生物化學與分子生物學實驗教學設計

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【摘要】為進一步提高生物化學與分子生物學實驗課的教學質量，培養學生的綜合素質、創新能力和科研思維，需改進生物化學與分子生物學實驗課教學內容設計。在實驗教學內容上通過引入生物化學前沿技術和應用基于問題的教學策略增強實驗教學內容設計的啟發性；通過引入綜合性實驗、思維導圖模式以及應用“知識應用和知識創新”理念建立科學考核制度增強教學內容設計的思辨性；通過引入討論式教學增強教學內容設計的互動性。增強實驗教學內容設計的啟發性、思辨性和互動性有助于調動學生學習生物化學與分子生物學實驗的興趣和積極性，增強學生對實驗理論和實驗技能的理解和掌握能力，培養學生的創新能力和嚴謹的科研思維方式。

【關鍵詞】實驗教學；內容設計；啟發性；思辨性；互動性；創新能力

生物化學與分子生物學作為現代醫學教育中一門重要的基礎課程，其原理、技術和方法滲透到了生命科學領域的各個學科[1]。生物化學與分子生物學又是一門實驗性學科，注重理論實踐并重[2]。生物化學與分子生物學實驗課具有很強實踐性和綜合性，在培養大學生實驗操作技能和科學研究作風等教學環節具有舉足輕重的作用。但由于其存在概念較抽象、知識點比較分散等客觀現象[3]，被醫學生認為是最難學習掌握的課程之一。因此，在實驗教學中如何增強教學內容設計的啟發性、思辨性和互動性來提高本科生的學習興趣，加強學生實踐和創新能力、培養學生科研思維，是生物化學與分子生物學實驗課教學的核心。

1增強實驗教學內容設計的啟發性

生物化學與分子生物學實驗教學內容多是驗證性實驗，傳統實驗課授課方式多為教師在講解實驗的同時進行現場演示實驗步驟，學生機械的按照老師示范或按照板書完成實驗，在整個實驗操作過程中學生是被動的參與到實驗中，對實驗步驟沒有進行積極思考，為了完成實驗而完成，使學生對實驗課學習興趣不高，動手能力、解決問題能力也未得到充分提升。因此在實驗教學中如何增加教學內容設計的啟發性尤為重要。

1.1引入生物化學與分子生物學前沿技術

生物化學與分子生物學是一門快速發展的學科[4]，新理論、新技術不斷涌現，日新月異[5-6]，近年來很多新技術層出不窮，且在生命科學研究多個領域都廣泛應用，但這些前沿性技術與實驗課需應用的理論知識的結合在教學中的體現有所欠缺，致使學生很難將學到的知識與實際應用聯系起來。在每次實驗課開始，利用5～10分鐘，我們通過多媒體及網絡輔助教學著重介紹一種與本節課實驗相關的新技術，以及當下此技術的發展狀況及在解決實際問題當中的應用，如在介紹DNA技術時可以將當下肺炎檢測中用到的PCR技術和確定基因序列的基因測序技術等融入到課堂中。實驗課不但要讓學生接觸生物技術的前沿知識，也要讓學生認識到理論知識在解決實際問題中的應用，理解推動生命科學研究進展的技術原理，認識到“學以致用”的重要性。如在“質粒DNA的提取與鑒定”實驗中，考慮到該項實驗技術應用廣泛，以及該項實驗技術幾乎是一切生物化學與分子生物學科學研究的基礎技術，因此，實驗課上采用實驗室常用的試劑盒提取方法進行質粒提取。實驗課中，在講授試劑盒提取質粒原理的同時將傳統的堿裂解法提取質粒的原理巧妙的結合起來，讓學生充分意識到，任何先進的技術方法都源于經典，只有夯實基礎才能有所創新。

1.2基于問題的教學策略的應用

生物化學與分子生物學實驗內容相對抽象乏味，基于問題的教學策略可將實驗內容與貼近學生生活的實際問題聯系起來，進而將實驗內容具體化、形象化。基于問題的教學策略不僅能大大提高學生學習的積極性，同時也拓寬學生的知識面及對基礎知識的理解和掌握[7]。首先，要注意加強學生課前的預習環節：教師提出與實驗內容相關需解決的生活實際問題，學生帶著問題預習促進學生思考；其次，在充分預習的前提下，在課中采用啟發式教學方法，教師少講、精講、多問，在實驗中向學生多提幾個“為什么”，讓學生多思考。生物化學與分子生物學原理在我們日常的工作生活中隨處可見，因此在課堂講解實驗原理的過程中，我們可以結合生活經驗引入生活實例啟發學生主動思考。比如在“唾液淀粉酶最適pH值測定”實驗中，教師可設置問題：“為什么發燒時人的胃口不好？”；在“血清γ球蛋白純化及鑒定的實驗”中，可設置：“如何在工程菌中獲取目的蛋白？”等問題或講解硫酸銨沉淀在單克隆抗體藥物生產工藝中的應用；在“雙縮脲測定蛋白含量實驗”中，可設置“如何區別劣質奶粉與優質奶粉？”等問題或講解三氯氰胺造成的“毒奶粉事件”。

