基于能力提升的生物化学实验教学方法改革实践

张宽朝　金青　余梅　商飞

摘  要：实验教学是提高学生综合实践能力、培养学生科学探究精神、塑造学生创新思维的有效途径之一。分析了生物化学实验教学方法中存在的实验讲授灌输多、实验准备包办多、实验方法指导少、教学新技术引入少、实验考核评价方法少等问题，针对性地进行问题教学法、对比教学法、设计性实验教学法、“微课-翻转课堂”教学法、实验考核体系等改革尝试，以培养学生科研探究能力和创新实践能力。

关键词：生物化学实验;教学方法;能力提升

中图分类号：G642      文献标识码：A    文章编号：2096-3769（2019）04-098-05

实验教学是高校教学工作中实现育人中心目标所必不可少的重要环节，是通过实验教学将理论与实际相结合，提高学生综合实践能力、培养学生科学探究精神、塑造学生创新思维的有效途径之一。[1]生物化学实验是理工科、师范类以及综合性院校生物技术、生物科学、生物工程等專业的基础核心课程，也是农林校院农学、植物保护、农业资源与环境、园艺、食品、环境科学等相关专业的重要基础课之一。[2]生物化学实验课程旨在培养学生基本的生物学实验技能及实验方法，提高学生分析问题、解决问题和科学探究的能力，塑造学生的创新思维和创造能力。[3]

教学方法是为了完成教学工作，师生在共同的教学活动中所采用的途径、手段、工具等相互联系的方式。[4]教学方法的优选与组合对于顺利完成教学任务、实现教学目标有着重要意义。因而以学生能力提升为中心，根据实验教学内容，改革生物化学实验教学方法，激发学生实验兴趣，对于提高生物化学实验教学质量至关重要。

一、生物化学实验教学方法存在的问题

（一）实验讲授灌输多

传统的生物化学实验教学内容主要是验证性知识，因此，教师认为实验是理论课程的附属，在授课时，无视实验课程的教学规律和要求，机械地把实验原理、操作步骤、注意事项等一讲到底，填鸭式、灌输式地传达给学生，不顾学生的理解和接受程度，较少给予学生留下独立思考的余地。

（二）实验准备包办多

传统生物化学实验课程的教学形式多是教师根据教学需要事先设计好实验方案，准备好器材和试剂，学生在规定的时间和地点，按照教师讲授的实验步骤，通过简单的实验操作步骤，实现实验原理的重现。这种单纯的模仿式实验学习方法单调而乏味，违背了实验教学的实践探究本质，既影响了教师实验教学的激情，也无视学生创新能力及科学素养的养成。

（三）实验方法指导少

传统生物化学实验重视的是学生知识的理解和记忆，缺乏对学生开展生物化学实验方法论的教育，很少引导学生主动思考实验选题、实验环节构思、实验方案实施、实验数据观测、实验结果处理和实验成果总结这一系列实验环节中所具有的丰富的方法论因素。学生普遍是为了实验而做实验，结果是仅知其然而不知其所以然。

（四）教学新技术引入少

多年来，生物化学实验教学的技术和手段过于墨守成规，变化极少，即便近年来多媒体教学已普遍运用于实验教学，但仍然没有改变生物化学实验教学中“教师讲授演示-学生动手重现”的一元化教学模式。当前，信息化技术时代所形成的微课、翻转课堂等教学新方法、新技术在生物化学实验教学中的研究与应用更是寥寥可数。

（五）实验考核评价方法少

传统的生物化学实验课程考核方法侧重于对实验结果的考核，多以实验报告为主要考核监控点，教师仅根据学生实验报告的完成情况给予课程成绩，考核方式单一，过程简单，实验报告存在低水平抄袭，客观上造成学生不重视实验教学，难以发挥实验教学在培养学生实际动手操作能力、综合实践能力提高中的作用。

二、生物化学实验教学方法的改革探索

（一）有效利用问题教学法

问题教学法是以问题的设计和解决为核心的教学模式，由教师提出问题，激发学生积极思考，引导学生来掌握知识、发展智力、培养技能一种教学方法。[5]

生物化学实验教学实践中，要求学生在实验课前充分预习实验目的和要求、实验原理与基本操作、实验注意事项和结果处理等内容，并预测实验过程中可能出现的问题并思考和给出相应的解决方法等。上实验课时，在学生预习的基础上，改变了从实验目的到结果都作逐一讲解的传统做法，把要讲的内容融汇于各个提问之中，使学生产生疑问，渴望得到解答，从而激发学生学习的兴趣，发挥教师启发和诱导的主导作用，以问题来引导探究式教学，引导学生主动学习、独立思考、自主思维，以提高学生对实验原理、实验技术的理解和水平。

