應用型高校農學專業生物化學實驗信息化教學實踐研究

趙 丹

（晉中信息學院，山西太谷 030800）

信息技術推動著教育教學的深刻變革，要在信息化部署下，實現專業教育教學向更高水平的發展[1]。信息化環境下成長起來的高校學生，知識獲取途徑豐富多樣，對灌輸式的教學方式較為排斥，應將網絡資源、仿真實驗室與專業教育相結合，從而實現專業教學信息化改革[2-3]。

信息化時代下，科學研究的各項重大突破都離不開先進的實驗技術，國內教育工作者認為實驗教學的最優成果是構建“三層次、三環節、三結合”的教學體系，形成基礎性、綜合性、創新性3 個實踐教學層次[4-5]。生物化學實驗是生命科學類、食品類、醫學類以及農業類專業的重要實驗課，把生物化學的理論知識與實驗操作技能結合起來，既是各個專業學生考研復試必備的復試技能，又能讓學生將分析解決問題的思維應用到工作中，全面培養學生的應用實踐能力和創新能力[6]。

針對晉中信息學院農學專業學生專業基礎薄弱，實驗教學沒有指導書籍，實驗教學內容陳舊，無法實現對實驗課程教學質量進行監控，不能及時對教學內容、教學方法、教學設計進行有效調整，考核方式單一，僅以實驗報告結合平時成績考核，不能客觀反映學生的實際操作技能掌握情況，生物科學教研室積極推進生物化學實驗信息化實踐，并取得了階段性成果。

1 信息化實踐總體設計

信息化實踐首先進行調查統計，參考華中師范大學的《自我效能感問卷》，分析實驗類型是否單一、實驗內容設計是否合理、是否有創新授課模式、考核方式是否合理、實驗安排與理論授課是否能結合、是否與信息化背景結合以及實驗相關資源是否具有共享性等問題，并通過t 檢驗比對，分析信息化實踐前后生物化學實驗教學效果及學生效能評價。

在統計分析基礎上，確立研究總體設計，進行實驗教學內容信息化實踐、實驗教學模式信息化實踐、實驗教學多部門聯動實踐及實驗教學考核方式實踐4個方面研究（見圖1）。

圖1 實踐設計

2 信息化實踐實施

2.1 實驗教學內容信息化

通過網絡資源共享，學生可以更快地獲取最新的實驗資料和研究成果，在實驗課前通過查找相關的論文和數據庫，了解實驗技術在現代生命科學中的重要性，同時，教師在實驗課之前，以信息化方式共享實驗原理、實驗操作視頻等教學資源，要求學生搜集實驗方法、試劑種類，分析實驗試劑的功能，探討實驗方法與實驗材料的適應性，進而合理設計基礎性、驗證性、綜合性、創新性的實驗教學內容。

通過中國大學慕課APP、JOVE 國外視頻網站、學習通、微信公眾號等優質資源共享平臺實現課程知識、操作技能等優質互聯網資源的共享應用；探索案例教學法、問題導向型學習、翻轉課堂教學模式、CDIO模式在不同實驗中的應用[7]。為充實學生對實驗原理、操作等方面的知識儲備，避免學生按照書本生搬硬套完成實驗操作，鍛煉學生的動手能力、思考能力，在不影響實際正常授課的前提下，選擇適宜的教學平臺建立優質教學資源是解決的關鍵。

2.2 實驗教學模式信息化

生物化學實驗中的大量數據需要進行存儲和管理，生物化學數據庫的建立可以有效解決這一問題。將生物化學實驗與生物信息學相結合可以提升實驗教學內容的廣度與應用程度。例如，蛋白質結構數據庫PDB、生物序列數據庫GenBank 等是生物化學學習和研究過程中必備的資源，利用這些數據庫可以讓學生更好地理解生物分子的結構和功能，熟悉生物化學領域中常見的實驗手段和方法。分子模擬軟件、蛋白質結構預測軟件、生物反應動力學模擬軟件等生物化學模擬軟件，可以讓學生更好地理解生物分子的結構和功能，并掌握生物化學實驗中常見的計算機模擬技術[8-9]。

在實操教學前，讓學生利用虛擬實驗室軟件進行仿真實驗操作，了解實驗原理，掌握實驗操作要點以及結果分析要點，提高實驗技能和實踐能力。例如，利用虛擬實驗室軟件對DNA 測序、酶催化反應等實驗進行模擬，引導學生探索實驗原理和方法。

