林学专业生物化学实验课程创新教育改革实践——以乐山师范学院为例

彭言劼，宋春草，梁 梓

［1.乐山师范学院 生命科学学院，四川 乐山 614000；2.峨眉山生物多样性保护与利用研究所(乐山师范学院），四川 乐山 614000］

0 引言

随着我国“十四五”规划的编制与实施，科技创新的重要性被不断地提及与强调，习近平在“在科学家座谈会上的讲话”（2020）中明确指出了科技创新的重大战略意义。高校作为国家创新的关键发源地[1]，应当在国家科技创新中大展拳脚。大学生是未来我国科技创新的主体，《关于进一步支持大学生创新创业的指导意见》（国办发〔2021〕35 号）的印发，对高校科技创新能力和创新创业教育也提出了新的意见和期许。在此背景下，围绕“双创”这个主题，如何贯彻培养大学生自主创新能力成为了当今高校教育改革和课程建设的研究热点之一。因此，林学专业的培养目标定位中明确指出培养拔尖创新型人才，同时在毕业要求中也指明毕业生需具备独立创新的能力。

对林学专业来说，试验和创新几乎不可分割。高校教育一般模式是以毕业论文（设计）为成果，最终验收大学生的专业水平和创新能力。林学专业的毕业论文多以试验加讨论模式为主，探索一定的主题，这要求学生具备设计试验和实施的能力，而这些能力通常是通过实验课程学习的。因此，各类专业实验课程是大学生科技创新教育的基础，也是大学生创新能力培养的有效途径[2]。

生物化学实验课程是大学生科技创新教育启蒙和培养的关键课程。多数高校林学专业的培养方案中，课程教学大致以基础课、专业基础课和专业课的顺序进行，因此，生物化学实验是林学专业大学生学习的第一批专业基础课程之一。目前，高校课程教学正在实现从终结性评价为主到形成性评价为主的逐渐过渡，学生的学习过程受到了越来越多的关注[3]。对高校学生整个大学生涯来说，创新教育也应当贯彻始终，应当更多的关注学生创新教育的形成性过程，在学习到本专业知识后尽早开展创新教育是当前高校教育改革的需求。因此，作为第一批专业的基础实验课程之一，生物化学实验是高校创新教育中的关键环节，在课程教学目标中明确提出了对科研探索和创新能力培养的要求。本文以乐山师范学院林学专业为例，分析了生物化学课程存在的问题、改革的措施和效果，以期为林学专业生物化学实验课程教学的新模式提供依据和案例。

1 生物化学实验课程教学中存在的问题

对教学中存在的问题进行深层次的剖析，发现林学专业生物化学实验课程存在着实验项目设置不合理、教学方法古板和教学评价单一等问题，已不能满足全面贯彻创新教育的改革要求。

1.1 实验项目设置中存在的问题

以验证性实验为主的课程设置，无法实现培养学生的科研兴趣和探索精神。生物化学实验课程和生物化学理论课程相辅相成，生物化学理论课程抽象难懂，通过对生物化学实验的学习，应当能够促进学生对生物化学理论知识的理解和掌握，但目前课程教学效果并不如意。大量的以“有现象、有结果”为主旨开设的实验项目，仅仅是对书本上文字知识的重现，有什么现象，产生现象的原因，皆是书本上已记载的知识。这一类简单的、可预测的实验很难勾起学生的好奇心，让其无法进一步想“为什么”[4]。

开设的实验项目没有考虑学生专业，不利于学生形成以本专业为背景的创新思想。考虑到乐山师范学院生命科学类专业课程设置的一致性，林学专业开设的偏综合性的实验项目为“脂肪酸的β 氧化”，是以动物肝脏实验材料，学习β氧化酶的作用过程和β 氧化作用的检测方法，该项目与林学专业背景并无紧密的联系，不利于学生对本专业的理解和思考。

1.2 教学方法中存在的问题

以讲授法和指导实验为主的传统实验课程教学方法不利于培养学生的自主性和探索精神。在传统实验课程教学中，教师主要以讲授法进行实验前的讲解，并结合板书和实验指导书详细地介绍实验目的、原理、步骤、预期现象、现象出现的原因以及可能出错的关键点。为确保学生能够从实验得出可预见和可解释的结果，教师通常会对每一个实验细节进行强调，以便学生全盘掌握整个实验的流程。因此，学生在实际操作中，仅需按照书本和板书，机械地执行每一个步骤，得出可预见的结果，不需要对每一步和关键的实验细节进行思考，也无需对实验现象出现的原因进行探讨[5]。这种以获得“可预见和可解释的结果”为导向的刻板教学方法限制了学生的思维，无法在课堂上培养学生的探索精神，已经不能满足贯彻创新教育的需求。

