基于環保理念的高校生物化學實驗課教改初探*

張紅巖, 申乃坤, 姜明國

生物化學實驗在生物技術與海洋科學專業的課程中占據重要位置, 具有實驗項目豐富和使用化學試劑種類多、 總量大等特點。 生物化學實驗原理、 方法和技術是生命科學等諸多學科的重要研究手段, 也是廣西民族大學生物技術和海洋科學兩個專業學生的必修專業基礎實驗課程。 生物化學實驗在培養學生分析和解決問題的能力, 以及鍛煉學生的嚴謹的科學態度和獨立工作能力等方面具有無可替代的作用。

隨著近幾年生物技術的迅猛發展, 與生物化學相關的新的實驗方法、 新的實驗操作技術層出不窮, 在生命科學相關的各個學科和研究領域得到滲透和應用, 這勢必對生物化學實驗的內容設置和教學提出更高的要求。 因此, 生物化學實驗的教學課程和教學體系必須進行相應改革, 使之與現代社會發展對環境、 人才的需求相適應。 傳統觀念認為實驗課程的教學主要依附并服務于相應的理論教學, 高等院校生物化學實驗教學基本上是一個沉悶、 無趣的課程, 實驗內容和教學方式多年來大都一成不變, 課堂教學形式更是傳統的照單抓藥式驗證實驗, 考核方式也比較呆板單一……, 存在著一些列需要改革或改進的地方。 此外隨著人們環保意識的日益增加, 全國上下都樹立了綠水青山就是金山銀山的環保意識, 各行業都在努力推進環境保護的工作。 生物化學實驗中原有的實驗方法難以避免廢渣、廢氣和廢液的產生, 不能滿足環保要求的需要。 因此, 隨著生命科學領域的不斷擴展壯大, 科研方法和實驗手段日趨科技化、 綜合化, 目前傳統模式下的生物化學實驗教學不僅滿足不了當前科學技術飛速發展及綠色環保的需要, 而且不利于鍛煉學生的科研創造性和動手能力, 對這種舊的實驗教學模式改革已經勢在必行。 下面就生化實驗課程的教學改革, 給出自己的一點建議。

1 生物化學實驗綠色化教改的必要性

環境問題是影響人民生活安定和國家可持續發展的關鍵之一。 隨著社會的不斷發展, 人們的環保意識日益增加, 生物化學實驗中需要用到大量的化學試劑或者耗材, 會對環境造成不利影響, 倡導綠色化的理念也是可持續發展和教學改革的內容之一。

1.1 在實驗教學中強調綠色生物化學理念

在實驗教學過程中有意識地向學生反復強調環境保護意識, 在實驗課程開始前, 集中講解實驗內容并強調產生的廢液廢渣要分類收集、 分類回收, 使他們充分認識環保的重要性,養成實驗廢棄物分類回收, 從我做起的良好實驗習慣, 使學生們真正意識到綠色生物化學的重要性進而付諸于行動。

1.2 更換一些污染大、 危險系數高的實驗項目

對原有生物化學實驗部分不夠綠色環保的實驗進行調整或替換, 雖然原有實驗項目的開展是有脈絡和傳承的, 但是進入強調實驗以綠色、 環保、 高效性為宗旨的新時代后, 對于那些污染性強、 危險系數高的非綠色化實驗項目也需要順應新的號召, 適時淘汰。 例如在植物組織中總糖與還原糖的測定實驗中使用到3,5-二硝基水楊酸, 其中水楊酸的常規配備是把水楊酸溶解在蒸餾水中然后加氫氧化鈉, 再加入到酒石酸鉀鈉溶液中, 最后加結晶酚、 亞硫酸鈉等危害性比較大的物質, 從實驗方法綠色化角度考慮可以選用水楊酸配制改進方法, 把水楊酸改為水楊酸鈉, 然后與酒石酸鉀鈉溶液混合即可, 省去了結晶酚和亞硫酸鈉, 雖然保存期會縮短且精確度會稍微降低, 但是完全符合實驗要求, 改進后的配置方法同樣能使學生掌握3,5-二硝基水楊酸相關理論知識和實驗操作技能。 替換后實現了不用或少用危險品的綠色環保目的, 在試劑采購、 保存和實驗過程中乃至實驗產生廢液處理等方面上更安全、 更環保。