2增強教學內容設計的思辨性

基礎實驗課程內容大多只針對某種實驗技術設置，在實驗內容上每堂課之間大多相互孤立。實驗課上學生只能被動的接受實驗操作上的訓練，學生即不知道在什么情況下要使用這些實驗技術，也不知道這些技術能解決什么樣的科學問題，更無法將理論聯系實際，將知識融會貫通[8]。然而，很多分子生物學中常用的基本技術在邏輯和操作上都是密切關聯的，如重組DNA技術中的“切-連-轉-檢”等技術，但由于實驗課間隔期往往較大，學生很容易忘記上一階段的內容，不易將整個實驗過程聯系起來。因此，增加實驗教學內容設計的思辨性無疑會有助于提高學生對生物化學與分子生物學實驗技能的應用能力以及加強學生對理論知識更全面深入的理解。

2.1引入綜合性實驗

生物化學與分子生物學實驗涉及一系列技術方法，利用這些技術方法可以完成一個完整的科研題目[9]，且其許多實驗技術可以延伸到生命科學的多個領域。因此，加強學生對看似孤立的生物化學與分子生物學實驗技術之間的相互聯系有助于提高學生對生物化學與分子生物學實驗技能的應用能力。綜合性實驗是多個具有相關性的單一實驗的綜合，能夠把原來相互獨立的研究對象彼此聯系起來，有益于學生對所學知識更深刻、更全面的理解[10]。綜合性實驗是針對學生實驗技能及方法而開展的一種復合性實驗，關注的是生物化學與分子生物學跨章節聯系的實驗認證，注重技術的實用性。綜合性實驗通常涉及一些較新穎且常用的技術，且每個實驗之間都有聯系，每步操作都要謹慎，否則任何一個環節不理想都會影響最終的結果。例如“質粒DNA的提取與鑒定”，它由3個小實驗來完成：（1）質粒DNA的提取；（2）分光光度計測定質粒DNA的濃度；（3）瓊脂糖凝膠電泳進行質粒DNA鑒定；這種連續性的實驗內容設計，可以讓學生充分了解每一個看似單獨的實驗在整體實驗中的作用，并且前一步的成功與否會直接影響到下一步實驗，做到“知其然”還“知其所以然”。綜合性實驗項目側重于培養學生基本操作技能及綜合運用所學理論和技術知識解決實際問題的能力，同時激發了學生的科研熱情和創新意識。

2.2引入思維導圖模式

由于生物化學與分子生物學實驗內容具有覆蓋面廣、所用設備多和涉及實驗方法也較多等特點，思維導圖的運用有助于學生梳理思路，掌握生物化學與分子生物學知識體系[11]。仍以“質粒DNA的提取與鑒定”的實驗為例，首先，以“提取與鑒定”為中心主題，圍繞此中心列出核酸化學部分的相關知識點，如核酸的化學組成、空間結構與功能和理化性質等，在梳理知識點的同時引出本次實驗課的實驗原理，將知識進行合理串聯，構建成圖譜。其次，可以擴展介紹重組質粒如“切-連-轉-檢”等相關內容，學生自然而然地就可以將質粒提取和鑒定的知識點聯系起來，最終形成整體把握。此種方法的運用有助于學生對理論課學習的知識和實驗內容進行結合，加強學生對理論知識更全面深入的理解。