1.3 教学评价中存在的问题

以实验报告和课堂考勤为主的终结性评价方式无法体现学生学习和参与实验的过程。在此前的生物化学实验课程中，学生分组进行实验，课后每个学生独自完成实验报告并提交，而对每项实验的学生成绩的评价主要基于每一个实验项目的学生出勤情况和实验报告成绩。这种终结性评价的方式无法准确判断学生是否积极参与并掌握了该实验。例如，分组实验中未参与实验的小组成员仍可获得实验结果，从实验报告中无法判断学生是否认真参与了该项实验。再如，由于实验报告未要求当堂提交，小组间可能分享数据，甚至为了获得高分编撰合理的数据。这种非实时的评价方式无法确保每一位同学都能真实地掌握实验内容，实践教学效果不佳。

2 生物化学实验课程的教学改革实践

针对以往生物化学实验课程教学中存在的问题，乐山师范学院林学专业进行了该课程的教学改革，获得了良好的效果。

2.1 教改措施

为提高生物化学实验课程的创新教育效果，该教改实践主要实施了三项措施：a)调整开设的实验项目结构，减少验证性实验项目，增加有利于创新思维培养的其他类型实验项目的课时数；b)增设以林学专业为背景的自主设计性实验项目，要求学生利用2-3 个生物化学实验指导书中的实验手段，结合植物学、植物生理学、有机化学和无机化学等相关的实验手段，以植物或植物产品为研究材料，设计出完整的试验方案，探索或解决生活和科学中的实际问题，在方案实施后，完成课程论文并进行答辩；c)改革课堂教学模式，以学生预习-教师讲解-课堂讨论的模式进行实验原理、步骤、结果分析等内容的教学。

2.2 教改实施情况

2.2.1 改革后的实验项目

林学专业生物化学实验课程总课时为32，原项目数8 个，验证性项目数5 个，验证性项目课时总数为20，占总课时数的62.5%，项目式教学课时为12，占总课时数的37.5%，包括3 个综合性实验项目。改革后，总项目调整为5 个，其中验证性项目3 个，验证性项目课时总数为12，占总课时数的37.5%，课时数为16，项目式教学总课时数为20，占课程总课时数的62.5%（表1），包括综合性实验项目1 个，和自主设计性实验1个。

表1 生物化学实验项目组成改革情况

2.2.2 改革后的课程目标和评价方式

通过该教改项目的实施，改变了以往以实验报告为主的终结性实验成绩评价方式，目前的评价方式以学习过程等形成性评价为主。在验证性和综合性实验项目中，将预习和课前讨论纳入到成绩评定中，以学生对实验项目相关知识点的思考、讨论的参与度以及发散和创新思维为评价依据，综合体现了学生对实验原理和细节的掌握和思考[6]。在自主设计实验中，考核的项目包括选题、综述、实验方案、实验数据、论文和答辩，对学生参与该项实验的每一个阶段进行跟踪评价，全面掌握学生的学习情况[7]。

2.2.3 验证性和综合性实验课堂效果

改革后，课堂教学中学生的参与度和积极度大幅提高。学生在可先的预习中，可以发现实验原理和实验方法上的一些不理解的知识点，进而带着问题进入课堂。例如，在氨基酸的分离鉴定实验中，使用纸层析的方法将赖氨酸、丙氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸混合液分离并显色。该实验中，学生提出“为什么五种氨基酸在显色剂处理下会呈现不同的颜色”，这说明学生在预习时认真对实验项目进行了思考。

教师在对实验进行讲解时，对涉及到超纲或尚未学习的知识点的问题进行解释，而对于学生可以使用已经从生物化学理论课上学到的知识点解释的问题，以及实验相关的发散性思维训练问题，则在讲解结束后引导学生进行半个小时的讨论。在课堂实践中，学生均能参与到讨论中。例如，在总糖的定量测定实验时，教师也介绍了还原糖的测定方法，并提出“能否使用总糖的测定方法测定还原糖含量，能否使用还原糖测定的方法测定总糖含量”的问题，引导学生从各种糖的性质和测定方法上进行思考和讨论，最终经过激烈的讨论后，学生得出“总糖测定中的算会使非还原糖降解为还原糖，从而增加样品中还原糖的实际含量，因此总糖的测定方法不能用于测还原糖含量”，以及“总糖经过酸水解后，可以用还原糖测定的方法对其含量进行测定”的结论，同时，也有部分同学进一步提出“总糖水解过后，不同的单糖种类是否会影响溶液的吸光度值”的问题，并希望在试验中寻找答案。上述案例说明，学生在课堂上通过对实验问题的讨论，自主参与到了寻找解决问题方法的实践中，并展现出了对探索的渴望。

