基于學生創新能力培養下的高校生物化學實驗教學改革

丁佳紅 柴瑞娟 薛正蓮

摘要 生物化學實驗教學可以有效提高學生的動手能力和實驗技能，進一步深化學生對書本理論知識的理解，而傳統的生化基礎實驗往往都是孤立的，缺乏系統性，同時大多以驗證性實驗為主，無法調動學生動手實驗的積極性，實驗效果不理想。創新性實驗教學注重對學生科研思維的導入，激發學生的學習熱情，促使學生參與資料收集、實驗方案設計、實驗過程管理和實驗結果分析，培養學生的創新意識和能力，掌握科學研究方法，為日后獨立開展科研工作奠定基礎。

關鍵詞 生物化學;創新型實驗;教學;科研

中圖分類號 S-01;G424.31文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）19-0277-03

Abstract Biochemistry experiment teaching can effectively improve the practical ability and experimental skills of students， and further deepen students to gain a better understanding of theory knowledge. Traditional biochemical basic experiments are often isolated， lack of systematicity， and most of them are verification experiments. It is impossible to mobilize the enthusiasm of students to do experiments， and the experimental results are not satisfactory. Innovative experiment teaching emphasizes the introduction of students scientific research thinking， stimulates the enthusiasm of students for learning， and encourages students to participate in the collection of data， the design of experimental programs， the management of experimental processes and the analysis of experimental results， cultivates the innovation ability of students， and masters the method of scientific research for building up a good basis of independent research work in the future.

Key words Biochemistry;Innovative experiment;Teaching;Scientific research

生物化學是通過了解生命體的化學組成、結構以及生命過程中的各種化學變化，從而在分子水平上探究其特性與功能、代謝與調節等生命現象的本質和規律。生物化學既是生命科學研究的基礎，又是生命科學研究的前沿，是目前自然科學研究中進展最迅速、最具活力的前沿學科之一。近年來，隨著生命科學、食品科學、醫學和藥學等領域的飛速發展，生物化學課不僅成為生物類各專業的核心課程，而且已滲透到上述領域的諸多學科和專業，并發展成為多學科交叉、多技術綜合、多領域應用的一門前沿學科。

創新人才培養是高等院校的重要使命，也是高等教育發展的必然要求[1]。實驗教學正是可以培養學生創新能力的一個重要途徑和手段，是培養高質量科技人才的關鍵?？茖W、有效地開展實驗課教學對學生深入理解基礎理論知識，熟練掌握基本實驗方法和操作技能，全面提高創新意識具有舉足輕重的作用[2-3]。

實驗是生物化學重要的實踐教學環節，但大部分傳統的實驗教學都是一些驗證性實驗，實驗教學模式單一，實驗內容陳舊，實驗結果簡單，實驗報告千篇一律，學生參與度不高，缺乏興趣，自主性不強。隨著生物化學理論和技術的不斷發展和應用，無論是科研機構、企業還是決策部門都對從業人員的創新能力有了更高的要求，這就促使高等院校在生物化學人才培養過程中適時開展教學改革，改進生物化學實驗教學方法，調整實驗內容，從而激發學生對實驗教學的興趣，加強學生的實踐技能，提高學生的創新素質[4]。

1 生物化學實驗開展過程中存在的問題

1.1 學生參與實驗準備工作不夠

大多數實驗教學是在實驗室內進行，而實驗準備工作就成為實驗教學的重要組成部分。為規范實驗操作流程，保證實驗方案的順利實施和安全有序開展，在實驗教學之前做好實驗準備工作十分重要。實驗準備工作的充分與否將直接影響實驗教學的效果。然而，隨著學校通識課程和公共課比例的逐年增加，專業課尤其是專業實驗課的課時占比受到嚴重壓縮。生物化學實驗課時少，但涉及實驗內容卻很多，而實驗操作步驟復雜繁瑣，耗時長，精細程度高，因此實驗的前期準備工作通常都由教師代為完成，如試劑配制、樣品準備和預處理、儀器的安裝調試等，而學生只需機械地按實驗指導書上的操作步驟完成實驗。這就造成學生不能正確理解實驗前期工作與現象結果間的關聯性，對于實驗過程中出現的偶發現象一知半解，無法深入分析實驗失敗或達不到預期效果的原因，這可能包括試劑配制時操作不正確、溶液標定不精確和儀器校準不規范等。此外，在實驗過程中可能出現新的科學發現也會被誤認為是由于人為誤差導致的。若不充分參與實驗準備工作，還會給學生將來獨立開展科學探索造成困難，其將無法周全地考慮一個完整項目實施的各方面影響因素。

