开放性生物化学实验课程教学方法改革研究——以山东建筑大学为例

任会学，姜佳慧, 任雪莹,高志敏，于振宇，李炳瑾

(1.山东建筑大学 市政与环境工程学院,山东 济南 250101； 2.山东建筑大学 商学院,山东 济南 250101)



开放性生物化学实验课程教学方法改革研究
——以山东建筑大学为例

任会学1，姜佳慧1, 任雪莹2,高志敏1，于振宇1，李炳瑾1

(1.山东建筑大学 市政与环境工程学院,山东 济南 250101； 2.山东建筑大学 商学院,山东 济南 250101)

生物化学实验是提高生物工程专业学生专业技能的重要的基础课，开放性实验教学是提高大学生独立思考和动手能力综合素质的重要的教学方法。文章以山东建筑大学生物工程专业为例，分析了传统生物化学实验教学存在的教学内容陈旧、教学方式单一，师生缺乏交流,学生动手时间少，学生的主体地位淡化，实验教学目标不清，考核标准不合理的问题和弊端；阐述了实施开放性生物化学实验教学改革的重要性；提出了开放性生物化学实验教学方法的改革措施和开放性实验教学方法改革措施及实施流程，并通过教学实践证实：以学生为主体的开放性实验教学对开发学生创新能力、独立思考能力和操作能力具有重要作用。

生物化学；开放性实验；教学方法；改革；创新

0　引言

大众创业，万众创新是我们当今社会的主旋律。 “大学生是实施创新驱动发展战略和推进大众创业、万众创新的生力军”。如何顺应社会的人才需求，培养和提高大学生的创新实践能力，是我们高等教育必须加强并着力提高的重要工作[1]。实验教学不仅是理论教学的延伸和补充，更是培养实用人才、提高教学质量的有力工具，对培养学生的学习兴趣、实践动手能力具有不可替代的作用[2-4]。

近年来，随着国家教育的投入不断增大，山东建筑大学的实验教学设施及环境有了明显地改善。但大多数实验教学方式及环节，仍是传统的教材+演示教学，学生都是被动的学习方式，这种填鸭式的教学严重地制约了学生的创造性和学习兴趣。因此,实施实验教学改革，发挥实验教学的灵活性和能动性是高等教育教学改革的重要方向。

为适应新形势，加强培养学生的综合素质和创新精神，山东建筑大学开展了面向大学生主体的开放性实验教学的实践活动。开放性实验教学作为一种学生自主确定实验课题，自由发挥制定实验方案，并独立进行操作的新型教学方式，实践已证明它对提高学生的学习兴趣，激发学生的创新和创造热情具有传统实验教学无可比拟的优势。但不同的专业学科有不同的学科特点，其开放性实验教学实施也有较大的差异，因此，因地制宜地根据不同学科，研究和开展有特色的开放性实验教学具有重要的意义[5]。

生物化学是生物工程专业、环境工程专业的一门重要的基础课，它是研究生物大分子的结构性质与功能，物质的代谢与调节的科学[6-8]。该学科的实验教学要求高，知识更新速度快，因此立足生物化学的学科特点，创新生物化学开放性实验教学方法，发挥学生的主观能动性，提高学生的独立动手和自主创新能力，探索理论教学和实验教学的有机结合具有重要的现实意义。

1　传统生物化学实验教学方法的现状及存在的问题

1.1教学内容陈旧和方式单一

传统的生物化学实验教学,其教学设计主要是在理论教学的基础上辅助补充的一部分学习内容。其实验科目主要以区分不同生物大分子的验证型实验和利用不同的分析方法检验不同生物大分子的结构、组成的训练性实验为主，教学计划及目的单一，独立的单元操作实验多，实验内容单调陈旧，考察学生应变能力的综合性实验内容少，特别是反映生物化学学科的新技术的实验内容更是匮乏。而教学方式主要以学生参照教科书的内容，老师的示范讲解的单一模式，学生接受的是被动性的教育。生物化学作为20世纪最具发展潜力的学科之一，它的最大特点是前沿性和交叉性，生化实验技术日新月异，发展突飞猛进，如分子克隆、酶联免疫技术、探针标记、核酸序列分析等新兴技术都已广泛应用于各相关学科的科学研究[9-10]，而这些内容在传统的实验教学中基本没有涉及，导致教学与实际工作脱节严重，培养的学生难以胜任实际工作需要。

