應(yīng)用型高校農(nóng)學(xué)專業(yè)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)信息化教學(xué)實(shí)踐研究

趙 丹

（晉中信息學(xué)院，山西太谷 030800）

信息技術(shù)推動(dòng)著教育教學(xué)的深刻變革，要在信息化部署下，實(shí)現(xiàn)專業(yè)教育教學(xué)向更高水平的發(fā)展[1]。信息化環(huán)境下成長(zhǎng)起來(lái)的高校學(xué)生，知識(shí)獲取途徑豐富多樣，對(duì)灌輸式的教學(xué)方式較為排斥，應(yīng)將網(wǎng)絡(luò)資源、仿真實(shí)驗(yàn)室與專業(yè)教育相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)專業(yè)教學(xué)信息化改革[2-3]。

信息化時(shí)代下，科學(xué)研究的各項(xiàng)重大突破都離不開(kāi)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，國(guó)內(nèi)教育工作者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最優(yōu)成果是構(gòu)建“三層次、三環(huán)節(jié)、三結(jié)合”的教學(xué)體系，形成基礎(chǔ)性、綜合性、創(chuàng)新性3 個(gè)實(shí)踐教學(xué)層次[4-5]。生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)是生命科學(xué)類、食品類、醫(yī)學(xué)類以及農(nóng)業(yè)類專業(yè)的重要實(shí)驗(yàn)課，把生物化學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)操作技能結(jié)合起來(lái)，既是各個(gè)專業(yè)學(xué)生考研復(fù)試必備的復(fù)試技能，又能讓學(xué)生將分析解決問(wèn)題的思維應(yīng)用到工作中，全面培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[6]。

針對(duì)晉中信息學(xué)院農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)薄弱，實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒(méi)有指導(dǎo)書籍，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，不能及時(shí)對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行有效調(diào)整，考核方式單一，僅以實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)合平時(shí)成績(jī)考核，不能客觀反映學(xué)生的實(shí)際操作技能掌握情況，生物科學(xué)教研室積極推進(jìn)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)信息化實(shí)踐，并取得了階段性成果。

1 信息化實(shí)踐總體設(shè)計(jì)

信息化實(shí)踐首先進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，參考華中師范大學(xué)的《自我效能感問(wèn)卷》，分析實(shí)驗(yàn)類型是否單一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)是否合理、是否有創(chuàng)新授課模式、考核方式是否合理、實(shí)驗(yàn)安排與理論授課是否能結(jié)合、是否與信息化背景結(jié)合以及實(shí)驗(yàn)相關(guān)資源是否具有共享性等問(wèn)題，并通過(guò)t 檢驗(yàn)比對(duì)，分析信息化實(shí)踐前后生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果及學(xué)生效能評(píng)價(jià)。

在統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上，確立研究總體設(shè)計(jì)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容信息化實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式信息化實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)教學(xué)多部門聯(lián)動(dòng)實(shí)踐及實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式實(shí)踐4個(gè)方面研究（見(jiàn)圖1）。

圖1 實(shí)踐設(shè)計(jì)

2 信息化實(shí)踐實(shí)施

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容信息化

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源共享，學(xué)生可以更快地獲取最新的實(shí)驗(yàn)資料和研究成果，在實(shí)驗(yàn)課前通過(guò)查找相關(guān)的論文和數(shù)據(jù)庫(kù)，了解實(shí)驗(yàn)技術(shù)在現(xiàn)代生命科學(xué)中的重要性，同時(shí)，教師在實(shí)驗(yàn)課之前，以信息化方式共享實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作視頻等教學(xué)資源，要求學(xué)生搜集實(shí)驗(yàn)方法、試劑種類，分析實(shí)驗(yàn)試劑的功能，探討實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)材料的適應(yīng)性，進(jìn)而合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性、綜合性、創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

