基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實驗教學(xué)改革的探索

王懷穎 靳祎

[摘 要] 實驗教學(xué)是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑和手段，但是傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式存在較多問題，不能滿足培養(yǎng)高素質(zhì)醫(yī)學(xué)人才的要求?！吧锘瘜W(xué)與分子生物學(xué)”是臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課，而實驗教學(xué)是該課程教學(xué)內(nèi)容的一部分，是培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑和手段。以“生物化學(xué)與分子生物學(xué)”實驗教學(xué)為例，從優(yōu)化實驗教學(xué)設(shè)計、豐富實驗教學(xué)內(nèi)容、改革考核方式等方面進(jìn)行實踐和總結(jié)，闡述如何在實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，提升實驗教學(xué)質(zhì)量，為實驗教學(xué)改革提供新的思路和參考。

[關(guān)鍵詞] “生物化學(xué)與分子生物學(xué)”；實驗教學(xué)；教學(xué)設(shè)計；創(chuàng)新能力

[基金項目] 2020年度河北大學(xué)“新醫(yī)科”教育教學(xué)改革研究項目“基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗教學(xué)改革的探索”（2020XYKB-12）；2020—2021年河北省教育廳“新醫(yī)科背景下多學(xué)科交叉復(fù)合型人才培養(yǎng)模式的探索——以臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)為例”（2020GJJG015）

[作者簡介] 王懷穎（1973—），女，天津人，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)碩士，河北大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院副教授，主要從事生物化學(xué)與分子生物學(xué)教學(xué)與研究。

[中圖分類號] Q5-33 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）02-0069-04 [收稿日期] 2021-04-28

2020年9月23日，為加快醫(yī)學(xué)教育創(chuàng)新發(fā)展，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于加快醫(yī)學(xué)教育創(chuàng)新發(fā)展的指導(dǎo)意見》，把醫(yī)學(xué)教育擺在關(guān)系教育和衛(wèi)生健康事業(yè)優(yōu)先發(fā)展的地位。文件中提出全力提升院校醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)質(zhì)量，深化本科醫(yī)學(xué)教育內(nèi)容、課程體系和教學(xué)方法改革等，為推進(jìn)健康中國建設(shè)，保障人民健康提供強有力的人才保障。文件對新時期醫(yī)學(xué)教育工作提出新的要求與挑戰(zhàn)。

培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力，是實施科教興國和建設(shè)創(chuàng)新型國家的必然要求[1]。創(chuàng)新能力包括自主學(xué)習(xí)能力、實踐動手能力、解決實際問題的能力等[2]。實驗教學(xué)是連接理論和實踐的重要環(huán)節(jié)，不僅有助于學(xué)生理解理論課學(xué)習(xí)的重點、難點知識，而且鍛煉學(xué)生的實踐操作能力，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑和手段[3]。生物化學(xué)與分子生物學(xué)是臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)課，為醫(yī)學(xué)生在高年級學(xué)習(xí)疾病發(fā)生、診斷和治療機制奠定基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)知識。實驗教學(xué)是該課程理論教學(xué)的一個重要組成部分，是對理論知識的進(jìn)一步深入理解和應(yīng)用。本文以“生物化學(xué)與分子生物學(xué)”實驗教學(xué)為例，將實驗教學(xué)改革中的一些實踐經(jīng)驗作簡要介紹。

一、當(dāng)前實驗教學(xué)中存在的問題

目前實驗教學(xué)中存在一些問題，如教師講解過多，學(xué)生缺乏主動性，參與度低、理論與應(yīng)用脫節(jié)等，造成學(xué)生對實驗課學(xué)習(xí)興趣不高，教學(xué)效率低下，不能達(dá)到教學(xué)預(yù)期，不利于培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（一）教師講解過多，忽視學(xué)生的教學(xué)主體地位

學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，只有他們充分發(fā)揮積極性，主動加工學(xué)習(xí)內(nèi)容，才能真正建構(gòu)知識意義。而傳統(tǒng)實驗教學(xué)中教師往往成為教學(xué)中心。實驗課上教師通常會講解實驗?zāi)康?、原理、方法及注意事項，關(guān)鍵處還會親自示范[4]。教師的講解占據(jù)過多時間，使學(xué)生動手實踐和獨立思考時間減少，造成學(xué)生被動地接收知識，機械地按照教師示范完成實驗，對實驗步驟沒有進(jìn)行積極思考，學(xué)習(xí)興趣不高，只想盡快下課，課堂效率低下。

