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以创新和就业为导向生物化学实验改革

摘要:“生物化学实验”是生命科学各专业的必修基础课程之一。结合生物类专业就业形势和我院生化实验教学中的实际问题,本文从教学内容、教学方法和教学体系三个方面尝试教学改革。通过改革与实践,实验课程内容更贴近实际应用,教学方法更有效地提高学生分析和解决问题的能力,教学体系更加系统完善。

关键词:生物化学,实验教学,教学改革,实践

1精选课程内容

教学内容和课程体系是人才培养的基础,对教学内容的改革与实践往往可激发学生的学习兴趣和学习热情,有利于学生对学科前沿的了解,拓宽学生的知识面,从而提高实验教学效果。因此对教学内容的改革往往是教学改革的核心和关键。在以就业为导向的思路之下,利用有限的课时使学生掌握生物大分子的分离和鉴定等基本的实验内容,使学生适应千变万化的生产实践,在我校生命科学学院调整新的教学计划的前提下,坚持“少而精、宽基础”的教学理念,对教学内容进行调整。主要体现在3个方面。

1.1调整实验项目各类型所占比例

首先,将过去的生物化学实验项目各类型所占比例进行调整。精练传统基础验证性实验项目,对其教学学时比例适当缩减,增加凸显应用性的综合性实验学时比例,把基础验证性实验穿插其中,使学生既学习基本理论和基本原理,又掌握了以应用性为主的实验技能。比如开设“α-淀粉酶的分离纯化、鉴定和Km、Vmax的测定”等综合性大实验,就能把传统基础验证性实验的酶活力测定、小分子混合物的离子交换柱层析分离、聚丙烯酰胺凝胶电泳分离血清蛋白,以及酶促反应米氏常数Km和最大反应速度Vmax的测定等综合起来,形成一个有机模块,让学生更能系统地掌握主要技术和技能。

1.2精心编排实验教学内容

其次,将其他课程研究共性的规律提炼出来,按照生物技术发展应用规律的主线来编排教学内容。对一些学科交叉及多门课都重复讲授的内容或实验,要与讲授相关课程的老师认真讨论,确定该内容在哪一学期、哪门课程中进行了讲解。例如,DNA提取的一些内容不仅在生物化学实验中,在“微生物学”和“基因工程”等课程中也会讲到。通过与这些课程的老师沟通就可以对内容进行简化,重点训练学生系统性的归纳能力,不仅保证了授课知识的完整性,还可以提高教师上课的效率。在内容上注重演示应用领域的模块技术操作,方便不同学科内容的衔接。这样的主线编排有利于学生完整地认识和掌握生物化学实验核心技术的系统理论和方案,突出学科的特点。

1.3注重实验内容的拓展性

在具体的生物化学实验授课时,精选典型实验方案,在保留、强调传统实验教学基础上,重点引入基因工程、仪器分析、免疫学技术等的实验技术,以拓展学生的视野,完善其知识面。在教学内容上进行生物化学实验基本原理和实验技术单元操作训练的强化,再精选案例进行分析。这样安排后,学生在掌握生物学基本原理的基础上能对生物技术中的实践问题与生物学基础有较深入的认识,并了解整个生物学实验技术的特点及共性;同时对目前蓬勃发展的生物工程产品的研究、开发和生产,以及有关交叉学科的前沿技术在生物化学试验中的应用也有一定的了解,有利于学生从整体观念出发分析问题,提高实际操作能力和创新能力。做到“既赠鱼,更授渔”,在打好理论基础后,以不变应万变,在工作时具体到某种生物产品的生产时能很快抓住生产技术的主线与特点,对高新生物技术产品生产不陌生、不怯场,做到学以致用。