2.3 實驗教學多部門聯動

為鍛煉學生實際分析和解決問題的能力，同時提升溝通能力、創新能力、實踐操作能力，與“完滿教育”有機結合并借助“書院制”平臺對信息化教學模式進行探索十分重要；借助“完滿教育”、社團及書院平臺，探索普及性、趣味性、專業性的實驗，提高學生的實驗興趣，并錄制科普小視頻，提高學生對科研實驗的興趣。

通過與“完滿教育”和“書院制”的有機結合，要求學生對趣味性實驗進行調研，并完成視頻錄制和剪輯，通過書院或完滿教育平臺進行共享；查閱文獻以創新指標測定方法等課外作業布置考核學生研讀文獻資料的能力。

2.4 實驗教學考核方式改革

實驗報告是應用型傳統實驗課程教學中成績評定的主要依據，通過將網絡資源共享及生物信息學結合的實驗分析與設計環節引入實驗考核，結合在網絡進行的仿真實驗進行平時成績評定，形成實驗設計、仿真操作與實驗報告三者結合的考核方式，進行實驗成績的最終評定。

3 信息化實踐教學評價

3.1 提升了學生的主動性

采用相同《自我效能感問卷》[10]對信息化教改前后學生進行自我效能感評價，統計結果如表1所示，信息化實踐提高了農學專業學生學能效感，進而增強了學生的學習自主性，提高了學習效率。

表1 效能評價

3.2 增強了學生的科研積極性

生物化學實驗信息化可讓學生對生物化學相關科研產生濃厚興趣，積極參與科研，并基于實驗課程的實驗設計與優化，進行科研創新。生物技術專業部分學生通過生物化學實驗內容，成功申報了國家級大學生創新創業訓練計劃項目（20221607），山西省高等學校大學生創新創業訓練計劃項目（20211262），并發表了研究論文[11]。

3.3 豐富了成績評價體系

生物化學實驗信息化實驗成績統計表明，多樣化評價權重增加了實驗成績的科學性和可靠性。基于網絡資源共享及生物信息學數據庫的實驗設計部分，大部分同學能發揮主觀能動性，積極主動完成，30%以上的學生成績在90分以上；基于虛擬實驗室的仿真操作，學生充分體會了信息化實驗教學的豐富資源，成績直接由仿真操作網站評出，成績均在80分以上；傳統的實驗報告并沒有激發學生的學習效果，大分布學生停留在完成的程度上，沒有進一步分析實驗中遇到的問題，成績集中在80 分附近；總成績評定表明，信息化改革后學生的成績呈現正態分布，且集中在90分附近，比傳統授課時均分76分，有了顯著提高，體現出了信息化改革的教學效果，如圖2所示。

圖2 成績統計

3.4 提高了學生對課程的滿意度

生物化學實驗的成績分布表明學生對實驗改革的興趣所在，為了分析學生對實驗教學信息化實踐的滿意程度，采用了結構方程模型參數估算，進一步構建了課程滿意度驗證模型，見表2。分析表明，仿真實驗操作對實際教學的滿意度有顯著正向作用，仿真實驗操作越充分，網絡資源數據查找越充分，學生對實驗課程滿意度越高，體現了信息化實踐對于實驗課程的促進作用。

表2 課程滿意度因素分析

4 結語

實驗教學信息化不僅僅是技術手段的應用，更是一種教育改革的嘗試。晉中信息學院生物化學實驗信息化教學實踐，為應用型高校農學專業培養具有創新能力和綜合素質的應用型人才提供了實踐經驗。

信息化實踐使得實驗設計更加靈活和多樣化，信息化技術可使實驗操作進一步精簡和自動化，提高了學生數據分析能力，突破了實驗室資源和時間的限制，加強了學生對實驗原理和方法的深入理解；信息化實踐使得教師可以根據學生需要，設計出具有挑戰性和創新性的實驗方案，激發學生的學習興趣和創造力，同時也可以提升學生的綜合素質；信息化實踐使得實驗數據處理更加精確、高效和準確，通過使用統計軟件、數據庫等工具，可以更好地分析實驗結果和結論，為后續科研工作提供支持，同時也能夠培養學生的數據分析思維和科學精神。

晉中信息學院生物科學教研室對該學院生物化學實驗教學的諸多環節進行信息化改革，注重結構優化、模式創新、質量監管及多元考核，融合了信息化教學方法，同時實施過程與“完滿教育”“書院制”等有機結合，既達到了產教融合專業的發展要求，又提升了學生的創新能力及實驗操作能力，達到農學專業學生的教學目標。