基礎生物化學實驗教學改革的探索與實踐

李 欣， 趙玉紅， 周 浩， 張翠竹， 張 鈞，段亞君， 水雯箐， 趙立青， 李登文

(南開大學 生命科學學院 生物實驗教學中心，天津 300071)

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基礎生物化學實驗教學改革的探索與實踐

李 欣， 趙玉紅， 周 浩， 張翠竹， 張 鈞，段亞君， 水雯箐， 趙立青， 李登文

(南開大學 生命科學學院 生物實驗教學中心，天津 300071)

基礎生物化學實驗是面向本校藥學、醫(yī)學、環(huán)境科學和物理學等非生物學專業(yè)開設的基礎性實驗課程，具有上課人數多，學生理論和實驗水平參差不齊，而課時卻相對較少的特點。為了取得良好的實驗教學效果，經過不斷的努力探索和實踐，通過優(yōu)化實驗教學內容、改進實驗教學方式、構建雙向評價體系和建立長效激勵機制等方式，將夯實實驗基本技能與提高學習能力有機的結合起來，突出了學生在學習中的主體地位，充分調動起師生在實驗教學活動中的積極性，獲得了實驗教學效果的全面反饋，促進了實驗教學的積極發(fā)展，為提高實驗教學質量和培養(yǎng)實踐型人才奠定了基礎。

基礎生物化學實驗； 非生物學專業(yè)； 教學改革

0 引 言

隨著生物化學發(fā)展的突飛猛進，其影響力不但在生命科學領域中舉足輕重，更不斷滲透到諸多相關領域，如藥學、醫(yī)學、環(huán)境科學、物理學等，成為這些學科學習的重要基礎和理論先導[1-2]。而生物化學本身又是一門實踐性非常強的學科，為此，南開大學生命科學學院面向生命科學相關專業(yè)開設了“基礎生物化學實驗”課程，旨在激發(fā)學生學習興趣，讓非生物專業(yè)學生在動手操作中夯實生物化學基礎理論，提升實踐能力，為其專業(yè)領域的后續(xù)學習和深入研究奠定良好的基礎，也滿足專業(yè)人才培養(yǎng)對基礎實驗教學的本質要求。

1 基礎生物化學實驗課程特點

基礎生物化學實驗是生命科學學院面向非生物學專業(yè)學生開設的實驗課程，是藥學和醫(yī)學專業(yè)大二年級學生的必修基礎前導課，也是環(huán)境科學和物理學專業(yè)的熱門選修課。課程共計54個學時，每學年選課人數近200人之多，教學對象及課程本身的特殊性，賦予了基礎生物化學實驗諸多特點。

1.1 學生水平和上課積極性參差不齊

由于選課學生來自不同專業(yè)，而各個專業(yè)所設置的前導課程又不盡相同，學生在各自院系中所受到的實驗操作訓練內容也各有差異，因此無論是在基礎理論知識層面，還是在實驗動手操作技能方面，學生水平會表現出參差不齊[3]。另外，學生選課目的各異，有的是迫于學分壓力，所以不得不選，這樣的學生只會跟著實驗步驟應付差事，知其然而不知其所以然。而也有不少學生對生物化學實驗抱以極大興趣，特意選修這門課程，則必然在實驗中樂于多動手多思考，課堂表現非常活躍。因此，出于不同的心理，學生上課的積極性也會表現不一。

1.2 課時相對于實驗教學內容較少

開設基礎生物化學實驗，目的就是讓生命科學相關專業(yè)的學生能夠在實驗教學中強化生化理論知識，提高生化基本實驗技能水平，掌握常用儀器的使用方法和注意事項。而生化實驗本身所涉及的實驗內容和儀器設備多樣，涵蓋基本技能項目廣泛，再加上選課人數眾多，相對于豐富的教學內容而言，基礎生化實驗的課時則顯得非常有限[4]。

針對基礎生物化學實驗課程教學對象特殊、課時相對較少的特點，課程組的任課教師和實驗技術人員經過不斷的探索與實踐，在教學內容、教學方法、評價體系和激勵機制等諸多方面進行了改進，為進一步提高基礎生化實驗教學質量做出了不懈努力。

