農林院校生物化學實驗課教學改革的探討

李 濤 徐玉芳 岳巖磊 劉 薇 姚 文

（河南農業大學生命科學學院 河南·鄭州 450002）

實驗教學環節是高等教育推行素質培養的關鍵，是掌握當代科學思維、創新能力和綜合素質的重要一環[1]。堅持推行加強理論與實踐教學融合的一體化平臺建設[2]，促進我國高等教育進入內涵發展、質量提升、改革攻堅的新階段。然而，由于教學體系、組織安排、評價指標等短板仍為新時期高等教育的綜合改革提出了巨大挑戰。作為實踐教學的重要組成，深化實驗課教學方案綜合改革，以培養創新能力為主旨，構架與理論教學互通的融合橋梁，建立科學的、符合國家戰略目標的理論/實驗交叉融合體系已勢在必行[2]。

生物化學是目前綜合、師范及農林類院校多數專業的核心專業課，也是生命科學的重要基礎學科。其理論和技術已經滲透到制藥、醫學和農林的各個領域，加強學生的生物化學理論和技術知識是科研發展的需要。實驗教學是此課程體系的重要組成部分，對培養學生的基本實驗技能，加強對基本理論知識的理解至關重要。同時，實驗課程需具有自身的獨特性與獨立性[2]，成為讓同學們獲得活躍的科研思維、成熟的實驗技能和靈活的實踐能力的重要途徑。但當前大多院校生物化學實驗教學環節內容設計與教學總體目標匹配度較低，不能充分培養同學們的創新能力。同時還伴隨著學生人數多，教學設備同步滯后等客觀問題。筆者結合實踐教學經驗，針對生物化學實驗課教學中存在的問題及不足，探討了實驗課的教改措施。

1 生物化學實驗課的現狀及問題

1.1 課程內容的滯后性

生物化學作為生物學科中的核心課程，內容基本可分為三大部分：（1）生物分子的結構、組成與功能；（2）細胞內重要代謝通路的發生機制與調控；（3）遺傳信息的傳遞與表達調控。基于機體內主要生物大分子，尤其是核酸與蛋白的前沿研究領域發展迅速。然而，大部分農林院校中基礎生物化學實驗教學內容較為陳舊，與當前研究領域熱點嚴重脫節，完全不能適應當今生物化學飛速發展的現狀[3]。造成這種局面主要有兩個方面：實驗條件的限制和教學觀念、內容組織的滯后。這就導致同學們無法及時了解行業學科內最新發展與現狀，缺乏獲得快速捕捉行業熱點的洞察能力。

1.2 內容組織缺乏系統性

實驗設計缺乏系統性，實驗方法呆板，不能在相關學科中滲透和應用。生物化學實驗課程多以驗證性實驗為主，缺乏系統性，設計性及開發性的實驗。每個實驗幾乎是單獨存在的，實驗模塊幾乎都是由實驗目的、實驗原理、相關儀器、耗材、試劑及實驗步驟等組成，學生只是機械的按照既定的步驟照著做，缺乏獨立思考及分析和解決問題的能力。同時，由于實驗模塊之間缺乏系統的關聯度，導致教學內容顯得枯燥無味，無法充分激發同學們的興趣點，“抱著走”成為同學們做實驗的普遍方式，最終造成“注入式”的教學結果。

1.3 不同專業學科針對性不強

農林院校主要以農科為主，但仍包含多個專業的教學目標。不同學院、專業涉及領域差異較大，但當前生物化學本科實驗教學模塊單一，缺乏多樣化，甚至不同專業實驗內容完全一致，這與我國多樣化與專業化的人才培養目標嚴重不符。單一的實驗內容可能無法完全涵蓋所有農業院校相關專業的培養目標。由于與本專業的關聯性不強，同學們就無法在實驗教學過程中學到與本專業高度關聯的實驗技能，無法將生物化學理論知識應用到將來的工作中，導致理論、實踐到就業的雙重斷裂。