通過(guò)中國(guó)大學(xué)慕課APP、JOVE 國(guó)外視頻網(wǎng)站、學(xué)習(xí)通、微信公眾號(hào)等優(yōu)質(zhì)資源共享平臺(tái)實(shí)現(xiàn)課程知識(shí)、操作技能等優(yōu)質(zhì)互聯(lián)網(wǎng)資源的共享應(yīng)用；探索案例教學(xué)法、問(wèn)題導(dǎo)向型學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式、CDIO模式在不同實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[7]。為充實(shí)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、操作等方面的知識(shí)儲(chǔ)備，避免學(xué)生按照書本生搬硬套完成實(shí)驗(yàn)操作，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、思考能力，在不影響實(shí)際正常授課的前提下，選擇適宜的教學(xué)平臺(tái)建立優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源是解決的關(guān)鍵。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式信息化

生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的大量數(shù)據(jù)需要進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，生物化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立可以有效解決這一問(wèn)題。將生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)與生物信息學(xué)相結(jié)合可以提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的廣度與應(yīng)用程度。例如，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)PDB、生物序列數(shù)據(jù)庫(kù)GenBank 等是生物化學(xué)學(xué)習(xí)和研究過(guò)程中必備的資源，利用這些數(shù)據(jù)庫(kù)可以讓學(xué)生更好地理解生物分子的結(jié)構(gòu)和功能，熟悉生物化學(xué)領(lǐng)域中常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)手段和方法。分子模擬軟件、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)軟件、生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模擬軟件等生物化學(xué)模擬軟件，可以讓學(xué)生更好地理解生物分子的結(jié)構(gòu)和功能，并掌握生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)[8-9]。

在實(shí)操教學(xué)前，讓學(xué)生利用虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)操作，了解實(shí)驗(yàn)原理，掌握實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)以及結(jié)果分析要點(diǎn)，提高實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)踐能力。例如，利用虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件對(duì)DNA 測(cè)序、酶催化反應(yīng)等實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，引導(dǎo)學(xué)生探索實(shí)驗(yàn)原理和方法。

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)多部門聯(lián)動(dòng)

為鍛煉學(xué)生實(shí)際分析和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)提升溝通能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐操作能力，與“完滿教育”有機(jī)結(jié)合并借助“書院制”平臺(tái)對(duì)信息化教學(xué)模式進(jìn)行探索十分重要；借助“完滿教育”、社團(tuán)及書院平臺(tái)，探索普及性、趣味性、專業(yè)性的實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，并錄制科普小視頻，提高學(xué)生對(duì)科研實(shí)驗(yàn)的興趣。

通過(guò)與“完滿教育”和“書院制”的有機(jī)結(jié)合，要求學(xué)生對(duì)趣味性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)研，并完成視頻錄制和剪輯，通過(guò)書院或完滿教育平臺(tái)進(jìn)行共享；查閱文獻(xiàn)以創(chuàng)新指標(biāo)測(cè)定方法等課外作業(yè)布置考核學(xué)生研讀文獻(xiàn)資料的能力。

2.4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式改革

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是應(yīng)用型傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中成績(jī)?cè)u(píng)定的主要依據(jù)，通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)資源共享及生物信息學(xué)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)分析與設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)引入實(shí)驗(yàn)考核，結(jié)合在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定，形成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、仿真操作與實(shí)驗(yàn)報(bào)告三者結(jié)合的考核方式，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)成績(jī)的最終評(píng)定。

3 信息化實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)

3.1 提升了學(xué)生的主動(dòng)性

采用相同《自我效能感問(wèn)卷》[10]對(duì)信息化教改前后學(xué)生進(jìn)行自我效能感評(píng)價(jià)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示，信息化實(shí)踐提高了農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)能效感，進(jìn)而增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，提高了學(xué)習(xí)效率。

表1 效能評(píng)價(jià)

