開放性生物化學實驗課程教學方法改革研究
——以山東建筑大學為例

任會學，姜佳慧, 任雪瑩,高志敏，于振宇，李炳瑾

(1.山東建筑大學 市政與環境工程學院,山東 濟南 250101； 2.山東建筑大學 商學院,山東 濟南 250101)

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開放性生物化學實驗課程教學方法改革研究
——以山東建筑大學為例

任會學1，姜佳慧1, 任雪瑩2,高志敏1，于振宇1，李炳瑾1

(1.山東建筑大學 市政與環境工程學院,山東 濟南 250101； 2.山東建筑大學 商學院,山東 濟南 250101)

生物化學實驗是提高生物工程專業學生專業技能的重要的基礎課，開放性實驗教學是提高大學生獨立思考和動手能力綜合素質的重要的教學方法。文章以山東建筑大學生物工程專業為例，分析了傳統生物化學實驗教學存在的教學內容陳舊、教學方式單一，師生缺乏交流,學生動手時間少，學生的主體地位淡化，實驗教學目標不清，考核標準不合理的問題和弊端；闡述了實施開放性生物化學實驗教學改革的重要性；提出了開放性生物化學實驗教學方法的改革措施和開放性實驗教學方法改革措施及實施流程，并通過教學實踐證實：以學生為主體的開放性實驗教學對開發學生創新能力、獨立思考能力和操作能力具有重要作用。

生物化學；開放性實驗；教學方法；改革；創新

0　引言

大眾創業，萬眾創新是我們當今社會的主旋律。 “大學生是實施創新驅動發展戰略和推進大眾創業、萬眾創新的生力軍”。如何順應社會的人才需求，培養和提高大學生的創新實踐能力，是我們高等教育必須加強并著力提高的重要工作[1]。實驗教學不僅是理論教學的延伸和補充，更是培養實用人才、提高教學質量的有力工具，對培養學生的學習興趣、實踐動手能力具有不可替代的作用[2-4]。

近年來，隨著國家教育的投入不斷增大，山東建筑大學的實驗教學設施及環境有了明顯地改善。但大多數實驗教學方式及環節，仍是傳統的教材+演示教學，學生都是被動的學習方式，這種填鴨式的教學嚴重地制約了學生的創造性和學習興趣。因此,實施實驗教學改革，發揮實驗教學的靈活性和能動性是高等教育教學改革的重要方向。

為適應新形勢，加強培養學生的綜合素質和創新精神，山東建筑大學開展了面向大學生主體的開放性實驗教學的實踐活動。開放性實驗教學作為一種學生自主確定實驗課題，自由發揮制定實驗方案，并獨立進行操作的新型教學方式，實踐已證明它對提高學生的學習興趣，激發學生的創新和創造熱情具有傳統實驗教學無可比擬的優勢。但不同的專業學科有不同的學科特點，其開放性實驗教學實施也有較大的差異，因此，因地制宜地根據不同學科，研究和開展有特色的開放性實驗教學具有重要的意義[5]。

生物化學是生物工程專業、環境工程專業的一門重要的基礎課，它是研究生物大分子的結構性質與功能，物質的代謝與調節的科學[6-8]。該學科的實驗教學要求高，知識更新速度快，因此立足生物化學的學科特點，創新生物化學開放性實驗教學方法，發揮學生的主觀能動性，提高學生的獨立動手和自主創新能力，探索理論教學和實驗教學的有機結合具有重要的現實意義。

1　傳統生物化學實驗教學方法的現狀及存在的問題

1.1教學內容陳舊和方式單一

傳統的生物化學實驗教學,其教學設計主要是在理論教學的基礎上輔助補充的一部分學習內容。其實驗科目主要以區分不同生物大分子的驗證型實驗和利用不同的分析方法檢驗不同生物大分子的結構、組成的訓練性實驗為主，教學計劃及目的單一，獨立的單元操作實驗多，實驗內容單調陳舊，考察學生應變能力的綜合性實驗內容少，特別是反映生物化學學科的新技術的實驗內容更是匱乏。而教學方式主要以學生參照教科書的內容，老師的示范講解的單一模式，學生接受的是被動性的教育。生物化學作為20世紀最具發展潛力的學科之一，它的最大特點是前沿性和交叉性，生化實驗技術日新月異，發展突飛猛進，如分子克隆、酶聯免疫技術、探針標記、核酸序列分析等新興技術都已廣泛應用于各相關學科的科學研究[9-10]，而這些內容在傳統的實驗教學中基本沒有涉及，導致教學與實際工作脫節嚴重，培養的學生難以勝任實際工作需要。

