基于能力提升的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革實(shí)踐

張寬朝　金青　余梅　商飛

摘? 要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生綜合實(shí)踐能力、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神、塑造學(xué)生創(chuàng)新思維的有效途徑之一。分析了生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法中存在的實(shí)驗(yàn)講授灌輸多、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備包辦多、實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo)少、教學(xué)新技術(shù)引入少、實(shí)驗(yàn)考核評價方法少等問題，針對性地進(jìn)行問題教學(xué)法、對比教學(xué)法、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)教學(xué)法、“微課-翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)法、實(shí)驗(yàn)考核體系等改革嘗試，以培養(yǎng)學(xué)生科研探究能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：生物化學(xué)實(shí)驗(yàn);教學(xué)方法;能力提升

中圖分類號：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2096-3769（2019）04-098-05

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)工作中實(shí)現(xiàn)育人中心目標(biāo)所必不可少的重要環(huán)節(jié)，是通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)將理論與實(shí)際相結(jié)合，提高學(xué)生綜合實(shí)踐能力、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神、塑造學(xué)生創(chuàng)新思維的有效途徑之一。[1]生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)是理工科、師范類以及綜合性院校生物技術(shù)、生物科學(xué)、生物工程等專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，也是農(nóng)林校院農(nóng)學(xué)、植物保護(hù)、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境、園藝、食品、環(huán)境科學(xué)等相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課之一。[2]生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程旨在培養(yǎng)學(xué)生基本的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技能及實(shí)驗(yàn)方法，提高學(xué)生分析問題、解決問題和科學(xué)探究的能力，塑造學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力。[3]

教學(xué)方法是為了完成教學(xué)工作，師生在共同的教學(xué)活動中所采用的途徑、手段、工具等相互聯(lián)系的方式。[4]教學(xué)方法的優(yōu)選與組合對于順利完成教學(xué)任務(wù)、實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)有著重要意義。因而以學(xué)生能力提升為中心，根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，改革生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣，對于提高生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量至關(guān)重要。

一、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法存在的問題

（一）實(shí)驗(yàn)講授灌輸多

傳統(tǒng)的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要是驗(yàn)證性知識，因此，教師認(rèn)為實(shí)驗(yàn)是理論課程的附屬，在授課時，無視實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)規(guī)律和要求，機(jī)械地把實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟、注意事項(xiàng)等一講到底，填鴨式、灌輸式地傳達(dá)給學(xué)生，不顧學(xué)生的理解和接受程度，較少給予學(xué)生留下獨(dú)立思考的余地。

（二）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備包辦多

傳統(tǒng)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)形式多是教師根據(jù)教學(xué)需要事先設(shè)計好實(shí)驗(yàn)方案，準(zhǔn)備好器材和試劑，學(xué)生在規(guī)定的時間和地點(diǎn)，按照教師講授的實(shí)驗(yàn)步驟，通過簡單的實(shí)驗(yàn)操作步驟，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)原理的重現(xiàn)。這種單純的模仿式實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方法單調(diào)而乏味，違背了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐探究本質(zhì)，既影響了教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)的激情，也無視學(xué)生創(chuàng)新能力及科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成。

（三）實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo)少

傳統(tǒng)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)重視的是學(xué)生知識的理解和記憶，缺乏對學(xué)生開展生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法論的教育，很少引導(dǎo)學(xué)生主動思考實(shí)驗(yàn)選題、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)構(gòu)思、實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)觀測、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理和實(shí)驗(yàn)成果總結(jié)這一系列實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中所具有的豐富的方法論因素。學(xué)生普遍是為了實(shí)驗(yàn)而做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果是僅知其然而不知其所以然。

（四）教學(xué)新技術(shù)引入少

多年來，生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的技術(shù)和手段過于墨守成規(guī)，變化極少，即便近年來多媒體教學(xué)已普遍運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但仍然沒有改變生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“教師講授演示-學(xué)生動手重現(xiàn)”的一元化教學(xué)模式。當(dāng)前，信息化技術(shù)時代所形成的微課、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)新方法、新技術(shù)在生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的研究與應(yīng)用更是寥寥可數(shù)。

