农林院校生物化学实验课教学改革的探讨

李 涛 徐玉芳 岳岩磊 刘 薇 姚 文

（河南农业大学生命科学学院 河南·郑州 450002）

实验教学环节是高等教育推行素质培养的关键，是掌握当代科学思维、创新能力和综合素质的重要一环[1]。坚持推行加强理论与实践教学融合的一体化平台建设[2]，促进我国高等教育进入内涵发展、质量提升、改革攻坚的新阶段。然而，由于教学体系、组织安排、评价指标等短板仍为新时期高等教育的综合改革提出了巨大挑战。作为实践教学的重要组成，深化实验课教学方案综合改革，以培养创新能力为主旨，构架与理论教学互通的融合桥梁，建立科学的、符合国家战略目标的理论/实验交叉融合体系已势在必行[2]。

生物化学是目前综合、师范及农林类院校多数专业的核心专业课，也是生命科学的重要基础学科。其理论和技术已经渗透到制药、医学和农林的各个领域，加强学生的生物化学理论和技术知识是科研发展的需要。实验教学是此课程体系的重要组成部分，对培养学生的基本实验技能，加强对基本理论知识的理解至关重要。同时，实验课程需具有自身的独特性与独立性[2]，成为让同学们获得活跃的科研思维、成熟的实验技能和灵活的实践能力的重要途径。但当前大多院校生物化学实验教学环节内容设计与教学总体目标匹配度较低，不能充分培养同学们的创新能力。同时还伴随着学生人数多，教学设备同步滞后等客观问题。笔者结合实践教学经验，针对生物化学实验课教学中存在的问题及不足，探讨了实验课的教改措施。

1 生物化学实验课的现状及问题

1.1 课程内容的滞后性

生物化学作为生物学科中的核心课程，内容基本可分为三大部分：（1）生物分子的结构、组成与功能；（2）细胞内重要代谢通路的发生机制与调控；（3）遗传信息的传递与表达调控。基于机体内主要生物大分子，尤其是核酸与蛋白的前沿研究领域发展迅速。然而，大部分农林院校中基础生物化学实验教学内容较为陈旧，与当前研究领域热点严重脱节，完全不能适应当今生物化学飞速发展的现状[3]。造成这种局面主要有两个方面：实验条件的限制和教学观念、内容组织的滞后。这就导致同学们无法及时了解行业学科内最新发展与现状，缺乏获得快速捕捉行业热点的洞察能力。

1.2 内容组织缺乏系统性

实验设计缺乏系统性，实验方法呆板，不能在相关学科中渗透和应用。生物化学实验课程多以验证性实验为主，缺乏系统性，设计性及开发性的实验。每个实验几乎是单独存在的，实验模块几乎都是由实验目的、实验原理、相关仪器、耗材、试剂及实验步骤等组成，学生只是机械的按照既定的步骤照着做，缺乏独立思考及分析和解决问题的能力。同时，由于实验模块之间缺乏系统的关联度，导致教学内容显得枯燥无味，无法充分激发同学们的兴趣点，“抱着走”成为同学们做实验的普遍方式，最终造成“注入式”的教学结果。

1.3 不同专业学科针对性不强

农林院校主要以农科为主，但仍包含多个专业的教学目标。不同学院、专业涉及领域差异较大，但当前生物化学本科实验教学模块单一，缺乏多样化，甚至不同专业实验内容完全一致，这与我国多样化与专业化的人才培养目标严重不符。单一的实验内容可能无法完全涵盖所有农业院校相关专业的培养目标。由于与本专业的关联性不强，同学们就无法在实验教学过程中学到与本专业高度关联的实验技能，无法将生物化学理论知识应用到将来的工作中，导致理论、实践到就业的双重断裂。

1.4 缺乏创新性培养

新时代高等教育强调内涵式教学，其中重要一点即为创新能力的培养。高等教育强调“学”与“想”，而不是“教”。这要求教师从“施教”至“导学”的角色转变。多数院校生物化学实验教学内容相对固化，距离“提出科学问题”到“如何解决科学问题”的内涵教育相差甚远。流水账似的实验课程造成课堂氛围呆板，同学思维受到束缚，导致无心思考实验背后的根本原理及应用范畴，这同时也是“应试教育”的一大弊端体现。如何利用“启发式”教学和多样性的教学评价机制，去除“教师中心法则”，真正做到培养同学们综合判断和科学问题的分析解决能力也是新时代高等教育面临的一大挑战。

2 生物化学实验课的教改措施

2.1 教师主观思维中教学体系的改革

大多数高校的生物化学实验教学方式仍以老师为主导，学生只是按照拟定的实验步骤进行，缺乏对学生思维和创新实验能力的培养。要真正实现开展生物化学实验教学的目的，就需要在教师自身思维中展开教学体系改革。

2.1.1 应用理论—实验一体化教学体系

理论与实验一体化教学是在借鉴“双元制”教学模式基础上发展出的一种创新教学模式。在理论课教学过程中，教师应注重引导同学们的观察、讨论与设计能力，以此加深对理论知识的理解。同时在实验教学中，强调问题解决方案的合理性，以及在实验现象背后隐藏的科学原理。例如：在讲解“核酸的性质”时，强调利用核酸的紫外吸收、变性复性等理化特点，如何进行核酸的提取和检测，然后在实验课中进行实践，真正做到理论与实践的有机融合。其次，在理论教学过程中，应加强高新技术及热点研究问题的拓展教学，在向学生讲解具体科学研究中如何利用所学内容解决科学问题，及解决科学问题用到的实验技术的同时，引导同学们主动思考“利用最新科研手段能够解决什么样的经典科学问题？”，或者“这项研究成果中为何利用这样的实验手段解决目标科学问题？”。在实验教学中，应强调学生的主体地位，让学生根据所学理论知识自主的设计和操作实验，培养学生的创新及思维能力。