2改革教学方法

2.1建立具有形象思维和创新思维特征的教学方法与教学手段

生物化学实验是生命科学与实验技术的结合,如何把抽象的生物化学反应形象生动地表现出来,是教学的一个努力方向。依据形象思维教学法的宗旨,主要利用多媒体教学使教学变得形象、直观、逼真,强调理论与实验同步进行。比如在演示技术流程的控制及其动态效果时,配合网络资源中的幻灯片或视频动画等多媒体形式的演示来说明讲解所要掌握的知识;在练习实验控制及实验操作时,让学生观看实验录像来理解控制的原理和方法。例如“SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测定蛋白质的相对分子质量”实验教学中,如果依靠传统的讲解来授课,不但要花费较多的时间去讲解分离胶和浓缩胶的配制和灌胶过程,还要结合原理解释分离效应和浓缩效应,而往往学生还是容易操作出错。这些内容琐细枯燥,很难快速理解,但是如果采用生动形象的FLASH动画来展示这一重要过程,学生就能带着画面感快速进入实验状态。通过类似这样的形象思维教学方法和手段,学生能获得丰富直观的生动材料,激发学生的学习兴趣,从而提高教学效果。

2.2强化课程论文在教学中的作用

课程论文要求学生通过自学(包括自查文献资料、自我分析总结、自我叙述)获得知识,作为一种教学辅助方式在研究生阶段使用得较普遍,本科阶段较少采用,它要求学生有较强的自学能力以及组织能力。在某些实验模块结束后,教师要求学生就此模块的相关实验技术写一篇课程论文。如在醋酸纤维薄膜电泳法分离血清蛋白质实验和聚丙烯酰胺凝胶圆盘电泳法分离血清蛋白质实验结束后,教师要求学生对电泳分离技术的应用作更深入的学习了解,把电泳技术的发展历程、各类型电泳技术的优缺点和当前最新的发展形势做一个调查研究论文,然后在课堂上进行报告交流。这种方法使学生在消化巩固课堂讲授内容的同时,拓宽了本门课程的知识面,加强对课程前沿内容的了解,有利于培养学生自学能力及独立思考和解决问题的能力,提高了学生的文字综合能力及表达能力。

3建设突出技术应用模式的多层次实验教学体系

生物化学实验实践性很强,学生应具备较强的实践动手能力,为将来参与到行业日益剧烈的人才竞争中打下良好的基础。实验课程作为生命科学教学的重要部分,一直是课程建设的重点。目前,我院已建立湖北省生物资源绿色转化协同创新中心,随着资源配置的优化,设施和功能不断齐全,实验设施将充分满足实验教学和科研的需要。在良好的硬件设备的支持下,生物化学实验教学体系会向应用方向侧重发展,有关教学内容也将与生产技术的原理和模型相结合。

3.1多层次的实验教学体系的建立

对照实验教材以及教学大纲要求,将生物化学实验教学内容划分为基础验证性实验、综合设计性实验和研究创新性实验三大模块,旨在建立一个既突出专业特点,又能逐步提高学生基本实验技能及综合创新能力的实验教学体系。

3.1.1基础验证性实验

在组织实验内容时,我们紧扣理论课教学大纲的一条主线,改变过去实验课程以独立、分散和验证性、示范性实验为主的课程设置思想,根据我校实验设施,突出蛋白质、糖类和核酸类等分离纯化及实际应用的实验。将生物化学实验整合成生物大分子分离、产物纯化分析、理化性质鉴定、检测技术和生产应用分析5大单元模块,与理论课程同步开设,内容上以实验室实验技术为引导,模拟实际应用流程安排一条龙式的连续性和实践性实验作为实验教学的基本环节。利用实验室设备配置,针对以后实际科研和生产中可能要用到的基本实验技能,在实验教案编排中按技术难易程度分别设计相应实验内容,在实验中通过学生的摸索与实验,掌握和熟悉各种常用仪器设备的使用和分析,突出学生综合技能训练和专业技能培训,有利于他们毕业后适应工作或科研的新环境。

3.1.2综合设计性实验

综合设计实验是指具有综合性并带有一定设计性的大实验,是实验教学的提高环节。实验内容涵盖各类生物大分子的检测和分析,教师可鼓励和引导学生根据自己的兴趣及爱好自由选择其中部分内容,从而调动学生参与实验的积极性。上课前,实验项目主题由指导老师给出,设计性实验遵循“循序渐进”原则,要注重实效和可操作性。在基础实验学生熟悉了实验室设备的基础上,初步的实验方案由学生按实验条件自己设计,然后与其他同学或老师进行讨论和修改,再根据修改后的实验方案进行实验。指导教师主要对学生实验小组的实验设计环节进行指导,不过多介入具体实验过程。实验结束后,各小组上交设计实验报告并进行讲评。通过开设涵盖主流生产技术并带有探索性的综合实验,使学生学习通过实验设计进行生物物质的提取等技术,提高学生的实际操作能力,培养他们的创新能力和严谨治学态度。