（五）實(shí)驗(yàn)考核評價方法少

傳統(tǒng)的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程考核方法側(cè)重于對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的考核，多以實(shí)驗(yàn)報告為主要考核監(jiān)控點(diǎn)，教師僅根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報告的完成情況給予課程成績，考核方式單一，過程簡單，實(shí)驗(yàn)報告存在低水平抄襲，客觀上造成學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，難以發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動手操作能力、綜合實(shí)踐能力提高中的作用。

二、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革探索

（一）有效利用問題教學(xué)法

問題教學(xué)法是以問題的設(shè)計和解決為核心的教學(xué)模式，由教師提出問題，激發(fā)學(xué)生積極思考，引導(dǎo)學(xué)生來掌握知識、發(fā)展智力、培養(yǎng)技能一種教學(xué)方法。[5]

生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課前充分預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、?shí)驗(yàn)原理與基本操作、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和結(jié)果處理等內(nèi)容，并預(yù)測實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的問題并思考和給出相應(yīng)的解決方法等。上實(shí)驗(yàn)課時，在學(xué)生預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，改變了從實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡浇Y(jié)果都作逐一講解的傳統(tǒng)做法，把要講的內(nèi)容融匯于各個提問之中，使學(xué)生產(chǎn)生疑問，渴望得到解答，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，發(fā)揮教師啟發(fā)和誘導(dǎo)的主導(dǎo)作用，以問題來引導(dǎo)探究式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、自主思維，以提高學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)技術(shù)的理解和水平。

如在“3，5-二硝基水楊酸法測定還原糖”實(shí)驗(yàn)中，課堂講授時通過教師提問和學(xué)生回答引導(dǎo)學(xué)生正確理解還原糖的概念，特別是明確實(shí)驗(yàn)方法的適用范圍;而實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，則要求學(xué)生通過課后自行查閱資料和獨(dú)立思維，去解決“還原糖測定的方法是否可以作用于非還原性的雙糖和多糖？如果可以，怎樣操作？”的問題，引導(dǎo)學(xué)生拓展方法的運(yùn)用范圍，以還原性糖測定為基礎(chǔ)，掌握非還原性糖的測定方法。同時，對學(xué)有余力的同學(xué)提出“測定還原糖的DNS試劑中酒石酸鉀鈉、結(jié)晶酚和亞硫酸鈉的作用” 的問題，延伸實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容，開拓學(xué)生視野。這一“教師提問→ 學(xué)生回答→ 教師糾錯→ 學(xué)生受益”的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的拓展與延伸，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，教學(xué)效果遠(yuǎn)甚于傳統(tǒng)的滿堂灌與照本宣科，使學(xué)生在“問-答-總結(jié)-收獲”的過程中體會到學(xué)習(xí)的興趣，提高了實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量。

（二）合理運(yùn)用對比教學(xué)法

對比教學(xué)法是指在教學(xué)實(shí)踐中，將一些具有某種聯(lián)系和區(qū)別的教學(xué)內(nèi)容放在一起進(jìn)行對比分析，引導(dǎo)學(xué)生找出其相同和不同之處，使學(xué)生能自行理解和掌握相應(yīng)的知識內(nèi)容，從而達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。如蛋白質(zhì)含量測定方法，是生物化學(xué)研究中最常用、最基本的分析方法之一。因此，“蛋白質(zhì)含量測定”實(shí)驗(yàn)中，對于目前常用的凱氏定氮法、雙縮脲法、紫外吸收法、考馬斯亮藍(lán)法、Folin-酚試劑法、二喹啉甲酸法等蛋白質(zhì)打了測定技術(shù)和方法進(jìn)行對比分析，明確各種方法的基本原理和適用條件及范圍，比較得出各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提高了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理的理解，指導(dǎo)學(xué)生在運(yùn)用實(shí)踐中根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行有效選擇。再比如在“丙二酸對琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制實(shí)驗(yàn)”中對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果的觀察，首先引導(dǎo)學(xué)生對比觀察丙二酸管、空白管、酶失活管等三種實(shí)驗(yàn)情境下現(xiàn)象與結(jié)果的差異，然后向丙二酸管中逐步增加底物含量，對比觀察丙二酸管底物含量增加前后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的變化，比較、思考差異產(chǎn)生的原因，從而教育學(xué)生獲得丙二酸競爭性抑制作用機(jī)制的直觀印象，加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記憶，幫助學(xué)生理解競爭性抑制、競爭性抑制劑等基本概念，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，達(dá)到提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的目的。

