基于創新能力培養的實驗教學改革的探索

王懷穎 靳祎

[摘 要] 實驗教學是培養大學生創新能力的重要途徑和手段，但是傳統實驗教學模式存在較多問題，不能滿足培養高素質醫學人才的要求。“生物化學與分子生物學”是臨床醫學專業的基礎課，而實驗教學是該課程教學內容的一部分，是培養醫學生創新能力的重要途徑和手段。以“生物化學與分子生物學”實驗教學為例，從優化實驗教學設計、豐富實驗教學內容、改革考核方式等方面進行實踐和總結，闡述如何在實驗教學中培養學生創新思維，提升實驗教學質量，為實驗教學改革提供新的思路和參考。

[關鍵詞] “生物化學與分子生物學”；實驗教學；教學設計；創新能力

[基金項目] 2020年度河北大學“新醫科”教育教學改革研究項目“基于創新能力培養的生物化學與分子生物學實驗教學改革的探索”（2020XYKB-12）；2020—2021年河北省教育廳“新醫科背景下多學科交叉復合型人才培養模式的探索——以臨床醫學專業為例”（2020GJJG015）

[作者簡介] 王懷穎（1973—），女，天津人，基礎醫學碩士，河北大學基礎醫學院副教授，主要從事生物化學與分子生物學教學與研究。

[中圖分類號] Q5-33 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）02-0069-04 [收稿日期] 2021-04-28

2020年9月23日，為加快醫學教育創新發展，國務院辦公廳印發《關于加快醫學教育創新發展的指導意見》，把醫學教育擺在關系教育和衛生健康事業優先發展的地位。文件中提出全力提升院校醫學人才培養質量，深化本科醫學教育內容、課程體系和教學方法改革等，為推進健康中國建設，保障人民健康提供強有力的人才保障。文件對新時期醫學教育工作提出新的要求與挑戰。

培養大學生的創新能力，是實施科教興國和建設創新型國家的必然要求[1]。創新能力包括自主學習能力、實踐動手能力、解決實際問題的能力等[2]。實驗教學是連接理論和實踐的重要環節，不僅有助于學生理解理論課學習的重點、難點知識，而且鍛煉學生的實踐操作能力，是培養學生創新能力的重要途徑和手段[3]。生物化學與分子生物學是臨床醫學專業的基礎課，為醫學生在高年級學習疾病發生、診斷和治療機制奠定基礎醫學知識。實驗教學是該課程理論教學的一個重要組成部分，是對理論知識的進一步深入理解和應用。本文以“生物化學與分子生物學”實驗教學為例，將實驗教學改革中的一些實踐經驗作簡要介紹。

一、當前實驗教學中存在的問題

目前實驗教學中存在一些問題，如教師講解過多，學生缺乏主動性，參與度低、理論與應用脫節等，造成學生對實驗課學習興趣不高，教學效率低下，不能達到教學預期，不利于培養醫學生的創新能力。

（一）教師講解過多，忽視學生的教學主體地位

學生是學習的主體，只有他們充分發揮積極性，主動加工學習內容，才能真正建構知識意義。而傳統實驗教學中教師往往成為教學中心。實驗課上教師通常會講解實驗目的、原理、方法及注意事項，關鍵處還會親自示范[4]。教師的講解占據過多時間，使學生動手實踐和獨立思考時間減少，造成學生被動地接收知識，機械地按照教師示范完成實驗，對實驗步驟沒有進行積極思考，學習興趣不高，只想盡快下課，課堂效率低下。

（二）考核方式單一，不能調動學生的學習積極性

傳統的實驗考核以實驗報告作為實驗課成績的主要依據，不能考查學生在實驗過程中的具體表現。部分學生并沒有認真做實驗，只是等著抄其他同學的實驗報告，實驗成績卻和認真做實驗的同學差異不大，甚至因為書寫工整得分更高。這種考核方式削弱了學生的學習動機，造成學生學習積極性下降。

因此，在“互聯網+”時代，利用先進的教育信息技術等教學手段，增強教學內容設計的啟發性、互動性，探索智能醫學教育新形態，才能使學生對實驗課由“被動學習”向“主動學習”轉變，提升實驗教學質量[5]。

二、通過設計不同實驗類型提升學生創新能力

（一）引入綜合性實驗，激發學生的反思意識

傳統的“生物化學與分子生物學”實驗以驗證性實驗為主，教學內容單一，學生按部就班地完成實驗操作，不利于學生創新能力培養[6，7]。綜合性實驗是多個相關單一實驗的綜合，有益于學生對所學知識更深刻、全面的理解[8]。引入綜合性實驗，可豐富教學內容，提高學生的學習積極性。例如核酸綜合實驗包括三個獨立實驗：小鼠肝基因組DNA提取、β-肌動蛋白基因的PCR擴增和擴增產物的電泳鑒定。第一個實驗提供基因擴增的模板，第二個實驗則是以基因組DNA為模板進行目的基因的特異性擴增，最后通過電泳檢驗是否擴增成功。連續的實驗設計讓學生充分理解每一個獨立實驗在整體實驗中的作用，掌握分子生物學基本實驗方法和設計思路，激發學生的創新意識和科研意識。同時學生對理論課的相關內容也有了更深刻的理解。