1.3 加強實驗廢棄物的管理

在生物化學實驗中會有廢氣、 廢液和廢渣的產生, 增強學生對“三廢” 處理的技能不僅能推進教學過程綠色化、 保護環境, 還能使學生自身的安全得到保護。 我院開設的生物化學實驗中的產生的廢渣如從綠豆芽子葉和胚軸中提取蛋白質實驗中產生殘渣以及其他實驗產生的各種固體, 還有各種廢棄的試劑瓶, 這些固體廢棄物都需要分門別類進行保存和處理, 更不能與生活垃圾隨便混合在一起; 實驗操作過程中如有廢氣產生的實驗則需要在通風櫥中進行; 而減少廢液產生量除可以通過減少實驗過程中藥品的總體用量外, 含有強酸和強堿類的廢液需要先提前進行中和再放入廢液桶, 特別需要意的是含有有機酸和無機酸的廢液不能混裝在一起。

2 對實驗內容進行更新, 建立新的實驗課程體系

2.1 適當減少基礎性實驗課程

生物化學實驗課程中包含了對生物化學基礎理論知識的驗證性實驗, 通過此類實驗的教學, 可以提高學生的實驗安全意識, 增強學生的實驗技能。 但傳統的生化實驗內容體系主要以驗證理論知識為核心課程。 但是在如今特別重視學生創新性和動手能力的當下, 生化實驗課程體系中驗證性實驗內容要適當減少, 把能突出鍛煉學生的一些基本實驗操作(包括實驗儀器的使用)、 培養學生的基本實驗技能為主要參考指標, 減掉一些重復性強的實驗, 只保留比較經典的實驗。 基本實驗操作實驗如移液器、 分光光度、 抽濾裝置等使用; 基本實驗技能實驗如酵母RNA 的提取鑒定、 考馬斯亮藍G250 法測定蛋白質含量、 冷凍離心技術及層析法測定植物體內轉氨酶的作用等, 通過這些實驗的設置使學生熟練掌握以上常規生化實驗儀器的使用方法, 學會生物大分子物質的分離、 純化以及純度的分析方法, 并通過這些實驗, 熟練掌握這些實驗的原理, 能正確書寫生化實驗記錄報告。 通過這些驗證性實驗的學習, 為后續綜合性、 探索性和科研性實驗教學內容的順利進行打好基礎[1-2]。

2.2 適當增加綜合性和創新自主性實驗

綜合性實驗能提高學生科學研究的基本素質, 而創新自主性實驗能激發學生的主動性和探索性。 生化實驗教學課程須增加綜合性實驗內容, 綜合性實驗教學能提高學生對基本實驗原理、 技術和方法的綜合運用能力, 能加強學生對多種實驗儀器和操作的綜合實踐能力, 綜合性實驗可以使學生在掌握驗證性實驗的基礎上, 在實驗設計、 分析能力和解決問題等方面進一步得到鍛煉, 能夠使學到的理論知識得到進一步的升華, 思維能力和動手動腦能力得到進一步的提升, 激發學生潛在的創造力。 而添加自主性創新實驗是為了培養學生獨立科研和探索的能力, 能夠挖掘學生潛在的創新力和探索力, 通過學生感興趣的自主創新性實驗[3], 讓學生靈活運用所學知識, 綜合所學的方法技術, 全方位的去分析問題、 解決問題, 能夠充分考驗他們的實驗技能, 端正他們的科研態度, 提升他們的科研能力,并在實驗實施過程中學會團隊協作, 為日后從事科學研究打下堅實的基礎[4]。

3 改革現有的實驗室管理模式和實驗教學考核體系

3.1 現有生化實驗室管理模式的改革

我校現有生物化學實驗模式是實驗所需的試劑、 耗材、 以及儀器都由專門的實驗室老師準備好, 學生只需要按照實驗步驟進行操作, 這種填鴨式的模式在一定程度上阻礙了學生獨立思考能力的鍛煉和他們的動手積極性, 這種模式需要改革。