1.2師生缺乏互動及學生主體地位淡化

實驗教學的設計本應增加師生交流的機會，提高師生互動水平。但是由于傳統的教學方式的流程為：指導老師講解實驗的基本要求、目的、原理、操作及注意事項，演示相關實驗儀器的操作要求及設置，學生只是呆板地按照講解的實驗步驟進行相關的實驗過程，記錄實驗結果，最后提交一個實驗報告。在這樣的實驗過程中，老師只是做了示范，學生因為對相關知識背景缺乏，很難與老師互動，師生的交流明顯缺乏。而隨著國家大學生擴招政策的實施，在校學生人數急劇膨脹，導致實驗室的面積及設備的更新和數量都難以與學生數量匹配，生化實驗課的組織基本上以2～3名學生為1組，而且為了固定教學時間，避免課時沖突，又常常被迫壓縮實驗時間，所以實驗教學變成了一種擺設，實驗教學中的學生主體地位淡化，使得學生的動手時間和實驗機會缺乏，最終導致大學生缺乏實踐技能的鍛煉，難以提高學生的動手和應用能力。

1.3實驗教學目標不清及考核標準不合理

傳統的生化實驗教學目標僅以學生理解教科書的內容為主，將實驗教學作為驗證理論教學的概念和性質的一個環節，以及學生重復實驗儀器應用的操作技能的訓練，而忽略了實驗教學應作為提高學生的獨立思考和應變能力，以及拓展學生素質與創新能力訓練的教學任務。考核的標準簡單教條，主要的表現形式就是學生按照教材抄寫實驗過程，指導老師批閱實驗報告，以實驗報告的書寫和學生是否到課作為主要的評價標準。這直接導致大多數學生認為生化實驗課程只是一門輔助生物化學教學過程的課程，學生只是跟著教師的示范或者實驗指南依樣畫葫蘆，機械地完成實驗內容，根本不思考實驗的目的和過程，缺乏對實驗原理的理解和思考。有的甚至不知道所做實驗內容，敷衍了事，導致實驗學習效果極差，難以達到理論與實踐的有機結合。這種單調、固定的實驗教學模式，嚴重約束了學生實踐探索的主動性和創造性，禁錮了學生的思維方式，使他們變為實驗過程的“機器人”，不思考、不分析，對實驗結果缺乏討論和總結，僅僅是按部就班地進行相同的實驗步驟，而后以一個實驗報告作為實驗的結果而已。這樣的實驗教學既無與時俱進的教學目標，同時考核標準難以體現學生的知識水平和應變能力，其結果就是很難鍛煉學生的獨立創新能力和解決問題的能力，難以實現培養綜合素質高的大學生的辦學目標。 。

總之，傳統的生物化學實驗教學已嚴重滯后于時代的發展，難以滿足培養新時代創新人才的要求，所以探索改革生物化學實驗教學的新思路、新方法，適應社會的人才需求，已是刻不容緩、迫在眉睫。

2　開放性生物化學實驗教學方法改革的重要性

2.1開放性生物化學實驗是生物化學實驗教學改革的重要途徑

生物化學實驗作為生物化學教學的重要環節，既是提高教學質量，鞏固理論教學成果的重要手段，更是提高大學生獨立思考和動手能力綜合素質的重要的教學方法。而傳統的生物化學實驗教學難以滿足這一要求。因此，利用開放性生物化學實驗與生物化學理論教學相結合，通過改革實驗內容和實驗教學方法，探索既培養訓練學生的分析問題、解決問題、實際動手能力，同時又能完善生物化學實驗教學的新體系，實現生物化學實驗教學改革的目標具有重要的作用和意義。

2.2開放性生物化學實驗是培養創新型人才的重要平臺

生物技術的發展日新月異，突飛猛進。舊有的傳統生物化學實驗，內容老化，知識難以及時更新，禁錮了學生的個性思維，無法與時俱進地培養出社會的急需人才。而開放性生物化學實驗，利用教師的科研課題設計實驗，密切結合科研發展實際，鼓勵學生學習最新的知識并學以致用，因此開放性生物化學實驗的實施對適應社會發展的需要，培養具有前沿知識、綜合素質、實踐技能的新型人才提供了一個重要的施展平臺。

3　開放性生物化學實驗教學方法的改革措施及實踐

為了切實解決傳統的生化實驗教學中的問題，基于生物化學的前沿性和交叉性的學科特點，以學生為主體，探索結合老師的科研課題設計開放性的實驗內容，采取老師指導，學生獨立設計和完成，實踐開放性的生化實驗教學新方法。實現拓展學生知識面，達到培養學生的自主創新能力和動手能力的目的。

