林學專業生物化學實驗課程創新教育改革實踐
——以樂山師范學院為例

彭言劼，宋春草，梁 梓

［1.樂山師范學院 生命科學學院，四川 樂山 614000；2.峨眉山生物多樣性保護與利用研究所(樂山師范學院），四川 樂山 614000］

0 引言

隨著我國“十四五”規劃的編制與實施，科技創新的重要性被不斷地提及與強調，習近平在“在科學家座談會上的講話”（2020）中明確指出了科技創新的重大戰略意義。高校作為國家創新的關鍵發源地[1]，應當在國家科技創新中大展拳腳。大學生是未來我國科技創新的主體，《關于進一步支持大學生創新創業的指導意見》（國辦發〔2021〕35 號）的印發，對高?？萍紕撔履芰蛣撔聞摌I教育也提出了新的意見和期許。在此背景下，圍繞“雙創”這個主題，如何貫徹培養大學生自主創新能力成為了當今高校教育改革和課程建設的研究熱點之一。因此，林學專業的培養目標定位中明確指出培養拔尖創新型人才，同時在畢業要求中也指明畢業生需具備獨立創新的能力。

對林學專業來說，試驗和創新幾乎不可分割。高校教育一般模式是以畢業論文（設計）為成果，最終驗收大學生的專業水平和創新能力。林學專業的畢業論文多以試驗加討論模式為主，探索一定的主題，這要求學生具備設計試驗和實施的能力，而這些能力通常是通過實驗課程學習的。因此，各類專業實驗課程是大學生科技創新教育的基礎，也是大學生創新能力培養的有效途徑[2]。

生物化學實驗課程是大學生科技創新教育啟蒙和培養的關鍵課程。多數高校林學專業的培養方案中，課程教學大致以基礎課、專業基礎課和專業課的順序進行，因此，生物化學實驗是林學專業大學生學習的第一批專業基礎課程之一。目前，高校課程教學正在實現從終結性評價為主到形成性評價為主的逐漸過渡，學生的學習過程受到了越來越多的關注[3]。對高校學生整個大學生涯來說，創新教育也應當貫徹始終，應當更多的關注學生創新教育的形成性過程，在學習到本專業知識后盡早開展創新教育是當前高校教育改革的需求。因此，作為第一批專業的基礎實驗課程之一，生物化學實驗是高校創新教育中的關鍵環節，在課程教學目標中明確提出了對科研探索和創新能力培養的要求。本文以樂山師范學院林學專業為例，分析了生物化學課程存在的問題、改革的措施和效果，以期為林學專業生物化學實驗課程教學的新模式提供依據和案例。

1 生物化學實驗課程教學中存在的問題

對教學中存在的問題進行深層次的剖析，發現林學專業生物化學實驗課程存在著實驗項目設置不合理、教學方法古板和教學評價單一等問題，已不能滿足全面貫徹創新教育的改革要求。

1.1 實驗項目設置中存在的問題

以驗證性實驗為主的課程設置，無法實現培養學生的科研興趣和探索精神。生物化學實驗課程和生物化學理論課程相輔相成，生物化學理論課程抽象難懂，通過對生物化學實驗的學習，應當能夠促進學生對生物化學理論知識的理解和掌握，但目前課程教學效果并不如意。大量的以“有現象、有結果”為主旨開設的實驗項目，僅僅是對書本上文字知識的重現，有什么現象，產生現象的原因，皆是書本上已記載的知識。這一類簡單的、可預測的實驗很難勾起學生的好奇心，讓其無法進一步想“為什么”[4]。

開設的實驗項目沒有考慮學生專業，不利于學生形成以本專業為背景的創新思想?？紤]到樂山師范學院生命科學類專業課程設置的一致性，林學專業開設的偏綜合性的實驗項目為“脂肪酸的β 氧化”，是以動物肝臟實驗材料，學習β氧化酶的作用過程和β 氧化作用的檢測方法，該項目與林學專業背景并無緊密的聯系，不利于學生對本專業的理解和思考。

1.2 教學方法中存在的問題

以講授法和指導實驗為主的傳統實驗課程教學方法不利于培養學生的自主性和探索精神。在傳統實驗課程教學中，教師主要以講授法進行實驗前的講解，并結合板書和實驗指導書詳細地介紹實驗目的、原理、步驟、預期現象、現象出現的原因以及可能出錯的關鍵點。為確保學生能夠從實驗得出可預見和可解釋的結果，教師通常會對每一個實驗細節進行強調，以便學生全盤掌握整個實驗的流程。因此，學生在實際操作中，僅需按照書本和板書，機械地執行每一個步驟，得出可預見的結果，不需要對每一步和關鍵的實驗細節進行思考，也無需對實驗現象出現的原因進行探討[5]。這種以獲得“可預見和可解釋的結果”為導向的刻板教學方法限制了學生的思維，無法在課堂上培養學生的探索精神，已經不能滿足貫徹創新教育的需求。

