàn)的普遍方式，最終造成“注入式”的教學(xué)結(jié)果。

1.3 不同專業(yè)學(xué)科針對(duì)性不強(qiáng)

農(nóng)林院校主要以農(nóng)科為主，但仍包含多個(gè)專業(yè)的教學(xué)目標(biāo)。不同學(xué)院、專業(yè)涉及領(lǐng)域差異較大，但當(dāng)前生物化學(xué)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊單一，缺乏多樣化，甚至不同專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完全一致，這與我國多樣化與專業(yè)化的人才培養(yǎng)目標(biāo)嚴(yán)重不符。單一的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可能無法完全涵蓋所有農(nóng)業(yè)院校相關(guān)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。由于與本專業(yè)的關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，同學(xué)們就無法在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中學(xué)到與本專業(yè)高度關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)技能，無法將生物化學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用到將來的工作中，導(dǎo)致理論、實(shí)踐到就業(yè)的雙重?cái)嗔选?/p>

1.4 缺乏創(chuàng)新性培養(yǎng)

新時(shí)代高等教育強(qiáng)調(diào)內(nèi)涵式教學(xué)，其中重要一點(diǎn)即為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。高等教育強(qiáng)調(diào)“學(xué)”與“想”，而不是“教”。這要求教師從“施教”至“導(dǎo)學(xué)”的角色轉(zhuǎn)變。多數(shù)院校生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容相對(duì)固化，距離“提出科學(xué)問題”到“如何解決科學(xué)問題”的內(nèi)涵教育相差甚遠(yuǎn)。流水賬似的實(shí)驗(yàn)課程造成課堂氛圍呆板，同學(xué)思維受到束縛，導(dǎo)致無心思考實(shí)驗(yàn)背后的根本原理及應(yīng)用范疇，這同時(shí)也是“應(yīng)試教育”的一大弊端體現(xiàn)。如何利用“啟發(fā)式”教學(xué)和多樣性的教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制，去除“教師中心法則”，真正做到培養(yǎng)同學(xué)們綜合判斷和科學(xué)問題的分析解決能力也是新時(shí)代高等教育面臨的一大挑戰(zhàn)。

2 生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教改措施

2.1 教師主觀思維中教學(xué)體系的改革

大多數(shù)高校的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式仍以老師為主導(dǎo)，學(xué)生只是按照擬定的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行，缺乏對(duì)學(xué)生思維和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。要真正實(shí)現(xiàn)開展生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，就需要在教師自身思維中展開教學(xué)體系改革。

2.1.1 應(yīng)用理論—實(shí)驗(yàn)一體化教學(xué)體系

理論與實(shí)驗(yàn)一體化教學(xué)是在借鑒“雙元制”教學(xué)模式基礎(chǔ)上發(fā)展出的一種創(chuàng)新教學(xué)模式。在理論課教學(xué)過程中，教師應(yīng)注重引導(dǎo)同學(xué)們的觀察、討論與設(shè)計(jì)能力，以此加深對(duì)理論知識(shí)的理解。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)問題解決方案的合理性，以及在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后隱藏的科學(xué)原理。例如：在講解“核酸的性質(zhì)”時(shí)，強(qiáng)調(diào)利用核酸的紫外吸收、變性復(fù)性等理化特點(diǎn)，如何進(jìn)行核酸的提取和檢測，然后在實(shí)驗(yàn)課中進(jìn)行實(shí)踐，真正做到理論與實(shí)踐的有機(jī)融合。其次，在理論教學(xué)過程中，應(yīng)加強(qiáng)高新技術(shù)及熱點(diǎn)研究問題的拓展教學(xué)，在向?qū)W生講解具體科學(xué)研究中如何利用所學(xué)內(nèi)容解決科學(xué)問題，及解決科學(xué)問題用到的實(shí)驗(yàn)技術(shù)的同時(shí)，引導(dǎo)同學(xué)們主動(dòng)思考“利用最新科研手段能夠解決什么樣的經(jīng)典科學(xué)問題？”，或者“這項(xiàng)研究成果中為何利用這樣的實(shí)驗(yàn)手段解決目標(biāo)科學(xué)問題？”。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)理論知識(shí)自主的設(shè)計(jì)和操作實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新及思維能力。

