應用型高校農(nóng)學專業(yè)生物化學實驗信息化教學實踐研究

趙 丹

（晉中信息學院，山西太谷 030800）

信息技術推動著教育教學的深刻變革，要在信息化部署下，實現(xiàn)專業(yè)教育教學向更高水平的發(fā)展[1]。信息化環(huán)境下成長起來的高校學生，知識獲取途徑豐富多樣，對灌輸式的教學方式較為排斥，應將網(wǎng)絡資源、仿真實驗室與專業(yè)教育相結合，從而實現(xiàn)專業(yè)教學信息化改革[2-3]。

信息化時代下，科學研究的各項重大突破都離不開先進的實驗技術，國內(nèi)教育工作者認為實驗教學的最優(yōu)成果是構建“三層次、三環(huán)節(jié)、三結合”的教學體系，形成基礎性、綜合性、創(chuàng)新性3 個實踐教學層次[4-5]。生物化學實驗是生命科學類、食品類、醫(yī)學類以及農(nóng)業(yè)類專業(yè)的重要實驗課，把生物化學的理論知識與實驗操作技能結合起來，既是各個專業(yè)學生考研復試必備的復試技能，又能讓學生將分析解決問題的思維應用到工作中，全面培養(yǎng)學生的應用實踐能力和創(chuàng)新能力[6]。

針對晉中信息學院農(nóng)學專業(yè)學生專業(yè)基礎薄弱，實驗教學沒有指導書籍，實驗教學內(nèi)容陳舊，無法實現(xiàn)對實驗課程教學質(zhì)量進行監(jiān)控，不能及時對教學內(nèi)容、教學方法、教學設計進行有效調(diào)整，考核方式單一，僅以實驗報告結合平時成績考核，不能客觀反映學生的實際操作技能掌握情況，生物科學教研室積極推進生物化學實驗信息化實踐，并取得了階段性成果。

1 信息化實踐總體設計

信息化實踐首先進行調(diào)查統(tǒng)計，參考華中師范大學的《自我效能感問卷》，分析實驗類型是否單一、實驗內(nèi)容設計是否合理、是否有創(chuàng)新授課模式、考核方式是否合理、實驗安排與理論授課是否能結合、是否與信息化背景結合以及實驗相關資源是否具有共享性等問題，并通過t 檢驗比對，分析信息化實踐前后生物化學實驗教學效果及學生效能評價。

在統(tǒng)計分析基礎上，確立研究總體設計，進行實驗教學內(nèi)容信息化實踐、實驗教學模式信息化實踐、實驗教學多部門聯(lián)動實踐及實驗教學考核方式實踐4個方面研究（見圖1）。

圖1 實踐設計

2 信息化實踐實施

2.1 實驗教學內(nèi)容信息化

通過網(wǎng)絡資源共享，學生可以更快地獲取最新的實驗資料和研究成果，在實驗課前通過查找相關的論文和數(shù)據(jù)庫，了解實驗技術在現(xiàn)代生命科學中的重要性，同時，教師在實驗課之前，以信息化方式共享實驗原理、實驗操作視頻等教學資源，要求學生搜集實驗方法、試劑種類，分析實驗試劑的功能，探討實驗方法與實驗材料的適應性，進而合理設計基礎性、驗證性、綜合性、創(chuàng)新性的實驗教學內(nèi)容。

通過中國大學慕課APP、JOVE 國外視頻網(wǎng)站、學習通、微信公眾號等優(yōu)質(zhì)資源共享平臺實現(xiàn)課程知識、操作技能等優(yōu)質(zhì)互聯(lián)網(wǎng)資源的共享應用；探索案例教學法、問題導向型學習、翻轉(zhuǎn)課堂教學模式、CDIO模式在不同實驗中的應用[7]。為充實學生對實驗原理、操作等方面的知識儲備，避免學生按照書本生搬硬套完成實驗操作，鍛煉學生的動手能力、思考能力，在不影響實際正常授課的前提下，選擇適宜的教學平臺建立優(yōu)質(zhì)教學資源是解決的關鍵。

2.2 實驗教學模式信息化

生物化學實驗中的大量數(shù)據(jù)需要進行存儲和管理，生物化學數(shù)據(jù)庫的建立可以有效解決這一問題。將生物化學實驗與生物信息學相結合可以提升實驗教學內(nèi)容的廣度與應用程度。例如，蛋白質(zhì)結構數(shù)據(jù)庫PDB、生物序列數(shù)據(jù)庫GenBank 等是生物化學學習和研究過程中必備的資源，利用這些數(shù)據(jù)庫可以讓學生更好地理解生物分子的結構和功能，熟悉生物化學領域中常見的實驗手段和方法。分子模擬軟件、蛋白質(zhì)結構預測軟件、生物反應動力學模擬軟件等生物化學模擬軟件，可以讓學生更好地理解生物分子的結構和功能，并掌握生物化學實驗中常見的計算機模擬技術[8-9]。

在實操教學前，讓學生利用虛擬實驗室軟件進行仿真實驗操作，了解實驗原理，掌握實驗操作要點以及結果分析要點，提高實驗技能和實踐能力。例如，利用虛擬實驗室軟件對DNA 測序、酶催化反應等實驗進行模擬，引導學生探索實驗原理和方法。