2 優(yōu)化實驗教學內容

基礎生物化學實驗的教學目標是面向非生物學專業(yè)低年級學生，通過教師講授和自身實踐，從而加強對基礎理論知識的認知和理解，掌握常用儀器的正確操作規(guī)則，提高學生基本實驗技能水平，培養(yǎng)學生觀察能力、動手能力及分析問題和解決問題的能力，并了解學科應用與前沿知識進展，為培養(yǎng)實踐型創(chuàng)新人才做出良好的鋪墊[5]。

生化課題組基于上述人才培養(yǎng)目標，結合學生和課程特點，將實驗教學內容在原有基礎上進行了精心篩選和組織，具體課程內容安排如下：

(1) 實驗室開放日(教學計劃和教學內容介紹，實驗室安全教育等)；

(2) 酵母蛋白質的制備；

(3) 多酚氧化酶的制備和性質研究；

(4) 質粒DNA的提取；

(5) 瓊脂糖電泳法分離酶切質粒DNA；

(6) 胰蛋白酶米氏常數的測定；

(7) 維生素C的定量測定；

(8) 離子交換樹脂分離氨基酸；

(9) DNA的制備和含量測定；

(10) 轉氨基作用；

(11) SDS-PAGE分離蛋白質。

特別是將原有的“醋酸纖維膜電泳法分離血清蛋白質”實驗替換為“SDS-PAGE”實驗，雖同為電泳技術分離蛋白的實驗，但后者的分離效果更好，應用也更加廣泛。

經過系統(tǒng)的整合和優(yōu)化，目前實驗教學內容涵蓋了生物化學領域最基本、最常用的多種實驗技術，如滴定技術、電泳技術、層析技術、分光光度分析技術、生物大分子提取技術等。實驗中涉及到多種常見儀器設備的使用，如離心機、水平電泳和垂直電泳裝置、凝膠成像分析系統(tǒng)、分光光度計等，有助于夯實基本實驗技能，鍛煉學生的實際操作能力，為適應日后的科研學習打下了堅實基礎。

值得一提的是，為滿足學有余力的同學希望增加實驗內容的需求，課題組還在原有基礎實驗上進行了拓展。如在利用經典滴定法進行“維生素C的定量測定”實驗之余，增加了利用高效液相色譜法(HPLC)測定維生素C含量的教學環(huán)節(jié)。該實驗為選做內容，是由實踐能力強并對HPLC技術感興趣的同學在完成課堂滴定法測定之后，在教師的指導下，利用實驗室配備了6 000 PVW可見/紫外檢測儀及Accusil C18-10u-250×4.6 nm色譜柱的2臺高端高效液相色譜儀進行維生素C含量的測定，并對結果進行分析處理。拓展環(huán)節(jié)的加入，將經典實驗與現代技術結合在一起，在注重基礎技能訓練的同時，加強能力培養(yǎng)，充分體現出“以人為本”和“因材施教”的教育理念，激發(fā)學生的學習興趣和探索精神，培養(yǎng)學生的科研思維和創(chuàng)新意識，讓學有余力的同學有更廣闊的能力提升空間[6]。

3 改進實驗教學方式

良好的教學方式是教師向學生傳授知識的重要橋梁，而實驗教學既是理論的延伸，又是實踐的平臺，其教學方式的重要性顯而易見。為此，基礎生物化學實驗打破傳統(tǒng)的“填鴨式”教學，充分以學生為主體，以教師為主導，形成“雙主”教學模式，增加了學生的主人翁意識和責任感，提高了自主學習興趣，在提升實驗教學質量和人才培養(yǎng)方面中起到至關重要的作用[7]。