此外，教研室老師積極申請學校的精品實驗項目，將科研中經常用到的實驗方法如熒光定量PCR技術、組織蛋白提取、定量技術等以綜合性實驗的形式介紹給學生，使理論與科研實踐相結合，以科研促教學，開闊學生視野，培養科研素養。

（二）增加設計性實驗，引導學生自主學習

設計性實驗是學生在學完實驗課程后，通過查閱文獻資料自行設計、自主完成的綜合性實驗，有助于學生更好地理解專業知識，是現代實驗教學中重要的補充環節。學生在實驗設計過程中，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[9]。

設計性實驗可以是完成一個新實驗的設計，培養學生自學能力、知識遷移能力，運用已有知識解決新問題的能力。比如完成“小鼠肝基因組DNA的提取與鑒定”后，讓同學設計“大腸桿菌質粒DNA的提取與鑒定”實驗。同為DNA提取實驗，但兩個實驗的DNA來源、結構不同，提取方法存在差異。在實施過程中，學生查閱文獻資料，拓寬實驗思路，針對質粒DNA的特殊性，完善實驗步驟，最終完成新實驗的設計。設計性實驗也可對原有實驗進行改進。“溫度對酶活性影響”的實驗中，盡管根據理論知識，學生能預測100℃時唾液淀粉酶變性失活，所以淀粉遇碘變為藍色。但是由于100℃條件下的操作步驟與0℃、37℃不同，同學實際操作中會先加入底物、緩沖液和酶后再加熱，結果因為會有水解反應發生，導致加碘后不能呈現藍色。該步操作易出現錯誤，不能達到預期效果。為此，在課前要求同學自己設計操作步驟，如何避免錯誤發生。同學經過積極思考后，設計三種不同的試驗方案：加入酶和緩沖液后加熱；酶、緩沖液、底物分別加熱，再混合；單獨加熱酶，再加入底物和緩沖液。在實驗課上三種實驗方案均成功。并且課后同學通過比較不同方案，總結最優方案，單獨加熱酶即可得到理想的實驗結果。實踐證明，設計性實驗為學生主動學習和解決問題搭建了一個很好的實踐平臺[10]。

三、利用翻轉課堂教學模式發揮學生的主體性

（一）課前學生自學微課視頻等教學內容并完成測試

課前，教師將與實驗內容相關的微課、教學課件及相關素材上傳到移動教學平臺，分享給學生，方便學生利用碎片化時間進行預習。同時針對實驗中的重點、易錯點設計前測試題，要求學生完成預習測試。學生通過預習、查閱資料及復習相關理論知識，充分理解實驗目的及原理，并提前熟悉實驗操作。教師則通過分析預習測試的數據，了解學生預習情況，有針對性完成實驗教學設計，而不是面面俱到的講解，占據過多實驗課時間。師生也可利用教學平臺進行教學互動，在線討論答疑，解決學生在預習中遇到的各種問題，提高實驗的成功率。

（二）課中著重解決學生的疑難問題并強化實驗操作

在充分預習的前提下，教師采用啟發式教學方法，少講、精講、多問，讓學生多思考，激發學生學習興趣，成為課堂的主人。

實驗過程中，教師是課堂的設計者和組織者，發揮引領作用，對學生進行創新性思維引導，通過組織討論等各種形式的教學活動提升學生的學習興趣，培養學生創新思維。課前將同學分為若干小組，每組負責一個實驗的講解。學生自行制作講解課件，講解實驗原理、操作等內容，既能讓學生熟悉實驗內容，帶著問題學習，也能鍛煉學生的自學能力和表達能力，提升綜合素質。講述完成后，進行學生之間的互評，讓更多的學生參與教學過程。老師對講解進行最后總結，講解同學未能深入闡述的問題，引導學生掌握更多知識點和信息，用知識解決問題。并提出問題讓學生回答，或預留問題，啟發學生積極思考，實驗結束后再回答。老師的恰當點評，會吸引更多學生積極參與實驗講解，防止講解流于形式。

在給予學生更多自由空間的同時，教師也要重視學生是否掌握操作技能。教師進行課堂巡查，與學生一對一交流，現場糾正實驗操作中的錯誤。例如，在分光光度計使用過程中，由于學生已經觀看微課視頻，不需再做過多講解。正式使用儀器前，請一位同學示范操作，其他同學評價，如何拿取比色杯，比色杯裝液量等。一方面檢查預習效果，另一方面針對易忽視的細節問題，再次強調，對于共性問題，教師當堂示范講解，規范實驗操作。

