生物化学设计性实验课程改革探索
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摘要：目的：培养创新人才是高等教育发展的需要，创新人才强调“以学生为主体，以教师为主导”，培养学生分析问题、解决问题和终身学习能力；方法：以4个班临床专科为探究对象，随机分为观察组与对照组，每组84例。对照组采用传统教学方法，观察组采用分层教学法，两组学生均接受一学期的实验课教学。教学结束后，通过问卷调查和实验成绩进行详细评价与分析。结果：观察组学生对生物化学知识的掌握显著高于对照组学生，两组比较差异有统计学意义；结论：在生物化学实验教学中应用分层教学法，可显著提高学生对生物化学知识的掌握，值得进一步应用与推广。
近年来，随着生物科技的蓬勃发展，生物化学实验技术已广泛渗透到包括病原检测、药物设计和医疗诊断治疗等各个领域，因而生物化学实验课程教学工作显得尤为重要。医学生物化学作为一门实验性很强的科学，是从事研究生物体内化学分子的结构、功能及其与生命现象本质的学科，是现代生命科学领域中的前沿学科，也是医学教育规划中的重要的专业基础课。因此，为了培养“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的具有创新精神和能力的医学专业学生[1]，仅仅依靠传统的纯理论教学和验证性的单项试验，显然是远远不够的，设计性实验教学在学生综合素质的培养方面起到的重要作用是无法替代的。
1．资料与方法
1.1研究对象
随机选取2016级4个临床专科班共168名学生为研究对象。
1.2方法
在完成传统教学任务的过程中，进行理论教学课后的实验操作，对观察组进行实验综合评价，对综合评价合格的学生以平时成绩为奖励，并引导其进入下一分层实验环节。在分层实验环节中由指导老师负责对学生进行培训，分组进行设计性实验内容的完成方案制作，定期汇报，商讨实验事项。设计完成，以组为单位进行实验操作，实验结束后提交实验报告，最后由指导教师对实验进行评定。
1.3实施方案
1.3.1实验课教学改革设计。以教学大纲为指导，重点内容渗透到实验训练。生物化学是在分子水平上通过研究生物大分子的结构，功能和代谢机制来阐明人类生，老，病，死等生命现象本质的科学。针对医学生的生物化学知识体系可分为四部分内容：静态生化，动态生化，机能生化和生化与疾病，而这些内容都是以生化分子为研究对象的。因此，以此为切入点，可将生物化学基础知识模块化为四大模块：蛋白质、核酸、糖类、脂类。单个模块都是以从结构，功能到代谢调节的系统研究为支点，涵盖生物化学基本的理论和实验技能训练。1.3.2实验课内容改革。现有的生物化学实验课程教学，以简单验证性实验居多，缺乏综合性设计性实验[6]，实验内容缺乏创造性，学生机械重复实验操作，缺乏主动思维和团队协作等方面的训练。比如以下的实验内容：血清蛋白醋酸纤维薄膜电泳，酶的特异性，血糖测定，血清丙氨酸转氨酶（ALT）活性测定等，实验内容较为孤立，是单独的知识点的训练，学生无法从中得到创新能力和实践能力的锻炼，并且不利于医学生在今后从事医学科学的研究。然而基本操作技能虽然存在弊端，但考虑到不同学生的知识掌握水平和学习能力的不同，因此，在不放弃原有的实验教学内容的基础上进行了新的综合性实验设计，并依据学生的能力进行分层教学。分层教学是教师根据学生的知识，能力水平和潜力倾向，把学生科学地分成几组水平相近的群体并区别对待，使得各群体在教室恰当的分层策略和相互作用中得到最好的发展和提高[7]。基础实验的教学目标是基本实验技能的掌握，在基础实验课程考核环节中，成绩达到良好和优秀等级的，可进入综合设计实验环节；而成绩未达到的，则需进行新一轮的基础实验课程训练。综合设计课程的编排侧重生物大分子的分离，提取及鉴定，并包含各种实验技术。为了达到提高学生实践动手能力，培养学生独立思考和团队协作的科研素质，筛选了以下实验提供学生选择：蛋清溶菌酶的分离和鉴定，细胞核分离纯化及DNA，RNA含量的测定，动物糖原的提取与鉴定，酮体的生成和利用。综合性实验内容紧凑，连贯，系统，实用性强，学生如要达到实验目标，需灵活运用生物化学理论知识和基础技能，发挥创新思维能力，使学生的科研创造能力得到锻炼。如“蛋清溶菌酶的分离和鉴定”以鸡蛋为原料，贴近日常生活。在酶的分离阶段，涉及生化技术包括层析技术，蛋白质标准曲线制定，离心等电点沉淀，离子交换层析等；酶的鉴定阶段，涉及蛋白质浓度测定，SDS-PAGE电泳，酶活测定，酶专一性和特异性鉴定等。