生物化学与分子生物学实验教学设计

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【摘要】为进一步提高生物化学与分子生物学实验课的教学质量，培养学生的综合素质、创新能力和科研思维，需改进生物化学与分子生物学实验课教学内容设计。在实验教学内容上通过引入生物化学前沿技术和应用基于问题的教学策略增强实验教学内容设计的启发性；通过引入综合性实验、思维导图模式以及应用“知识应用和知识创新”理念建立科学考核制度增强教学内容设计的思辨性；通过引入讨论式教学增强教学内容设计的互动性。增强实验教学内容设计的启发性、思辨性和互动性有助于调动学生学习生物化学与分子生物学实验的兴趣和积极性，增强学生对实验理论和实验技能的理解和掌握能力，培养学生的创新能力和严谨的科研思维方式。

【关键词】实验教学；内容设计；启发性；思辨性；互动性；创新能力

生物化学与分子生物学作为现代医学教育中一门重要的基础课程，其原理、技术和方法渗透到了生命科学领域的各个学科[1]。生物化学与分子生物学又是一门实验性学科，注重理论实践并重[2]。生物化学与分子生物学实验课具有很强实践性和综合性，在培养大学生实验操作技能和科学研究作风等教学环节具有举足轻重的作用。但由于其存在概念较抽象、知识点比较分散等客观现象[3]，被医学生认为是最难学习掌握的课程之一。因此，在实验教学中如何增强教学内容设计的启发性、思辨性和互动性来提高本科生的学习兴趣，加强学生实践和创新能力、培养学生科研思维，是生物化学与分子生物学实验课教学的核心。

1增强实验教学内容设计的启发性

生物化学与分子生物学实验教学内容多是验证性实验，传统实验课授课方式多为教师在讲解实验的同时进行现场演示实验步骤，学生机械的按照老师示范或按照板书完成实验，在整个实验操作过程中学生是被动的参与到实验中，对实验步骤没有进行积极思考，为了完成实验而完成，使学生对实验课学习兴趣不高，动手能力、解决问题能力也未得到充分提升。因此在实验教学中如何增加教学内容设计的启发性尤为重要。

1.1引入生物化学与分子生物学前沿技术

生物化学与分子生物学是一门快速发展的学科[4]，新理论、新技术不断涌现，日新月异[5-6]，近年来很多新技术层出不穷，且在生命科学研究多个领域都广泛应用，但这些前沿性技术与实验课需应用的理论知识的结合在教学中的体现有所欠缺，致使学生很难将学到的知识与实际应用联系起来。在每次实验课开始，利用5～10分钟，我们通过多媒体及网络辅助教学着重介绍一种与本节课实验相关的新技术，以及当下此技术的发展状况及在解决实际问题当中的应用，如在介绍DNA技术时可以将当下肺炎检测中用到的PCR技术和确定基因序列的基因测序技术等融入到课堂中。实验课不但要让学生接触生物技术的前沿知识，也要让学生认识到理论知识在解决实际问题中的应用，理解推动生命科学研究进展的技术原理，认识到“学以致用”的重要性。如在“质粒DNA的提取与鉴定”实验中，考虑到该项实验技术应用广泛，以及该项实验技术几乎是一切生物化学与分子生物学科学研究的基础技术，因此，实验课上采用实验室常用的试剂盒提取方法进行质粒提取。实验课中，在讲授试剂盒提取质粒原理的同时将传统的碱裂解法提取质粒的原理巧妙的结合起来，让学生充分意识到，任何先进的技术方法都源于经典，只有夯实基础才能有所创新。

1.2基于问题的教学策略的应用

生物化学与分子生物学实验内容相对抽象乏味，基于问题的教学策略可将实验内容与贴近学生生活的实际问题联系起来，进而将实验内容具体化、形象化。基于问题的教学策略不仅能大大提高学生学习的积极性，同时也拓宽学生的知识面及对基础知识的理解和掌握[7]。首先，要注意加强学生课前的预习环节：教师提出与实验内容相关需解决的生活实际问题，学生带着问题预习促进学生思考；其次，在充分预习的前提下，在课中采用启发式教学方法，教师少讲、精讲、多问，在实验中向学生多提几个“为什么”，让学生多思考。生物化学与分子生物学原理在我们日常的工作生活中随处可见，因此在课堂讲解实验原理的过程中，我们可以结合生活经验引入生活实例启发学生主动思考。比如在“唾液淀粉酶最适pH值测定”实验中，教师可设置问题：“为什么发烧时人的胃口不好？”；在“血清γ球蛋白纯化及鉴定的实验”中，可设置：“如何在工程菌中获取目的蛋白？”等问题或讲解硫酸铵沉淀在单克隆抗体药物生产工艺中的应用；在“双缩脲测定蛋白含量实验”中，可设置“如何区别劣质奶粉与优质奶粉？”等问题或讲解三氯氰胺造成的“毒奶粉事件”。