對比教學(xué)法運(yùn)用于生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，既可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，幫助學(xué)生牢固掌握基本知識，明辨易混概念，優(yōu)化學(xué)習(xí)效果，又可以增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣與實(shí)驗(yàn)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

（三）開展設(shè)計性實(shí)驗(yàn)教學(xué)

歸根結(jié)底，實(shí)驗(yàn)的作用是用來進(jìn)行科學(xué)研究的，比簡單的觀察具有更大的主觀能動性，能獲取更廣泛、更深刻和更精確的科學(xué)事實(shí)，不僅意味著某種精確的操作，而且它遵循科學(xué)方法的一般規(guī)律，是一種思考的方式。[6]因此，在生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，我們有計劃和針對性地開展了設(shè)計性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將實(shí)驗(yàn)設(shè)計的方法論思想滲透在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，突出和強(qiáng)化方法論的實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)作用。如在“外界因素對酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生利用所學(xué)的知識查閱相關(guān)資料，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室條件，自己設(shè)計一套可行的方案，通過實(shí)踐操作，了解外界因素對酶活性及酶促反應(yīng)速度的影響，加深對酶特性的認(rèn)識和理解。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計思路提示，引導(dǎo)學(xué)生完成“實(shí)驗(yàn)材料的選擇”“實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵指標(biāo)的確定”“外界因素的選擇”等實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計，并充分注意方案的合理性、科學(xué)性，要求方案要能反映出外界因素影響酶活性及酶促反應(yīng)速度的規(guī)律，然后，教師再對照學(xué)生的自行設(shè)計方案詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)操作，分析實(shí)驗(yàn)過程中部分外界因素（如提取溶液的pH、酶活測定的溫度等）的選擇，教育學(xué)生利用空白對照、平行對照等技術(shù)處理做好變量控制[7]。

通過這種“實(shí)驗(yàn)設(shè)計”教學(xué)法的實(shí)踐，對學(xué)生進(jìn)行生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法論的指導(dǎo)，既尊重學(xué)生的主體地位和主動精神，又提高學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)問題的技巧性和思維應(yīng)變能力。

（四）“微課-翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)法

“微課-翻轉(zhuǎn)課堂”是隨著信息技術(shù)發(fā)展新興起來的教學(xué)模式，是幫助教師和學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識傳遞、知識內(nèi)化和知識鞏固的有效教學(xué)技術(shù)形式。[8]

根據(jù)“微課-翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)優(yōu)點(diǎn)和教學(xué)形式，設(shè)計了基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂下的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)構(gòu)。以“凝膠層析法分離蛋白質(zhì)”為例，探討基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂下的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施，如圖1所示。

1.課前環(huán)節(jié)

“凝膠層析法分離蛋白質(zhì)”是生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本教學(xué)項(xiàng)目。教師明確實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)在于，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)了解凝膠層析法分離蛋白質(zhì)的原理、應(yīng)用，并掌握凝膠柱層析分離純化蛋白質(zhì)的基本方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱設(shè)計編訂“凝膠層析法分離蛋白質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案。然后，教師把握實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，將凝膠層析的原理和實(shí)驗(yàn)操作步驟特別是將裝柱、加樣、洗脫、樣品的收集等操作步驟作為微課視頻的重點(diǎn)錄制內(nèi)容。學(xué)生根據(jù)教師下達(dá)的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)任務(wù)，參考實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，了解實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)，反復(fù)觀看、學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻，了解實(shí)驗(yàn)原理，熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備，掌握實(shí)驗(yàn)操作，記錄預(yù)習(xí)中存在的問題。針對實(shí)驗(yàn)課前學(xué)生預(yù)習(xí)的情況，利用微信、QQ或者其他網(wǎng)絡(luò)平臺適時展開交流討論，及時解決存在問題。