内容涵盖蛋白质模块重要的理论知识和基本技术，学生不但掌握了具体的实验方法，更领会到技术的实际应用效果，从而使学生真正将书本知识点做到学以致用。1.3.3教学方法多样化。教学方法的改变是为了突出学生的能力和素质的培养，突出“以学生为主体”，充分发挥学生的主体作用，培养学生的独立思维能力和实际应用能力。参与综合性设计环节的学生，整个过程以小组为单位，实验过程全部由学生自己操作完成，前期对设计性实验题目的分析和步骤的交流，可以通过小组内讨论来进行思考和修改。完成“头脑风暴”后，每小组推举发言人，进行实验前PPT讨论，根据讨论方案进行实验，完成实验并撰写科研型成果论文，培养团队协作的精神。教师在实验教学过程中主要起到指导作用，解答学生在实验中遇到的问题，引导独立思考，把握实验进度，保证达到计划要求，形成实验成果[8，9]。学生根据教师设计的综合性设计实验课题进行选择，确定目标后，教师不会直接告诉学生解决方法，而是启发讨论，引导学生自己寻找问题，培养其解决实际问题的能力。教师重点放在设计方案，引导讨论和开展实验，检查、分析实验数据以及学生实验安全性问题上。1.3.4实验室的使用。实验室是利用固定的仪器设备和设施创造出的具有多种条件或环境的场所[10]。在这个场所中，可为学生实验教学提供有力支持。封闭的实验环境对创新能力的培养会产生负作用，而开放的实验室可方便学生随时将“新鲜出炉”的创意付诸实践，也可以在没有思路之前进行一些预实验。我们对实验室的设备和仪器设施做到完全开放，老师在进行综合性设计的学生进入实验室之前，需进行严格的实验室安全培训和仪器使用方法及注意事项，做到“放而严管”，而不是“放而不管”。1.3.5实验报告的撰写。在后期，实验报告的撰写中，我们提倡论文式实验报告，学生根据预实验和前期文献的查阅来书写实验报告，实验报告中应体现实验整体的设计思路，并配合图像处理和结果讨论、文献查阅，全面提高学生科研阅读和撰写能力，使学生在实验学习中与科研接轨，尽早地培养其科研能力和科研思路，将系统的科研方法和体系融入到生物化学实验教学之中。
1.4效果评价
改变单一的学业成绩考核办法，采用多元化的考评方法，关注学生平时的学习过程，关注学生理论与实践的结合及实际能力的提高。教师根据学生文献查阅，实验方案设计，实际操作，实验记录，实验报告等多个方面综合评定给出成绩和评价结论。完成整个设计性综合实验的教学过程。实验结束后，以匿名的方式在参与实验的同学中进行问卷调研（见表1）。问卷内容涉及开放实验室的时间安排，学生对实验的兴趣，实验的困难度是否合适等，让学生参与到实验室教学改革中，通过学生反馈的意见可以指导下一学期的开放实验教学。
2．结果
表1：设计性生物化学实验教学改革调查（n=168）
3．讨论
国内教育虽然培养了一大批高学历的优秀学生，但在创新教育方面与发达国家相比，仍存在较大的差距。其中原因之一是实验教学环节薄弱[2]。具体有几个方面的不足：1.教学内容更新慢：近年来，生物化学实验技术呈现迅猛发展的局面，而教学中的一些方法和技术手段已被新技术取代，教学不能与时俱进。2.教学方式较传统：传统实验教学将实验项目、原理、步骤，甚至结果都告诉学生，导致学生不假思索，失去了实验课的兴趣。3.实验教学标准欠完善：实验课无法独立考核，学生学科考试以理论考试为主，学生对实验课缺乏足够重视，导致教学效果欠佳。在高等教育教学国际化的形势下，生物化学实验教学应该吸收国外先进的经验，积极探索并勇于创新。许多国家注重学生的独立操作能力，提供学生充足的条件和时间完成实验操作，日本东京大学和早稻田大学的物理课程实验课学时是理论课学时的2-3倍[3]。美国大学注重教学、科研、生产相结合的理念，在大部分美国高校中实验教学类型和实验教学过程分层次进行，每个层次采用相应的教学大纲和模式，层次越高，设计性实验的成分越多，并且对实验教学有严格的考核制度[4]。此外，美国十分重视网络资源，设计性实验方案通过网络平台传给教师审核，充分利用网络资源引导学生自主学习，获取相关的信息[5]。实验前期，我们将单块的理论知识点和各项实验技能通过精心设计糅合在一起，开设具有系统性的实验课程，将生化零散的知识点模块化。通过前期基础实验状态的评估，确定设计性选题的难易度，提供符合学生能力的实验，避免学生在实验过程中受过多的挫折，挫败感的产生不利于学生对实验技能的学习，并且会降低学生创新的积极性。在本次探索过程中，学生独立设计、操作实验，撰写实验报告，通过一整套实验流程的参与，锻炼了学生独立思考、分析、解决问题的能力，因此，设计性实验的内容和形式是值得进一步研究和完善的。
作者：钱晶 王莎 蒋培余 王伟伟 单位：湖州师范学院生化与分子教研室