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生物化学实验技术课程涉及的知识面非常广,在实验开始前,由任课教师及实验技术人员就实验过程中相关的基本理论、知识要点、难点做归纳与总结,形成试题册,利用学生业余时间开展知识问答竞赛,帮助学生充分理解、掌握生物化学实验理论知识与技能,激发学生学习兴趣及参与实验的“主人翁”意识和主观能动性。该实验课程是生物技术、动物医学等专业的基础实验课程,一般在大学第三学期开设,此时学生对生物化学实验室里仪器设备的使用方法及实验试剂的配制知之甚少;因此,有必要进行统一的培训。仪器主要包括自动部分收集器、电泳仪、离心机、超净工作台、紫外分光光度计、记录仪、水浴锅、紫外分析仪等。实验开始前,由实验技术人员制订仪器简明操作手册,并进行示范操作与讲解,学生反复练习,在教师的指导下牢固掌握仪器的使用方法和注意事项,为后续生物化学实验的开展及将来的科研工作打下坚实的基础。
2重编实验教材,优化教学内容
随着生命科学的快速发展,新的生物化学技术不断涌现,使生物化学的理论知识、研究方法和内容不断推陈出新;因此,对生物化学实验教学内容提出了更高的要求。为此,我院生物化学教研室组织经验丰富的专家、教授、青年教师共同编写了《生物化学实验技术》,本书删除了一些陈旧、过时的实验,增加了一些与生物技术、动物医学等专业应用紧密的新实验。同时将本实验室常规仪器设备的操作方法、注意事项,常用试剂的配制及保存,常用蛋白质等电点、分子量及常用生物化学词汇及缩写写进本书,以方便学生日后的查阅与应用。传统的生物化学实验教学内容多为一些基础性、验证性的简单实验,教学目的过于“单一化”、教学方式过于“程式化”,这种教学方法容易导致学生思维定势、机械操作,实验兴趣不高,为此我院加大了综合性、设计性实验的比例,加强实验的系统性学习,建立了一个既能培养学生基本实验技能,又能提升学生综合设计能力的实验教学体系。以“小牛血清免疫球蛋白分离、纯化及鉴定”为主题,开展了如下实验项目。
3改进实验教学方法,突显学生主体地位
3.1使学生学习变被动为主动
以往的实验教学多是教师讲解,学生模拟、验证,被灌输的“填鸭式”教学模式,双向交流较少,学生积极性不高,无法满足培养高素质综合性人才的需求;因此,把学生放在一个主动学习的位置上是极为必要的。实验开始前,将学生分成几个小组,让学生亲自参与实验的各个环节,包括试剂的称量、配制、高压;实验材料的包装、灭菌;实验仪器的调试、校正;预习报告的书写;实验原理及操作重点环节的思考和讨论等。通过主动参与实验,既培养了学生“主人翁”意识,又锻炼了动手操作能力,培养了团结协作的精神。
3.2多媒体技术和虚拟实验的建设与应用
多媒体技术能有效地将声、色、动画相结合,使多媒体教学生动、形象、直观、具体、动静结合、色调鲜明,现已是一种普遍的教学手段。利用现有的教学设备资源制作多媒体课件、演示实验动画、教学视频等,同时,利用网络资源,搜集国内、外实验课相关素材,开拓学生的视野。吉林大学网络虚拟实验建设项目完成的“双向电泳实验技术”等微实验已应用到实验课教学中,教学效果突出,虚拟仿真实验打破了时间、空间的束缚,为学生自主学习创造了良好的机会。
3.3举办生物化学实验报告会
生物化学课程是专业基础课和必修课,学时多,学分高,理论性及实践性极强。学生通过查阅大量国内、外文献,结合目前生物化学先进的技术热点和研究内容,自选题目,独立完成PPT;邀请生物化学教研室的教师,利用业余时间组织学生进行汇报和交流,同时,教师给予相应的指导和总结。通过举办报告会,使每名学生都有机会展示自己,开阔了他们的视野,锻炼语言表达能力的同时,也增强了他们的自信心,提高了学生学习的积极性、主动性。
4开放实验室,给予学生更多的选择
实验课的教学目的是让学生把学到的理论知识应用于实践。鉴于课堂学习时间及资源的局限性,有必要将实验室对外开放,鼓励学生积极申请吉林大学“大学生开放性、创新性实验项目”,创造条件让学生将好的实验项目和想法得以实施。例如猪脾脏胰蛋白酶的提取及鉴定;蚓激酶的提取、纯化及检测;胰蛋白酶比活力的测定方法比较;梅花鹿鹿茸多肽的提取及应用等实验项目均得到了很好的开展,并顺利完成了结题鉴定。实验室的开放是实验课计划内学时的一个强有力的补充,使学生有了更多的自和独立完成实验的机会,激发了学生的创新思维和意识,培养了学生的科研思路。
5教学改革实施的效果分析
改革后的实验教学内容不再是简单的、单一的验证实验,而是一环扣一环的连贯性很强的综合性实验。多样化的实验内容提高了学生对生物化学实验技术的理解和应用能力,深化了对生物大分子的性质、提取、纯化及检测等理论知识的学习;教学手段的改革使学生的实验态度变被动为主动,增强了实践过程中的责任感,培养了学生实验动手操作能力;实验室的开放使学生能够合理安排时间,将科研设想得以实现,部分优秀的本科生顺利完成了开放性创新实验项目,撰写研究论文并公开发表。通过对2012级、2013级和2014级生物技术专业及动物医学专业共约400名学生开展实验教学效果满意度调查结果表明:95%的学生满意新的教学模式,5%的学生提出了新的建议和想法,在后续的实验教学中有待进一步的改进。
6小结
1.1缺乏完整独立的教学大纲
原有的生物化学实验教学无论从内容上还是形式上都附属于理论教学,没有单独开设课程,缺少完整独立的教学大纲,使得实验课教学的目标不明确,实验间的关联性不强,不能很好地展现实验教学的系统性和连贯性.
