生物化學實驗示誤和試誤教學設計*

摘" 要" 生物化學實驗課作為生物化學課程的重要組成部分，是生命科學相關專業的重要基礎課程，對培養和提高學生的科研素質極為重要。在實驗中，一些學生常常由于不理解實驗原理或不按照規范操作，造成很多失誤。教師可以把這些失誤作為案例，巧用示誤和試誤教學設計，幫助學生端正科研態度，培養其科研意識和科研技能。

關鍵詞" 生物化學實驗；實驗教學；示誤教學；試誤教學

中圖分類號：G642" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）10-0140-03

0" 引言

生物化學實驗以化學方法研究生物分子的結構、性質和生命活動規律，既具有直觀性，又具有綜合性。生物化學實驗作為生物化學課程的重要組成部分，是生命科學相關專業的重要基礎課程，對幫助學生深刻理解理論知識、培養和提高學生的科研素質極為重要。生物化學實驗材料的選擇與處理、試劑配制、物質提取、定量檢測、結果分析等環節都包含一系列細節，涉及知識點眾多，某個細節稍有改變，結果就會大相徑庭，甚至可能造成實驗的失敗。

筆者在實驗教學中發現，很多學生由于不理解實驗原理或粗心大意，而出現各種各樣的失誤，達不到預期結果。學生作為初學者，容易出現錯誤，教師不應該將其簡單定性為失敗，應該把這些錯誤作為學習的契機。一方面要及時示誤，分析錯誤背后的原因，讓學生認識到細節的重要性；另一方面要主動試誤，針對易出錯的問題進行實驗設計，讓學生深刻理解實驗原理，端正科研態度、增強科研意識、提升科研技能。如果設計得當，會比實驗一次成功更有收獲。

1" 出現失誤的原因

1.1" 不理解實驗原理造成失誤

醋酸纖維素薄膜電泳實驗中對醋酸纖維素薄膜的預處理及加樣、加樣后放置在電泳槽架上的操作非常關鍵。如果學生不理解薄膜保持濕潤的重要性，不知道印章法加樣時血清要少量、均勻，要果斷地操作等要點，不清楚醋酸纖維素薄膜必須把加樣端置于負極且加樣線不能接觸濾紙橋、點樣面向下放置在濾紙橋上的關鍵細節，是不可能得到整齊清晰條帶的。

酶的特性實驗由三個小實驗組成，分別研究不同溫度、pH值和激活劑與抑制劑存在時，唾液淀粉酶催化淀粉水解反應速率的變化。除了這三個單一變量，其他條件必須一致才能得出可靠結論。必須讓學生理解酶促反應時間是如何界定的：酶促反應開始的時間是酶與底物接觸的那一刻，加入碘液的時刻是酶促反應結束的時間，兩個時間點之間要精確到秒，因為如果時間不一致，就不能得出正確結論。

真核細胞DNA實驗中，提取的是基因組DNA。在提取過程中，DNA易發生機械斷裂，產生大小不同的片段。因此，分離DNA時動作一定要輕緩，以保證得到較長的DNA。

此外，維生素C定量測定時標準溶液配制和樣液制備要保持酸性環境；標準曲線制作時是否把橫坐標設為自變量、把縱坐標設為因變量，坐標軸的刻度值是否正確，計算方法是否正確等，都需要在理解原理的基礎上操作，才能得到理想結果。

1.2" 不按照規范操作造成失誤

生物化學實驗的操作非常煩瑣，都是由一系列細節構成，稍不注意就會“失之毫厘，差之千里”。常見的失誤主要表現在：前期準備時試管等玻璃器皿是否潔凈、干燥；試劑配制時使用量計算是否正確，是否現用現配，溶劑是否符合要求，藥品是否完全溶解；纖維素薄膜是否充分浸透緩沖液并適當吸去多余液體；物質提取環節，樣品稱重是否選用分析天平，抽提溶劑是否合理，樣品研磨破碎是否充分，是否全部轉移到離心管，離心時離心管是否做到等重、平衡，離心后上清液是否在傾出后再吸取，上清液是否量取體積；是否規范使用移液器，加樣后是否充分混勻；分光光度計是否調至所需波長，比色皿是否潔凈、潤洗，是否調零后讀取數值，測得數值是否超出一定范圍等[1]。

2" 示誤教學和試誤教學

2.1" 關注操作細節，及時示誤

學生操作中出現錯誤，馬上要求改正，可能造成“一聽就懂、過后即忘、下次還錯”的現象。教師可以將錯就錯，做一個正誤對比，將出錯的樣本按照程序繼續進行下去，讓學生親眼看到兩種結果，再引導他們分析失敗原因，并作為錯誤案例，向班級示誤。一個失敗的實驗給學生帶來的思維沖擊是不容忽視的，成功的實驗能帶給學生知識，錯誤的實驗能促使學生思考[2]。