3.1開放性實驗教學方法的改革措施

實施開放性的實驗教學方法改革，遵循的原則是將實驗的知識趣味性和開放性相結合。目標是改革傳統的教學方法，使其不僅實現形式上的簡單變化，更重要的是教學理念的轉變。主要的改革措施為：

(1) 改革教學主體教學主體由原來的以教師為主轉變為以學生為主，充分發揮學生的主觀能動性，由學生確定實驗項目及步驟，使他們從被動性的實驗，轉變為主動性的探索。

(2) 改革評價標準評價標準由原來的提交固定實驗報告的靜態評判，轉變為對實驗結果的討論和分析的動態評價，允許實驗失誤和大膽嘗試，不拘泥于實驗結果，強調的是獨立的實驗操作過程和思考方法。使學生敢于挑戰權威，敢于質疑。

(3) 改革實驗內容實驗內容不以固定的實驗教材為依據，而是由老師提出大的科研課題方向和擬解決的問題，由學生自主查閱文獻資料，通過和老師組成教學小組共同討論和擬定相應的綜合型、設計型的實驗課題。

(4) 改革人員組合方式由原來的固定班級和小組，改革為學生可以根據自身的愛好、興趣及未來的發展方向自主選擇實驗課題和自由組合成員。

3.2開放性實驗教學方法改革的實施流程

為落實上述改革措施，開放性實驗教學改革課題組根據項目難度和內容，合理制定項目評價標準；學生通過對項目內容的分析和探討，撰寫項目申請，自主設計相應的實驗步驟，并實施完成。具體的實施流程分為五個環節，其流程如圖1所示。首先，學生根據課題的方向，選擇感興趣的課題自由組成實驗小組，并提交項目申請；其次，老師和同學共同分析實驗課題，探討實驗方案和實驗步驟，指導學生完善和確定各自不同的實驗項目；第三，項目申請經大家討論通過后，在老師的指導下，學生獨立完成開放性實驗課題。最后，學生完成相應級別的實驗后，對實驗結果進行分析和討論，并自主確定是否進行實驗改進和重復，課題組依據實驗過程和分析，靈活評價相應的實驗成績。整個實驗教學過程，學生全程參與，充分體現學生的主體地位，發揮他們的創造性，培養他們的獨立思考和分析問題、解決問題的能力。

圖1　開放性實驗教學方法改革實施流程圖

3.3開放性生物化學實驗教學方法改革實踐

依據開放性實驗教學改革的設計流程，我們進行了開放性生物化學實驗方法改革的具體實踐，效果良好。開放性生物化學實驗突出了學生主體，并緊密結合當今科學熱點，利用已有的理論，采用新技術、新方法，將生物化學的基礎理論和科研實踐緊密結合，培養學生的獨立思考和創新能力，實踐證明這樣的教學新方法，使學生素質得到明顯提高。我們實施的“轉基因植物的PCR測定”這個開放性實驗，就是一個成功的范例。

隨著基因工程技術的發展，有越來越多的轉基因植物問世。而轉基因產品的安全性問題是當今社會的熱點[11-13]，圍繞這樣一個背景，我們設置了利用PCR技術快速鑒定轉基因植物的方法的開放性實驗課題，此課題充分激發了學生們的參與熱情，同學們根據興趣自由組合，分別組成了五個開放性實驗小組，每組八人。他們通過查閱資料，分析問題，提出了運用雙盲實驗，選取以轉基因植物和天然植物為實驗材料，用PCR技術鑒定轉基因植物染色體上是否含有外源基因[14-15]。在指導老師的幫助下，實驗課題組設計了如下的實驗方案，如圖2所示。

按照實驗方案，課題組同學獨立地完成了上述實驗任務。期間他們根據實驗中的出現各種問題，多次修改了實驗方法以及數據處理方法，實驗過程中每位同學都積極參加討論，親自動手進行實際操作，大家互相鼓勵、協同配合，學習了實時熒光定量PCR儀等多種實驗儀器的操作，掌握了DNA提取等新型的關鍵技術操作，相關的實驗結果他們及時進行了分析和總結，獲得了較好的實驗結果，按照評價標準，經最后評價得到優等的實驗成績。

圖2　轉基因植物的PCR測定的實驗方案

通過生物化學開放性實驗教學的實踐，所有參與的同學都一致認為學到了真正的知識，提升了自己的創新思維和思考問題、解決問題的能力，教學效果良好，達到了開放性實驗設計的目的。