1.4 缺乏創新性培養

新時代高等教育強調內涵式教學，其中重要一點即為創新能力的培養。高等教育強調“學”與“想”，而不是“教”。這要求教師從“施教”至“導學”的角色轉變。多數院校生物化學實驗教學內容相對固化，距離“提出科學問題”到“如何解決科學問題”的內涵教育相差甚遠。流水賬似的實驗課程造成課堂氛圍呆板，同學思維受到束縛，導致無心思考實驗背后的根本原理及應用范疇，這同時也是“應試教育”的一大弊端體現。如何利用“啟發式”教學和多樣性的教學評價機制，去除“教師中心法則”，真正做到培養同學們綜合判斷和科學問題的分析解決能力也是新時代高等教育面臨的一大挑戰。

2 生物化學實驗課的教改措施

2.1 教師主觀思維中教學體系的改革

大多數高校的生物化學實驗教學方式仍以老師為主導，學生只是按照擬定的實驗步驟進行，缺乏對學生思維和創新實驗能力的培養。要真正實現開展生物化學實驗教學的目的，就需要在教師自身思維中展開教學體系改革。

2.1.1 應用理論—實驗一體化教學體系

理論與實驗一體化教學是在借鑒“雙元制”教學模式基礎上發展出的一種創新教學模式。在理論課教學過程中，教師應注重引導同學們的觀察、討論與設計能力，以此加深對理論知識的理解。同時在實驗教學中，強調問題解決方案的合理性，以及在實驗現象背后隱藏的科學原理。例如：在講解“核酸的性質”時，強調利用核酸的紫外吸收、變性復性等理化特點，如何進行核酸的提取和檢測，然后在實驗課中進行實踐，真正做到理論與實踐的有機融合。其次，在理論教學過程中，應加強高新技術及熱點研究問題的拓展教學，在向學生講解具體科學研究中如何利用所學內容解決科學問題，及解決科學問題用到的實驗技術的同時，引導同學們主動思考“利用最新科研手段能夠解決什么樣的經典科學問題？”，或者“這項研究成果中為何利用這樣的實驗手段解決目標科學問題？”。在實驗教學中，應強調學生的主體地位，讓學生根據所學理論知識自主的設計和操作實驗，培養學生的創新及思維能力。

2.1.2 實施開放性成績評估

實驗課程學生成績的評價體系也需改變。當前高等教育中，“考試”往往是同學們最為關注的教學評價環節。這種“應試教育”中的功利色彩對實踐教學模塊更為有害。所有上交的實驗報告中內容幾乎完全雷同，完全達不到創新型人才的培養目標。在考核形式中，應加入對實驗結果及過程的理解考核與開放性思考指標，而不應以實驗得到結果的正確與否作為判斷條件。譬如：在“PCR擴增目標基因及瓊脂糖凝膠檢測”實驗中，增加自主設計擴增引物、評估引物可用性的環節，并通過電泳檢測成功與否判斷在實驗流程中的問題所在。教師可根據同學們的最終反饋作為成績評價指標，從而了解同學們對該實驗的理解狀態，進一步調整相關理論教學方案，并可結合“反轉式教學模式”開展專題討論，增強同學們“學”與“想”的自主能力，促進培養思維創新型。

2.1.3 重視批判式思維培養

“批判”是創造性思維的基礎。批判性思維無論在認識科學的理論模型，哲學概念的分析技巧，乃至對邏輯謬誤的判斷上，都是考察“假設”真偽，并進一步做出恰當且不缺創新的明智決策與行動的思想淵源[3]。研究表明，批判性思維對同學們創造力影響顯著，信息評估和利用通過批判性思維的中介效應能進一步促進創造力。基于如此，多數高校生物化學實驗課程體系均缺乏批判性教學引導。在實驗過程中，教師應先引導性的使同學們對理論的成立產生疑惑，然后根據問題進行針對性的分析，揭示和掌握實驗現象的本質，推動同學們認知深層次的理解。例如：在SDS-PAGE分離蛋白實驗中，首先拋出問題“SDS在該實驗中的作用是什么？不加入SDS就不能根據分子量對蛋白進行分離了嗎？”。之后，在基本實驗流程不變的前提下進行調整，一組同學進行正常的SDS-PAGE，另一組同學在電泳過程中去除SDS，最終形成對照性的結果。在質疑的過程中，同學們會在頭腦中形成拓展性的形象思維、邏輯思維。實際上，類似的問題創設所激發的創造性思維有利于同學們在將來的相關工作中開展問題的深入與難點的破解。