2增强教学内容设计的思辨性

基础实验课程内容大多只针对某种实验技术设置，在实验内容上每堂课之间大多相互孤立。实验课上学生只能被动的接受实验操作上的训练，学生即不知道在什么情况下要使用这些实验技术，也不知道这些技术能解决什么样的科学问题，更无法将理论联系实际，将知识融会贯通[8]。然而，很多分子生物学中常用的基本技术在逻辑和操作上都是密切关联的，如重组DNA技术中的“切-连-转-检”等技术，但由于实验课间隔期往往较大，学生很容易忘记上一阶段的内容，不易将整个实验过程联系起来。因此，增加实验教学内容设计的思辨性无疑会有助于提高学生对生物化学与分子生物学实验技能的应用能力以及加强学生对理论知识更全面深入的理解。

2.1引入综合性实验

生物化学与分子生物学实验涉及一系列技术方法，利用这些技术方法可以完成一个完整的科研题目[9]，且其许多实验技术可以延伸到生命科学的多个领域。因此，加强学生对看似孤立的生物化学与分子生物学实验技术之间的相互联系有助于提高学生对生物化学与分子生物学实验技能的应用能力。综合性实验是多个具有相关性的单一实验的综合，能够把原来相互独立的研究对象彼此联系起来，有益于学生对所学知识更深刻、更全面的理解[10]。综合性实验是针对学生实验技能及方法而开展的一种复合性实验，关注的是生物化学与分子生物学跨章节联系的实验认证，注重技术的实用性。综合性实验通常涉及一些较新颖且常用的技术，且每个实验之间都有联系，每步操作都要谨慎，否则任何一个环节不理想都会影响最终的结果。例如“质粒DNA的提取与鉴定”，它由3个小实验来完成：（1）质粒DNA的提取；（2）分光光度计测定质粒DNA的浓度；（3）琼脂糖凝胶电泳进行质粒DNA鉴定；这种连续性的实验内容设计，可以让学生充分了解每一个看似单独的实验在整体实验中的作用，并且前一步的成功与否会直接影响到下一步实验，做到“知其然”还“知其所以然”。综合性实验项目侧重于培养学生基本操作技能及综合运用所学理论和技术知识解决实际问题的能力，同时激发了学生的科研热情和创新意识。

2.2引入思维导图模式

由于生物化学与分子生物学实验内容具有覆盖面广、所用设备多和涉及实验方法也较多等特点，思维导图的运用有助于学生梳理思路，掌握生物化学与分子生物学知识体系[11]。仍以“质粒DNA的提取与鉴定”的实验为例，首先，以“提取与鉴定”为中心主题，围绕此中心列出核酸化学部分的相关知识点，如核酸的化学组成、空间结构与功能和理化性质等，在梳理知识点的同时引出本次实验课的实验原理，将知识进行合理串联，构建成图谱。其次，可以扩展介绍重组质粒如“切-连-转-检”等相关内容，学生自然而然地就可以将质粒提取和鉴定的知识点联系起来，最终形成整体把握。此种方法的运用有助于学生对理论课学习的知识和实验内容进行结合，加强学生对理论知识更全面深入的理解。