2.1.2 实施开放性成绩评估

实验课程学生成绩的评价体系也需改变。当前高等教育中，“考试”往往是同学们最为关注的教学评价环节。这种“应试教育”中的功利色彩对实践教学模块更为有害。所有上交的实验报告中内容几乎完全雷同，完全达不到创新型人才的培养目标。在考核形式中，应加入对实验结果及过程的理解考核与开放性思考指标，而不应以实验得到结果的正确与否作为判断条件。譬如：在“PCR扩增目标基因及琼脂糖凝胶检测”实验中，增加自主设计扩增引物、评估引物可用性的环节，并通过电泳检测成功与否判断在实验流程中的问题所在。教师可根据同学们的最终反馈作为成绩评价指标，从而了解同学们对该实验的理解状态，进一步调整相关理论教学方案，并可结合“反转式教学模式”开展专题讨论，增强同学们“学”与“想”的自主能力，促进培养思维创新型。

2.1.3 重视批判式思维培养

“批判”是创造性思维的基础。批判性思维无论在认识科学的理论模型，哲学概念的分析技巧，乃至对逻辑谬误的判断上，都是考察“假设”真伪，并进一步做出恰当且不缺创新的明智决策与行动的思想渊源[3]。研究表明，批判性思维对同学们创造力影响显著，信息评估和利用通过批判性思维的中介效应能进一步促进创造力。基于如此，多数高校生物化学实验课程体系均缺乏批判性教学引导。在实验过程中，教师应先引导性的使同学们对理论的成立产生疑惑，然后根据问题进行针对性的分析，揭示和掌握实验现象的本质，推动同学们认知深层次的理解。例如：在SDS-PAGE分离蛋白实验中，首先抛出问题“SDS在该实验中的作用是什么？不加入SDS就不能根据分子量对蛋白进行分离了吗？”。之后，在基本实验流程不变的前提下进行调整，一组同学进行正常的SDS-PAGE，另一组同学在电泳过程中去除SDS，最终形成对照性的结果。在质疑的过程中，同学们会在头脑中形成拓展性的形象思维、逻辑思维。实际上，类似的问题创设所激发的创造性思维有利于同学们在将来的相关工作中开展问题的深入与难点的破解。

2.2 根据教学目标及客观条件优化课程结构

2.2.1 基础性实验与系统性实验有机结合

生物化学是一门系统性很强的学科。作为生物学其他专业课的基础，一般在大二开设。在生物化学实验课设计的过程中，应同时注重内容的基础性与系统性。建议可将整个实验教学分为两大模块：基础实验能力培养与系统创新性培养。基础性实验目前已较为成熟，主要涉及生物化学生物大分子的提取、特性鉴定，主要旨在锻炼同学们基础的生化操作，了解基本实验流程，是进一步培养创新型思维的基础。

而系统性实验模块的设计与改革，问题在于如何将基础性的理论与实验串联起来，结合教师的主观引导性教学，培养同学们的创造性思维。首先，系统性实验模块需要串联性的设计思路，根据理论教学知识点，将生物化学各个章节有机的结合在一起，达到强化理论的目的。例如：设计“**酶的原核异源表达及活性检测”实验，包含载体构建、质粒提取、原核转化、蛋白诱导表达、亲和层析纯化到蛋白活力检测的完整流程，让同学们从理论课的各章内容中多层次的进行实践。其次，系统性实验中需要引入前沿性及自主性，例如：开展班级讨论，利用最新的基因编辑手段，设计方案敲除某细胞中某一基因，并在不同生物大分子层次进行鉴定，待教师审阅及修正后实施。当然，由于实验室条件限制，该实施体系仅限于条件较为优越的高校。如无实施条件，可利用互联网上“在线MOOC”及虚拟仿真实验手段进行补充教学。最后，系统性实验教学模块不能脱离基础性实验，在设计整个教学内容时，应注重两者间的高度统一及串联型，让同学们能够利用所学基础实验手段解决系统的研究问题。

2.2.2 根据不同学科加强实验教学方案的针对性

生物化学实验内容涉及的知识面广，操作要求较为严格，对学生实验素质、操作技能及分析解决问题能力等方面的培养具有优势。生物化学技术的创新给人类生活带来了巨大革新，尤其是农业方面。农业类院校生物化学课程无论在理论课及实验课中应有意识的结合我国农业发展现状，聚焦农业研究热点问题。另外，农林院校包含专业众多，当前不同学科生物化学实验教学方案同质化严重，应根据专业学科实际调整教学计划和实验内容。例如，食品科学与工程专业是培养具有食品安全与营养、食品分析与检测等方面的专业技术人才。因此在此专业的实验教学上应重点讲述食品生物化学的研究方法、技术在新食品资源开发、保存及贮藏技术中的应用等；生命科学学院更加注重基础理论研究，在实验设计中应注重基因工程操作技术及遗传信息传递等知识点的最新研究进展及在生命科学中的最新应用。在教学中应根据教材结构及学生专业合理地删减、更新和重组实验内容，调动学生的积极性，能够提高学生的主动性及知识运用能力。

3 结语

生物化学实验课程是一个通过实验来加强对基础理论学习的过程。实验课程的目的是培养学生的操作能力、创新能力及分析和解决问题的能力。通过以上几点的尝试和实践，可以提高学生对基础生物化学的兴趣，加强学生对基础知识的理解和把握，同时也培养了学生的实验操作能力及分析解决问题的能力，为学生今后在科研与工作中的创新能力奠定扎实的理论基础。