基于創新能力培養的生物化學實驗教學改革與實踐

張國慶 劉悅萍 趙曉萌 卜春亞 王文平 黃體冉 張婧

摘要：生物化學實驗是生物專業主干實驗課程，也是培養專業興趣和創新能力的入門課程。對生物專業生物化學課程開展了持續的教學改革與實踐，優化課程體系，改進考核方式，密切結合學科競賽，著力培養學生的實驗技能和創新能力，取得了良好的實踐效果，為實現學院的“具有創新能力的應用型復合型人才”培養目標奠定基礎。

關鍵詞：生物化學實驗；創新能力；課程體系；學科競賽

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）14-0153-02

一、教學改革的必要性

（一）課程設置需求

生物化學是一門不斷發展更新的科學，新理論、新方法、新技能不斷涌現，生物化學實驗課程必須不斷改革優化，以適應學科的飛速發展。如在我校2011版培養方案中，蛋白質的等點聚焦電泳技術曾經入選我校生物化學實驗課程，能夠讓學生很好地學習到蛋白質的電泳、等電點等特性，但隨著雙向電泳技術的普及，該實驗日漸落后而被取消。另一方面，課時被壓縮是幾乎所有課程的總體趨勢，倒逼實驗課程內容的精選和優選。

（二）學生培養需求

在我校2016版培養方案中，培養目標突出復合應用型人才的培養，創新能力是人才質量的重要衡量標準。學生培養采用“3+1”培養模式，即3年的校內理論和實驗教學環節、1年的校外實踐環節。校外實踐環節對接科研院所、企事業單位，要求實習學生具有良好實驗技能培訓，能夠勝任理化分析測定、蛋白質電泳技術、核酸技術等實驗操作。生物化學實驗作為生物專業基礎主干課程實驗，必須在依據課程設置的基礎上，充分考慮校外實踐環節中對生化相關實驗技能的需求。

（三）社會需求

生物產業是21世紀最重要的創新技術集群之一，在引領未來經濟社會發展中占據著戰略性地位日，也是北京“科技創新中心”的重要體現。北京地區云集著眾多世界級、國家級生物、食品、醫藥、農業、能源、環保領域企業和研究機構，用人單位的專業技術需求是生物化學實驗課程改革的重要動力之一。

二、教學改革的具體實踐

（一）密切結合理論教學，優化課程體系建設

糖、氨基酸、蛋白質、酶學等是生物化學的核心章節，與其配套的實驗內容是生物化學實驗課程體系的首選，也是生物產業相關用人單位重要技術需求。在2011和2016版培養方案執行期間，我們不斷優化實驗課程內容。淘汰技術相對落后的等點聚焦電泳，更換為經典并廣泛應用的重要實驗SDS-PAGE，充分體現蛋白質分子量大小、帶電量、分子性狀、亞基組成等特點。實驗改革過程中，也曾經引入酶聯免疫吸附試驗（ELISA）。該實驗雖然能夠體現免疫蛋白特性，在眾多酶制劑企業廣泛使用，但ELISA實驗過程相對比較復雜，有較高難度，用于二年級學生失敗率較高，故而舍去。另外，由于分子生物學及其實驗，也是生物專業主干課程，考慮到課程銜接和避免重復問題，生物化學實驗課程體系中，沒有涉及核酸分離提取、聚合酶鏈式反應（PCR）等實驗內容。

（二）密切結合課程考核，強化動手能力和創新思維

科學合理的考核體系是檢驗教學效果的重要途徑。實驗類課程考核往往包括實驗報告、課堂提問、平時成績、實驗操作考試和筆試等內容。我校生物專業生物化學實驗課程考核注重對基本實驗原理、技能掌握水平和創新能力培養，主要考核指標包括：實驗報告（30%）、課堂提問（20%）、閉卷考試（40%）和平時成績（10%）。