如在“3，5-二硝基水杨酸法测定还原糖”实验中，课堂讲授时通过教师提问和学生回答引导学生正确理解还原糖的概念，特别是明确实验方法的适用范围;而实验结束时，则要求学生通过课后自行查阅资料和独立思维，去解决“还原糖测定的方法是否可以作用于非还原性的双糖和多糖？如果可以，怎样操作？”的问题，引导学生拓展方法的运用范围，以还原性糖测定为基础，掌握非还原性糖的测定方法。同时，对学有余力的同学提出“测定还原糖的DNS试剂中酒石酸钾钠、结晶酚和亚硫酸钠的作用” 的问题，延伸实验课程的内容，开拓学生视野。这一“教师提问→ 学生回答→ 教师纠错→ 学生受益”的教学模式，实现了实验内容的拓展与延伸，引导学生积极思考，教学效果远甚于传统的满堂灌与照本宣科，使学生在“问-答-总结-收获”的过程中体会到学习的兴趣，提高了实验课的教学质量。

（二）合理运用对比教学法

对比教学法是指在教学实践中，将一些具有某种联系和区别的教学内容放在一起进行对比分析，引导学生找出其相同和不同之处，使学生能自行理解和掌握相应的知识内容，从而达到预期的教学目的。如蛋白质含量测定方法，是生物化学研究中最常用、最基本的分析方法之一。因此，“蛋白质含量测定”实验中，对于目前常用的凯氏定氮法、双缩脲法、紫外吸收法、考马斯亮蓝法、Folin-酚试剂法、二喹啉甲酸法等蛋白质打了测定技术和方法进行对比分析，明确各种方法的基本原理和适用条件及范围，比较得出各种方法的优缺点，提高了学生对实验目的和实验原理的理解，指导学生在运用实践中根据实验要求进行有效选择。再比如在“丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制实验”中对实验现象与结果的观察，首先引导学生对比观察丙二酸管、空白管、酶失活管等三种实验情境下现象与结果的差异，然后向丙二酸管中逐步增加底物含量，对比观察丙二酸管底物含量增加前后实验现象的变化，比较、思考差异产生的原因，从而教育学生获得丙二酸竞争性抑制作用机制的直观印象，加深学生对实验现象的记忆，帮助学生理解竞争性抑制、竞争性抑制剂等基本概念，提高学生分析问题和解决问题的能力，达到提高实验教学质量的目的。

对比教学法运用于生物化学实验教学，既可以提高学生的学习效率，帮助学生牢固掌握基本知识，明辨易混概念，优化学习效果，又可以增加学生实验的兴趣与实验的主动性，培养学生的思维能力。

（三）开展设计性实验教学

归根结底，实验的作用是用来进行科学研究的，比简单的观察具有更大的主观能动性，能获取更广泛、更深刻和更精确的科学事实，不仅意味着某种精确的操作，而且它遵循科学方法的一般规律，是一种思考的方式。[6]因此，在生物化学实验教学实践中，我们有计划和针对性地开展了设计性实验教学，将实验设计的方法论思想渗透在实验教学的过程中，突出和强化方法论的实验教学指导作用。如在“外界因素对酶活性的影响”实验中，要求学生利用所学的知识查阅相关资料，结合实验室条件，自己设计一套可行的方案，通过实践操作，了解外界因素对酶活性及酶促反应速度的影响，加深对酶特性的认识和理解。通过实验设计思路提示，引导学生完成“实验材料的选择”“实验关键指标的确定”“外界因素的选择”等实验方案的设计，并充分注意方案的合理性、科學性，要求方案要能反映出外界因素影响酶活性及酶促反应速度的规律，然后，教师再对照学生的自行设计方案详细讲解实验操作，分析实验过程中部分外界因素（如提取溶液的pH、酶活测定的温度等）的选择，教育学生利用空白对照、平行对照等技术处理做好变量控制[7]。

通过这种“实验设计”教学法的实践，对学生进行生物化学实验方法论的指导，既尊重学生的主体地位和主动精神，又提高学生解决实验问题的技巧性和思维应变能力。

（四）“微课-翻转课堂”教学法

“微课-翻转课堂”是随着信息技术发展新兴起来的教学模式，是帮助教师和学生实现知识传递、知识内化和知识巩固的有效教学技术形式。[8]

根据“微课-翻转课堂”的教学优点和教学形式，设计了基于微课的翻转课堂下的生物化学实验教学结构。以“凝胶层析法分离蛋白质”为例，探讨基于微课的翻转课堂下的生物化学实验教学实施，如图1所示。