（二）考核方式單一，不能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

傳統(tǒng)的實驗考核以實驗報告作為實驗課成績的主要依據(jù)，不能考查學(xué)生在實驗過程中的具體表現(xiàn)。部分學(xué)生并沒有認(rèn)真做實驗，只是等著抄其他同學(xué)的實驗報告，實驗成績卻和認(rèn)真做實驗的同學(xué)差異不大，甚至因為書寫工整得分更高。這種考核方式削弱了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，造成學(xué)生學(xué)習(xí)積極性下降。

因此，在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，利用先進(jìn)的教育信息技術(shù)等教學(xué)手段，增強教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的啟發(fā)性、互動性，探索智能醫(yī)學(xué)教育新形態(tài)，才能使學(xué)生對實驗課由“被動學(xué)習(xí)”向“主動學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變，提升實驗教學(xué)質(zhì)量[5]。

二、通過設(shè)計不同實驗類型提升學(xué)生創(chuàng)新能力

（一）引入綜合性實驗，激發(fā)學(xué)生的反思意識

傳統(tǒng)的“生物化學(xué)與分子生物學(xué)”實驗以驗證性實驗為主，教學(xué)內(nèi)容單一，學(xué)生按部就班地完成實驗操作，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[6，7]。綜合性實驗是多個相關(guān)單一實驗的綜合，有益于學(xué)生對所學(xué)知識更深刻、全面的理解[8]。引入綜合性實驗，可豐富教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如核酸綜合實驗包括三個獨立實驗：小鼠肝基因組DNA提取、β-肌動蛋白基因的PCR擴增和擴增產(chǎn)物的電泳鑒定。第一個實驗提供基因擴增的模板，第二個實驗則是以基因組DNA為模板進(jìn)行目的基因的特異性擴增，最后通過電泳檢驗是否擴增成功。連續(xù)的實驗設(shè)計讓學(xué)生充分理解每一個獨立實驗在整體實驗中的作用，掌握分子生物學(xué)基本實驗方法和設(shè)計思路，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和科研意識。同時學(xué)生對理論課的相關(guān)內(nèi)容也有了更深刻的理解。

此外，教研室老師積極申請學(xué)校的精品實驗項目，將科研中經(jīng)常用到的實驗方法如熒光定量PCR技術(shù)、組織蛋白提取、定量技術(shù)等以綜合性實驗的形式介紹給學(xué)生，使理論與科研實踐相結(jié)合，以科研促教學(xué)，開闊學(xué)生視野，培養(yǎng)科研素養(yǎng)。

（二）增加設(shè)計性實驗，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

設(shè)計性實驗是學(xué)生在學(xué)完實驗課程后，通過查閱文獻(xiàn)資料自行設(shè)計、自主完成的綜合性實驗，有助于學(xué)生更好地理解專業(yè)知識，是現(xiàn)代實驗教學(xué)中重要的補充環(huán)節(jié)。學(xué)生在實驗設(shè)計過程中，學(xué)會查閱文獻(xiàn)、了解學(xué)科發(fā)展前沿、鍛煉動手能力及團隊精神。設(shè)計性實驗的完成，有助于培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力、自主創(chuàng)新意識和綜合分析能力[9]。

設(shè)計性實驗可以是完成一個新實驗的設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、知識遷移能力，運用已有知識解決新問題的能力。比如完成“小鼠肝基因組DNA的提取與鑒定”后，讓同學(xué)設(shè)計“大腸桿菌質(zhì)粒DNA的提取與鑒定”實驗。同為DNA提取實驗，但兩個實驗的DNA來源、結(jié)構(gòu)不同，提取方法存在差異。在實施過程中，學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料，拓寬實驗思路，針對質(zhì)粒DNA的特殊性，完善實驗步驟，最終完成新實驗的設(shè)計。設(shè)計性實驗也可對原有實驗進(jìn)行改進(jìn)。“溫度對酶活性影響”的實驗中，盡管根據(jù)理論知識，學(xué)生能預(yù)測100℃時唾液淀粉酶變性失活，所以淀粉遇碘變?yōu)樗{(lán)色。但是由于100℃條件下的操作步驟與0℃、37℃不同，同學(xué)實際操作中會先加入底物、緩沖液和酶后再加熱，結(jié)果因為會有水解反應(yīng)發(fā)生，導(dǎo)致加碘后不能呈現(xiàn)藍(lán)色。該步操作易出現(xiàn)錯誤，不能達(dá)到預(yù)期效果。為此，在課前要求同學(xué)自己設(shè)計操作步驟，如何避免錯誤發(fā)生。同學(xué)經(jīng)過積極思考后，設(shè)計三種不同的試驗方案：加入酶和緩沖液后加熱；酶、緩沖液、底物分別加熱，再混合；單獨加熱酶，再加入底物和緩沖液。在實驗課上三種實驗方案均成功。并且課后同學(xué)通過比較不同方案，總結(jié)最優(yōu)方案，單獨加熱酶即可得到理想的實驗結(jié)果。實踐證明，設(shè)計性實驗為學(xué)生主動學(xué)習(xí)和解決問題搭建了一個很好的實踐平臺[10]。

