基于能力提升的生物化學實驗教學方法改革實踐

張寬朝　金青　余梅　商飛

摘? 要：實驗教學是提高學生綜合實踐能力、培養學生科學探究精神、塑造學生創新思維的有效途徑之一。分析了生物化學實驗教學方法中存在的實驗講授灌輸多、實驗準備包辦多、實驗方法指導少、教學新技術引入少、實驗考核評價方法少等問題，針對性地進行問題教學法、對比教學法、設計性實驗教學法、“微課-翻轉課堂”教學法、實驗考核體系等改革嘗試，以培養學生科研探究能力和創新實踐能力。

關鍵詞：生物化學實驗;教學方法;能力提升

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-3769（2019）04-098-05

實驗教學是高校教學工作中實現育人中心目標所必不可少的重要環節，是通過實驗教學將理論與實際相結合，提高學生綜合實踐能力、培養學生科學探究精神、塑造學生創新思維的有效途徑之一。[1]生物化學實驗是理工科、師范類以及綜合性院校生物技術、生物科學、生物工程等專業的基礎核心課程，也是農林校院農學、植物保護、農業資源與環境、園藝、食品、環境科學等相關專業的重要基礎課之一。[2]生物化學實驗課程旨在培養學生基本的生物學實驗技能及實驗方法，提高學生分析問題、解決問題和科學探究的能力，塑造學生的創新思維和創造能力。[3]

教學方法是為了完成教學工作，師生在共同的教學活動中所采用的途徑、手段、工具等相互聯系的方式。[4]教學方法的優選與組合對于順利完成教學任務、實現教學目標有著重要意義。因而以學生能力提升為中心，根據實驗教學內容，改革生物化學實驗教學方法，激發學生實驗興趣，對于提高生物化學實驗教學質量至關重要。

一、生物化學實驗教學方法存在的問題

（一）實驗講授灌輸多

傳統的生物化學實驗教學內容主要是驗證性知識，因此，教師認為實驗是理論課程的附屬，在授課時，無視實驗課程的教學規律和要求，機械地把實驗原理、操作步驟、注意事項等一講到底，填鴨式、灌輸式地傳達給學生，不顧學生的理解和接受程度，較少給予學生留下獨立思考的余地。

（二）實驗準備包辦多

傳統生物化學實驗課程的教學形式多是教師根據教學需要事先設計好實驗方案，準備好器材和試劑，學生在規定的時間和地點，按照教師講授的實驗步驟，通過簡單的實驗操作步驟，實現實驗原理的重現。這種單純的模仿式實驗學習方法單調而乏味，違背了實驗教學的實踐探究本質，既影響了教師實驗教學的激情，也無視學生創新能力及科學素養的養成。

（三）實驗方法指導少

傳統生物化學實驗重視的是學生知識的理解和記憶，缺乏對學生開展生物化學實驗方法論的教育，很少引導學生主動思考實驗選題、實驗環節構思、實驗方案實施、實驗數據觀測、實驗結果處理和實驗成果總結這一系列實驗環節中所具有的豐富的方法論因素。學生普遍是為了實驗而做實驗，結果是僅知其然而不知其所以然。

（四）教學新技術引入少

多年來，生物化學實驗教學的技術和手段過于墨守成規，變化極少，即便近年來多媒體教學已普遍運用于實驗教學，但仍然沒有改變生物化學實驗教學中“教師講授演示-學生動手重現”的一元化教學模式。當前，信息化技術時代所形成的微課、翻轉課堂等教學新方法、新技術在生物化學實驗教學中的研究與應用更是寥寥可數。

（五）實驗考核評價方法少

傳統的生物化學實驗課程考核方法側重于對實驗結果的考核，多以實驗報告為主要考核監控點，教師僅根據學生實驗報告的完成情況給予課程成績，考核方式單一，過程簡單，實驗報告存在低水平抄襲，客觀上造成學生不重視實驗教學，難以發揮實驗教學在培養學生實際動手操作能力、綜合實踐能力提高中的作用。

二、生物化學實驗教學方法的改革探索

（一）有效利用問題教學法

問題教學法是以問題的設計和解決為核心的教學模式，由教師提出問題，激發學生積極思考，引導學生來掌握知識、發展智力、培養技能一種教學方法。[5]