2.2.4 自主设计实验的实施效果

自主设计实验是本次教学改革最关键的环节，学生从中体验资料收集、试验设计、项目实施、数据分析、结果讨论、论文写作和论文答辩等环节，收获颇丰。

4 个小组的学生均以生物分子含量测定的生物化学方法为基础，以测定日常食品和饮料中的成分含量为主题进行了实验设计（表2）。各组设计实验中，均选择了3～4种指标进行测定，其中测定方法中，可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、粗脂肪含量、维生素C 含量的测定方法选自实验指导参考书，而可滴定酸含量和胡萝卜素含量的测定均为学生查阅文献和资料后选用。对粗脂肪含量进行测定时，两个小组分别根据奶茶和豆浆两种不同的样品，设计出萃取法和抽提法两种不同的测定方法，这说明学生在设计实验方案是能够“因样制宜”，进行了充分的思考。此外，各小组学生均积极参与到实验方案的设计中，从选题到方案定稿，各小组与授课教师面对面交流讨论的次数均达到4 次以上。

表2 自主设计实验学生选题和方案

在方案的实施过程中，学生首先对各项指标的测定方法进行了预实验，不断调整实验步骤，在保证能够获得可靠结果的基础上，才正式对样品进行测定。例如，在可溶性糖和可溶性蛋白质含量测定中，均需要先制作标准曲线，4 个小组的同学标准曲线制作过程并不顺利，首次制作的标准曲线相关系数仅为0.7～0.9。在指导老师的引导下，经过对每一个操作进行反思和小组讨论之后，学生逐渐对操作方法进行规范性和合理性进行调整，最终均成功制作出相关系数达到0.99以上的标准曲线。上述案例表明，在教师指导下开展自主设计实验，有助于培养学生实事求是的科研态度和精益求精的工匠精神。

论文写作部分，4 组学生均完成了结构完整的科技论文，包括前言、方法、结果与分析、讨论与结论。在结果与分析中，学生在实验教师的指导下，按照科研论文的规范，使用平均值±标准误的形式整理数据，并使用方差分析、t 检验和多重比较等简单的统计分析方法进行数据的比较分析。随后依据选题目的，对结果进行了讨论，并得出结论。例如，对校园各水果店和超市的苹果进行了品质比较，以糖酸含量为标准选出了口感最好的苹果，为同学们给出了购买建议。再如，对手工奶茶和袋装奶茶产品进行了糖和脂肪含量分析，为同学们的健康饮食提出了建议。

在最终的答辩环节，通过PPT 的制作、展示、汇报和答辩，评价了各小组每一位学生对所选实验的理解、掌握和参与程度，并实验可改进的细节和可延申的方向进行了讨论，进一步促进了学生对创新的思考。

2.2.5 课程目标与大程度评价

课程考核结束后，对教学班的目标达成度进行了评价，总体上看，课程目标达成度高，教学改革的实施效果好（表3）。其中，针对自主设计性实验项目的课程目标2 权重为45.5%，达成分值为41.99，达成度高达92.3%。通过问卷形式进行了间接评价，所有同学都认为三个课程目标基本达成或达成。

表3 课程目标与达成度评价

2.3 学生成果

生物化学实验课程教学中引入相关专业背景的自主设计性实验项目，让学生从理论走向了实践，将专业知识应用到了实际中，对学生的专业认同感、动手能力和科技创新能力。基于本课程的学习，该班级的学生在授课教师的指导下，积极参与林学相关的科学研究项目，并以经济林研究为主题，立项省级大学生创新创业训练计划项目1 项，获得省级大学生科技创新竞赛二等奖2项、三等奖1 项，切实提高了自主科学探索能力和创新能力。