3.2 增強(qiáng)了學(xué)生的科研積極性

生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)信息化可讓學(xué)生對(duì)生物化學(xué)相關(guān)科研產(chǎn)生濃厚興趣，積極參與科研，并基于實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，進(jìn)行科研創(chuàng)新。生物技術(shù)專業(yè)部分學(xué)生通過(guò)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，成功申報(bào)了國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（20221607），山西省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（20211262），并發(fā)表了研究論文[11]。

3.3 豐富了成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系

生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)信息化實(shí)驗(yàn)成績(jī)統(tǒng)計(jì)表明，多樣化評(píng)價(jià)權(quán)重增加了實(shí)驗(yàn)成績(jī)的科學(xué)性和可靠性。基于網(wǎng)絡(luò)資源共享及生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)部分，大部分同學(xué)能發(fā)揮主觀能動(dòng)性，積極主動(dòng)完成，30%以上的學(xué)生成績(jī)?cè)?0分以上；基于虛擬實(shí)驗(yàn)室的仿真操作，學(xué)生充分體會(huì)了信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的豐富資源，成績(jī)直接由仿真操作網(wǎng)站評(píng)出，成績(jī)均在80分以上；傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告并沒(méi)有激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，大分布學(xué)生停留在完成的程度上，沒(méi)有進(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題，成績(jī)集中在80 分附近；總成績(jī)?cè)u(píng)定表明，信息化改革后學(xué)生的成績(jī)呈現(xiàn)正態(tài)分布，且集中在90分附近，比傳統(tǒng)授課時(shí)均分76分，有了顯著提高，體現(xiàn)出了信息化改革的教學(xué)效果，如圖2所示。

圖2 成績(jī)統(tǒng)計(jì)

3.4 提高了學(xué)生對(duì)課程的滿意度

生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)的成績(jī)分布表明學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)改革的興趣所在，為了分析學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化實(shí)踐的滿意程度，采用了結(jié)構(gòu)方程模型參數(shù)估算，進(jìn)一步構(gòu)建了課程滿意度驗(yàn)證模型，見(jiàn)表2。分析表明，仿真實(shí)驗(yàn)操作對(duì)實(shí)際教學(xué)的滿意度有顯著正向作用，仿真實(shí)驗(yàn)操作越充分，網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)查找越充分，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程滿意度越高，體現(xiàn)了信息化實(shí)踐對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的促進(jìn)作用。

表2 課程滿意度因素分析

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化不僅僅是技術(shù)手段的應(yīng)用，更是一種教育改革的嘗試。晉中信息學(xué)院生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)信息化教學(xué)實(shí)踐，為應(yīng)用型高校農(nóng)學(xué)專業(yè)培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的應(yīng)用型人才提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

信息化實(shí)踐使得實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更加靈活和多樣化，信息化技術(shù)可使實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)一步精簡(jiǎn)和自動(dòng)化，提高了學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力，突破了實(shí)驗(yàn)室資源和時(shí)間的限制，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和方法的深入理解；信息化實(shí)踐使得教師可以根據(jù)學(xué)生需要，設(shè)計(jì)出具有挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)方案，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力，同時(shí)也可以提升學(xué)生的綜合素質(zhì)；信息化實(shí)踐使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理更加精確、高效和準(zhǔn)確，通過(guò)使用統(tǒng)計(jì)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)等工具，可以更好地分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論，為后續(xù)科研工作提供支持，同時(shí)也能夠培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析思維和科學(xué)精神。

晉中信息學(xué)院生物科學(xué)教研室對(duì)該學(xué)院生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的諸多環(huán)節(jié)進(jìn)行信息化改革，注重結(jié)構(gòu)優(yōu)化、模式創(chuàng)新、質(zhì)量監(jiān)管及多元考核，融合了信息化教學(xué)方法，同時(shí)實(shí)施過(guò)程與“完滿教育”“書院制”等有機(jī)結(jié)合，既達(dá)到了產(chǎn)教融合專業(yè)的發(fā)展要求，又提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力及實(shí)驗(yàn)操作能力，達(dá)到農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生的教學(xué)目標(biāo)。