3.1 實施探究式教學方式，培養(yǎng)學生的自主能力

在實驗教學過程中開展探究式教學，即在教師和實驗技術人員的指導下，讓學生自主選擇實驗材料或實驗方法，在探索中形成自己的研究思路，并對結果進行分析[8]。如在“維生素C的定量測定”實驗中，不但為學生提供具有“維生素C之王”美譽的獼猴桃，還準備了青椒、松針等，并鼓勵學生自帶感興趣的實驗材料來探究維生素C在不同種類日常食材中的含量；在“離子交換樹脂分離氨基酸”中，準備了001*7和D61兩種陽離子交換樹脂以及檸檬酸緩沖液、NaCl溶液和NaOH溶液三種洗脫液，學生可以嘗試不同樹脂和不同洗脫方案分離氨基酸；在“DNA的制備和含量測定”中，有豬肝、兔肝和魚白作為提取DNA的材料供教師和學生選擇，從而比較不同實驗材料所得結果上的差異。在探究式教學中，學生的學習熱情和自主能力明顯提高，學生充分體會到了自主式、創(chuàng)造性學習帶來的樂趣，更加勤于思考，并樂于與教師互動，課堂氛圍活躍，師生受益匪淺。

3.2 鼓勵本科生參與預實驗，增加系統(tǒng)、全面認知實驗的機會

預實驗是為檢驗材料準備、試劑配制和儀器運行的情況而提前進行的實驗，即在正式實驗課之前，按照課堂教學內容進行的“實驗演習”，以保證正式課堂教學的萬無一失。生化實驗課程由于課時有限，大多實驗材料的預處理及試劑的準備都是由實驗技術人員完成后分到學生手里，如在“多酚氧化酶的制備和性質研究”實驗中，實驗材料土豆勻漿液的制做和鄰苯二酚、對苯二酚、間苯二酚的配制等，都是由實驗員來完成。這樣雖然節(jié)省了時間，保障了教學在規(guī)定課時內完成，但也同時造成學生對實驗沒有一個完整的認知，還會有種“衣來伸手”的依賴感。為此，基礎生化實驗課程鼓勵本科生參與到預實驗中來，本著自愿報名的原則，每個實驗項目可容納6～8人。參加預實驗的同學需提前做好預習，在教師和實驗技術人員的指導下，從實驗材料準備和相關試劑配制開始進行實驗，并在預實驗結束后做好實驗記錄與結果分析[9]。鼓勵本科生參與預實驗，能夠讓學生系統(tǒng)全面的理解實驗內容，認識到一個完整的實驗不僅僅只是幾個實驗步驟而已，實驗材料的選擇和處理、藥品試劑的準備和配制以及良好的實驗習慣和素養(yǎng)都是實驗的重要組成部分，并在很大程度上影響著實驗結果。學生在預實驗過程中能夠充分發(fā)揮他們的主觀能動性，與課堂教學相比，參與內容更多，動手機會更多，進而發(fā)現更多的問題，引發(fā)更多的思考，激發(fā)他們的求知欲和探索精神，提高了他們分析問題、解決問題的能力，更突出體現了學生在教學中的主體地位。

3.3 充分發(fā)揮助教生“小老師”作用，調動學生的互動積極性

基礎生化實驗所涉及的很多實驗操作復雜精細，儀器設備使用及維護要求較高，上課學生大多為低年級，很多實驗操作和儀器使用都第一次接觸，因此實驗指導和演示便顯得尤為重要。而教學對象人數眾多，每班有30余人，如果只依靠一位任課教師和一位實驗技術人員，很難照顧周全，有時會出現學生等老師時間較長，以至于懶得提問，不愿與教師互動的情況。因此，加強對研究生助教的課前培訓，使他們可以扮演“小老師”的角色，在上課時進行巡回指導，給學生進行近距離的操作演示，如在“轉氨基作用”中指導學生展層濾紙的標記、燈芯濾紙的剪裁制作等，及時糾正學生的不規(guī)范操作并予以耐心講解，在減輕教師負擔的同時，提高了實驗教學質量。“小老師”的加入，增加了與學生的互動和輔導，調動了學生的積極性，使學生有更多機會提出問題、討論問題，培養(yǎng)了學生的自主意識和責任感，提高了實驗成功率，增強了學生出色完成實驗的自信心[10-11]。