2.1.2 實(shí)施開放性成績評(píng)估

實(shí)驗(yàn)課程學(xué)生成績的評(píng)價(jià)體系也需改變。當(dāng)前高等教育中，“考試”往往是同學(xué)們最為關(guān)注的教學(xué)評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)。這種“應(yīng)試教育”中的功利色彩對(duì)實(shí)踐教學(xué)模塊更為有害。所有上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中內(nèi)容幾乎完全雷同，完全達(dá)不到創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。在考核形式中，應(yīng)加入對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及過程的理解考核與開放性思考指標(biāo)，而不應(yīng)以實(shí)驗(yàn)得到結(jié)果的正確與否作為判斷條件。譬如：在“PCR擴(kuò)增目標(biāo)基因及瓊脂糖凝膠檢測”實(shí)驗(yàn)中，增加自主設(shè)計(jì)擴(kuò)增引物、評(píng)估引物可用性的環(huán)節(jié)，并通過電泳檢測成功與否判斷在實(shí)驗(yàn)流程中的問題所在。教師可根據(jù)同學(xué)們的最終反饋?zhàn)鳛槌煽冊u(píng)價(jià)指標(biāo)，從而了解同學(xué)們對(duì)該實(shí)驗(yàn)的理解狀態(tài)，進(jìn)一步調(diào)整相關(guān)理論教學(xué)方案，并可結(jié)合“反轉(zhuǎn)式教學(xué)模式”開展專題討論，增強(qiáng)同學(xué)們“學(xué)”與“想”的自主能力，促進(jìn)培養(yǎng)思維創(chuàng)新型。

2.1.3 重視批判式思維培養(yǎng)

“批判”是創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ)。批判性思維無論在認(rèn)識(shí)科學(xué)的理論模型，哲學(xué)概念的分析技巧，乃至對(duì)邏輯謬誤的判斷上，都是考察“假設(shè)”真?zhèn)?，并進(jìn)一步做出恰當(dāng)且不缺創(chuàng)新的明智決策與行動(dòng)的思想淵源[3]。研究表明，批判性思維對(duì)同學(xué)們創(chuàng)造力影響顯著，信息評(píng)估和利用通過批判性思維的中介效應(yīng)能進(jìn)一步促進(jìn)創(chuàng)造力。基于如此，多數(shù)高校生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系均缺乏批判性教學(xué)引導(dǎo)。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師應(yīng)先引導(dǎo)性的使同學(xué)們對(duì)理論的成立產(chǎn)生疑惑，然后根據(jù)問題進(jìn)行針對(duì)性的分析，揭示和掌握實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的本質(zhì)，推動(dòng)同學(xué)們認(rèn)知深層次的理解。例如：在SDS-PAGE分離蛋白實(shí)驗(yàn)中，首先拋出問題“SDS在該實(shí)驗(yàn)中的作用是什么？不加入SDS就不能根據(jù)分子量對(duì)蛋白進(jìn)行分離了嗎？”。之后，在基本實(shí)驗(yàn)流程不變的前提下進(jìn)行調(diào)整，一組同學(xué)進(jìn)行正常的SDS-PAGE，另一組同學(xué)在電泳過程中去除SDS，最終形成對(duì)照性的結(jié)果。在質(zhì)疑的過程中，同學(xué)們會(huì)在頭腦中形成拓展性的形象思維、邏輯思維。實(shí)際上，類似的問題創(chuàng)設(shè)所激發(fā)的創(chuàng)造性思維有利于同學(xué)們在將來的相關(guān)工作中開展問題的深入與難點(diǎn)的破解。

2.2 根據(jù)教學(xué)目標(biāo)及客觀條件優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)

2.2.1 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)與系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合

生物化學(xué)是一門系統(tǒng)性很強(qiáng)的學(xué)科。作為生物學(xué)其他專業(yè)課的基礎(chǔ)，一般在大二開設(shè)。在生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)同時(shí)注重內(nèi)容的基礎(chǔ)性與系統(tǒng)性。建議可將整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為兩大模塊：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)與系統(tǒng)創(chuàng)新性培養(yǎng)?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)?zāi)壳耙演^為成熟，主要涉及生物化學(xué)生物大分子的提取、特性鑒定，主要旨在鍛煉同學(xué)們基礎(chǔ)的生化操作，了解基本實(shí)驗(yàn)流程，是進(jìn)一步培養(yǎng)創(chuàng)新型思維的基礎(chǔ)。