1.课前环节

“凝胶层析法分离蛋白质”是生物化学实验的基本教学项目。教师明确实验项目的教学目标在于，学生通过实验了解凝胶层析法分离蛋白质的原理、应用，并掌握凝胶柱层析分离纯化蛋白质的基本方法，根据实验教学大纲设计编订“凝胶层析法分离蛋白质”的实验教学方案。然后，教师把握实验教学的重点和难点，将凝胶层析的原理和实验操作步骤特别是将装柱、加样、洗脱、样品的收集等操作步骤作为微课视频的重点录制内容。学生根据教师下达的实验预习任务，参考实验指导书，了解实验项目的教学目标，反复观看、学习实验教学视频，了解实验原理，熟悉实验设备，掌握实验操作，记录预习中存在的问题。针对实验课前学生预习的情况，利用微信、QQ或者其他网络平台适时展开交流讨论，及时解决存在问题。

2.课内环节

教师根据课前交流讨论环节掌握的情况，精选实验内容，进一步提示关键性实验原理和实验操作步骤;学生根据课前学习情况和课堂教师讲授情况，在教师的随堂、巡回指导下开展并完成基本实验操作。教师根据学生基本实验的实践进度，及时提出新的实验问题，指导学生开展理论思考和实验研究，引导各组将实验结果向全班展示，交流实验得失。

3.课后环节

学生根据课内实验状况，按时按质完成实验报告，重点是对实验环节中的现象与结果展开分析和讨论，对实验中存在的问题进行反思和总结。教师对实验报告认真批改，特别是做好实验反思和总结的批阅。教师和学生利用网络平台和第二课堂开展教学评价和教学反馈活动，促进教师教学方法改进和学生实验技巧提高。

（五）重构实验教学考核评价体系

科学严格的实验考核和成绩评定办法可以激励学生实验学习的主动性、创造性，是学生实验能力和科学素质培养的加速器。[9]生物化学实验课程考核改革时以实验技能的形成作为考核的重点，科学监测动作的认识、模仿、练习和应用四个形成阶段，构建涵盖实验平时、实验操作和实验理论考核的评价体系，[10]见图2所示。

实验平时的量化考核指标包括预习准备、实验过程和实验报告三部分。课前预习重点考核学生在课前对实验目的、实验原理、材料和试剂、操作步骤、注意事项等有针对性的预习和准备情况;实验过程重点考核学生出勤情况、实验操作技能、纪律卫生等综合表现情况;实验报告重点考查学生实验报告的规范整洁、独立完成、结果分析和数据处理能力等。

实验操作从现场操作和实验设计两方面进行综合评价。现场操作要求学生在规定的时间内按照要求独立完成考查项目的全部或部分操作内容，重点考查学生对实验材料和试剂的准备能力、对仪器设备的正确规范操作能力、对实验结果的处理分析能力等综合表现。实验设计考核则要求学生根据教师给定命题，在规定的实验器材范围内选择合适的实验方法，完成实验设计，并独自操作完成，重点考查学生对所学实验技术的综合运用能力、研究性学习和创新能力。实验理论则安排在实验课程结束后集中进行，由教师根据课程教学大纲要求命题，重点考核学生对实验原理的理解和把握、对实验操作步骤和实验注意事项的熟悉和了解、对实验现象和实验结果的分析和处理等，内容既要有一定的履盖面，又要具有一定的深度和难度。

基于实验技能形成的生物化学实验考核评价体系不但兼顾了学生良好实验行为和实验习惯的养成培养，而且极大地提高了学生从事实际科研工作的综合能力和创新意识。

参考文献：

[1]徐曾春，胡平.开放式实验教学与创新性人才培养[J].中国大学教学，2015（10）：82-85.

[2]李鑫，李元元，葛娟，等.多元化“形成性评价”体系在“生物化学实验”课程的改革与实践[J].兵团教育学院学报，2016，26（5）：66-69.

[3]何大俊，沈海涛，李鑫，等.多专业生物化学实验教学改革探索[J].石河子大学学报（哲学社会科学版），2015，29（B12）：137-138.

[4]郭德红，聂建峰.论大学教学方法改革的系统性[J].国家教育行政学院学报，2014（2）：36-41.

[5]丁大鹏，马文丽，吴清华.问题教学法在生物化学实验教学中的应用初探[J].山西医科大学学报（基础医学教育版），2009，11（1）：65-66.

[6]刘琴，胡卫东.充分发挥基础生物化学实验设计的多重功能[J].时珍国医国药，2006，17（12）：2618-2619.

[7]任尚峰，孟庆文.改革实验教学方法，培养学生探究能力-探究温度对唾液淀粉酶活性的影响[J].辽宁师专学报，2015，17（4）：17-20.

[8]赵慧，蒋挺.基于微课的“翻转课堂”在高校教学中的应用[J].中国成人教育，2017（1）：97-99.

[9]杨运鑫，唐良宝.全程性多样化开放式实验考核方式研究[J].华南理工大学学报（社会科学版），2007，9（3）：69-72.

[10]林理.高校生物实验课程考核探究[J].琼州大学学报，2006，13（2）：46-48.