（三）課后反思實驗過程并完善實驗方案

實驗課結束前，要求學生對實驗操作過程進行反思，總結實驗過程中的注意事項，并提供可行的改進方案。定量實驗如血糖測定結束后，學生分析采血、家兔的應激狀態等因素對測量結果的影響，及如何避免或減少這些影響因素等，并將分析結果總結在實驗報告中。通過歸納總結，學生在觀察現象、記錄數據、結果分析、避免誤差等方面的主動性都得到提升，逐漸養成獨立思考的習慣，也有助于培養學生的創新思維，提高發現問題、分析問題和解決問題的能力。

四、采用多元化評價提高學生的學習積極性

（一）線上評價和線下評價相結合保證評價的全面性

實驗報告是傳統的考核要求，所以部分同學僅滿足抄寫其他同學的實驗報告，敷衍了事。為了充分調動學生的學習積極性，適當增加學生的學習壓力，需改革實驗考核機制。利用超星學習通等移動教學平臺，增加過程性考核比例，將考核方式分為線下學習考核和線上學習考核，各占50%。線下學習考核包括實驗報告、實驗講解及動手操作能力；線上學習考核包括觀看課件和視頻、討論發言、單元小測和作業。考核形式多樣，能客觀反映學生在實驗教學過程中的表現，保障學生認真完成每個實驗操作，提高實驗教學質量。

（二）注重過程性考核促進學生反思成長

過程性評價是現代教育新的評價理念，通過過程性評價可以發現學生的變化及成長過程，更有利于學生能力的持續提升。在實驗教學中，可采用電子檔案袋的評價方式。首先，將學生每次實驗的操作記錄成視頻，存放到電子檔案袋中，教師和其他同學可以及時觀看，對比學生實驗操作的前后變化，給出針對性的評價，讓學生看到自己的進步，提升學習動力；其次，可以將每次單元小測的試卷存入電子檔案袋，教師及學生自己可以通過成績的變化，了解學生的學習狀態，制定出有針對性的學習計劃，有利于學生的持續進步。另外，有代表性的實驗報告、討論發言等資料也可放入檔案袋，作為學生反思的依據。

五、利用移動教學平臺，探索智能醫學教育新模式

隨著現代信息技術與課程的不斷整合，雨課堂、超星學習通等移動教學平臺將移動互聯網技術和課堂教學相結合[11]，將教學過程覆蓋課前、課中、課后，為智能醫學教育提供新模式。課前，教師將教學資源上傳到平臺，學生根據實際情況自主安排學習。課中，教師可通過翻轉課堂，將問題深入講解，使得教學既有廣度，又有深度。學生也有充足的時間思考每一操作步驟，多問幾個為什么，提升學習積極性。課后，設計性實驗鍛煉了學生自學能力。移動教學平臺使得教師成為教學的主導者和設計師。教師制作課件、微課等教學資源，設計具有個人特色的課程主頁，為學生提供優質的教學資源。在教學設計過程中，教師自身的教學水平也得到提升。學生則成為教學的主體和中心，豐富的教學資源激發學生的好奇心和學習興趣，使學生能積極主動的學習，培養其自主學習的能力[12]。移動教學平臺記錄學生的每次學習活動，學習并將數據反饋給教師，使教師能及時調整教學計劃，做到因材施教，提升教學效率。移動教學平臺可通過討論等形式使師生的雙向溝通更便捷，真正做到教學相長。

在生“物化學與分子生物學”實驗教學中，通過優化教學設計，利用線上、線下混合式教學，加強課前、課中、課后的教學實施，使學生真正成為教學主體，有利于培養學生的創新能力，培養適應時代發展和社會需要的高素質醫學人才。

參考文獻

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Experiment Teaching Based on Cultivation of Innovative Ability： Taking the Course of Biochemistry and Molecular Biology as an Example

WANG Huai-ying， JIN Yi

（School of Basic Medicine， Hebei University， Baoding， Hebei 071000， China）

Abstract： Experiment teaching is an important way and means to cultivate college students’ innovative ability， but there are many problems in the traditional experiment teaching model， which cannot meet the requirements of cultivating high-quality medical talents. The course of Biochemistry and Molecular Biology is the basic course of clinical medicine， and experiment teaching is a part of the teaching content of the course. With the experiment teaching of the course as an example， practice is carried out from the aspects of optimizing the experiment teaching design， enriching the experiment teaching contents， and reforming the assessment methods. This paper expounds how to cultivate students’ innovative thinking in experiment teaching and improve the experiment teaching quality， which provides new ideas and references for the reform of experiment teaching.

Key words： Biochemistry and Molecular Biology； experiment teaching； teaching design； innovative ability