2.課內(nèi)環(huán)節(jié)

教師根據(jù)課前交流討論環(huán)節(jié)掌握的情況，精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)一步提示關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作步驟;學(xué)生根據(jù)課前學(xué)習(xí)情況和課堂教師講授情況，在教師的隨堂、巡回指導(dǎo)下開展并完成基本實(shí)驗(yàn)操作。教師根據(jù)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐進(jìn)度，及時提出新的實(shí)驗(yàn)問題，指導(dǎo)學(xué)生開展理論思考和實(shí)驗(yàn)研究，引導(dǎo)各組將實(shí)驗(yàn)結(jié)果向全班展示，交流實(shí)驗(yàn)得失。

3.課后環(huán)節(jié)

學(xué)生根據(jù)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)狀況，按時按質(zhì)完成實(shí)驗(yàn)報告，重點(diǎn)是對實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的現(xiàn)象與結(jié)果展開分析和討論，對實(shí)驗(yàn)中存在的問題進(jìn)行反思和總結(jié)。教師對實(shí)驗(yàn)報告認(rèn)真批改，特別是做好實(shí)驗(yàn)反思和總結(jié)的批閱。教師和學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)平臺和第二課堂開展教學(xué)評價和教學(xué)反饋活動，促進(jìn)教師教學(xué)方法改進(jìn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)技巧提高。

（五）重構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評價體系

科學(xué)嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)考核和成績評定辦法可以激勵學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的主動性、創(chuàng)造性，是學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂茖W(xué)素質(zhì)培養(yǎng)的加速器。[9]生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程考核改革時以實(shí)驗(yàn)技能的形成作為考核的重點(diǎn)，科學(xué)監(jiān)測動作的認(rèn)識、模仿、練習(xí)和應(yīng)用四個形成階段，構(gòu)建涵蓋實(shí)驗(yàn)平時、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)理論考核的評價體系，[10]見圖2所示。

實(shí)驗(yàn)平時的量化考核指標(biāo)包括預(yù)習(xí)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)報告三部分。課前預(yù)習(xí)重點(diǎn)考核學(xué)生在課前對實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、材料和試劑、操作步驟、注意事項(xiàng)等有針對性的預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備情況;實(shí)驗(yàn)過程重點(diǎn)考核學(xué)生出勤情況、實(shí)驗(yàn)操作技能、紀(jì)律衛(wèi)生等綜合表現(xiàn)情況;實(shí)驗(yàn)報告重點(diǎn)考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)報告的規(guī)范整潔、獨(dú)立完成、結(jié)果分析和數(shù)據(jù)處理能力等。

實(shí)驗(yàn)操作從現(xiàn)場操作和實(shí)驗(yàn)設(shè)計兩方面進(jìn)行綜合評價?，F(xiàn)場操作要求學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)按照要求獨(dú)立完成考查項(xiàng)目的全部或部分操作內(nèi)容，重點(diǎn)考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)材料和試劑的準(zhǔn)備能力、對儀器設(shè)備的正確規(guī)范操作能力、對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理分析能力等綜合表現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計考核則要求學(xué)生根據(jù)教師給定命題，在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)器材范圍內(nèi)選擇合適的實(shí)驗(yàn)方法，完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計，并獨(dú)自操作完成，重點(diǎn)考查學(xué)生對所學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的綜合運(yùn)用能力、研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)理論則安排在實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后集中進(jìn)行，由教師根據(jù)課程教學(xué)大綱要求命題，重點(diǎn)考核學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理的理解和把握、對實(shí)驗(yàn)操作步驟和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)的熟悉和了解、對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和處理等，內(nèi)容既要有一定的履蓋面，又要具有一定的深度和難度。

基于實(shí)驗(yàn)技能形成的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)考核評價體系不但兼顧了學(xué)生良好實(shí)驗(yàn)行為和實(shí)驗(yàn)習(xí)慣的養(yǎng)成培養(yǎng)，而且極大地提高了學(xué)生從事實(shí)際科研工作的綜合能力和創(chuàng)新意識。

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