3 教改实施中存在的问题与拟解决方法

在自主设计性实验项目改革的实施过程中发现，专业知识、独立思考和实验教学平台等方面均存在这一些限制因素制约着该项目的推进。

3.1 学生缺失林学专业的专业知识

在乐山师范学院中，林学专业的生物化学实验课程设置在第三学期，此前仅掌握了植物学类通用基础课程如植物学、土壤学、植物生理学等，而林学专业课程如森林生态学、森林培育学、林木育种学、森林保护学等课程均未学习，此外，生物统计学课程也尚未学习，为贴近林学专业背景的选题以及对实验结果的分析增添了许多困难。从本次课程中学生选题来看，学生选择的实验材料均为植物产品类，而非林木类；在实验方案中，学生选择的检测指标较为单一，均为静态的生物分子含量，而生物化学的的动态研究，如酶活性方面则无人涉及（表2），这均可能与学生专业知识欠缺有关。林木在逆境中酶的活性变化是教师推荐的选题方向之一，但该方面的知识点需要在森林生态学的生态因子章节学习，这可能是此方向无人选题的原因。因此，学科基础的薄弱限制了学生的思维，导致选题单一。

本科生全程导师制是解决该问题的办法之一，在此制度下，本科生入学开始就受到指导老师的全方位培养，参与指导老师的研究课题，可提前学习到较为前沿的专业背景知识[8]。目前，乐山师范学院生命科学学院在本科生培养中实施双向选择的导师制，在该制度下，本科生从大二开始选择导师，同时也被导师选择。部分教师在大一学生中提前选择，指导“互联网+”“大学生创新创业”“生命之星”等项目和竞赛，也获得了喜人的成果。因此，建议实施本科生全程导师制，将专业教育、创新教育贯穿本科教育的全程。

3.2 学生独立思考意识不强

经过长期的应试教育，学生习惯了“参考模板”的学，而在独立思考意识上有所欠缺，创新人才培养更加注重对学生独立思考能力的培养[9]。目前的教学中，在作业、实验报告、设计等实践方面，学生似乎总是希望获得可以参考的“模板”，例如范文、格式、案例等，以便用更少的时间完成实践学习的任务。例如，在自主设计实验项目中，4 个小组的方案都是以食品成分为测定的指标，且指标重复率较高，这就是小组之间互相参考的结果。创新是从0 到1 的过程，是综合所学提出自己的见解和假设，创新的生命力来自于开悟，这就需要独立的思考。

在自主设计实验项目教学中，可以设置更多的探索方向，让学生在选题时有更大的选择面，避免选题重合，亦可实施小组按顺序单独选题、抽签选题等选题方式，同时禁止选题重复，让各小组有不同的探索方向，减小组间互相参考的可能性，督促小组独立思考并完成设计实验项目。

3.3 实验教学平台的限制

一般来说，实验教学所使用的教学平台是为这门课程配备的本科生实验室，单一平台需要完成的课程任务较少，开设的实验项目较为固定，这对自主设计实验的开设有一定的限制。以乐山师范学院为例，生物化学实验课程教学由基础生物学实验室提供场地、设备和试剂，该实验室主要承担本科生生物化学实验、生物学综合实验技术和生物技术大实验三门实验课程的教学任务。自主设计实验开设所需要的实验材料、仪器设备、试剂耗材等种类繁多，通常无法由单一实验平台提供。本次课程改革实施中，学生选题为“奶茶成分检测及健康分析”的实验中，涉及到奶茶中咖啡因的含量测定，需要在有机化学实验室进行测定，但因与有机化学实验室管理教师协商未果，取消了咖啡因含量测定相关的实验内容。再如，部分小组选题原本为植物的逆境响应方向，但由于基础生物学实验室无法提供植物培养箱和培养空间，小组放弃了该方向的选题。

以现有的教学和科研资源为基础，建立高度开放的实验平台，统筹需求，开发共享和开放的公共科研和教学平台，既能打破实验教学中的平台限制，满足生物化学实验自主设计实验的需求，又能满足学生探索和求知的需求，推进本科生创新创业教育[10]。在乐山师范学院现行的实验室开放制度下，学生可以在指导老师的指导下进入实验室开展研究项目，但教学上的平台共享并不完善，难以利用交叉学科、交叉课程等教学资源，建议建立完善的平台开放与共享机制，促进本科生创新创业教育的全面贯彻。

4 结语

创新创业融入专业教育是当今本科教学中的要求，实验课程作为林学专业的实践教学环节，对创新创业教育有着重要的意义。针对以往林学专业生物化学实验课程中存在的项目设置陈旧、评价方式单一等不利于促进学生创新思维锻炼的问题，进行了课程改革实践，增设了以林学专业为背景的自主设计性实验，丰富了课程评价方式，取得了良好的效果。为了全面贯彻大学生创新创业教育，建议实施全程导师制，并注重培养学生的独立思考能力。