三、利用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式發(fā)揮學(xué)生的主體性

（一）課前學(xué)生自學(xué)微課視頻等教學(xué)內(nèi)容并完成測試

課前，教師將與實驗內(nèi)容相關(guān)的微課、教學(xué)課件及相關(guān)素材上傳到移動教學(xué)平臺，分享給學(xué)生，方便學(xué)生利用碎片化時間進(jìn)行預(yù)習(xí)。同時針對實驗中的重點、易錯點設(shè)計前測試題，要求學(xué)生完成預(yù)習(xí)測試。學(xué)生通過預(yù)習(xí)、查閱資料及復(fù)習(xí)相關(guān)理論知識，充分理解實驗?zāi)康募霸?，并提前熟悉實驗操作。教師則通過分析預(yù)習(xí)測試的數(shù)據(jù)，了解學(xué)生預(yù)習(xí)情況，有針對性完成實驗教學(xué)設(shè)計，而不是面面俱到的講解，占據(jù)過多實驗課時間。師生也可利用教學(xué)平臺進(jìn)行教學(xué)互動，在線討論答疑，解決學(xué)生在預(yù)習(xí)中遇到的各種問題，提高實驗的成功率。

（二）課中著重解決學(xué)生的疑難問題并強化實驗操作

在充分預(yù)習(xí)的前提下，教師采用啟發(fā)式教學(xué)方法，少講、精講、多問，讓學(xué)生多思考，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，成為課堂的主人。

實驗過程中，教師是課堂的設(shè)計者和組織者，發(fā)揮引領(lǐng)作用，對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性思維引導(dǎo)，通過組織討論等各種形式的教學(xué)活動提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維。課前將同學(xué)分為若干小組，每組負(fù)責(zé)一個實驗的講解。學(xué)生自行制作講解課件，講解實驗原理、操作等內(nèi)容，既能讓學(xué)生熟悉實驗內(nèi)容，帶著問題學(xué)習(xí)，也能鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力和表達(dá)能力，提升綜合素質(zhì)。講述完成后，進(jìn)行學(xué)生之間的互評，讓更多的學(xué)生參與教學(xué)過程。老師對講解進(jìn)行最后總結(jié)，講解同學(xué)未能深入闡述的問題，引導(dǎo)學(xué)生掌握更多知識點和信息，用知識解決問題。并提出問題讓學(xué)生回答，或預(yù)留問題，啟發(fā)學(xué)生積極思考，實驗結(jié)束后再回答。老師的恰當(dāng)點評，會吸引更多學(xué)生積極參與實驗講解，防止講解流于形式。

在給予學(xué)生更多自由空間的同時，教師也要重視學(xué)生是否掌握操作技能。教師進(jìn)行課堂巡查，與學(xué)生一對一交流，現(xiàn)場糾正實驗操作中的錯誤。例如，在分光光度計使用過程中，由于學(xué)生已經(jīng)觀看微課視頻，不需再做過多講解。正式使用儀器前，請一位同學(xué)示范操作，其他同學(xué)評價，如何拿取比色杯，比色杯裝液量等。一方面檢查預(yù)習(xí)效果，另一方面針對易忽視的細(xì)節(jié)問題，再次強調(diào)，對于共性問題，教師當(dāng)堂示范講解，規(guī)范實驗操作。

（三）課后反思實驗過程并完善實驗方案

實驗課結(jié)束前，要求學(xué)生對實驗操作過程進(jìn)行反思，總結(jié)實驗過程中的注意事項，并提供可行的改進(jìn)方案。定量實驗如血糖測定結(jié)束后，學(xué)生分析采血、家兔的應(yīng)激狀態(tài)等因素對測量結(jié)果的影響，及如何避免或減少這些影響因素等，并將分析結(jié)果總結(jié)在實驗報告中。通過歸納總結(jié)，學(xué)生在觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)、結(jié)果分析、避免誤差等方面的主動性都得到提升，逐漸養(yǎng)成獨立思考的習(xí)慣，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

