基于應用型創新農學人才培養的生物化學實驗教學體系改革

李法君，韓爽，喬寧，付春鵬，張德珍，薛其勤，遲文娟

（濰坊科技學院賈思勰農學院 山東，濰坊 262700）

隨著我國經濟的高速發展、科技水平的大幅提升和產業結構的持續調整，對于人才的要求也日益提高，不僅要求具有堅實的理論功底，而且還要求具有較強的創新能力和實踐能力。因此，我國教育主管部門陸續出臺相關政策措施，引導地方本科高校轉型發展，培養高層次應用型創新人才。應用型本科“應運而生”，以應用型為辦學定位的本科院校，是新型的本科教育和新層次的高職教育相結合的教育教學模式。濰坊科技學院是經國家教育部批準，由壽光市人民政府興辦的一所全日制應用型本科高校。壽光市是我們的“蔬菜之鄉”，隨著科技和社會的發展，對應用型創新農學人才的需求也日益劇增。近年來，我校堅持內涵發展和特色提升戰略，聚力于應用型創新農學人才培養，開展了一系列的教學改革措施，旨在為社會培養具有創新意識和創新能力的高素質應用型農學人才。

實驗課程是深化課堂教學改革的重要環節，也是人才培養方案的組成單元，在提升學生實驗技能、培養學生創新精神、提高創新能力方面起著不可替代的作用[1]。生物化學是一門與農學密切相關的專業必修基礎課。因其知識框架復雜、內容抽象難懂，被學生喻為“生命的天書”[2]，也是教學過程中較難講授的課程之一。而生物化學實驗作為生物化學課程重要的實踐環節，有助于學生理解課堂上所學的基礎理論知識，熟練掌握并運用基本的生化技能和實驗方法，為應用創新奠定基礎。但是舊有的實驗教學模式、一成不變的實驗內容、落后的評定考核方式，已經阻礙了應用型創新人才的培養。基于此，筆者結合本院實驗教學工作的實際情況，針對生物化學實驗教學模式、實驗內容和考核方式進行初步改革探索，旨在提高農學專業學生對生物化學知識的掌握程度，強化綜合實驗技能，形成一套符合地方高校應用型創新農學人才培養的生物化學實驗教學模式。

1 生物化學實驗教學中存在的突出問題

1.1 教學方法相對單一

在生物化學實驗教學過程中仍存在傳統的“灌輸式”教學方式，即每次實驗前由老師準備好相關試劑、調試好相關設備和儀器；授課時，教師首先講解本次生化實驗的原理、具體的實驗步驟和相關注意事項。學生只需要按實驗步驟，機械地完成相關實驗內容，并在實驗結束后撰寫實驗報告。在此過程中，學生并沒有發揮自己的主觀能動性，始終處于被動地位，而對于①為什么這樣做？②有沒有其他更好的替換方法？③以及什么樣的實驗結果才算合格？這些問題則沒有進行深入的思考。因此，單一的教學模式導致學生缺乏思考問題和動手解決問題的能力，阻礙了學生綜合素質的提高，更不能很好的適應現代社會對應用型創新人才的需求。

1.2 教學內容相對落后

生物化學是與時俱進的課程，其發展是建立在相關的科學研究成果之上的。21 世紀，與生物化學相關的實驗技術日新月異，新技術層出不窮，如基因編輯技術-CRISPR/Cas9系統、RNA干擾（RNAi）技術、冷凍電鏡技術等。而現實情況是，簡單的定性或定量驗證性實驗仍在傳統的生物化學實驗課程中占主導地位，少有具有創新性的綜合性和設計性實驗，而較為前沿的實驗技術更是無從談起。將來要從事與生命科學相關行業的學生走上工作崗位之后，需要重新學起，沒有實現從學校到用人單位的無縫對接。因此開展前沿性的實驗技術培養已經迫在眉睫。

1.3 評價體系不全面

傳統的生物化學實驗課程成績通常由實驗報告或根據學生的具體操作情況來打分。因此，很多學生更看重實驗報告的分數，而忽略了實驗技能的掌握，把精力投入到實驗報告的撰寫上，更有部分學生存在抄襲的現象。老師在批改實驗報告時，多是依賴于實驗報告的數據，沒有反應學生的真實實驗水平；而根據實驗情況打分的考核方式，則限制了學生的發散性思維，只能機械的按照既定步驟進行操作，使學生很難發揮自己的專業能動性進行分析創新。