2.3引入“知识应用和知识创新”理念建立科学考核制度

生物化学与分子生物学的实验教学考核往往都是以学生实验报告评定打分为主，考核方式较单一。因此建立一个正确全面科学化的生物化学与分子生物学实验课成绩评价体系对于调动学生学习的主动性和积极性起重要作用[12-13]。实验教学对学生的考核不仅要重视过程、重视实验结果，更要重视学生对实验结果的分析能力，以“知识应用和知识创新”为理念建立的科学考核制度，可加强学生对所学知识的理解、应用和创新，增强学生的思辨性，且有助于提高实验教学效果。在生物化学实验成绩的评定上，建议采用多方位的评定模式。实验考核应分为理论考核、操作考核和结果分析考核三个部分，理论考核主要考学生对基本原理的掌握情况以及对实验现象的分析、解释等；操作考核主要考察学生对于实验操作的掌握情况，包括能否正确使用实验仪器，能否仔细观察并详细记录实验现象等；结果分析考核主要考察学生对于实验结果的分析和知识拓展能力，同时考察了学生对知识的应用和创新能力。如在“质粒的提取与鉴定”实验，多数同学的电泳结果会出现两或三条条带，在课下学生可带着疑问应用所学知识、查阅文献或多媒体及网络，如“微课”网络学习平台，对实验结果进行分析，如“出现非单一条带的实验结果是否可信”以及“出现非单一条带的原因”等分析内容需写入实验报告中，同时要求学生对个人实验操作过程进行反思，针对个人实验结果总结实验中的注意事项，并提供可行的个人实验改进方案。此外，学生需查阅资料列出2～3个关于实验课中涉及的实验技术在科学研究中的应用。此考核方式可较为全面、客观地反映出学生在实验课中的表现，虽然操作比较烦琐，但能比较公正、客观、合理地评价学生的实验素质和技能。该考核方式拓宽了学生的知识面，提升了学生对知识的应用和创新能力，能对实验数据和现象进行系统的分析和评价，增强了学生的思辨性，提高了学生的实验操作技能、科研创新能力和综合素质，为今后从事相关科研工作奠定基础。

3增强教学内容设计的互动性

实验教学是一个面对面地近距离的教学过程，师生互动的教学方式在生物化学与分子生物学实验教学中无疑是一种非常有效的教学方法。因此，应用讨论式教学增强教学内容设计的互动性[14]，可充分调动学生们的积极性，提高学生的实践技能，培养出具有灵活的思辨能力和符合时展要求的创新型人才[15]。以综合性实验或设计性实验为例，在课前学生需提前预习老师提供的实验背景资料，在课上，教师通过组织讨论和提问等方式师生互动：教师可提出一个与本实验内容相关的生活实际问题，启发学生思考这种问题涉及哪些理论知识，在研究中该如何设计实验解决问题。学生以小组为单位进行讨论，将需解决问题联系所学的理论知识，学生会提出若干种解决方法，老师和学生需共同探讨每种实验方法涉及的原理并进行可行性分析，老师需根据实验室现有的实验条件，选择最适合的解决方案进行补充和完善，让实验课程基于教材，却高于教材。以“唾液淀粉酶最适pH值测定”实验为例，教师课前导入实验项目和目的要求。课上对学生进行分组，学生以小组为单位设计合理可行的实验方案，包括具体操作步骤、实验注意事项和可行性报告，然后教师进行指导并提出改进意见。实验方案通过后，学生在教师指导下可以自主配制实验试剂，操作相关的实验仪器，增加了学生的主观能动性和主人翁意识，养成正确的实验习惯。实验结束后首先组内讨论，自评结果，教师再引导整个实验班级学生互评，并进行反思分析。整个实验过程以学生为主线，教师起穿针引线的作用，在充分理解实验原理的基础上做实验。同时更加提高了学生运用所学，发现问题和解决问题的能力，更加激发了学生的科研热情和创新意识。

4结语

生物化学与分子生物学是医学院学生必修的一门很重要的专业基础课，其涉及的许多分子生物学技术已成为当前医学研究领域的通用技术。我们只有克服传统教育思想的束缚，坚持“以人为本，以学生发展为中心”的理念，增强教学内容设计的启发性、思辨性和互动性，充分调动起学生的学习热情，才能使学生对生物化学与分子生物学实验课由“被动学习”向“主动学习”转变[16]，促使其主动融入课堂，提高课堂教学质量，进而提高学生创新能力、培养学生科研思维，使实验教学跟上飞速发展的学科要求，培养出更多既懂现代生物化学与分子生物学理论又掌握现代科研技术的研究型、应用型科学人才。

作者:刘颖 张春晶 李淑艳 赵正林 孙晓杰 朱谋 单位:齐齐哈尔医学院生物化学与分子生物学教研室