生物化學與分子生物學實驗教學改革探索與實踐

李自青，邢雁霞，任美艷

（山西大同大學醫學院生物化學教研室，山西 大同 037009）

隨著科學技術的迅速發展，生命科學的技術已滲透到醫學、藥學、食品、農業、林業等各個領域，與人們的生產和生活息息相關，而生物化學與分子生物學既是生命科學的基礎學科，也是前沿學科[1]。在醫學高等院校，生物化學與分子生物學是各個醫學專業的必修基礎課程，而生物化學與分子生物學是一門以實驗為基礎的科學，因此實驗課在教學中具有舉足輕重的作用。通過實驗課教學，學生不僅能夠驗證基本理論、掌握基本技術，還能夠培養學生的科學思維和創新精神，為學生今后從事臨床工作和科學研究打下堅實的基礎。但在傳統教學中，一直存在重理論輕實驗的現象，實驗課教學沒有受到教師和學生足夠的重視，實驗課教學存在很多問題。因此，我校醫學院對生物化學與分子生物學實驗課教學進行了一系列改革，取得良好的教學效果。

1 實驗內容的改革與實踐

目前生物化學與分子生物學理論課程體系已經由以傳統的生物化學物質代謝為中心轉向以基因信息傳遞為中心的分子生物學的知識框架體系[2]。而我校生物化學與分子生物學實驗項目一直都是傳統的驗證性實驗，內容包括8個實驗項目，分別是血清蛋白醋酸纖維素薄膜電泳、幾種理化因素對酶活性的影響、硫酸銨含氮量標準曲線繪制、激素對血糖濃度的影響、肝組織氨基移換作用、血清尿素氮含量測定、動物組織核酸的提取與鑒定、血清丙氨酸氨基轉移酶活性測定。8個實驗涵蓋了生物化學的電泳、比色、層析、離心四大基本技術，其中4個實驗項目涉及比色分析，內容嚴重重復。因此為了適應學科發展，我們對21級臨床醫學專業實驗內容進行了更新，將原有的“血清尿素氮含量測定”和“動物組織核酸的提取與鑒定”兩個實驗更換為“PCR基因擴增及其瓊脂糖凝膠電泳檢測”一個實驗項目，增加了PCR基本技術。目前PCR技術是分子生物學基本技術，廣泛運用于生物、醫學、農學、食品等各個領域，學生通過PCR基本實驗操作進一步理解DNA復制，加深理論課所學內容，同時熟悉生物化學與分子生物學的基本操作。由于學時限制，我們將后期的質粒構建、蛋白表達設置為開放性實驗項目，學生通過學習通線上預習，并預約實驗室，課后進行實驗操作。使學生熟悉基因工程的基本操作，綜合性實驗涉及“DNA提取”“引物設計”“PCR擴增”“載體選擇和構建”“蛋白表達”“數據分析”多個知識點、多種實驗方法和技術，對學生綜合能力的培養具有重要作用。整體的實驗安排由驗證性實驗到綜合性實驗，由易到難，既有利于學生掌握，又能保證學生對基本知識、基本技能的掌握，同時教師會選擇一部分學生加入科研團隊，將科研和教學緊密結合，對學生科研素養的培養具有重要作用，從而滿足醫學院校本科人才培養目標。

2 實驗教學方法的改革與實踐

2.1 線上線下混合式教學方法的實施

混合式教學就是利用互聯網資源將在線教學和傳統教學結合在一起的線上線下教學模式，充分利用兩種教學方法的優勢，拓寬教與學的時間與空間，從而提升學習效果[3]。目前生物化學教研室混合式教學法主要用于理論課的教學，并建設了精品課程，在實驗課教學方面應用還不多。2019年我們借助學習通平臺，將“3-磷酸甘油醛脫氫酶基因克隆及其表達”這個實驗進行了線上線下混合式教學改革嘗試，課前通過學習通布置作業，讓學生提前預習實驗講解視頻，上課時再進行針對性的講解和討論，然后進行實驗操作，課后完成作業和討論并提交實驗報告。而通過線上線下教學流程的實施，改變了傳統的實驗教學模式，構建了新的實驗教學體系，使學生在線上就能了解實驗的目的和任務，線上看實驗講解視頻，突破了學時的限制，大大節約了時間。更重要的是依托學習通，我們將“3-磷酸甘油醛基因克隆及其表達”實驗設置成開放性實驗，可以克服學時限制，使學生有機會參與綜合性實驗，不僅能調動學生參與實驗的積極性，而且提高了實驗課的教學效果，從而推動了生物化學與分子生物學實驗課程的改革實施，增加了實驗課程的廣度和深度，提高了實驗課的教學質量。