四、采用多元化評價提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

（一）線上評價和線下評價相結(jié)合保證評價的全面性

實驗報告是傳統(tǒng)的考核要求，所以部分同學(xué)僅滿足抄寫其他同學(xué)的實驗報告，敷衍了事。為了充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，適當(dāng)增加學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，需改革實驗考核機制。利用超星學(xué)習(xí)通等移動教學(xué)平臺，增加過程性考核比例，將考核方式分為線下學(xué)習(xí)考核和線上學(xué)習(xí)考核，各占50%。線下學(xué)習(xí)考核包括實驗報告、實驗講解及動手操作能力；線上學(xué)習(xí)考核包括觀看課件和視頻、討論發(fā)言、單元小測和作業(yè)。考核形式多樣，能客觀反映學(xué)生在實驗教學(xué)過程中的表現(xiàn)，保障學(xué)生認(rèn)真完成每個實驗操作，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

（二）注重過程性考核促進(jìn)學(xué)生反思成長

過程性評價是現(xiàn)代教育新的評價理念，通過過程性評價可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的變化及成長過程，更有利于學(xué)生能力的持續(xù)提升。在實驗教學(xué)中，可采用電子檔案袋的評價方式。首先，將學(xué)生每次實驗的操作記錄成視頻，存放到電子檔案袋中，教師和其他同學(xué)可以及時觀看，對比學(xué)生實驗操作的前后變化，給出針對性的評價，讓學(xué)生看到自己的進(jìn)步，提升學(xué)習(xí)動力；其次，可以將每次單元小測的試卷存入電子檔案袋，教師及學(xué)生自己可以通過成績的變化，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，制定出有針對性的學(xué)習(xí)計劃，有利于學(xué)生的持續(xù)進(jìn)步。另外，有代表性的實驗報告、討論發(fā)言等資料也可放入檔案袋，作為學(xué)生反思的依據(jù)。

五、利用移動教學(xué)平臺，探索智能醫(yī)學(xué)教育新模式

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)與課程的不斷整合，雨課堂、超星學(xué)習(xí)通等移動教學(xué)平臺將移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和課堂教學(xué)相結(jié)合[11]，將教學(xué)過程覆蓋課前、課中、課后，為智能醫(yī)學(xué)教育提供新模式。課前，教師將教學(xué)資源上傳到平臺，學(xué)生根據(jù)實際情況自主安排學(xué)習(xí)。課中，教師可通過翻轉(zhuǎn)課堂，將問題深入講解，使得教學(xué)既有廣度，又有深度。學(xué)生也有充足的時間思考每一操作步驟，多問幾個為什么，提升學(xué)習(xí)積極性。課后，設(shè)計性實驗鍛煉了學(xué)生自學(xué)能力。移動教學(xué)平臺使得教師成為教學(xué)的主導(dǎo)者和設(shè)計師。教師制作課件、微課等教學(xué)資源，設(shè)計具有個人特色的課程主頁，為學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源。在教學(xué)設(shè)計過程中，教師自身的教學(xué)水平也得到提升。學(xué)生則成為教學(xué)的主體和中心，豐富的教學(xué)資源激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能積極主動的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)的能力[12]。移動教學(xué)平臺記錄學(xué)生的每次學(xué)習(xí)活動，學(xué)習(xí)并將數(shù)據(jù)反饋給教師，使教師能及時調(diào)整教學(xué)計劃，做到因材施教，提升教學(xué)效率。移動教學(xué)平臺可通過討論等形式使師生的雙向溝通更便捷，真正做到教學(xué)相長。

在生“物化學(xué)與分子生物學(xué)”實驗教學(xué)中，通過優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，利用線上、線下混合式教學(xué)，加強課前、課中、課后的教學(xué)實施，使學(xué)生真正成為教學(xué)主體，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)適應(yīng)時代發(fā)展和社會需要的高素質(zhì)醫(yī)學(xué)人才。

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Experiment Teaching Based on Cultivation of Innovative Ability： Taking the Course of Biochemistry and Molecular Biology as an Example

WANG Huai-ying， JIN Yi

（School of Basic Medicine， Hebei University， Baoding， Hebei 071000， China）

Abstract： Experiment teaching is an important way and means to cultivate college students’ innovative ability， but there are many problems in the traditional experiment teaching model， which cannot meet the requirements of cultivating high-quality medical talents. The course of Biochemistry and Molecular Biology is the basic course of clinical medicine， and experiment teaching is a part of the teaching content of the course. With the experiment teaching of the course as an example， practice is carried out from the aspects of optimizing the experiment teaching design， enriching the experiment teaching contents， and reforming the assessment methods. This paper expounds how to cultivate students’ innovative thinking in experiment teaching and improve the experiment teaching quality， which provides new ideas and references for the reform of experiment teaching.

Key words： Biochemistry and Molecular Biology； experiment teaching； teaching design； innovative ability