首先從管理上為學生創造自己動手的機會, 引導學生積極主動參與到實驗的準備過程, 從實驗試劑的配制、 實驗過程的設計到實驗結束后的整理, 均由學生自己完成, 這個過程不僅能鍛煉學生主動思考的能力, 更能鍛煉學生的動手能力和與同學協同合作的能力, 有助于培養學生養成良好的實驗素養。

其次要讓學生有更多的機會參與到實驗的前期準備中, 就需要打破現有的實驗室封閉管理模式, 在規定的時間內把實驗室完全開放給學生, 以供他們能自主地查閱資料、 配制試劑以及準備實驗所需要的儀器設備、 設計實驗方案和整理分析實驗結果等。 實驗室開放性管理能激發學生的科研興趣和科研思維, 真正提高學生的實踐主動性, 學生可以在開放時間的任何時段實施自己的實驗方案, 并通過實驗探索發現問題、 尋找解決問題的實驗方法。

3.2 實驗教學考核體系改革

教學考核是實驗教學的重要環節, 也是學生對于實驗內容掌握程度的一個最直觀體現。 實驗課程考核體系科學合理不僅能調動學生的積極性和主動性, 也能使教學效果得到加強[5]。目前, 我院生物化學實驗課的考核體系的評分主要由預習、 課堂操作、 實驗報告和儀器操作考試4 個部分組成, 這個體系符合當前教學所提倡的全方位、 多角度評價模式, 注重教學過程性評價。 但考核指標往往比較籠統、 不夠細化, 且評價的標準缺乏科學的量化, 因而在教師在實際實施過程中對課前預習和課堂操作的評價往往是流于形式的, 形同虛設, 由于生物化學實驗涉及儀器較多, 而在儀器操作考試無法進行全部考試, 往往是選用抽簽模式, 每個同學隨機抽取一種儀器進行操作, 在一定程度上具有片面性和局限性, 所以在實際教學中, 授課教師更多地參考實驗報告的質量對學生進行評分, 到頭來實驗報告幾乎成為反映學生實驗課堂表現的唯一指標。

由于考核方式的單一片面性, 而且缺乏有效過程性評判模式和監督機制, 學生之間存在互相抄襲實驗報告的現象, 且學生可以自己隨便更改實驗數據而力求實驗結果的完美性, 實驗的實際操作變的可有可無, 這嚴重打擊了學生學習的積極性,不利于學生綜合能力的培養。 結合我校當前生物化學實驗教學考核體系的現狀及信息化教育發展趨勢, 借助智慧實驗室具有的獨特先天優勢, 利用高科技手段輔助生物化學實驗過程性考核評價指標的細化和量化, 在這種模式下, 每一個同學的操作都能一目了然, 建立相對完善的過程性考核體系, 以激發學生的學習主動性, 促使學生進行課前預習, 進一步達到提高教學質量的目的。

4 討 論

當前的生化實驗課程內容是根據教學大綱開設的, 大多是為了讓學生對基本理論知識有個加深的理解, 而忽略了對學生綠色環保概念動手和動腦能力的培養; 且每個實驗的內容的設置比較單一, 整個實驗課程教學體系缺乏系統性; 這就導致學生對實驗課不感興趣, 更缺乏積極性, 因而不利于學生系統掌握相關實驗技能, 更談不上學生創造能力的激發, 導致學生不能跟上學科發展的速度。 要想改變當前現狀, 就勢必對生化實驗課程進行改革。

改變當前的生化實驗教學觀念, 注重實驗過程綠色環保化, 重塑并精煉生化實驗內容, 改進并完善實驗考核評價體系, 既培養好學生的基礎實驗技能, 又充分發揮好綜合性和創新自主性實驗的優勢, 激發學生的學習主動性探索性, 養成獨立思考和勇于鉆研的好習慣, 對培養當今社會急需的各種創新型高層次人才必定是十分有益的[6]。

5 結 語

實驗教學改革是一個不斷探索與實踐的過程, 只有不斷調整教學內容、 采取靈活多變的授課方式以及合理完善的考核評價方式, 并能在實施的過程中充分發揮學生學習的主動性、 積極性和勇于探索的實踐性, 才能培養學生良好的科研習慣和嚴謹的科研態度, 才能有效的提高生物化學實驗的教學效果和質量。