1.2师生缺乏互动及学生主体地位淡化

实验教学的设计本应增加师生交流的机会，提高师生互动水平。但是由于传统的教学方式的流程为：指导老师讲解实验的基本要求、目的、原理、操作及注意事项，演示相关实验仪器的操作要求及设置，学生只是呆板地按照讲解的实验步骤进行相关的实验过程，记录实验结果，最后提交一个实验报告。在这样的实验过程中，老师只是做了示范，学生因为对相关知识背景缺乏，很难与老师互动，师生的交流明显缺乏。而随着国家大学生扩招政策的实施，在校学生人数急剧膨胀，导致实验室的面积及设备的更新和数量都难以与学生数量匹配，生化实验课的组织基本上以2～3名学生为1组，而且为了固定教学时间，避免课时冲突，又常常被迫压缩实验时间，所以实验教学变成了一种摆设，实验教学中的学生主体地位淡化，使得学生的动手时间和实验机会缺乏，最终导致大学生缺乏实践技能的锻炼，难以提高学生的动手和应用能力。

1.3实验教学目标不清及考核标准不合理

传统的生化实验教学目标仅以学生理解教科书的内容为主，将实验教学作为验证理论教学的概念和性质的一个环节，以及学生重复实验仪器应用的操作技能的训练，而忽略了实验教学应作为提高学生的独立思考和应变能力，以及拓展学生素质与创新能力训练的教学任务。考核的标准简单教条，主要的表现形式就是学生按照教材抄写实验过程，指导老师批阅实验报告，以实验报告的书写和学生是否到课作为主要的评价标准。这直接导致大多数学生认为生化实验课程只是一门辅助生物化学教学过程的课程，学生只是跟着教师的示范或者实验指南依样画葫芦，机械地完成实验内容，根本不思考实验的目的和过程，缺乏对实验原理的理解和思考。有的甚至不知道所做实验内容，敷衍了事，导致实验学习效果极差，难以达到理论与实践的有机结合。这种单调、固定的实验教学模式，严重约束了学生实践探索的主动性和创造性，禁锢了学生的思维方式，使他们变为实验过程的“机器人”，不思考、不分析，对实验结果缺乏讨论和总结，仅仅是按部就班地进行相同的实验步骤，而后以一个实验报告作为实验的结果而已。这样的实验教学既无与时俱进的教学目标，同时考核标准难以体现学生的知识水平和应变能力，其结果就是很难锻炼学生的独立创新能力和解决问题的能力，难以实现培养综合素质高的大学生的办学目标。 。

总之，传统的生物化学实验教学已严重滞后于时代的发展，难以满足培养新时代创新人才的要求，所以探索改革生物化学实验教学的新思路、新方法，适应社会的人才需求，已是刻不容缓、迫在眉睫。

2　开放性生物化学实验教学方法改革的重要性

2.1开放性生物化学实验是生物化学实验教学改革的重要途径

生物化学实验作为生物化学教学的重要环节，既是提高教学质量，巩固理论教学成果的重要手段，更是提高大学生独立思考和动手能力综合素质的重要的教学方法。而传统的生物化学实验教学难以满足这一要求。因此，利用开放性生物化学实验与生物化学理论教学相结合，通过改革实验内容和实验教学方法，探索既培养训练学生的分析问题、解决问题、实际动手能力，同时又能完善生物化学实验教学的新体系，实现生物化学实验教学改革的目标具有重要的作用和意义。