4　開放性生物化學實驗教學方法改革的實施效果

4.1創新了生物化學實驗教學的教育模式

開放性的實驗教學模式，確立了學生在實驗中的主體地位，鼓勵他們大膽創新，勇于探索，并通過他們的實踐鍛煉和提高了學生的動手能力，開發了學生創新能力所必要的觀察能力、信息檢索能力、思維能力和操作能力，在學校培養社會所急需的復合型、應用型人才中發揮了良好作用。

4.2培養了學生嚴謹認真的科學態度和學習積極性

開放性實驗過程使學生認識到科研工作是一項艱巨而復雜的工作，每一個科研步驟及實驗過程都需要大量的文獻檢索、問題討論和分析，并經過認真的實施每一個步驟方能獲得好實驗的成果。這樣的實踐使他們養成了嚴謹認真的科學態度，同時因課題是非常新穎的與當今社會的熱點緊密相關的科研內容，極大的激發了學生學習的積極性，參加開放性實驗的所有同學不僅獲得了較好的成績，更提升了他們適應社會的競爭力。

4.3加強了師生聯系，培養了學生的團結協作精神和獨立思考能力

開放性實驗教學，增加了師生之間的互動，大家共同討論，相互交流頻繁，自然消除了師生之間原有的隔閡，師生關系更為融洽；課題組同學互相配合，取長補短，共同完成實驗課題，培養了學生的團結協作的團隊精神；同時，開放性實驗鼓勵質疑，提倡獨立思考，培養了學生的應變能力和創新思維。

4.4提升了實驗室管理水平及運轉效率

開放性實驗教學，從傳統的由老師主導的教學模式轉變為學生為主體的新模式，這種機制打破了原有的實驗室管理的封閉、保守，由簡單的老師到學生的單向方式變為師生互動的雙向方式，實驗室做到了全天候開放，并通過學生參與的民主管理，提高了實驗室的運轉效率，實驗室管理進入良性循環的新常態。

5　結語

生物化學課程開放性實驗教學方法改革的探索和實踐，對我們的傳統的教育教學方式的改革具有十分重要的意義，但同時也在發展中尚存在著一定的困難和挑戰需要去解決和面對。首先，需要進行相關的激勵考核政策的完善配套，避免實施時間長后疏于更新，流于形式；其次，要注重學生基礎知識和基礎能力的訓練，不能好高騖遠，把開放性實驗與基礎實驗有機結合，做到張弛有度；再者，要在調動學生發揮主觀能動性的同時，強調自我學習并引進競爭機制，優勝劣汰，保證開放性實驗的質量；最后，必要的經費投入是保障開放性實驗良性循環的關鍵。總之，立足生物化學的學科特點，探索和實踐開放性實驗教學，對學生的應用能力和創新能力培養具有重要的指導意義和推進作用，并有著良好的社會效益，值得進一步地推廣和發展。

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(學科責編：王光銀)

Research on experiment teaching reform of biochemistry course: A case study of Shandong Jianzhu University

Ren Huixue1，Jiang Jiahui1, Ren Xueying2，etal.

(1. School of Municipal and Environmental Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China; 2. School of Business, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China)

Biochemistry experiment is to improve the biological engineering students’ professional skills, and the basic courses of open experiment teaching is to improve the overall quality of college students’ independent thinking and practical ability. By taking bioengineering specialty of Shandong Jianzhu University as an example, the paper analyzes the existing problems in the traditional biological chemical experiment teaching, and based on the biochemistry of the frontier and cross discipline characteristic, explores the students as the main body, teachers’ scientific research subject as support of open experiment content, taking the teacher guidance, completed by the student independent design and new methods of open experimental teaching. Through the teaching practice, it has proved that taking the student as the main body of the open experiment teaching to develop students’ innovation ability, independent thinking ability and operation ability plays an important role. Certain achievement has been obtained in the biochemical experiment teaching in Shandong Jianzhu University. This plays an important role in developing students’ creative ability, independent thinking ability and operation ability.

biochemistry; open experiment; teaching method; exploration; innovation

2015-12-12

住房和城鄉建設部科技計劃項目(2015-K7-005);山東省住房和城鄉建設廳科技計劃項目(KY006);山東建筑大學博士基金(XNBS1309)

任會學(1970-)，男，副教授，博士，主要從事環境化學、生物化工等方面的研究.E-mail:renhx138@163.com

1673-7644(2016)03-0302-05

G642.0

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