生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計

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【摘要】為進(jìn)一步提高生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗課的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力和科研思維，需改進(jìn)生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗課教學(xué)內(nèi)容設(shè)計。在實驗教學(xué)內(nèi)容上通過引入生物化學(xué)前沿技術(shù)和應(yīng)用基于問題的教學(xué)策略增強(qiáng)實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的啟發(fā)性；通過引入綜合性實驗、思維導(dǎo)圖模式以及應(yīng)用“知識應(yīng)用和知識創(chuàng)新”理念建立科學(xué)考核制度增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的思辨性；通過引入討論式教學(xué)增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的互動性。增強(qiáng)實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的啟發(fā)性、思辨性和互動性有助于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗的興趣和積極性，增強(qiáng)學(xué)生對實驗理論和實驗技能的理解和掌握能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲兴季S方式。

【關(guān)鍵詞】實驗教學(xué)；內(nèi)容設(shè)計；啟發(fā)性；思辨性；互動性；創(chuàng)新能力

生物化學(xué)與分子生物學(xué)作為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育中一門重要的基礎(chǔ)課程，其原理、技術(shù)和方法滲透到了生命科學(xué)領(lǐng)域的各個學(xué)科[1]。生物化學(xué)與分子生物學(xué)又是一門實驗性學(xué)科，注重理論實踐并重[2]。生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗課具有很強(qiáng)實踐性和綜合性，在培養(yǎng)大學(xué)生實驗操作技能和科學(xué)研究作風(fēng)等教學(xué)環(huán)節(jié)具有舉足輕重的作用。但由于其存在概念較抽象、知識點(diǎn)比較分散等客觀現(xiàn)象[3]，被醫(yī)學(xué)生認(rèn)為是最難學(xué)習(xí)掌握的課程之一。因此，在實驗教學(xué)中如何增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的啟發(fā)性、思辨性和互動性來提高本科生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力、培養(yǎng)學(xué)生科研思維，是生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗課教學(xué)的核心。

1增強(qiáng)實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的啟發(fā)性

生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容多是驗證性實驗，傳統(tǒng)實驗課授課方式多為教師在講解實驗的同時進(jìn)行現(xiàn)場演示實驗步驟，學(xué)生機(jī)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(xué)生是被動的參與到實驗中，對實驗步驟沒有進(jìn)行積極思考，為了完成實驗而完成，使學(xué)生對實驗課學(xué)習(xí)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(xué)中如何增加教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的啟發(fā)性尤為重要。

1.1引入生物化學(xué)與分子生物學(xué)前沿技術(shù)

生物化學(xué)與分子生物學(xué)是一門快速發(fā)展的學(xué)科[4]，新理論、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，日新月異[5-6]，近年來很多新技術(shù)層出不窮，且在生命科學(xué)研究多個領(lǐng)域都廣泛應(yīng)用，但這些前沿性技術(shù)與實驗課需應(yīng)用的理論知識的結(jié)合在教學(xué)中的體現(xiàn)有所欠缺，致使學(xué)生很難將學(xué)到的知識與實際應(yīng)用聯(lián)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(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)著重介紹一種與本節(jié)課實驗相關(guān)的新技術(shù)，以及當(dāng)下此技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r及在解決實際問題當(dāng)中的應(yīng)用，如在介紹DNA技術(shù)時可以將當(dāng)下肺炎檢測中用到的PCR技術(shù)和確定基因序列的基因測序技術(shù)等融入到課堂中。實驗課不但要讓學(xué)生接觸生物技術(shù)的前沿知識，也要讓學(xué)生認(rèn)識到理論知識在解決實際問題中的應(yīng)用，理解推動生命科學(xué)研究進(jìn)展的技術(shù)原理，認(rèn)識到“學(xué)以致用”的重要性。如在“質(zhì)粒DNA的提取與鑒定”實驗中，考慮到該項實驗技術(shù)應(yīng)用廣泛，以及該項實驗技術(shù)幾乎是一切生物化學(xué)與分子生物學(xué)科學(xué)研究的基礎(chǔ)技術(shù)，因此，實驗課上采用實驗室常用的試劑盒提取方法進(jìn)行質(zhì)粒提取。實驗課中，在講授試劑盒提取質(zhì)粒原理的同時將傳統(tǒng)的堿裂解法提取質(zhì)粒的原理巧妙的結(jié)合起來，讓學(xué)生充分意識到，任何先進(jìn)的技術(shù)方法都源于經(jīng)典，只有夯實基礎(chǔ)才能有所創(chuàng)新。