2 基于應用型創新人才培養的生物化學實驗教學體系構建

2.1 革新教學內容，培養創新能力

生物化學實驗是濰坊科技學院賈思勰農學院農學專業的專業基礎課（32 學時，2 個學分），課程安排在二年級上學期。鑒于傳統的生物化學實驗課存在上述缺陷，團隊成員根據農學專業的特點，對生物化學實驗課程進行了系統優化，提高了實驗項目之間的關聯度，并且編寫新大綱，旨在提高學生的創新能力。實驗內容包括基礎驗證性實驗、帶有前沿性的綜合實驗和自主創新的設計性實驗3個模塊。

2.1.1 基礎驗證性實驗 基礎性生物化學實驗重點強調基礎的操作步驟與規范，目的在培養學生掌握基本的實驗技能，從而加深對生物化學理論知識的理解。新大綱中將“蛋白質的定量測定”和“肝臟谷丙轉氨酶活力測定”列為基礎驗證項目，旨在通過這兩個項目強化學生對生物化學實驗的動手能力。

2.1.2 帶有前沿性的綜合實驗 作為生物化學的重要組成部分，分子生物學近年來取得了迅猛發展。分子生物學技術也成為當前生命科學研究中使用最廣泛的實驗技術，是每個生命科學研究人員必須掌握的實驗手段。所以掌握較為前沿的實驗技術對本科生而言，無論就業還是考研都是有益的。因此團隊成員根據生物化學實驗課的特點，適當更新了實驗內容，引入當前生物化學領域較新的科研成果。如：RNAi 是近年研究的熱點課題，也是研究基因功能的有力工具。在“RNA 實驗操作”中，我們把“RNA提取→反轉錄→RNAi”作為一個整體綜合性實驗。以水產動物常見的蝦為實驗材料，首先進行RNA 提取，然后將RNA 反轉錄為cDNA，最后以cDNA 為模板，制備雙鏈RNA，將雙鏈RNA注射到蝦的體內，觀察其表現變化。通過此過程學生不但學會了RNA 提取、反轉錄、雙鏈RNA 制備，而且還掌握了引物設計、PCR 反應等相關的基本技能，而這些技術是從事生物行業或研究生學習必須掌握的的技能。因此，設計前沿性的綜合性實驗有利于應用型創新人才培養。

2.1.3 自主創新的設計性實驗（與教師課題相結合）設計性實驗主要來源于兩部分：一是來源于實驗課擬定的范圍；二是來源于教師所承擔的課題。前者，由教師提供幾個可供選擇的實驗內容，各實驗小組自行查閱相關文獻資料，確定實驗方案，由指導老師審閱修改后，按方案進行實驗操作、完成實驗、撰寫實驗報告。后者，主要根據教師承擔課題的具體內容確定。由各小組聯系有課題的教師，具體實驗方案由指導教師來審閱指正。如筆者根據本人所承擔的山東省自然科學基金項目，把“基因克隆”作為學生的設計性實驗。確定了“RNA 提取→RACE技術→克隆分析”的實驗方案。此過程可以使本科生直接參與到教師的課題中來，為將來立志考研的學生奠定堅實的實驗基礎，一方面也有助于課題的完成，一舉兩得。上述兩種設計性實驗可以很好地調動學生學習的主動性，激發學生參與科研的激情和潛在的創新意識。

2.2 改革傳統教學手段，提高創新能力

傳統的生物化學實驗教學方法是教師首先講解本次實驗的原理，然后學生按照實驗步驟機械地開展實驗。這樣做的結果，通常是實驗尚未開始，學生就知道了實驗結果，阻礙了學生創新性能力的培養。因此，要引導學生從發現問題過渡到學會分析問題、解決問題；那么，采用多元化的教學手段來提高生物化學實驗教學效果，就勢在必行。

2.2.1 翻轉課堂 翻轉課堂是指在實際教學活動中，課堂上和課堂下功能的翻轉。即學生在課下提前自學課程內容，課堂上教師不再事無巨細地進行講解，而是主要解答學生疑問、啟發課堂討論、澄清易混淆知識點。翻轉課堂實現了傳統教學中“教”“學”角色的翻轉，調動了學生的學習積極性，充分發揮了學生的主體作用[3,4]。