1.2 學生開展實驗的積極性不高

學生對實驗課程的積極性取決于教師的教學方法、實驗材料和儀器的新穎性、實驗內容和方案的吸引力、實驗項目和專業的相關性、學生自信心和受關注度等。如果一個教師的實驗教學PPT總是滿屏的文字，是指令式的操作步驟，是令人乏味的驗證方案，學生的學習興趣必然不高。此前，大部分生物化學實驗項目的設置更多地考慮教學內容的豐富程度、課時合理性和難易度等，通常為了便于管理，減輕實驗準備工作量，各高校將不同專業（如生物技術、生物工程、食品科學與工程、動物醫學、生物制藥等）的生物化學實驗內容都編制的基本相同，而沒有體現出各專業對生物化學實驗技能的特殊需求，當然不能引起學生的專業興趣[5]。實驗項目如果與專業聯系性不緊密，學生從功利性的角度就會覺得學而無用，對學習理論知識起不到促進作用，降低了學習興趣。甚至有些專業數年來的實驗材料、方法和儀器從未更新，無論學科前沿有沒有出現新技術、新理論，總是墨守成規、陳腐濫調。此外，在實驗過程中，學生的角色是否處于主導地位、學生對實驗內容的疑問能否得到及時、正確的處理、學生是否受到教師的關注等，這些都會影響課堂積極性的發揮，從而直接作用于創新能力的培養。

1.3 實驗內容設置不合理

當今生物化學知識和技術發展快速，而有些學校實驗教學計劃及教材內容調整不及時，內容陳舊，這已遠遠落后于時代需求;由于實驗條件的限制，大部分生物化學實驗內容都受制于理論教學知識點，大多以演示性和驗證性項目為主，往往過于強調驗證理論知識，因此實驗內容在知識體系中呈散點狀分布，相互之間缺乏連貫性，學生對所學的知識沒有進行綜合、整體思考與掌握，因而難以激發學生學習興趣，這既抹殺了學生自主實驗的熱情，也不利于學生實驗操作技能、實驗方法和實驗能力的培養。此外，目前生物化學實驗項目的受眾沒有明顯區分，針對不同專業、不同年級、不同學習基礎的學生往往一視同仁，這就造成學生學習的難易程度與其自身能力不匹配，學生易于產生學習倦怠情緒，打擊了學生的創新性。

1.4 教學評價體系不利于“教學相長”

教學評價是雙向的，既包括對學生學習過程的評價，也涵蓋了對教師教學效果的評價。

以往對學生實驗成績的評定都是以實驗報告為主，導致有些學生上課不積極、主動地操作，依賴同組同學做實驗，實驗報告照抄教材，因而無法正確評價學生的實驗操作和動手能力，更難以客觀公正地反映學生的綜合思維能力、創新創造能力和團隊合作精神。在有些學校，生物化學實驗學分或學時只是生物化學課程的一部分，因此實驗課程成績僅占整個成績的20%～30%，這就導致很多學生平時不重視實驗，實驗態度不認真。有些實驗考核雖然是以命題形式開展的，但考核內容大多是由任課教師根據個人的教學經驗擬定的，試題考核的重難點、題型難易程度受主觀因素的影響較大，考試更注重單純記憶性知識的積累，如基本概念、原理、注意事項等;而綜合性、研究性的測試題所占比重小甚至沒有[6]。

在對教師教學效果的評價中，往往存在2種極端現象。一是完全依賴學生評教，通過學生給教師評分來實現教學質量的自我監控，試圖對教師的教學工作起到激勵作用。然而，由于學生的評分往往有失公允，尤其是在課堂上遭受教師指責和那些不習慣該教師講課風格的同學，可能會給出較低的分數。二是主要依賴于教學監督組織，幫助教師不斷更新教學觀念，改進教學方法，保證教學效果。但是，由于每個學院同期開設的課程非常多，督導專家很難顧及所有教師，尤其是實驗課程更游離于監督邊緣。