1.2基于問題的教學(xué)策略的應(yīng)用

生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗內(nèi)容相對抽象乏味，基于問題的教學(xué)策略可將實驗內(nèi)容與貼近學(xué)生生活的實際問題聯(lián)系起來，進(jìn)而將實驗內(nèi)容具體化、形象化。基于問題的教學(xué)策略不僅能大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時也拓寬學(xué)生的知識面及對基礎(chǔ)知識的理解和掌握[7]。首先，要注意加強(qiáng)學(xué)生課前的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)：教師提出與實驗內(nèi)容相關(guān)需解決的生活實際問題，學(xué)生帶著問題預(yù)習(xí)促進(jìn)學(xué)生思考；其次，在充分預(yù)習(xí)的前提下，在課中采用啟發(fā)式教學(xué)方法，教師少講、精講、多問，在實驗中向?qū)W生多提幾個“為什么”，讓學(xué)生多思考。生物化學(xué)與分子生物學(xué)原理在我們?nèi)粘５墓ぷ魃钪须S處可見，因此在課堂講解實驗原理的過程中，我們可以結(jié)合生活經(jīng)驗引入生活實例啟發(fā)學(xué)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(shè)置問題：“為什么發(fā)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(shè)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(chǎn)工藝中的應(yīng)用；在“雙縮脲測定蛋白含量實驗”中，可設(shè)置“如何區(qū)別劣質(zhì)奶粉與優(yōu)質(zhì)奶粉？”等問題或講解三氯氰胺造成的“毒奶粉事件”。

2增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的思辨性

基礎(chǔ)實驗課程內(nèi)容大多只針對某種實驗技術(shù)設(shè)置，在實驗內(nèi)容上每堂課之間大多相互孤立。實驗課上學(xué)生只能被動的接受實驗操作上的訓(xùn)練，學(xué)生即不知道在什么情況下要使用這些實驗技術(shù)，也不知道這些技術(shù)能解決什么樣的科學(xué)問題，更無法將理論聯(lián)系實際，將知識融會貫通[8]。然而，很多分子生物學(xué)中常用的基本技術(shù)在邏輯和操作上都是密切關(guān)聯(lián)的，如重組DNA技術(shù)中的“切-連-轉(zhuǎn)-檢”等技術(shù)，但由于實驗課間隔期往往較大，學(xué)生很容易忘記上一階段的內(nèi)容，不易將整個實驗過程聯(lián)系起來。因此，增加實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的思辨性無疑會有助于提高學(xué)生對生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗技能的應(yīng)用能力以及加強(qiáng)學(xué)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(xué)與分子生物學(xué)實驗涉及一系列技術(shù)方法，利用這些技術(shù)方法可以完成一個完整的科研題目[9]，且其許多實驗技術(shù)可以延伸到生命科學(xué)的多個領(lǐng)域。因此，加強(qiáng)學(xué)生對看似孤立的生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗技術(shù)之間的相互聯(lián)系有助于提高學(xué)生對生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗技能的應(yīng)用能力。綜合性實驗是多個具有相關(guān)性的單一實驗的綜合，能夠把原來相互獨(dú)立的研究對象彼此聯(lián)系起來，有益于學(xué)生對所學(xué)知識更深刻、更全面的理解[10]。綜合性實驗是針對學(xué)生實驗技能及方法而開展的一種復(fù)合性實驗，關(guān)注的是生物化學(xué)與分子生物學(xué)跨章節(jié)聯(lián)系的實驗認(rèn)證，注重技術(shù)的實用性。綜合性實驗通常涉及一些較新穎且常用的技術(shù)，且每個實驗之間都有聯(lián)系，每步操作都要謹(jǐn)慎，否則任何一個環(huán)節(jié)不理想都會影響最終的結(jié)果。例如“質(zhì)粒DNA的提取與鑒定”，它由3個小實驗來完成：（1）質(zhì)粒DNA的提取；（2）分光光度計測定質(zhì)粒DNA的濃度；（3）瓊脂糖凝膠電泳進(jìn)行質(zhì)粒DNA鑒定；這種連續(xù)性的實驗內(nèi)容設(shè)計，可以讓學(xué)生充分了解每一個看似單獨(dú)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(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生基本操作技能及綜合運(yùn)用所學(xué)理論和技術(shù)知識解決實際問題的能力，同時激發(fā)了學(xué)生的科研熱情和創(chuàng)新意識。