在生物化學實驗課中，筆者團隊首先將復雜的實驗分解為幾個實驗模塊，每個實驗模塊可視化處理（制作成動畫或視頻），并根據具體內容設置相關問題；其次，將動畫或視頻發布到賈思勰農業院課程網站上，讓學生提前觀摩，以實驗小組為單位，利用所學知識自己或從網站搜索相關內容，小組內討論解決翻轉課堂中的實驗問題。學生也可以利用翻轉課堂，提出自己難以解決的問題，由教師進行釋疑答惑。如“DNA 的提取”實驗，筆者團隊設置了“傳統法提取”和“試劑盒提取”兩種方式。通過翻轉課堂在“傳統法提取”實驗中設置“提取過程蛋白酶K、SDS、苯酚、氯仿各自的作用是什么？”“兩種方法的優缺點是什么？”等問題，使學生提前明確實驗的原理和兩種實驗方法的優缺點，在實際操作中有的放矢，同時也培養了學生自己解決問題的創新能力。

2.2.2 雨課堂 隨著“互聯網+”時代的到來，以智能手機為終端的學習方式也逐步走進了高校實驗教學課堂，雨課堂教學模式便應運而生。雨課堂是將常用的通訊軟件“微信”與教學辦公軟件PowerPoint 巧妙地結合在一起。教師將視頻、語音、習題等教學資料實時推送到學生微信上，全面覆蓋了“課前——課中——課后”三個環節。由于微信的及時性，雨課堂還可以及時反饋教學效果，實現課堂雙方的有機互動。近年來，雨課堂也被應用到高校實驗課的教學方面，并且取得了良好的教學效果[5-7]。

在實際授課時，團隊成員選取較為抽象的分子生物學實驗“基因工程操作”作為雨課堂的講授對象。各環節的講授如表1所示。

表1 基因雨課堂的基因工程操作技術

2.3 完善評價體系，助推創新能力

考核是實驗教學中的重要組成部分，是對實驗教學效果的有效檢驗，也是保證實驗教學改革順利進行的關鍵措施。筆者團隊擯棄了傳統的考核模式，而采用課前考核、課中考核、課后考核和期末總評的“四段式”考核模式。

2.3.1 課前考核（10%）要求學生在課前（包括根據翻轉課堂和雨課堂提出的問題），收集、閱讀與本次實驗相關的資料，預習實驗所涉及的理論知識，掌握基本原理與流程。要求學生在每次上課前寫好書面預習報告，包括實驗目的、原理、流程、操作步驟和注意事項等，使學生帶著問題、有備而來，發揮了學生的創造性，提高了實驗操作的精準性和成功性。

2.3.2 課中考核（30%）包括①出勤率：不遲到、不早退和無故缺勤；②實驗操作（操作手法和操作程序）是否標準；③實驗技術路線是否正確；④小組成員間是否能夠相互配合、分工協作，高效完成實驗；⑤是否有詳盡的實驗記錄。

2.3.3 課后考核（30%）要求學生實驗結束后提交質版實驗報告，實驗報告應撰寫規范，數據處理合理，并能科學合理分析和討論實驗結果。讓學生當堂上交實驗報告的好處是一方面可以發現學生的錯誤并及時指出，使學生能及時發現問題；另一方面，也杜絕了學生抄襲實驗報告的現象。

2.3.4 期末總評（平時成績70% +筆試成績30%）期末實驗總評成績=平時各項目的平均成績×70%+筆試成績×30%。其中，筆試內容包括生物化學實驗中涉及的主要內容，包括實驗原理、各試劑的作用、儀器的正確使用、實驗操作的注意環節、實驗結果的處理等。

3 結語

實驗課是應用型創新人才培養的重要基礎實踐課程。本文通過實驗教學改革，調動了學生對生物化學實驗學習的興趣和主觀能動性，提升了理論知識水平和實際操作技能，錘煉了學生獨立思考、善于觀察、運用所學知識分析、進而解決問題的能力，教學效果顯著。2019年，我院首次參加第八屆“了然生物杯”山東省大學生生物化學實驗技能大賽，賈思勰農學院農學專業的六名參賽同學即全部獲獎，其中一等獎2項、二等獎4項；2020年參加，第九屆“滋百農生物杯”山東省大學生生物化學實驗技能大賽，獲一等獎1項、二等獎2項、三等獎3項，生物化學實驗課程改革初見成效。同時也應認識到，高等學校培養人才的最終目的是為社會服務。因此，應用型創新性人才培養也是社會發展的必然需求。理論與實驗脫節、課堂與生產脫節、校內教學與企業需求脫節等現象在我國高校人才培養中普遍存在，也是制約應用型創新人才培養的關鍵因子。本文從教學方法、教學內容、評價體系等三個方面探討應用型創新農學人才培養的新思路，以期構建較為完整的生物化學實驗課程應用型創新人才培養體系，進而為高等學校其它學科的應用性創新農學人才培養提供借鑒。