以上問題的出現并非孤立，它們往往相伴而生，也有可能此消彼長，這些問題的解決為生物化學實驗教學改革提供了動力。

2 生物化學實驗教學中采取的改革措施

2.1 讓學生成為實驗的主人

為進一步深化創新教育改革，提高學生的動手能力和主觀能動性，達到提高教學質量的目的，筆者在安徽工程大學的工科專業生物制藥專業開展了綜合性設計實驗準備工作的教學改革探索。筆者與實驗技術人員一起組織學生參與教師的實驗教學準備工作。首先，每次實驗課前7 d，教師先提出一些富有探究性的問題，啟發學生思考，所有學生帶著問題預習實驗內容，了解實驗目的、原理、方法及實驗注意事項等，并查閱相關的文獻，了解有關的課外知識。其次，在實驗準備過程中，從實驗材料的準備和預處理、試劑的配制到實驗儀器的調試等過程，通過自愿報名的方式選取若干名自愿者與教師一起開展準備工作，盡可能讓學生參與進來。通過教師言傳身教，更好地規范學生的基本實驗操作方法，提高學生的動手能力，增加學生對實驗的興趣，使學生意識到實驗前期準備工作的重要性，在準備過程中要積極思考相關影響因素和科學問題，而不是簡單地接受教師的指令按步驟進行操作。通過充分的實驗準備工作，極大地提高了每個實驗達到最佳效果的概率，并會進一步促使學生養成良好的實驗習慣，鍛煉他們的獨立操作能力和創新能力，為今后做畢業論文及從事科研工作奠定良好的基礎[7]。正式實驗期間，前期參與實驗準備工作的幾名同學被分派到各個小組，由他們協助各個小組的實驗開展。由于他們在實驗準備階段事先經過教師的細致指導，因此對實驗的內容、步驟和注意事項等較其他同學更為熟悉，而且他們同學之間關系融洽，都是同齡人，交流起來更順暢。最后，實驗結束后，邀請學生參與實驗室建設和教學改革討論，對實驗室規劃、儀器性能、使用便利度等進行評價，對教學環節和實驗設計提出建議和意見，使教師能了解學生的需求和興趣點，制定和不斷完善實驗室工作，使師生共同受益，做到教學相長。

2.2 提高學生參與實驗的積極性和興趣

正確對待學生實驗的積極性，包括正確引導和科學激發。正確引導就是不打擊、不抹殺學生提出的創新性想法，并且通過答疑解惑引領學生朝著正確的科學方向探索?？茖W激發就是教師將實驗目的以科學問題形式提出，并鼓勵學生分組思考，查找資料，自主設計實驗方案、小組討論通過最終方案，制定實驗步驟，自主準備實驗材料、配制實驗試劑、安排實驗進程和實驗時間，培養了學生的科研思維和課題設計能力，教師只提供必需的實驗藥品和儀器，在實驗過程中給予必要的幫助和指導。這種實踐形式對學生分析問題和解決問題的能力培養具有重要意義，使學生的實踐和創新能力都得到了全面提高。不同小組的實驗方案可以同時進行，通過獨立的實驗觀察和分析去探索研究，激發和滿足不同層次學生的探索和創新的欲望，最大限度地調動學生自主學習的主動性和積極性。最終教師對不同小組的實驗結果進行綜合評價，分析不同方案的優勢和不足，總結實驗中出現的問題，使學生更加深刻地理解整個實驗過程[8]。

此外，教師要與時俱進，不斷更新實驗教學方式，例如采用探究式的教學模式，發揮學生的主體作用，培養學生團隊合作精神。采用此教學方法后，整個實驗內容涉及的知識點都是由學生自己歸納總結得來，既充分發揮了學生的主觀能動性，又杜絕了教師枯燥乏味的“一言堂”。同時，在多媒體技術的使用上，可采用實驗錄像、實驗模擬動畫、微課等手段來演示實驗操作規范，使單調的課堂氣氛活躍起來，提高了學習效率和學習興趣[9]。指導教師也可以通過改變實驗材料、運用新的技術、選擇新的檢測手段，使學生能對實驗保持新鮮感和興趣。

目前安徽工程大學生物化學實驗已經開展了學期課程實驗、綜合性大實驗和大學生創新計劃實驗項目，學生在不同階段通過選擇不同的實驗項目，從不同角度和層次鍛煉了基本操作技能、問題分析和處理能力、科研思維和創新力。教師通過提前布置學期課程實驗題目，引導學生展開基本技能訓練，強化了學生對實驗過程的思考。針對涉及多個知識點、多個研究方法的實驗內容，在綜合性大實驗中可以得到串聯和歸納。教師還可以結合自己的科研方向，將科研與生物化學實驗結合起來，學生可以根據其興趣特長自主選擇大學生創新計劃實驗項目。這些都為培養學生學習的積極性和興趣奠定了基礎。