2.3 實驗教學多部門聯(lián)動

為鍛煉學生實際分析和解決問題的能力，同時提升溝通能力、創(chuàng)新能力、實踐操作能力，與“完滿教育”有機結合并借助“書院制”平臺對信息化教學模式進行探索十分重要；借助“完滿教育”、社團及書院平臺，探索普及性、趣味性、專業(yè)性的實驗，提高學生的實驗興趣，并錄制科普小視頻，提高學生對科研實驗的興趣。

通過與“完滿教育”和“書院制”的有機結合，要求學生對趣味性實驗進行調(diào)研，并完成視頻錄制和剪輯，通過書院或完滿教育平臺進行共享；查閱文獻以創(chuàng)新指標測定方法等課外作業(yè)布置考核學生研讀文獻資料的能力。

2.4 實驗教學考核方式改革

實驗報告是應用型傳統(tǒng)實驗課程教學中成績評定的主要依據(jù)，通過將網(wǎng)絡資源共享及生物信息學結合的實驗分析與設計環(huán)節(jié)引入實驗考核，結合在網(wǎng)絡進行的仿真實驗進行平時成績評定，形成實驗設計、仿真操作與實驗報告三者結合的考核方式，進行實驗成績的最終評定。

3 信息化實踐教學評價

3.1 提升了學生的主動性

采用相同《自我效能感問卷》[10]對信息化教改前后學生進行自我效能感評價，統(tǒng)計結果如表1所示，信息化實踐提高了農(nóng)學專業(yè)學生學能效感，進而增強了學生的學習自主性，提高了學習效率。

表1 效能評價

3.2 增強了學生的科研積極性

生物化學實驗信息化可讓學生對生物化學相關科研產(chǎn)生濃厚興趣，積極參與科研，并基于實驗課程的實驗設計與優(yōu)化，進行科研創(chuàng)新。生物技術專業(yè)部分學生通過生物化學實驗內(nèi)容，成功申報了國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（20221607），山西省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（20211262），并發(fā)表了研究論文[11]。

3.3 豐富了成績評價體系

生物化學實驗信息化實驗成績統(tǒng)計表明，多樣化評價權重增加了實驗成績的科學性和可靠性?；诰W(wǎng)絡資源共享及生物信息學數(shù)據(jù)庫的實驗設計部分，大部分同學能發(fā)揮主觀能動性，積極主動完成，30%以上的學生成績在90分以上；基于虛擬實驗室的仿真操作，學生充分體會了信息化實驗教學的豐富資源，成績直接由仿真操作網(wǎng)站評出，成績均在80分以上；傳統(tǒng)的實驗報告并沒有激發(fā)學生的學習效果，大分布學生停留在完成的程度上，沒有進一步分析實驗中遇到的問題，成績集中在80 分附近；總成績評定表明，信息化改革后學生的成績呈現(xiàn)正態(tài)分布，且集中在90分附近，比傳統(tǒng)授課時均分76分，有了顯著提高，體現(xiàn)出了信息化改革的教學效果，如圖2所示。

圖2 成績統(tǒng)計

3.4 提高了學生對課程的滿意度

生物化學實驗的成績分布表明學生對實驗改革的興趣所在，為了分析學生對實驗教學信息化實踐的滿意程度，采用了結構方程模型參數(shù)估算，進一步構建了課程滿意度驗證模型，見表2。分析表明，仿真實驗操作對實際教學的滿意度有顯著正向作用，仿真實驗操作越充分，網(wǎng)絡資源數(shù)據(jù)查找越充分，學生對實驗課程滿意度越高，體現(xiàn)了信息化實踐對于實驗課程的促進作用。

表2 課程滿意度因素分析

4 結語

實驗教學信息化不僅僅是技術手段的應用，更是一種教育改革的嘗試。晉中信息學院生物化學實驗信息化教學實踐，為應用型高校農(nóng)學專業(yè)培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的應用型人才提供了實踐經(jīng)驗。

信息化實踐使得實驗設計更加靈活和多樣化，信息化技術可使實驗操作進一步精簡和自動化，提高了學生數(shù)據(jù)分析能力，突破了實驗室資源和時間的限制，加強了學生對實驗原理和方法的深入理解；信息化實踐使得教師可以根據(jù)學生需要，設計出具有挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性的實驗方案，激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)造力，同時也可以提升學生的綜合素質(zhì)；信息化實踐使得實驗數(shù)據(jù)處理更加精確、高效和準確，通過使用統(tǒng)計軟件、數(shù)據(jù)庫等工具，可以更好地分析實驗結果和結論，為后續(xù)科研工作提供支持，同時也能夠培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)分析思維和科學精神。

晉中信息學院生物科學教研室對該學院生物化學實驗教學的諸多環(huán)節(jié)進行信息化改革，注重結構優(yōu)化、模式創(chuàng)新、質(zhì)量監(jiān)管及多元考核，融合了信息化教學方法，同時實施過程與“完滿教育”“書院制”等有機結合，既達到了產(chǎn)教融合專業(yè)的發(fā)展要求，又提升了學生的創(chuàng)新能力及實驗操作能力，達到農(nóng)學專業(yè)學生的教學目標。