2.2开放性生物化学实验是培养创新型人才的重要平台

生物技术的发展日新月异，突飞猛进。旧有的传统生物化学实验，内容老化，知识难以及时更新，禁锢了学生的个性思维，无法与时俱进地培养出社会的急需人才。而开放性生物化学实验，利用教师的科研课题设计实验，密切结合科研发展实际，鼓励学生学习最新的知识并学以致用，因此开放性生物化学实验的实施对适应社会发展的需要，培养具有前沿知识、综合素质、实践技能的新型人才提供了一个重要的施展平台。

3　开放性生物化学实验教学方法的改革措施及实践

为了切实解决传统的生化实验教学中的问题，基于生物化学的前沿性和交叉性的学科特点，以学生为主体，探索结合老师的科研课题设计开放性的实验内容，采取老师指导，学生独立设计和完成，实践开放性的生化实验教学新方法。实现拓展学生知识面，达到培养学生的自主创新能力和动手能力的目的。

3.1开放性实验教学方法的改革措施

实施开放性的实验教学方法改革，遵循的原则是将实验的知识趣味性和开放性相结合。目标是改革传统的教学方法，使其不仅实现形式上的简单变化，更重要的是教学理念的转变。主要的改革措施为：

(1) 改革教学主体教学主体由原来的以教师为主转变为以学生为主，充分发挥学生的主观能动性，由学生确定实验项目及步骤，使他们从被动性的实验，转变为主动性的探索。

(2) 改革评价标准评价标准由原来的提交固定实验报告的静态评判，转变为对实验结果的讨论和分析的动态评价，允许实验失误和大胆尝试，不拘泥于实验结果，强调的是独立的实验操作过程和思考方法。使学生敢于挑战权威，敢于质疑。

(3) 改革实验内容实验内容不以固定的实验教材为依据，而是由老师提出大的科研课题方向和拟解决的问题，由学生自主查阅文献资料，通过和老师组成教学小组共同讨论和拟定相应的综合型、设计型的实验课题。

(4) 改革人员组合方式由原来的固定班级和小组，改革为学生可以根据自身的爱好、兴趣及未来的发展方向自主选择实验课题和自由组合成员。

3.2开放性实验教学方法改革的实施流程

为落实上述改革措施，开放性实验教学改革课题组根据项目难度和内容，合理制定项目评价标准；学生通过对项目内容的分析和探讨，撰写项目申请，自主设计相应的实验步骤，并实施完成。具体的实施流程分为五个环节，其流程如图1所示。首先，学生根据课题的方向，选择感兴趣的课题自由组成实验小组，并提交项目申请；其次，老师和同学共同分析实验课题，探讨实验方案和实验步骤，指导学生完善和确定各自不同的实验项目；第三，项目申请经大家讨论通过后，在老师的指导下，学生独立完成开放性实验课题。最后，学生完成相应级别的实验后，对实验结果进行分析和讨论，并自主确定是否进行实验改进和重复，课题组依据实验过程和分析，灵活评价相应的实验成绩。整个实验教学过程，学生全程参与，充分体现学生的主体地位，发挥他们的创造性，培养他们的独立思考和分析问题、解决问题的能力。

图1　开放性实验教学方法改革实施流程图

3.3开放性生物化学实验教学方法改革实践

依据开放性实验教学改革的设计流程，我们进行了开放性生物化学实验方法改革的具体实践，效果良好。开放性生物化学实验突出了学生主体，并紧密结合当今科学热点，利用已有的理论，采用新技术、新方法，将生物化学的基础理论和科研实践紧密结合，培养学生的独立思考和创新能力，实践证明这样的教学新方法，使学生素质得到明显提高。我们实施的“转基因植物的PCR测定”这个开放性实验，就是一个成功的范例。