生物化學實驗教學實踐中，要求學生在實驗課前充分預習實驗目的和要求、實驗原理與基本操作、實驗注意事項和結果處理等內容，并預測實驗過程中可能出現的問題并思考和給出相應的解決方法等。上實驗課時，在學生預習的基礎上，改變了從實驗目的到結果都作逐一講解的傳統做法，把要講的內容融匯于各個提問之中，使學生產生疑問，渴望得到解答，從而激發學生學習的興趣，發揮教師啟發和誘導的主導作用，以問題來引導探究式教學，引導學生主動學習、獨立思考、自主思維，以提高學生對實驗原理、實驗技術的理解和水平。

如在“3，5-二硝基水楊酸法測定還原糖”實驗中，課堂講授時通過教師提問和學生回答引導學生正確理解還原糖的概念，特別是明確實驗方法的適用范圍;而實驗結束時，則要求學生通過課后自行查閱資料和獨立思維，去解決“還原糖測定的方法是否可以作用于非還原性的雙糖和多糖？如果可以，怎樣操作？”的問題，引導學生拓展方法的運用范圍，以還原性糖測定為基礎，掌握非還原性糖的測定方法。同時，對學有余力的同學提出“測定還原糖的DNS試劑中酒石酸鉀鈉、結晶酚和亞硫酸鈉的作用” 的問題，延伸實驗課程的內容，開拓學生視野。這一“教師提問→ 學生回答→ 教師糾錯→ 學生受益”的教學模式，實現了實驗內容的拓展與延伸，引導學生積極思考，教學效果遠甚于傳統的滿堂灌與照本宣科，使學生在“問-答-總結-收獲”的過程中體會到學習的興趣，提高了實驗課的教學質量。

（二）合理運用對比教學法

對比教學法是指在教學實踐中，將一些具有某種聯系和區別的教學內容放在一起進行對比分析，引導學生找出其相同和不同之處，使學生能自行理解和掌握相應的知識內容，從而達到預期的教學目的。如蛋白質含量測定方法，是生物化學研究中最常用、最基本的分析方法之一。因此，“蛋白質含量測定”實驗中，對于目前常用的凱氏定氮法、雙縮脲法、紫外吸收法、考馬斯亮藍法、Folin-酚試劑法、二喹啉甲酸法等蛋白質打了測定技術和方法進行對比分析，明確各種方法的基本原理和適用條件及范圍，比較得出各種方法的優缺點，提高了學生對實驗目的和實驗原理的理解，指導學生在運用實踐中根據實驗要求進行有效選擇。再比如在“丙二酸對琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制實驗”中對實驗現象與結果的觀察，首先引導學生對比觀察丙二酸管、空白管、酶失活管等三種實驗情境下現象與結果的差異，然后向丙二酸管中逐步增加底物含量，對比觀察丙二酸管底物含量增加前后實驗現象的變化，比較、思考差異產生的原因，從而教育學生獲得丙二酸競爭性抑制作用機制的直觀印象，加深學生對實驗現象的記憶，幫助學生理解競爭性抑制、競爭性抑制劑等基本概念，提高學生分析問題和解決問題的能力，達到提高實驗教學質量的目的。

對比教學法運用于生物化學實驗教學，既可以提高學生的學習效率，幫助學生牢固掌握基本知識，明辨易混概念，優化學習效果，又可以增加學生實驗的興趣與實驗的主動性，培養學生的思維能力。

（三）開展設計性實驗教學

歸根結底，實驗的作用是用來進行科學研究的，比簡單的觀察具有更大的主觀能動性，能獲取更廣泛、更深刻和更精確的科學事實，不僅意味著某種精確的操作，而且它遵循科學方法的一般規律，是一種思考的方式。[6]因此，在生物化學實驗教學實踐中，我們有計劃和針對性地開展了設計性實驗教學，將實驗設計的方法論思想滲透在實驗教學的過程中，突出和強化方法論的實驗教學指導作用。如在“外界因素對酶活性的影響”實驗中，要求學生利用所學的知識查閱相關資料，結合實驗室條件，自己設計一套可行的方案，通過實踐操作，了解外界因素對酶活性及酶促反應速度的影響，加深對酶特性的認識和理解。通過實驗設計思路提示，引導學生完成“實驗材料的選擇”“實驗關鍵指標的確定”“外界因素的選擇”等實驗方案的設計，并充分注意方案的合理性、科學性，要求方案要能反映出外界因素影響酶活性及酶促反應速度的規律，然后，教師再對照學生的自行設計方案詳細講解實驗操作，分析實驗過程中部分外界因素（如提取溶液的pH、酶活測定的溫度等）的選擇，教育學生利用空白對照、平行對照等技術處理做好變量控制[7]。