實驗報告要求必須手寫，包括實驗目的、實驗原理、實驗材料與儀器、實驗步驟、實驗結果、實驗分析。注重實驗分析中對整個實驗的歸納總結和問題分析，同時嚴格杜絕抄襲實驗指導的行為。課堂提問環節，取代以往撰寫預習實驗報告的做法，采用翻轉課堂的互動方式，由每組同學在實驗課開始時講解實驗原理、操作步驟、注意事項，實驗過程中演示實驗基本操作，下一次實驗開始前回顧上次實驗內容、分析實驗結果。課堂提問和閉卷考試環節中的實驗分析和實驗設計，對學生自主思考習慣的養成和創新能力的培養，起到了非常積極的效果。

（三）密切結合學科競賽，強化創新能力培養

學科競賽是大學生第二課堂的重要組成部分，是創新能力培養的重要平臺，能夠激發學生專業興趣和創新潛力，培養學生自主思考、開拓進取的創新精神。我校生物類學科競賽主要有“挑戰杯”首都大學生課外學術科技作品競賽、“創青春”首都大學生創業大賽、北京市大學生生物學實驗技能競賽等，并由北京農學院本科生科研訓練項目給予一定經費支持。生物化學實驗涉及相關實驗技能是生物類學科競賽的技術支撐，如重要功能酶的分離純化、酶活測定、環境污染物測定等，都是作為參加“挑戰杯”等競賽非常適合的研究內容。通過實驗課程，引導同學們開展頭腦風暴，如何利用掌握的蛋白質純化方法和原理，對未知樣品進行分離純化，比如用于化妝品行業的木瓜蛋白酶、用于醫藥行業的伴刀豆凝集素等。引導同學們挖掘興趣課題、查閱文獻，選擇對口的學科競賽導師，開展實驗研究、撰寫研究報告、參加學科競賽。通過生物化學實驗和學科競賽的結合，極大拓展了課程基本內容，激發了學生自主學習能力，促進了創新能力培養。

三、教學改革的成效

在2011版和2016版本科生培養方案執行期間，生物化學教學團隊不斷改革和優化實驗課程體系，并連續在生物專業實踐超過8年，取得了良好的教學效果，啟發了學生的專業認同感和研究興趣，提升了學生的專業基本操作能力，在“挑戰杯”等重要賽事中不斷取得好成績，專業實習基地和用人單位信息反饋表明，學生實驗基礎技能扎實、能靈活運用。

生物化學實驗課程教學改革最直觀的效果之一就是，實驗課任課老師是每年本科生畢業設計填報的熱門導師，并且報名者尤以實驗動手能力強、勤于思考的學生為多，充分說明了課程提高的生物專業學生的專業認同和科研興趣。在2013年至今的三屆“挑戰杯”首都大學生課外學術科技作品競賽中，生物專業學生團隊累計獲得特等獎1項、一等獎1項、二等獎2項、三等獎1項，分別實現了我校學生在該賽事特等獎、一等獎獎項零的突破。更值得一提的是，相關獎項均由生物化學實驗任課教師指導下完成。2014級寧英杰同學團隊，以野生真菌粉褶白環菇（Leucoagaricus naucinus）LAC-04菌株為材料，利用生物化學實驗中蛋白質分離純化相關理論和實驗技術，采用離子交換層析、凝膠過濾層析等手段，獲得純化的環柄菇漆酶，開展酶學特性、農藥和染料降解應用研究，撰寫并發表研究論文，最終獲得2017年度“挑戰杯”首都大學生課外學術科技作品競賽特等獎。該研究項目從研究思路到實驗技術均與生物化學實驗相關技能高度契合，充分體現了學以致用和創新能力培養。

四、結束語

生物化學實驗不僅僅是生物專業一門重要的專業基礎實驗課程，也是引導同學們步入科研生涯的領航課程，擔負著培養基本實驗技能和專業研究興趣的雙重作用。不斷開展生物化學實驗課程改革，優化內容設置和考核方式，強化學生對專業基本原理和實驗操作的掌握，引導學生開展創新性思考和實踐，積極參與專業學期競賽，為培養具有創新能力的應用型復合型人才打下堅實基礎。

參考文獻：

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[2]郝福英.生命科學實驗技術[M].北京：科學出版社，2006.

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