随着基因工程技术的发展，有越来越多的转基因植物问世。而转基因产品的安全性问题是当今社会的热点[11-13]，围绕这样一个背景，我们设置了利用PCR技术快速鉴定转基因植物的方法的开放性实验课题，此课题充分激发了学生们的参与热情，同学们根据兴趣自由组合，分别组成了五个开放性实验小组，每组八人。他们通过查阅资料，分析问题，提出了运用双盲实验，选取以转基因植物和天然植物为实验材料，用PCR技术鉴定转基因植物染色体上是否含有外源基因[14-15]。在指导老师的帮助下，实验课题组设计了如下的实验方案，如图2所示。

按照实验方案，课题组同学独立地完成了上述实验任务。期间他们根据实验中的出现各种问题，多次修改了实验方法以及数据处理方法，实验过程中每位同学都积极参加讨论，亲自动手进行实际操作，大家互相鼓励、协同配合，学习了实时荧光定量PCR仪等多种实验仪器的操作，掌握了DNA提取等新型的关键技术操作，相关的实验结果他们及时进行了分析和总结，获得了较好的实验结果，按照评价标准，经最后评价得到优等的实验成绩。

图2　转基因植物的PCR测定的实验方案

通过生物化学开放性实验教学的实践，所有参与的同学都一致认为学到了真正的知识，提升了自己的创新思维和思考问题、解决问题的能力，教学效果良好，达到了开放性实验设计的目的。

4　开放性生物化学实验教学方法改革的实施效果

4.1创新了生物化学实验教学的教育模式

开放性的实验教学模式，确立了学生在实验中的主体地位，鼓励他们大胆创新，勇于探索，并通过他们的实践锻炼和提高了学生的动手能力，开发了学生创新能力所必要的观察能力、信息检索能力、思维能力和操作能力，在学校培养社会所急需的复合型、应用型人才中发挥了良好作用。

4.2培养了学生严谨认真的科学态度和学习积极性

开放性实验过程使学生认识到科研工作是一项艰巨而复杂的工作，每一个科研步骤及实验过程都需要大量的文献检索、问题讨论和分析，并经过认真的实施每一个步骤方能获得好实验的成果。这样的实践使他们养成了严谨认真的科学态度，同时因课题是非常新颖的与当今社会的热点紧密相关的科研内容，极大的激发了学生学习的积极性，参加开放性实验的所有同学不仅获得了较好的成绩，更提升了他们适应社会的竞争力。

4.3加强了师生联系，培养了学生的团结协作精神和独立思考能力

开放性实验教学，增加了师生之间的互动，大家共同讨论，相互交流频繁，自然消除了师生之间原有的隔阂，师生关系更为融洽；课题组同学互相配合，取长补短，共同完成实验课题，培养了学生的团结协作的团队精神；同时，开放性实验鼓励质疑，提倡独立思考，培养了学生的应变能力和创新思维。

4.4提升了实验室管理水平及运转效率

开放性实验教学，从传统的由老师主导的教学模式转变为学生为主体的新模式，这种机制打破了原有的实验室管理的封闭、保守，由简单的老师到学生的单向方式变为师生互动的双向方式，实验室做到了全天候开放，并通过学生参与的民主管理，提高了实验室的运转效率，实验室管理进入良性循环的新常态。

5　结语

生物化学课程开放性实验教学方法改革的探索和实践，对我们的传统的教育教学方式的改革具有十分重要的意义，但同时也在发展中尚存在着一定的困难和挑战需要去解决和面对。首先，需要进行相关的激励考核政策的完善配套，避免实施时间长后疏于更新，流于形式；其次，要注重学生基础知识和基础能力的训练，不能好高骛远，把开放性实验与基础实验有机结合，做到张弛有度；再者，要在调动学生发挥主观能动性的同时，强调自我学习并引进竞争机制，优胜劣汰，保证开放性实验的质量；最后，必要的经费投入是保障开放性实验良性循环的关键。总之，立足生物化学的学科特点，探索和实践开放性实验教学，对学生的应用能力和创新能力培养具有重要的指导意义和推进作用，并有着良好的社会效益，值得进一步地推广和发展。

[1]欧可平. 大学创新创业关键在转变观念、大胆实践、营造氛围 [J]. 中国高等教育，2015,13:12-12.