1.3 教學評價中存在的問題

以實驗報告和課堂考勤為主的終結性評價方式無法體現學生學習和參與實驗的過程。在此前的生物化學實驗課程中，學生分組進行實驗，課后每個學生獨自完成實驗報告并提交，而對每項實驗的學生成績的評價主要基于每一個實驗項目的學生出勤情況和實驗報告成績。這種終結性評價的方式無法準確判斷學生是否積極參與并掌握了該實驗。例如，分組實驗中未參與實驗的小組成員仍可獲得實驗結果，從實驗報告中無法判斷學生是否認真參與了該項實驗。再如，由于實驗報告未要求當堂提交，小組間可能分享數據，甚至為了獲得高分編撰合理的數據。這種非實時的評價方式無法確保每一位同學都能真實地掌握實驗內容，實踐教學效果不佳。

2 生物化學實驗課程的教學改革實踐

針對以往生物化學實驗課程教學中存在的問題，樂山師范學院林學專業進行了該課程的教學改革，獲得了良好的效果。

2.1 教改措施

為提高生物化學實驗課程的創新教育效果，該教改實踐主要實施了三項措施：a)調整開設的實驗項目結構，減少驗證性實驗項目，增加有利于創新思維培養的其他類型實驗項目的課時數；b)增設以林學專業為背景的自主設計性實驗項目，要求學生利用2-3 個生物化學實驗指導書中的實驗手段，結合植物學、植物生理學、有機化學和無機化學等相關的實驗手段，以植物或植物產品為研究材料，設計出完整的試驗方案，探索或解決生活和科學中的實際問題，在方案實施后，完成課程論文并進行答辯；c)改革課堂教學模式，以學生預習-教師講解-課堂討論的模式進行實驗原理、步驟、結果分析等內容的教學。

2.2 教改實施情況

2.2.1 改革后的實驗項目

林學專業生物化學實驗課程總課時為32，原項目數8 個，驗證性項目數5 個，驗證性項目課時總數為20，占總課時數的62.5%，項目式教學課時為12，占總課時數的37.5%，包括3 個綜合性實驗項目。改革后，總項目調整為5 個，其中驗證性項目3 個，驗證性項目課時總數為12，占總課時數的37.5%，課時數為16，項目式教學總課時數為20，占課程總課時數的62.5%（表1），包括綜合性實驗項目1 個，和自主設計性實驗1個。

表1 生物化學實驗項目組成改革情況

2.2.2 改革后的課程目標和評價方式

通過該教改項目的實施，改變了以往以實驗報告為主的終結性實驗成績評價方式，目前的評價方式以學習過程等形成性評價為主。在驗證性和綜合性實驗項目中，將預習和課前討論納入到成績評定中，以學生對實驗項目相關知識點的思考、討論的參與度以及發散和創新思維為評價依據，綜合體現了學生對實驗原理和細節的掌握和思考[6]。在自主設計實驗中，考核的項目包括選題、綜述、實驗方案、實驗數據、論文和答辯，對學生參與該項實驗的每一個階段進行跟蹤評價，全面掌握學生的學習情況[7]。

2.2.3 驗證性和綜合性實驗課堂效果

改革后，課堂教學中學生的參與度和積極度大幅提高。學生在可先的預習中，可以發現實驗原理和實驗方法上的一些不理解的知識點，進而帶著問題進入課堂。例如，在氨基酸的分離鑒定實驗中，使用紙層析的方法將賴氨酸、丙氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸混合液分離并顯色。該實驗中，學生提出“為什么五種氨基酸在顯色劑處理下會呈現不同的顏色”，這說明學生在預習時認真對實驗項目進行了思考。

教師在對實驗進行講解時，對涉及到超綱或尚未學習的知識點的問題進行解釋，而對于學生可以使用已經從生物化學理論課上學到的知識點解釋的問題，以及實驗相關的發散性思維訓練問題，則在講解結束后引導學生進行半個小時的討論。在課堂實踐中，學生均能參與到討論中。例如，在總糖的定量測定實驗時，教師也介紹了還原糖的測定方法，并提出“能否使用總糖的測定方法測定還原糖含量，能否使用還原糖測定的方法測定總糖含量”的問題，引導學生從各種糖的性質和測定方法上進行思考和討論，最終經過激烈的討論后，學生得出“總糖測定中的算會使非還原糖降解為還原糖，從而增加樣品中還原糖的實際含量，因此總糖的測定方法不能用于測還原糖含量”，以及“總糖經過酸水解后，可以用還原糖測定的方法對其含量進行測定”的結論，同時，也有部分同學進一步提出“總糖水解過后，不同的單糖種類是否會影響溶液的吸光度值”的問題，并希望在試驗中尋找答案。上述案例說明，學生在課堂上通過對實驗問題的討論，自主參與到了尋找解決問題方法的實踐中，并展現出了對探索的渴望。