2.3 適時調整實驗內容

生物化學實驗課不僅要以培養學生的動手操作能力為目的，單純地完成一些驗證性實驗，而且要加強生化實驗技術訓練，培養學生的科學思維與創新能力[10]。因此，在制定實驗教學大綱時，可以根據該專業特點和專業培養目標調整部分實驗內容，在保留一些經典的、能鍛煉生物化學實驗基本技能的基礎實驗的基礎上，適當增加綜合性實驗、設計性實驗和大學生創新實驗項目，同時引入學生自主性實驗教學模式，刪減驗證性實驗。在實驗內容的順序安排上由淺到深，相互滲透，循序漸進，要以實驗技術和方法為紐帶，實驗內容要能夠相互聯系，使實驗內容更加符合生物化學的學科發展方向[11]。

根據實驗目的的不同，安徽工程大學生物化學實驗課程劃分為基礎性實驗、提高性實驗、綜合性實驗與創新性研究實驗4個層次。在教學實施過程中，將不同實驗內容分別以單個小實驗、綜合大實驗、大學生創新實驗等形式完成。低年級學生主要通過學期課程實驗完成基本的生物化學實驗技能培訓，掌握生物化學的基本方法，規范基本操作技能，激發學生科研興趣。綜合大實驗一般安排在實驗周進行，提高學生綜合的實驗技能和獨立設計、思考的能力。高年級學生則可以通過大學生創新實驗計劃，選擇相應的導師項目參與科研，使學生將理論知識、基本操作技能與科研實踐相結合，學生基于相關文獻資料并在導師的指導下獨立開展科學研究，通過教學與科研活動的結合，不斷提高科研創新意識和能力。不同層次的實驗內容相輔相成，使學生較好地完成了從低年級到高年級科研創新能力的培養過程。

2.4 實驗評價體系的調整

為了克服實驗教學考核體系中存在的問題，培養和提高學生的綜合能力和創新能力，有必要對實驗課程的考試體系進行改革，從而發揮考核在人才培養中的導向作用，使考核體系能夠客觀、準確地評價學生對知識的理解、掌握和應用能力。

新的實驗評價體系應重點考察學生實驗方案設計的創新性和可行性、實驗操作的規范性、結果的可靠性和團隊協作精神等。允許有不同的結果出現，對實驗結果要有深入、細致的分析和討論，鼓勵學生在討論部分充分發揮想象力，就實驗過程提出自己的見解和想法，對實驗方法進行改進等，使學生形成創新性思維。這樣既培養了學生分析問題和解決問題的能力，又為將來撰寫科研論文奠定了基礎?？己瞬捎脤嶒炐〗M考核和個人考核相結合的形式。實驗小組要對整個實驗開展情況做出總結和匯報，個人對自己所承擔的工作做出小結，最后給出綜合考評成績[12-13]。

對教師實驗教學效果的評價也應該多元化。在單一的教學評價中，教師的教學積極性受到了打擊，能力得不到全面認可。如何正確、公正地評價實驗課程教學質量和教學人員的水平，從而促進實驗課教學理念更新、提高教學質量，是長期以來一直被忽略的問題。在進行實驗課程評價時，要將評價主體多元化，依據學生、教學監督專家給出不同方面的評價。學生適合于評價教師的教學態度、教學方法和效果，而教學專家的評價側重于實驗內容、教學方法、教學手段等方面，教師的自我評價主要是針對教學或學生學習的自我反思與分析。此外，也可以針對教師開展教學技能展示或者學生的實驗技能比賽，在此實踐中可根據不同實驗課程的特點，制定相對獨立的評價內容和標準，對教師的特色行為、教學風格和教學效果給予認可[14]。

3 結語

通過生物化學實驗教學模式的改革，讓學生成為實驗課堂的主人，促使學生加深對生物化學基本知識的理解，掌握實驗技能，開闊學生的專業視野，激發專業興趣，提高學生分析問題和解決問題的能力，培養學生的綜合素質和創新能力，為學生從事生物學領域的相關研究及其與生物化學有關的生物技術產業奠定良好的理論和技術基礎[2]。

參考文獻

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