[2]俞远志，张立庆，傅晓航．开放性实验教学模式的实践与思考[J]．实验室研究与探索，2012，31(3)：153-155．

[3]殷树娟．面向应用型人才的开放性实验教学的改革与探索[J]．实验技术与管理，2013，30(8)：145-147．

[4]马传峰．实验教学改革的探索与思考[J]．实验室研究与探索，2012，31(9)：89-91．

[5]陈曼青．创新开放型实验教学模式,提高学员创新实践能力[J]．中国科教创新导刊，2013(28)：22-23．

[6]张蜀敏，王含彦，汤建才，等．生物化学开放性实验教学初探[J]．临床和实验医学杂志，2009，8(9)：148-149．

[7]马列，王梁华，蒋平，等．开放性实验在生物化学教学改革中的实践和探索[J]．基础医学教育，2011，13(8)：732-734．

[8]王爱英，何大俊，李鑫．生物类专业《生物化学实验》课程教学存在的问题和教学改革[J]．陕西教育:高教版，2012(9)：96-96, 99．[9]董新红，海洪，郝再彬．生物工程专业生物化学教学方法改革与实践[J]．科教文汇，2012(19)：98-99．

[10]赵晴潇，魏群，屈成忠．生物工程实验教学改革的探索[J]．东北电力大学学报，2011，31(5)：185-187．

[11]王洪伟.转基因植物标记基因的安全性问题及其对策 [J.]生物学教学，2014,39(5)：68-70.

[12]王海慧，田源，白国辉，等．转基因植物遗传稳定性影响因素的研究现状[J]．贵州农业科学，2013，41(9)：5-8．

[13]梅晓宏，许文涛，贺晓云，等．新型转基因植物及其食用安全性评价对策研究进展[J]．食品科学，2013，34(5)：308-312．

[14]孙长坡，邓婷婷，伍松陵，等．转基因水稻Bt63的外源基因相对含量分析[J]．中国粮油学报，2013，28(6)：1-4, 55．

[15]李建勇，王飞，李晓明．应用定性PCR技术对番茄品种转基因检测[J]．食品研究与开发，2013，34(22)：52-54．

(学科责编：王光银)

Research on experiment teaching reform of biochemistry course: A case study of Shandong Jianzhu University

Ren Huixue1，Jiang Jiahui1, Ren Xueying2，etal.

(1. School of Municipal and Environmental Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China; 2. School of Business, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China)

Biochemistry experiment is to improve the biological engineering students’ professional skills, and the basic courses of open experiment teaching is to improve the overall quality of college students’ independent thinking and practical ability. By taking bioengineering specialty of Shandong Jianzhu University as an example, the paper analyzes the existing problems in the traditional biological chemical experiment teaching, and based on the biochemistry of the frontier and cross discipline characteristic, explores the students as the main body, teachers’ scientific research subject as support of open experiment content, taking the teacher guidance, completed by the student independent design and new methods of open experimental teaching. Through the teaching practice, it has proved that taking the student as the main body of the open experiment teaching to develop students’ innovation ability, independent thinking ability and operation ability plays an important role. Certain achievement has been obtained in the biochemical experiment teaching in Shandong Jianzhu University. This plays an important role in developing students’ creative ability, independent thinking ability and operation ability.

biochemistry; open experiment; teaching method; exploration; innovation

2015-12-12

住房和城乡建设部科技计划项目(2015-K7-005);山东省住房和城乡建设厅科技计划项目(KY006);山东建筑大学博士基金(XNBS1309)

任会学(1970-)，男，副教授，博士，主要从事环境化学、生物化工等方面的研究.E-mail:renhx138@163.com

1673-7644(2016)03-0302-05

G642.0

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