3.1.3研究创新性实验

通过基础验证实验和综合设计实验的训练,学生有了一定实验技能和实验设计思路,研究创新实验可以以“微课题”形式开展。将科研项目中某一部分与生物化学实验技术有关的结合起来,设计成“微课题”,并聘请该项目参与人来组织实验。这种从单一的基础实验向综合研究实验转变的探索教学方式不但提高了学生的基本实验技能,也激发了学生对学习知识和科学研究的热情,能培养出应用型的生物学人才。

3.2建设实验教学视频,引入虚拟仿真教学

随着多媒体技术、信息技术的不断发展,教学观念和教学手段也随之改变。建设一部分实验教学视频,在课前让学生学习,可以激发学生的实验积极性,提高教师的讲授和示范效率,提高实验教学效果。实验视频建设主要注重两个方面:一是生物化学基础技能操作,如紫外可见分光光度计、旋光仪等仪器操作;二是部分实验的关键步骤,如醋酸纤维薄膜电泳法分离血清蛋白质实验中的点样,以及聚丙烯酰胺凝胶圆盘电泳法分离血清蛋白质实验中的制胶、灌胶和上样操作。这些基本实验技能操作通过视频演示出来,调动了学生的积极性,教学效果也事半功倍。部分实验的开设与否通常受到客观因素限制,如实验成本高、仪器昂贵、安全隐患等。虚拟仿真实验采用信息化技术,构建逼真的实验环境,能突破实体实验的限制而大放异彩,如:生命微观动态过程的探索(DNA与其他生物大分子间相互作用观察等)借助虚拟仿真可以很好的展现出来;对于需要昂贵仪器的实验项目,利用虚拟仿真技术实现会更加经济;对于存在安全隐患的实验项目,虚拟仿真能保障实验过程安全环保。虚拟仿真技术作为实验工具逐渐成为实验教学的新手段和新趋势。

3.3编写体现教学特点的实验教案

生物化学实验是综合性较强的实验,与其他实验学科交叉性较大,由于实验课时的限制,学生不能在有限的学时内完成所有基本实验,因此,有必要形成新的实验体系,整合课程间交叉点,在有限的时间内尽可能使学生掌握更多的实验技能。鉴于实验教案应用性不足,教师在教学改革与实践当中逐渐完善就业导向的实验体系,编写适当的实验教案。

4实验教学改革的效果

将新的改革措施引入教学后,我们发现这种教学方式非常符合学生的求知欲望。连续开展两年多以来,经过不断完善,备受学生欢迎,学生的实验技能得到了提高,综合素质明显增强,取得了非常好的教学效果:①改变了过去单一枯燥的照搬教材教学方式,实验内容从验证性基础实验占大多数转变为基础验证、综合设计和研究创新三类所占比例相当,提高了学生的实验兴趣和钻研精神;②新的教学体系的设计由浅入深、循序渐进,引导学生形成独立思考、分析解决问题的科研素质;③学生的实验动手技能获得了提升,科研能力也不断提高。通过实验室开放期间的实验训练,一些学生获得了不错的成绩。如2013级生物技术产业班的马瑞同学在第四届湖北省高校大学生生物实验技能大赛中荣获单项赛一等奖;2015级生物技术班饶巧同学在实验实训教学中心举办的实验操作技能竞赛中获得二等奖;2016级生物技术产业班吴雨薇同学的《结核菌素纯蛋白衍生物PPD皮试新技术》在我院第三届本科生BIOSKY科研论坛上荣获一等奖。

参考文献

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作者:程志德 喻雪婧 陈凡 杨艳燕 李顺意 单位:湖北大学生命科学学院

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