2.2 課程思政教學的實施

在實驗課教學體系中，思想政治教育嚴重不足，為此我們將思想政治教育貫穿于實驗課教學的始終。充分挖掘生物化學與分子生物學實驗課程中的科學和人文精神，通過展示科學家通過實驗探索科學的過程，激發學生對生物化學與分子生物學實驗的興趣，提升實驗課在學生心中的重要性，糾正重理論輕實驗的思維模式[4]。比如實驗課“激素對血糖濃度的影響”，提出我國在1965年在世界領域首次人工合成結晶牛胰島素，給廣大糖尿病人帶來福音。通過這些相關知識來激發學生的愛國情懷，增強學生的政治自信和文化自信。通過講述目前通過基因工程大量生產胰島素，使胰島素的生產成本大大降低，為廣大糖尿病人帶來福音，激發學生對科學研究和科學實驗的興趣，培養學生的科學精神和造福人類的高尚情懷。實驗課上通過實驗確實驗證了胰島素的降血糖效果，課后通過學習通發布作業“糖尿病的發病機制，如何通過飲食和運動預防糖尿病”，強化預防重于治療的意識，醫生的職責和使命是提高人們的生活質量，延長生命，讓每個人都有大健康意識。在實驗課課程思政探索中，利用學習通的輔助作用，充分地調動學生學習的主觀能動性，在實驗課的全過程中將課程思政內化于心、外化于行。

2.3 自主設計實驗教學方法的實施

實驗課不僅僅是驗證理論課所學內容，更重要的是培養學生的動手能力和分析、解決問題的能力，逐步培養學生的科研思維和創新能力。但是傳統的實驗教學模式，學生被動的參與實驗，主觀能動性不高、科研意識薄弱。為此，我們在實驗教學中加入了自主設計實驗內容。實驗課時，教師講授設計性實驗的總體思路，具體的實驗項目以及實驗內容。要求學生通過網絡、圖書、期刊、文獻等查閱相關資料，進行實驗方案的初步設計，并進行分組討論，每個小組都要認真負責的寫出實驗方案報告，教師對學生提交的實驗方案進行評估指導并確定最終實驗方案。例如“3-磷酸甘油醛脫氫酶基因克隆及其表達”這個綜合設計性實驗，課前要求學生在基因庫中查閱“3-磷酸甘油醛脫氫酶”的基因序列，自行引用在線引物設計軟件進行引物設計，小組間討論引物設計方法和注意事項，自行選擇合適的載體進行基因克隆，這些過程都要通過學習通發布并計入平時成績。課中，在教師的指導下，學生自己進行實驗的準備工作，包括試劑配制和儀器的使用，在教師示范操作后，學生自行進行實驗操作。課后，學生需要對每次實驗進行總結，并為下次實驗做準備。整個實驗結束后，學生分析討論實驗結果并撰寫實驗報告。整個實驗以學生為主導，教師起引導作用，這樣不僅能夠調動學生參與實驗的積極性，而且有利于培養學生獨立的思考問題、分析問題和解決問題的能力[5]。

3 實驗成績評定的改革與實踐

傳統的實驗課評價方式主要是實驗報告的成績，導致學生在實驗課期間主要著重于實驗報告的書寫和提交，對實驗課的學習過程并不重視，有很多學生上實驗課時應付交差，不能發揮實驗課真正的作用。為此，我們首先在實驗課教學評價中引入了過程性評價，而且加大過程性評價的比重。充分利用學習通，實驗課前發布任務，讓學生提前預習，熟悉實驗的目的和原理，學生需要通過查閱資料，自行設計實驗，實驗課上進行現場討論，課后通過學習通提交課后交作業。教師可設置權重，由系統自動導出平時成績。平時成績占期末實驗成績的60%，包括簽到占平時成績的10%，課前預習占30%，課上討論占30%，課后作業占30%，實驗報告成績占期末實驗成績的40%。通過評價方式的改革，使學生重視實驗過程，對每一次實驗都能認真對待，提高學習的主動性和積極性，克服實驗課就是交實驗報告的應付心理，真正提高實驗課的教學質量。

4 結語

生物化學與分子生物學實驗課程主要是培養學生基本實驗操作和技能，掌握基本的實驗方法，將理論和實踐相結合，提高學生分析問題和解決問題的能力，塑造學生的科學思維能力和探究精神，為創新性人才的培養奠定基礎。我們通過對生物化學與分子生物學實驗課教學內容、教學方法和成績評價方式的改革，極大地調動了學生實驗課地積極性，激發學生的學習興趣。首先通過對實驗內容進行更新，增加了綜合性實驗項目，對學生綜合能力的培養具有重要作用。其次，對實驗方法進行了改革，采用多種實驗教學方法有機結合，以線上線下的混合式教學作為主要手段，將課程思政貫穿于實驗課教學的始終，在實驗過程中引入自主設計實驗教學方法，極大拓寬了實驗教學的廣度和深度，豐富了實驗教學內容，培養了學生的科學思維和人文精神，增強了學生自主學習能力和團隊協作精神。最后，通過對成績評定的改革，提高學生對實驗課的重視程度，從以前的應付交差變為主動積極地上好實驗課，做好實驗，有些學生在實驗結果不理想時甚至要求重新做實驗，將實驗課的教學目的真正落到實處。

綜上所述，通過實驗課教學改革，不僅提高實驗課教學質量，更是從實際出發，培養一批具有扎實的基礎知識、較強的專業能力和良好的職業素養的高層次的醫學專業人才。