3.4 借助多媒體技術，提高學生實驗預習質量

良好的實驗預習是實驗教學效果的重要保障，也是學生實驗成功的重要前提。實驗預習的主要目的是讓學生對實驗目的、實驗原理、實驗耗材試劑、實驗方法及實驗現象有個初步的認識和了解，做到心中有數，避免盲目實驗造成的實驗失敗和安全隱患。以往的實驗預習是要求學生認真閱讀實驗教材，寫出預習報告。但很多學生出于其他課程的壓力或對看教材的抵觸，只是草草了事，應付交差，并沒有給予實驗預習足夠的重視，影響實驗教學效果。為此，實驗教師和技術人員正在著手進行教學改革，將每個實驗項目的講解錄制成教學視頻，上傳到實驗教學中心的網站上，方便學生在預習時觀看。借助多媒體手段，可以讓學生擺脫枯燥刻板的實驗預習，在直觀、生動的視頻中了解實驗內容和實驗要點，視頻中不乏貼近生活的實例和圖片，能夠激發(fā)學生的興趣，拓展學生的知識面，有利于將被動交差變?yōu)橹鲃宇A習，提高實驗預習質量[12-13]。視頻中還針對實驗關鍵點設置了思考題，讓學生帶著預習中的問題來上課，目的性和針對性更強，更有助于提高學生聽課效率和實驗成功率。

4 構建雙向評價體系

建立科學的教學評價體系是檢驗教學效果的有效手段，而合理的學生實驗考核標準則是評價體系的重要組成部分[14]。根據生物實驗教學中心實驗課成績評定體系，基礎生化實驗課程的學生考核標準如下：

(1) 科學素養(yǎng)成績(10%)。包括上課是否遲到早退，是否穿實驗服并佩戴胸卡，實驗中表現出的綜合素質及值日情況等，一般由實驗員和助教研究生給出成績；

(2) 實驗預習報告(10%)。根據預習報告有無及是否認真完成情況給出成績；

(3) 實驗過程與技能(40%)。重點考查學生在實驗過程中基本技能的掌握情況，如實驗操作是否正確，實驗儀器使用是否規(guī)范等，并給出成績；

(4) 實驗報告(20%)。學生每次實驗課后，要書寫實驗報告，內容包括實驗目的、實驗原理、實驗試劑及儀器、實驗步驟、實驗結果和分析討論等，根據實驗報告的質量給出成績；

(5) 實驗考試(20%)。根據實驗課的特點，擬出能全面考核學生的題目(實驗和卷面)，并給出成績。

對于參與過某一項目預實驗的學生來說，可以不再參加該項目的正式課堂實驗。該項實驗成績由指導其預實驗的教師和實驗技術人員根據其預實驗中的表現綜合給出。

按照上述標準由教師對學生進行實驗成績評定，不但能夠全程、全方位的反映學生的綜合能力，對參加預實驗的同學也不失公平，考評體系科學合理，不但能夠提高學生對實驗的重視程度，更在一定程度上反饋出教師的實驗教學效果。

但要獲得更加真實、客觀的教學情況反饋，只有教師對于學生的單向考核是不夠的，還要建立起學生對于教師的考核機制，形成更加全面的雙向評價體系[15-16]。為此，基礎生化實驗課程還在結課前向學生發(fā)放由生物實驗教學中心制定的評教指標表，請學生對教師的教學態(tài)度、教書育人、教學內容、教學方法和教學效果等方面進行打分，并提出意見和建議，另外還有研究生助教參與教學實習情況表，用來評價助教在上課期間的表現。這兩種教學反饋表都會上交到實驗教學中心，由中心統(tǒng)一留檔管理。學生通過這種方式對教師進行考核，可以較為客觀的反映出學生對于教師教學過程的認可度及滿意度，教師可以根據學生的反饋認真反思，改進不足，為不斷提高實驗教學質量指出了方向。

5 建立長效激勵機制

為提高學生的學習主動性，基礎生化實驗還在課程最后安排了基本實驗技能競賽。競賽的內容和細則由教師和實驗技術人員制定，旨在考查學生實驗基本功的掌握程度，也是課堂教學效果的實戰(zhàn)檢驗。參加競賽的學生本著自愿的原則，每班按照一定的人數比例報名。競賽結果分為一等獎10%，二等獎20%，三等獎30%，優(yōu)秀獎40%，前三等獎會給予小獎品作為獎勵。另外，競賽結果會以院級出具的證書形式發(fā)放給學生，在學生獎學金評定等方面會起到加分的作用。這種競賽激勵機制，可以讓學生更加注重實驗操作能力的培養(yǎng)，把功夫下在平時，對日常實驗教學工作起到積極的推動作用[17]。