而系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)?zāi)K的設(shè)計(jì)與改革，問題在于如何將基礎(chǔ)性的理論與實(shí)驗(yàn)串聯(lián)起來，結(jié)合教師的主觀引導(dǎo)性教學(xué)，培養(yǎng)同學(xué)們的創(chuàng)造性思維。首先，系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)?zāi)K需要串聯(lián)性的設(shè)計(jì)思路，根據(jù)理論教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，將生物化學(xué)各個(gè)章節(jié)有機(jī)的結(jié)合在一起，達(dá)到強(qiáng)化理論的目的。例如：設(shè)計(jì)“**酶的原核異源表達(dá)及活性檢測”實(shí)驗(yàn)，包含載體構(gòu)建、質(zhì)粒提取、原核轉(zhuǎn)化、蛋白誘導(dǎo)表達(dá)、親和層析純化到蛋白活力檢測的完整流程，讓同學(xué)們從理論課的各章內(nèi)容中多層次的進(jìn)行實(shí)踐。其次，系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)中需要引入前沿性及自主性，例如：開展班級(jí)討論，利用最新的基因編輯手段，設(shè)計(jì)方案敲除某細(xì)胞中某一基因，并在不同生物大分子層次進(jìn)行鑒定，待教師審閱及修正后實(shí)施。當(dāng)然，由于實(shí)驗(yàn)室條件限制，該實(shí)施體系僅限于條件較為優(yōu)越的高校。如無實(shí)施條件，可利用互聯(lián)網(wǎng)上“在線MOOC”及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行補(bǔ)充教學(xué)。最后，系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊不能脫離基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)整個(gè)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)注重兩者間的高度統(tǒng)一及串聯(lián)型，讓同學(xué)們能夠利用所學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)手段解決系統(tǒng)的研究問題。

2.2.2 根據(jù)不同學(xué)科加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的針對(duì)性

生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及的知識(shí)面廣，操作要求較為嚴(yán)格，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)素質(zhì)、操作技能及分析解決問題能力等方面的培養(yǎng)具有優(yōu)勢。生物化學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新給人類生活帶來了巨大革新，尤其是農(nóng)業(yè)方面。農(nóng)業(yè)類院校生物化學(xué)課程無論在理論課及實(shí)驗(yàn)課中應(yīng)有意識(shí)的結(jié)合我國農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，聚焦農(nóng)業(yè)研究熱點(diǎn)問題。另外，農(nóng)林院校包含專業(yè)眾多，當(dāng)前不同學(xué)科生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案同質(zhì)化嚴(yán)重，應(yīng)根據(jù)專業(yè)學(xué)科實(shí)際調(diào)整教學(xué)計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如，食品科學(xué)與工程專業(yè)是培養(yǎng)具有食品安全與營養(yǎng)、食品分析與檢測等方面的專業(yè)技術(shù)人才。因此在此專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)上應(yīng)重點(diǎn)講述食品生物化學(xué)的研究方法、技術(shù)在新食品資源開發(fā)、保存及貯藏技術(shù)中的應(yīng)用等；生命科學(xué)學(xué)院更加注重基礎(chǔ)理論研究，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)注重基因工程操作技術(shù)及遺傳信息傳遞等知識(shí)點(diǎn)的最新研究進(jìn)展及在生命科學(xué)中的最新應(yīng)用。在教學(xué)中應(yīng)根據(jù)教材結(jié)構(gòu)及學(xué)生專業(yè)合理地刪減、更新和重組實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，能夠提高學(xué)生的主動(dòng)性及知識(shí)運(yùn)用能力。

3 結(jié)語

生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是一個(gè)通過實(shí)驗(yàn)來加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的過程。實(shí)驗(yàn)課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生的操作能力、創(chuàng)新能力及分析和解決問題的能力。通過以上幾點(diǎn)的嘗試和實(shí)踐，可以提高學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)生物化學(xué)的興趣，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和把握，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力及分析解決問題的能力，為學(xué)生今后在科研與工作中的創(chuàng)新能力奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。