2.2.4 自主設計實驗的實施效果

自主設計實驗是本次教學改革最關鍵的環節，學生從中體驗資料收集、試驗設計、項目實施、數據分析、結果討論、論文寫作和論文答辯等環節，收獲頗豐。

4 個小組的學生均以生物分子含量測定的生物化學方法為基礎，以測定日常食品和飲料中的成分含量為主題進行了實驗設計（表2）。各組設計實驗中，均選擇了3～4種指標進行測定，其中測定方法中，可溶性糖含量、可溶性蛋白質含量、粗脂肪含量、維生素C 含量的測定方法選自實驗指導參考書，而可滴定酸含量和胡蘿卜素含量的測定均為學生查閱文獻和資料后選用。對粗脂肪含量進行測定時，兩個小組分別根據奶茶和豆漿兩種不同的樣品，設計出萃取法和抽提法兩種不同的測定方法，這說明學生在設計實驗方案是能夠“因樣制宜”，進行了充分的思考。此外，各小組學生均積極參與到實驗方案的設計中，從選題到方案定稿，各小組與授課教師面對面交流討論的次數均達到4 次以上。

表2 自主設計實驗學生選題和方案

在方案的實施過程中，學生首先對各項指標的測定方法進行了預實驗，不斷調整實驗步驟，在保證能夠獲得可靠結果的基礎上，才正式對樣品進行測定。例如，在可溶性糖和可溶性蛋白質含量測定中，均需要先制作標準曲線，4 個小組的同學標準曲線制作過程并不順利，首次制作的標準曲線相關系數僅為0.7～0.9。在指導老師的引導下，經過對每一個操作進行反思和小組討論之后，學生逐漸對操作方法進行規范性和合理性進行調整，最終均成功制作出相關系數達到0.99以上的標準曲線。上述案例表明，在教師指導下開展自主設計實驗，有助于培養學生實事求是的科研態度和精益求精的工匠精神。

論文寫作部分，4 組學生均完成了結構完整的科技論文，包括前言、方法、結果與分析、討論與結論。在結果與分析中，學生在實驗教師的指導下，按照科研論文的規范，使用平均值±標準誤的形式整理數據，并使用方差分析、t 檢驗和多重比較等簡單的統計分析方法進行數據的比較分析。隨后依據選題目的，對結果進行了討論，并得出結論。例如，對校園各水果店和超市的蘋果進行了品質比較，以糖酸含量為標準選出了口感最好的蘋果，為同學們給出了購買建議。再如，對手工奶茶和袋裝奶茶產品進行了糖和脂肪含量分析，為同學們的健康飲食提出了建議。

在最終的答辯環節，通過PPT 的制作、展示、匯報和答辯，評價了各小組每一位學生對所選實驗的理解、掌握和參與程度，并實驗可改進的細節和可延申的方向進行了討論，進一步促進了學生對創新的思考。

2.2.5 課程目標與大程度評價

課程考核結束后，對教學班的目標達成度進行了評價，總體上看，課程目標達成度高，教學改革的實施效果好（表3）。其中，針對自主設計性實驗項目的課程目標2 權重為45.5%，達成分值為41.99，達成度高達92.3%。通過問卷形式進行了間接評價，所有同學都認為三個課程目標基本達成或達成。

表3 課程目標與達成度評價

2.3 學生成果

生物化學實驗課程教學中引入相關專業背景的自主設計性實驗項目，讓學生從理論走向了實踐，將專業知識應用到了實際中，對學生的專業認同感、動手能力和科技創新能力?；诒菊n程的學習，該班級的學生在授課教師的指導下，積極參與林學相關的科學研究項目，并以經濟林研究為主題，立項省級大學生創新創業訓練計劃項目1 項，獲得省級大學生科技創新競賽二等獎2項、三等獎1 項，切實提高了自主科學探索能力和創新能力。