2.2引入思維導(dǎo)圖模式

由于生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗內(nèi)容具有覆蓋面廣、所用設(shè)備多和涉及實驗方法也較多等特點(diǎn)，思維導(dǎo)圖的運(yùn)用有助于學(xué)生梳理思路，掌握生物化學(xué)與分子生物學(xué)知識體系[11]。仍以“質(zhì)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(xué)部分的相關(guān)知識點(diǎn)，如核酸的化學(xué)組成、空間結(jié)構(gòu)與功能和理化性質(zhì)等，在梳理知識點(diǎn)的同時引出本次實驗課的實驗原理，將知識進(jìn)行合理串聯(lián)，構(gòu)建成圖譜。其次，可以擴(kuò)展介紹重組質(zhì)粒如“切-連-轉(zhuǎn)-檢”等相關(guān)內(nèi)容，學(xué)生自然而然地就可以將質(zhì)粒提取和鑒定的知識點(diǎn)聯(lián)系起來，最終形成整體把握。此種方法的運(yùn)用有助于學(xué)生對理論課學(xué)習(xí)的知識和實驗內(nèi)容進(jìn)行結(jié)合，加強(qiáng)學(xué)生對理論知識更全面深入的理解。

2.3引入“知識應(yīng)用和知識創(chuàng)新”理念建立科學(xué)考核制度

生物化學(xué)與分子生物學(xué)的實驗教學(xué)考核往往都是以學(xué)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(xué)化的生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗課成績評價體系對于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性起重要作用[12-13]。實驗教學(xué)對學(xué)生的考核不僅要重視過程、重視實驗結(jié)果，更要重視學(xué)生對實驗結(jié)果的分析能力，以“知識應(yīng)用和知識創(chuàng)新”為理念建立的科學(xué)考核制度，可加強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)知識的理解、應(yīng)用和創(chuàng)新，增強(qiáng)學(xué)生的思辨性，且有助于提高實驗教學(xué)效果。在生物化學(xué)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(yīng)分為理論考核、操作考核和結(jié)果分析考核三個部分，理論考核主要考學(xué)生對基本原理的掌握情況以及對實驗現(xiàn)象的分析、解釋等；操作考核主要考察學(xué)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(xì)觀察并詳細(xì)記錄實驗現(xiàn)象等；結(jié)果分析考核主要考察學(xué)生對于實驗結(jié)果的分析和知識拓展能力，同時考察了學(xué)生對知識的應(yīng)用和創(chuàng)新能力。如在“質(zhì)粒的提取與鑒定”實驗，多數(shù)同學(xué)的電泳結(jié)果會出現(xiàn)兩或三條條帶，在課下學(xué)生可帶著疑問應(yīng)用所學(xué)知識、查閱文獻(xiàn)或多媒體及網(wǎng)絡(luò)，如“微課”網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，對實驗結(jié)果進(jìn)行分析，如“出現(xiàn)非單一條帶的實驗結(jié)果是否可信”以及“出現(xiàn)非單一條帶的原因”等分析內(nèi)容需寫入實驗報告中，同時要求學(xué)生對個人實驗操作過程進(jìn)行反思，針對個人實驗結(jié)果總結(jié)實驗中的注意事項，并提供可行的個人實驗改進(jìn)方案。此外，學(xué)生需查閱資料列出2～3個關(guān)于實驗課中涉及的實驗技術(shù)在科學(xué)研究中的應(yīng)用。此考核方式可較為全面、客觀地反映出學(xué)生在實驗課中的表現(xiàn)，雖然操作比較煩瑣，但能比較公正、客觀、合理地評價學(xué)生的實驗素質(zhì)和技能。該考核方式拓寬了學(xué)生的知識面，提升了學(xué)生對知識的應(yīng)用和創(chuàng)新能力，能對實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)的分析和評價，增強(qiáng)了學(xué)生的思辨性，提高了學(xué)生的實驗操作技能、科研創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，為今后從事相關(guān)科研工作奠定基礎(chǔ)。