生物化學定量實驗大多使用分光光度法，第一次使用分光光度法講解原理時，跟學生講明紫外分光光度計和可見分光光度計的波長范圍，強調要根據測定波長選擇分光光度計，有些學生并沒有牢記。后面的實驗是用紫外分光光度法測定維生素C的含量，多位學生試圖用可見光分光光度計調節至243 nm。教師發現他們的錯誤，沒有急于糾正，而是當他們發現不能調出所需波長，并引起其他學生注意時再指出錯誤，反而收到更好的效果。

“薄層層析法分離氨基酸”實驗中有學生點樣時把氨基酸樣品滴到層析板的中部，層析結束后在不同位置出現兩個顏色、形狀相似的斑點；實驗室的纈氨酸試劑受到污染，標準樣品的上方出現一個較小的斑點。教師讓學生觀察這些錯誤樣本，可幫助學生加深理解實驗原理，并直觀地認識到層析法不但可以分離極性不同的氨基酸，還可以用來判斷樣品的純度。

“醋酸纖維素薄膜電泳分離血清蛋白質”實驗，點樣步驟極為關鍵，有的學生因為感覺點樣量過少，又進行重復點樣；有的學生在用濾紙吸去多余緩沖液和點樣環節配合不到位，醋酸纖維素膜過濕或過干，教師在電泳開始前發現后，提醒學生關注這些樣本，在電泳結束后與其他薄膜的結果作對比。此外，在氨基酸紙層析實驗中，有的學生加樣線畫得過低，濾紙筒放入層析缸后點樣點被浸沒在擴展劑中而造成樣品溶解擴散；有的學生把濾紙筒貼在層析缸壁，從而出現邊緣效應；等等，都可以作為示誤的素材，把不同的結果拍照后上傳到群里對比，不僅可以讓學生理解各種操作細節的用意，也能增加實驗的樂趣。

2.2" 試誤教學設計

化學實驗中的失敗是化學實驗教學的“寶貴財富”。失敗意味著學生的學習困惑與困難，這也正是教育的起點[3]。在積累很多錯誤案例的基礎上，為了讓學生對所學內容真正理解和掌握，使新的知識充分融入原有知識結構中，可以采用試誤教學法。教師有意設計一些障礙，讓學生在經歷錯誤、分析錯誤、改正錯誤的過程中，既使知識有效內化，防止錯誤再次發生，又可鍛煉思維能力，切實提高科研素質。

分光光度法定量測定中涉及標準曲線的實驗，如果單純提醒學生要關注吸光值的分布情況，不及時調整待測液的濃度，使其光吸收值落在標準曲線范圍之內，學生的印象未必深刻。考馬斯亮藍染色法測定蛋白質濃度實驗，利用試誤教學法，配制一個濃度較高的待測液，加入考馬斯亮藍染色劑后，讓學生先用肉眼觀察，明顯看出待測樣品的藍色超出標準蛋白質的顏色范圍；再讓學生測定595 nm吸光值，測定出的吸光度值也超出標準曲線的最大范圍。此時提醒學生：出現這種情況，無法用該標準曲線進行計算。

通過試誤，讓學生認識到分光光度法測定物質的濃度是有一定限制的，在科研工作中經常要對待測樣品的取樣量及稀釋倍數進行摸索，使待測液濃度在一定范圍內，才能保證測定結果的準確性。這個案例讓學生初步學會分光光度法中如何用肉眼判斷待測樣品的濃度是否合適。

“酶的特性”實驗研究溫度對酶促反應速度的影響，書上的做法是先把稀釋唾液加熱煮沸，再加入淀粉37 ℃保溫后加碘液。有學生提出將唾液淀粉酶和淀粉溶液混合后置于沸水浴，然后加碘液的做法。教師雖然明知此法有缺陷，但仍需鼓勵學生嘗試。按照以上步驟操作后，發現試管中反應液是無色的，而不是預期中的藍色，再告知學生是由于碘液中的碘遇高溫揮發。知道原因后，讓學生討論如何解決這個問題，提出可以待試管中液體冷卻后加碘液，但又出現反應時間不一致的矛盾。最終得出按照課本上的方案更為合理的結論，讓學生信服課本。

