生物化學與分子生物學實驗教學改革與探討

方正　翁慶北

摘要：實驗教學是每門生物學課程的必要補充，生物化學及分子生物學實驗是各生物學實驗門類的基礎，現有實驗方案中實驗設計不太理想，且部分實驗涉及危化品。為了在傳統實驗教學基礎上優化實驗方案和教學內容，通過增加學生自主設計性實驗，同時采用優化實驗設計的方式避免危化品，使生物化學及分子生物學實驗教學更為安全和高效。

關鍵詞：生化;教改;整合優化

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）16-0368-02

一、前言

實驗教學作為培養學生創新能力的重要環節，是每一門生物學理論課程的必要補充，在培養和提高學生分析、解決問題及科研創新能力等方面有著不可替代的作用[1]。生物化學與分子生物學既是生物學的基礎，同時又是生命科學的前沿學科，實驗教學在生物化學與分子生物學專業教學中起著重要的作用[2]。

生物化學與分子生物學實驗中的每個實驗項目之間相互獨立，使得部分實驗內容重復，學生也是機械地操作一遍，未能很好地將多個實驗進行有效整合。此外，這樣也使實驗中涉及的危險化學藥品（危化品）數量增加，不能有效地提高實驗教學效果，不利于培養學生設計實驗的能力和創新能力[3]。

近年來，推進教學改革和學科融合一直是熱門話題。但很多實驗教學改革只限于孤立事件，未能很好地將實驗之間進行銜接。為了使實驗教學能高效安全地運轉，以及提高學生的自主創新能力和實驗設計能力，高校教師應科學地優化和整合實驗教學方案，使實驗教學過程具有連貫性，這是提高實驗教學效果以及培養學生實驗設計能力的有效途徑[4]。

設計實驗是學生在學完該門實驗課程后，通過查閱文獻資料自行設計的綜合性實驗，有助于學生更好地理解和消化本門實驗，是現代實驗教學中重要的補充環節。指導老師通過指導學生查閱文獻，從宏觀上把關學生所設計實驗方案的可行性。學生在完成實驗設計過程中，學會查閱文獻、了解學科發展前沿、鍛煉動手能力及團隊精神。設計性實驗的完成，有助于培養學生的團隊協作能力、自主創新意識和綜合分析能力[5]。

二、實驗教學方案整合或優化

在某個生物化學及分子生物學實驗教學方案中，可以進行整合或優化的實驗項目信息如下表。

其中，蒽酮比色定糖法和考馬斯亮藍測定蛋白質含量兩個實驗都是通過繪制標準曲線，再用分光光度計測定待測液的吸光度值，通過吸光度值計算物質含量。這兩個實驗的目的都涉及掌握分光光度計的使用，教師可以將這兩個實驗進行整合，如只選取其中一個實驗作為驗證性實驗教學，另一個則通過設計性實驗的方式讓學生自己完成。在酪蛋白的制備中，實驗目的是讓學生掌握通過等電點方法制備并純化目標蛋白，乙醚在該實驗中的作用是去掉乳液中的油脂，而乙醚作為危化品，在實驗藥品準備過程中可能會帶來許多麻煩，甚至無法按時備齊，教師可以通過更換乳品原料，即換成脫脂乳制品，這樣可以避免由于危險化學品乙醚短缺造成的實驗中斷。

三、實驗方案連貫性設計

在上表中，蒽酮比色定糖法和考馬斯亮藍測定蛋白質含量的實驗教學內容相似，但這兩個實驗中間突然插入了一個毫無連貫性的酪蛋白的制備實驗，導致教學內容不連貫。在質粒DNA的提取與鑒定和PCR擴增目的基因實驗中，是先通過提取大腸桿菌中質粒DNA，做瓊脂糖凝膠電泳檢測;然后以質粒DNA為模板，做PCR擴增目的基因實驗。這兩個實驗涉及了PCR擴增和質粒DNA提取，實驗先后有待優化。如先通過PCR擴增目的基因，然后克隆轉化，最后提取質粒DNA并進行酶切或PCR擴增等鑒定方法鑒定。這樣可以使學生學會目的基因的獲取，目的基因與載體的連接、轉化、單克隆挑取及培養等目的基因克隆的連貫技術，使實驗方案連貫，從而獲得更好的實驗教學效果。

四、增加設計性實驗

實驗方案給出的實驗內容大多為驗證類型的實驗，即按照實驗方案上的步驟進行操作基本都能夠做出實驗結果。但這種驗證性實驗教學效果不佳，很多學生并沒有自己動手操作，實驗報告中的結果和分析絕大部分雷同，即使是親自動手操作的學生也很少進行獨立思考。如果不能讓學生更好地消化和利用這些實驗技能，就只是相當于讓學生機械地復制一遍實驗操作，這樣不利于培養學生的自主創新意識、科研思維、分析和解決問題的能力。

設計性實驗是學生在學習并了解相關實驗技能的基礎上，自主地探索科學問題而設計的實驗。自主設計實驗以學生為中心，學生自由組隊（小組），分工協作，完成從實驗方案設計、研究材料獲取、準備實驗藥品試劑、進行實驗及撰寫實驗報告。指導老師也可以為設計性實驗指定方向，在實驗方案、研究動態、實驗器材等方面進行協助，批閱實驗報告，同時就實驗過程、結果及分析等進行及時解析。

在上表中，教師通過蒽酮比色定糖法和酪蛋白的制備兩個驗證性實驗的教學，讓學生學會蛋白制備和分光光度計使用方法，然后可以讓學生設計并完成一個從樣品中制備蛋白和進行蛋白定量分析的實驗方案。在這個設計性實驗的完成過程中，學生將學會考馬斯亮藍染色法測定蛋白含量技術，這樣既減少枯燥乏味的驗證性實驗，同時也鍛煉了學生的自學能力。

五、展望與結論

總之，生物化學及分子生物學實驗教學的改革要順應學科和當前形勢的發展，學科的發展需要指導老師緊跟前沿，掌握該學科發展動態，積極主動地探索、改進和嘗試，努力提高實驗教學效果。當前形勢對實驗教學展開帶來了一定的困擾，如危化品的管制使原有的某些實驗教學無法正常進行，在不刪減實驗知識點的前提下，指導老師可以嘗試通過優化和改進實驗方案，能減少或避免學生實驗過程中由于危化品使用不當造成的傷害。此外，學生從實踐中學習知識是主動的過程，只有學生自覺主動地吸收新的知識，才是成功的教學，生物化學及分子生物學實驗教學應在適當驗證性實驗教學前提下，增加自主性設計實驗，引導學生自主學習。