3增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的互動性

實驗教學(xué)是一個面對面地近距離的教學(xué)過程，師生互動的教學(xué)方式在生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗教學(xué)中無疑是一種非常有效的教學(xué)方法。因此，應(yīng)用討論式教學(xué)增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的互動性[14]，可充分調(diào)動學(xué)生們的積極性，提高學(xué)生的實踐技能，培養(yǎng)出具有靈活的思辨能力和符合時展要求的創(chuàng)新型人才[15]。以綜合性實驗或設(shè)計性實驗為例，在課前學(xué)生需提前預(yù)習(xí)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(nèi)容相關(guān)的生活實際問題，啟發(fā)學(xué)生思考這種問題涉及哪些理論知識，在研究中該如何設(shè)計實驗解決問題。學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論，將需解決問題聯(lián)系所學(xué)的理論知識，學(xué)生會提出若干種解決方法，老師和學(xué)生需共同探討每種實驗方法涉及的原理并進(jìn)行可行性分析，老師需根據(jù)實驗室現(xiàn)有的實驗條件，選擇最適合的解決方案進(jìn)行補(bǔ)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(dǎo)入實驗項目和目的要求。課上對學(xué)生進(jìn)行分組，學(xué)生以小組為單位設(shè)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(jìn)行指導(dǎo)并提出改進(jìn)意見。實驗方案通過后，學(xué)生在教師指導(dǎo)下可以自主配制實驗試劑，操作相關(guān)的實驗儀器，增加了學(xué)生的主觀能動性和主人翁意識，養(yǎng)成正確的實驗習(xí)慣。實驗結(jié)束后首先組內(nèi)討論，自評結(jié)果，教師再引導(dǎo)整個實驗班級學(xué)生互評，并進(jìn)行反思分析。整個實驗過程以學(xué)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(chǔ)上做實驗。同時更加提高了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)，發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，更加激發(fā)了學(xué)生的科研熱情和創(chuàng)新意識。

4結(jié)語

生物化學(xué)與分子生物學(xué)是醫(yī)學(xué)院學(xué)生必修的一門很重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其涉及的許多分子生物學(xué)技術(shù)已成為當(dāng)前醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的通用技術(shù)。我們只有克服傳統(tǒng)教育思想的束縛，堅持“以人為本，以學(xué)生發(fā)展為中心”的理念，增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的啟發(fā)性、思辨性和互動性，充分調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，才能使學(xué)生對生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗課由“被動學(xué)習(xí)”向“主動學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變[16]，促使其主動融入課堂，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)而提高學(xué)生創(chuàng)新能力、培養(yǎng)學(xué)生科研思維，使實驗教學(xué)跟上飛速發(fā)展的學(xué)科要求，培養(yǎng)出更多既懂現(xiàn)代生物化學(xué)與分子生物學(xué)理論又掌握現(xiàn)代科研技術(shù)的研究型、應(yīng)用型科學(xué)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(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室