2.3引入“知識應用和知識創新”理念建立科學考核制度

生物化學與分子生物學的實驗教學考核往往都是以學生實驗報告評定打分為主，考核方式較單一。因此建立一個正確全面科學化的生物化學與分子生物學實驗課成績評價體系對于調動學生學習的主動性和積極性起重要作用[12-13]。實驗教學對學生的考核不僅要重視過程、重視實驗結果，更要重視學生對實驗結果的分析能力，以“知識應用和知識創新”為理念建立的科學考核制度，可加強學生對所學知識的理解、應用和創新，增強學生的思辨性，且有助于提高實驗教學效果。在生物化學實驗成績的評定上，建議采用多方位的評定模式。實驗考核應分為理論考核、操作考核和結果分析考核三個部分，理論考核主要考學生對基本原理的掌握情況以及對實驗現象的分析、解釋等；操作考核主要考察學生對于實驗操作的掌握情況，包括能否正確使用實驗儀器，能否仔細觀察并詳細記錄實驗現象等；結果分析考核主要考察學生對于實驗結果的分析和知識拓展能力，同時考察了學生對知識的應用和創新能力。如在“質粒的提取與鑒定”實驗，多數同學的電泳結果會出現兩或三條條帶，在課下學生可帶著疑問應用所學知識、查閱文獻或多媒體及網絡，如“微課”網絡學習平臺，對實驗結果進行分析，如“出現非單一條帶的實驗結果是否可信”以及“出現非單一條帶的原因”等分析內容需寫入實驗報告中，同時要求學生對個人實驗操作過程進行反思，針對個人實驗結果總結實驗中的注意事項，并提供可行的個人實驗改進方案。此外，學生需查閱資料列出2～3個關于實驗課中涉及的實驗技術在科學研究中的應用。此考核方式可較為全面、客觀地反映出學生在實驗課中的表現，雖然操作比較煩瑣，但能比較公正、客觀、合理地評價學生的實驗素質和技能。該考核方式拓寬了學生的知識面，提升了學生對知識的應用和創新能力，能對實驗數據和現象進行系統的分析和評價，增強了學生的思辨性，提高了學生的實驗操作技能、科研創新能力和綜合素質，為今后從事相關科研工作奠定基礎。

3增強教學內容設計的互動性

實驗教學是一個面對面地近距離的教學過程，師生互動的教學方式在生物化學與分子生物學實驗教學中無疑是一種非常有效的教學方法。因此，應用討論式教學增強教學內容設計的互動性[14]，可充分調動學生們的積極性，提高學生的實踐技能，培養出具有靈活的思辨能力和符合時展要求的創新型人才[15]。以綜合性實驗或設計性實驗為例，在課前學生需提前預習老師提供的實驗背景資料，在課上，教師通過組織討論和提問等方式師生互動：教師可提出一個與本實驗內容相關的生活實際問題，啟發學生思考這種問題涉及哪些理論知識，在研究中該如何設計實驗解決問題。學生以小組為單位進行討論，將需解決問題聯系所學的理論知識，學生會提出若干種解決方法，老師和學生需共同探討每種實驗方法涉及的原理并進行可行性分析，老師需根據實驗室現有的實驗條件，選擇最適合的解決方案進行補充和完善，讓實驗課程基于教材，卻高于教材。以“唾液淀粉酶最適pH值測定”實驗為例，教師課前導入實驗項目和目的要求。課上對學生進行分組，學生以小組為單位設計合理可行的實驗方案，包括具體操作步驟、實驗注意事項和可行性報告，然后教師進行指導并提出改進意見。實驗方案通過后，學生在教師指導下可以自主配制實驗試劑，操作相關的實驗儀器，增加了學生的主觀能動性和主人翁意識，養成正確的實驗習慣。實驗結束后首先組內討論，自評結果，教師再引導整個實驗班級學生互評，并進行反思分析。整個實驗過程以學生為主線，教師起穿針引線的作用，在充分理解實驗原理的基礎上做實驗。同時更加提高了學生運用所學，發現問題和解決問題的能力，更加激發了學生的科研熱情和創新意識。

4結語

生物化學與分子生物學是醫學院學生必修的一門很重要的專業基礎課，其涉及的許多分子生物學技術已成為當前醫學研究領域的通用技術。我們只有克服傳統教育思想的束縛，堅持“以人為本，以學生發展為中心”的理念，增強教學內容設計的啟發性、思辨性和互動性，充分調動起學生的學習熱情，才能使學生對生物化學與分子生物學實驗課由“被動學習”向“主動學習”轉變[16]，促使其主動融入課堂，提高課堂教學質量，進而提高學生創新能力、培養學生科研思維，使實驗教學跟上飛速發展的學科要求，培養出更多既懂現代生物化學與分子生物學理論又掌握現代科研技術的研究型、應用型科學人才。

作者:劉穎 張春晶 李淑艷 趙正林 孫曉杰 朱謀 單位:齊齊哈爾醫學院生物化學與分子生物學教研室