2.2 根據教學目標及客觀條件優化課程結構

2.2.1 基礎性實驗與系統性實驗有機結合

生物化學是一門系統性很強的學科。作為生物學其他專業課的基礎，一般在大二開設。在生物化學實驗課設計的過程中，應同時注重內容的基礎性與系統性。建議可將整個實驗教學分為兩大模塊：基礎實驗能力培養與系統創新性培養。基礎性實驗目前已較為成熟，主要涉及生物化學生物大分子的提取、特性鑒定，主要旨在鍛煉同學們基礎的生化操作，了解基本實驗流程，是進一步培養創新型思維的基礎。

而系統性實驗模塊的設計與改革，問題在于如何將基礎性的理論與實驗串聯起來，結合教師的主觀引導性教學，培養同學們的創造性思維。首先，系統性實驗模塊需要串聯性的設計思路，根據理論教學知識點，將生物化學各個章節有機的結合在一起，達到強化理論的目的。例如：設計“**酶的原核異源表達及活性檢測”實驗，包含載體構建、質粒提取、原核轉化、蛋白誘導表達、親和層析純化到蛋白活力檢測的完整流程，讓同學們從理論課的各章內容中多層次的進行實踐。其次，系統性實驗中需要引入前沿性及自主性，例如：開展班級討論，利用最新的基因編輯手段，設計方案敲除某細胞中某一基因，并在不同生物大分子層次進行鑒定，待教師審閱及修正后實施。當然，由于實驗室條件限制，該實施體系僅限于條件較為優越的高校。如無實施條件，可利用互聯網上“在線MOOC”及虛擬仿真實驗手段進行補充教學。最后，系統性實驗教學模塊不能脫離基礎性實驗，在設計整個教學內容時，應注重兩者間的高度統一及串聯型，讓同學們能夠利用所學基礎實驗手段解決系統的研究問題。

2.2.2 根據不同學科加強實驗教學方案的針對性

生物化學實驗內容涉及的知識面廣，操作要求較為嚴格，對學生實驗素質、操作技能及分析解決問題能力等方面的培養具有優勢。生物化學技術的創新給人類生活帶來了巨大革新，尤其是農業方面。農業類院校生物化學課程無論在理論課及實驗課中應有意識的結合我國農業發展現狀，聚焦農業研究熱點問題。另外，農林院校包含專業眾多，當前不同學科生物化學實驗教學方案同質化嚴重，應根據專業學科實際調整教學計劃和實驗內容。例如，食品科學與工程專業是培養具有食品安全與營養、食品分析與檢測等方面的專業技術人才。因此在此專業的實驗教學上應重點講述食品生物化學的研究方法、技術在新食品資源開發、保存及貯藏技術中的應用等；生命科學學院更加注重基礎理論研究，在實驗設計中應注重基因工程操作技術及遺傳信息傳遞等知識點的最新研究進展及在生命科學中的最新應用。在教學中應根據教材結構及學生專業合理地刪減、更新和重組實驗內容，調動學生的積極性，能夠提高學生的主動性及知識運用能力。

3 結語

生物化學實驗課程是一個通過實驗來加強對基礎理論學習的過程。實驗課程的目的是培養學生的操作能力、創新能力及分析和解決問題的能力。通過以上幾點的嘗試和實踐，可以提高學生對基礎生物化學的興趣，加強學生對基礎知識的理解和把握，同時也培養了學生的實驗操作能力及分析解決問題的能力，為學生今后在科研與工作中的創新能力奠定扎實的理論基礎。