3 教改實施中存在的問題與擬解決方法

在自主設計性實驗項目改革的實施過程中發現，專業知識、獨立思考和實驗教學平臺等方面均存在這一些限制因素制約著該項目的推進。

3.1 學生缺失林學專業的專業知識

在樂山師范學院中，林學專業的生物化學實驗課程設置在第三學期，此前僅掌握了植物學類通用基礎課程如植物學、土壤學、植物生理學等，而林學專業課程如森林生態學、森林培育學、林木育種學、森林保護學等課程均未學習，此外，生物統計學課程也尚未學習，為貼近林學專業背景的選題以及對實驗結果的分析增添了許多困難。從本次課程中學生選題來看，學生選擇的實驗材料均為植物產品類，而非林木類；在實驗方案中，學生選擇的檢測指標較為單一，均為靜態的生物分子含量，而生物化學的的動態研究，如酶活性方面則無人涉及（表2），這均可能與學生專業知識欠缺有關。林木在逆境中酶的活性變化是教師推薦的選題方向之一，但該方面的知識點需要在森林生態學的生態因子章節學習，這可能是此方向無人選題的原因。因此，學科基礎的薄弱限制了學生的思維，導致選題單一。

本科生全程導師制是解決該問題的辦法之一，在此制度下，本科生入學開始就受到指導老師的全方位培養，參與指導老師的研究課題，可提前學習到較為前沿的專業背景知識[8]。目前，樂山師范學院生命科學學院在本科生培養中實施雙向選擇的導師制，在該制度下，本科生從大二開始選擇導師，同時也被導師選擇。部分教師在大一學生中提前選擇，指導“互聯網+”“大學生創新創業”“生命之星”等項目和競賽，也獲得了喜人的成果。因此，建議實施本科生全程導師制，將專業教育、創新教育貫穿本科教育的全程。

3.2 學生獨立思考意識不強

經過長期的應試教育，學生習慣了“參考模板”的學，而在獨立思考意識上有所欠缺，創新人才培養更加注重對學生獨立思考能力的培養[9]。目前的教學中，在作業、實驗報告、設計等實踐方面，學生似乎總是希望獲得可以參考的“模板”，例如范文、格式、案例等，以便用更少的時間完成實踐學習的任務。例如，在自主設計實驗項目中，4 個小組的方案都是以食品成分為測定的指標，且指標重復率較高，這就是小組之間互相參考的結果。創新是從0 到1 的過程，是綜合所學提出自己的見解和假設，創新的生命力來自于開悟，這就需要獨立的思考。

在自主設計實驗項目教學中，可以設置更多的探索方向，讓學生在選題時有更大的選擇面，避免選題重合，亦可實施小組按順序單獨選題、抽簽選題等選題方式，同時禁止選題重復，讓各小組有不同的探索方向，減小組間互相參考的可能性，督促小組獨立思考并完成設計實驗項目。

3.3 實驗教學平臺的限制

一般來說，實驗教學所使用的教學平臺是為這門課程配備的本科生實驗室，單一平臺需要完成的課程任務較少，開設的實驗項目較為固定，這對自主設計實驗的開設有一定的限制。以樂山師范學院為例，生物化學實驗課程教學由基礎生物學實驗室提供場地、設備和試劑，該實驗室主要承擔本科生生物化學實驗、生物學綜合實驗技術和生物技術大實驗三門實驗課程的教學任務。自主設計實驗開設所需要的實驗材料、儀器設備、試劑耗材等種類繁多，通常無法由單一實驗平臺提供。本次課程改革實施中，學生選題為“奶茶成分檢測及健康分析”的實驗中，涉及到奶茶中咖啡因的含量測定，需要在有機化學實驗室進行測定，但因與有機化學實驗室管理教師協商未果，取消了咖啡因含量測定相關的實驗內容。再如，部分小組選題原本為植物的逆境響應方向，但由于基礎生物學實驗室無法提供植物培養箱和培養空間，小組放棄了該方向的選題。

以現有的教學和科研資源為基礎，建立高度開放的實驗平臺，統籌需求，開發共享和開放的公共科研和教學平臺，既能打破實驗教學中的平臺限制，滿足生物化學實驗自主設計實驗的需求，又能滿足學生探索和求知的需求，推進本科生創新創業教育[10]。在樂山師范學院現行的實驗室開放制度下，學生可以在指導老師的指導下進入實驗室開展研究項目，但教學上的平臺共享并不完善，難以利用交叉學科、交叉課程等教學資源，建議建立完善的平臺開放與共享機制，促進本科生創新創業教育的全面貫徹。

4 結語

創新創業融入專業教育是當今本科教學中的要求，實驗課程作為林學專業的實踐教學環節，對創新創業教育有著重要的意義。針對以往林學專業生物化學實驗課程中存在的項目設置陳舊、評價方式單一等不利于促進學生創新思維鍛煉的問題，進行了課程改革實踐，增設了以林學專業為背景的自主設計性實驗，豐富了課程評價方式，取得了良好的效果。為了全面貫徹大學生創新創業教育，建議實施全程導師制，并注重培養學生的獨立思考能力。