通過這種“實驗設計”教學法的實踐，對學生進行生物化學實驗方法論的指導，既尊重學生的主體地位和主動精神，又提高學生解決實驗問題的技巧性和思維應變能力。

（四）“微課-翻轉課堂”教學法

“微課-翻轉課堂”是隨著信息技術發展新興起來的教學模式，是幫助教師和學生實現知識傳遞、知識內化和知識鞏固的有效教學技術形式。[8]

根據“微課-翻轉課堂”的教學優點和教學形式，設計了基于微課的翻轉課堂下的生物化學實驗教學結構。以“凝膠層析法分離蛋白質”為例，探討基于微課的翻轉課堂下的生物化學實驗教學實施，如圖1所示。

1.課前環節

“凝膠層析法分離蛋白質”是生物化學實驗的基本教學項目。教師明確實驗項目的教學目標在于，學生通過實驗了解凝膠層析法分離蛋白質的原理、應用，并掌握凝膠柱層析分離純化蛋白質的基本方法，根據實驗教學大綱設計編訂“凝膠層析法分離蛋白質”的實驗教學方案。然后，教師把握實驗教學的重點和難點，將凝膠層析的原理和實驗操作步驟特別是將裝柱、加樣、洗脫、樣品的收集等操作步驟作為微課視頻的重點錄制內容。學生根據教師下達的實驗預習任務，參考實驗指導書，了解實驗項目的教學目標，反復觀看、學習實驗教學視頻，了解實驗原理，熟悉實驗設備，掌握實驗操作，記錄預習中存在的問題。針對實驗課前學生預習的情況，利用微信、QQ或者其他網絡平臺適時展開交流討論，及時解決存在問題。

2.課內環節

教師根據課前交流討論環節掌握的情況，精選實驗內容，進一步提示關鍵性實驗原理和實驗操作步驟;學生根據課前學習情況和課堂教師講授情況，在教師的隨堂、巡回指導下開展并完成基本實驗操作。教師根據學生基本實驗的實踐進度，及時提出新的實驗問題，指導學生開展理論思考和實驗研究，引導各組將實驗結果向全班展示，交流實驗得失。

3.課后環節

學生根據課內實驗狀況，按時按質完成實驗報告，重點是對實驗環節中的現象與結果展開分析和討論，對實驗中存在的問題進行反思和總結。教師對實驗報告認真批改，特別是做好實驗反思和總結的批閱。教師和學生利用網絡平臺和第二課堂開展教學評價和教學反饋活動，促進教師教學方法改進和學生實驗技巧提高。

（五）重構實驗教學考核評價體系

科學嚴格的實驗考核和成績評定辦法可以激勵學生實驗學習的主動性、創造性，是學生實驗能力和科學素質培養的加速器。[9]生物化學實驗課程考核改革時以實驗技能的形成作為考核的重點，科學監測動作的認識、模仿、練習和應用四個形成階段，構建涵蓋實驗平時、實驗操作和實驗理論考核的評價體系，[10]見圖2所示。

實驗平時的量化考核指標包括預習準備、實驗過程和實驗報告三部分。課前預習重點考核學生在課前對實驗目的、實驗原理、材料和試劑、操作步驟、注意事項等有針對性的預習和準備情況;實驗過程重點考核學生出勤情況、實驗操作技能、紀律衛生等綜合表現情況;實驗報告重點考查學生實驗報告的規范整潔、獨立完成、結果分析和數據處理能力等。

實驗操作從現場操作和實驗設計兩方面進行綜合評價。現場操作要求學生在規定的時間內按照要求獨立完成考查項目的全部或部分操作內容，重點考查學生對實驗材料和試劑的準備能力、對儀器設備的正確規范操作能力、對實驗結果的處理分析能力等綜合表現。實驗設計考核則要求學生根據教師給定命題，在規定的實驗器材范圍內選擇合適的實驗方法，完成實驗設計，并獨自操作完成，重點考查學生對所學實驗技術的綜合運用能力、研究性學習和創新能力。實驗理論則安排在實驗課程結束后集中進行，由教師根據課程教學大綱要求命題，重點考核學生對實驗原理的理解和把握、對實驗操作步驟和實驗注意事項的熟悉和了解、對實驗現象和實驗結果的分析和處理等，內容既要有一定的履蓋面，又要具有一定的深度和難度。

基于實驗技能形成的生物化學實驗考核評價體系不但兼顧了學生良好實驗行為和實驗習慣的養成培養，而且極大地提高了學生從事實際科研工作的綜合能力和創新意識。

參考文獻：

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[10]林理.高校生物實驗課程考核探究[J].瓊州大學學報，2006，13（2）：46-48.