“小麥淀粉酶活力研究”實驗利用標準比較法測定干種子、發芽一天種子、發芽三天種子的淀粉酶活力，需要設置空白對照、標準對照和三個樣品，一共五支試管。測定吸光值后，有學生發現：雖然各組都是用同樣的標準溶液和樣品，測定結果卻有很大差異。此時再思考：這個實驗設計是否存在問題？是否沒有按照一般定量實驗的要求設置重復實驗？有些學生想到重復實驗的問題，卻做了一組假的重復實驗：從顯色完成后的溶液中取三次，測三個吸光值。教師借此分析什么是真正的重復實驗，哪些平行樣檢驗的是實驗設計的誤差，哪些平行樣檢驗的實際上是儀器的精密度。

以西紅柿和青椒為樣品，利用紫外分光光度法測定維生素C含量的實驗中，由于維生素C在酸性溶液中較穩定、在中性和堿性溶液中易氧化的特性，在制備樣液時分別用水和偏磷酸提取維生素C，通過二者吸光值的差異，可以直觀地驗證以上知識。也可以把用蒸餾水溶解的和用偏磷酸溶解的抗壞血酸溶液作對比，放置一到兩小時后同時測定紫外吸光值，與以上設計有異曲同工之妙。

另外，用分光光度法定量檢測時悄悄改變波長，注意觀察學生是否會調到正確波長；講解或板書時故意寫錯某個數值；等等，都可以起到很好的試誤作用。

3" 示誤和試誤教學方法對教師的要求

要在生物化學實驗教學過程中熟練運用示誤和試誤教學方法，游刃有余地指導學生，實驗指導教師必須具備極高的素質。

3.1" 教師要加強素質修養，有甘于奉獻、認真治學的態度

不能對學生放任自流，要嚴格要求、一絲不茍，尤其在實驗室安全方面要毫不放松。實驗過程中應加強巡回指導，練就一雙火眼金睛，及時發現問題、解決問題。同時要讓學生體會教師的關心，在學習過程中注重師生交流互動，教師認真聆聽學生提出的看似簡單的問題，了解學生對知識的掌握程度，及時發現錯誤。

3.2" 教師要具備淵博的理論知識，不斷提高業務水平和工作能力

生物化學實驗中出現的很多錯誤，看似很小，但對出現錯誤的根源進行分析，就會發現這些錯誤其實暴露了學生對生物化學知識、概念掌握不準確，對實驗原理缺乏正確的理解等問題[4]。實驗指導教師在實驗開始前應有預見性地針對學生欠缺的基礎知識、基本技能加強講解，同時要講清、講透操作過程中的注意事項，以提升實驗的成功率[5]。要鼓勵學生勇敢質疑，更要善于答疑，注重培養學生提出問題、分析問題、解決問題的能力。

3.3" 教師要積累豐富的實踐教學經驗，勇于面對問題、解決問題

由于生物化學實驗實驗材料的復雜性，經常會出現一些新情況、新問題，不能得到預期結果。遇到這些問題時，教師應從實驗的各個環節查找原因。檢查設計方法是否合理，是否具有操作性；實驗試劑的配制是否按要求進行；實驗儀器有無系統誤差，實驗者有無操作誤差；注意每個環節所出現的現象，每個環節的微小變化都可能導致最終結果與預想結果大相徑庭。

教師應善于在課堂上和學生實驗報告中發現細節問題，反思這些問題出現的原因，構建一套豐富的錯誤案例庫，需要時信手拈來，有選擇地運用示誤和試誤教學方法。

參考文獻

[1] 邸瑤.生物化學實驗課中常見的錯誤操作分析[J].實驗室科學，2015，18（4）：33-35.

[2] 馮俊榮.巧妙利用生物化學實驗中的錯誤[J].實驗室科學，2013，16（1）：199-201.

[3] 熊珂，鄧鈞文.基于化學專業本科生視角的大學化學實驗教學的優化[J].化學教育（中英文），2020，41（12）：56-59.

[4] 彭建宗.生物化學實驗課中幾個常見問題的分析[J].華南師范大學學報（自然科學版），2010（S1）：44-46.

[5] 安徽農業大學生命科學學院生物化學教研室.生物化學實驗教學過程規范化管理的思考[M]//華東六省一市生物化學與分子生物學會2009年學術交流會論文摘要匯編，2019：12-16.

[6] 鄭京平.水果、蔬菜中維生素C含量的測定：紫外分光光度快速測定方法探討[J].光譜實驗室，2006，23（4）：731-735.

*項目來源：煙臺大學海洋學院2019年教學改革項目；煙臺大學2019年課程思政示范課項目；煙臺大學2020年教學改革項目。

作者：馮俊榮，煙臺大學，副教授，研究方向為生物化學教學（264005）。