除了對學生的“激勵”外，為了更好的調動教師在實驗教學中的積極性，保障并提升實驗教學質量，生物實驗教學中心對任課教師在實驗教學工作量的計算上制定了“福利政策”，包括：

(1) 基礎實驗學生30人/組系數為1，參與預實驗教師，按16學時追加1課時，統(tǒng)計課時；

(2) 實驗課負責人(2人以上教師指導實驗課)，以課程每16學時，另加4課時統(tǒng)計；

(3) 參與學生實驗室開放日的教師，計2課時/人；

(4) 參加期末競賽活動的教師，計2課時/人。

另外，生物實驗教學中心儀器設備種類眾多，包括多種大型精密貴重儀器，如羅氏熒光實時定量PCR儀、Nanodrop 2000C超微量分光光度計、Bio-rad二維電泳系統(tǒng)等等，現已對外開放使用，并收取一定的使用費。但對于實驗課教師及其名下學生，則可以免費使用。

通過工作量計算和儀器使用上的激勵制度，可以鼓勵教師將更多的精力和時間投入到實驗教學中，不斷提升教學水平，改進教學模式，為促進實驗教學積極發(fā)展提供了助力。

6 結 語

生物化學本身是一門理論性與實踐性并重的學科，并與醫(yī)學、藥學等多學科交流密切，成為生命科學相關領域解決問題和深入研究的重要工具，也是培養(yǎng)專業(yè)學科及交叉學科人才的重要基礎[18-20]。面向非生物類專業(yè)開設的基礎生物化學實驗課程就是以培養(yǎng)多學科實踐型人才為目標，通過不斷的探索和實踐，在優(yōu)化實驗教學內容、改進實驗教學方式方面做出了不懈努力，讓學生在夯實實驗基本技能的同時，對多樣化的實驗內容和多元化的教學模式產生了濃厚的興趣，充分激發(fā)了學生的求知欲和探索精神，從而為實現因材施教、提高學生綜合能力的教學目標奠定了良好的基礎。與此同時，構建雙向評價體系以及建立長效激勵機制，充分調動了師生在實驗教學活動中的積極性，增強師生在教學活動中的主人翁意識和責任感，讓教師和學生互相監(jiān)督，互相鞭策，教學相長，為進一步完善實驗教學體系，提高實驗教學質量和培養(yǎng)實踐型創(chuàng)新人才做了良好的鋪墊。

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Exploration and Practice on the Teaching Reform of Basic Biochemistry Experiment

LIXin,ZHAOYu-hong,ZHOUHao,ZHANGCui-zhu,ZHANGJun,DUANYa-jun,SHUIWen-jing,ZHAOLi-qing,LIDeng-wen

(Biological Experimental Center，College of Life Science，Nankai University，Tianjin 300071，China)

Basic biochemistry experiment is a non-biological major-facing course for pharmacy, medicine, environmental science and physics. This course has a large number of students who have different levels in theory and experiment, and its class hour is relatively short. After continuous efforts on exploration and practice, many aspects have been improved in College of Life Science，Nankai University, such as optimizing teaching content, improving teaching methods, establishing evaluation system and incentive mechanism. These methods have combined basic skills and learning abilities, highlighted the dominant position of students in learning, fully mobilized the enthusiasm of teachers and students in the experimental teaching activities, promoted the positive development of teaching, and laid the foundation for improving the quality of experimental teaching and cultivating practice talents.

basic biochemistry experiment; non-biological majors; teaching reform

2015-02-28

國家基礎學科人才培養(yǎng)基金項目(J1103503)

李 欣(1985-)，女，天津人，碩士，實驗師，主要從事生物化學和分子生物學實驗教學管理工作。

Tel.：13682032704;E-mail：stjkhyxf@126.com

李登文(1974-)，女，天津人，博士，教授，從事細胞形態(tài)結構與功能方面的研究和基礎生物化學實驗教學工作。

Tel.：022-23505070;E-mail:dwli@nankai.edu.cn

Q 5-33

A

1006-7167(2016)03-0161-04