1.2教学内容安排不科学
由于受到实验教学学时以及实验仪器的制约,教学中主要以验证性实验为主,综合性及设计性实验偏少.验证性实验的结果都是已知的,操作方法也是固定的,只要按照步骤进行实验就可以了,学生参与的积极性与主动性都不强,不利于培养学生的创新思维和创新能力.
1.3考核方法不全面
以往生物化学实验成绩只占生物化学总成绩的20%,仅单纯依赖实验报告完成的好坏进行评定,这样的考核方式势必会造成学生不重视生物化学实验课,从而使教学效果不能得到很好的保障.
1.4实验室资源利用率不高
平时实验室只在实验教学时使用,对学生在课余时间开展的科研活动未完全开放,造成实验仪器和设备的利用率不高,导致实验资源浪费,同时也影响了学生进行科学探索的热情.
2优化实验教学体系
新的教学计划实施以来,借鉴其他高校的成功经验,结合我校生物化学实验教学条件的现状,遵循客观性、相对独立性、创新性和系统性原则,对原有的实验教学体系进行了优化.制定新的生物化学实验教学大纲,编写实验教材,调整实验教学内容,改进实验教学方法,优化课程考核方式,提高实验室的开放力度.通过在这些方面的改革,更好地促进了学生参与实验的积极性,使其实验动手能力得到了极大的锻炼,教学效果也有了较为显著的提高.
2.1实验教学大纲的制定
在新的生物化学实验教学大纲中,明确了课程目标是让学生在实验中加深对基础理论知识的理解,熟悉并掌握生物化学实验的基本操作技能,培养科学思维、分析问题和解决问题的能力,为以后所参与的科学研究奠定良好的基础.制定的生物化学实验教学大纲以基本技术为依据,包括离心、层析、电泳、膜分离、PCR与分子克隆等,根据实验室的硬件和软件配置情况,按照验证性实验、综合性实验和设计性实验的层次安排了具体的实验,由简单到复杂,循序渐进地培养和锻炼学生的实验操作能力.
2.2实验教材的编写
根据教学大纲的要求,参考生物化学实验相关的文献资料,结合教学和科研工作,编写了适合生物化学实验教学的教材.实验内容涉及生物化学课程中的糖类、脂类、蛋白质、酶和核酸等生物大分子的提取、含量和纯度的检测及性质的验证等,实验技术包括分光光度技术、电泳技术、层析技术和离心技术等.该实验教材中还加入实验记录、实验报告写作规范和写作要点,也增加了实验室安全要求、实验废弃物的处理方法、实验中涉及到的安全隐患、实验器具的洗涤干燥及计量仪器的选择与使用等较为全面的内容.在教材的使用过程中,及时对发现的问题进行记录,以期在教材再版时进一步地补充和修正,使其更加完善合理,让学生真正地理解每个实验乃至每个实验步骤的设计目的和原理,这样可以使所学的知识在以后的科学研究中达到学以致用的效果.
2.3教学内容的调整
实验教学内容是影响实验教学质量的一个重要因素,在调整实验教学内容时,始终注重与生物化学理论课程的衔接呼应,内容从易到难,并适度重复实验基础知识、基本方法和基本技能,使学生能够充分掌握并自我运用.原来的生物化学实验不是独立的课程,学时较少,只能以验证性实验为主.在新的教学计划中,生物化学实验独立开课,学时也有所增加.教学内容也进一步地调整为:首先讲授基本实验理论,传授基本实验技能,进行基本能力的培养,强调实验技术要领和操作的规范性;然后在此基础上开展验证性实验、综合性实验和设计性实验,综合性与设计性实验使学生能够主动地去选题,查阅文献,制定实验技术方案,优化实验体系,分析和解决实验过程中出现的问题,对实验结果进行归纳总结,通过这样的锻炼可以培养学生的综合能力,激发学生对科学研究的兴趣,启发学生的研究思路,挖掘学生的创造潜能,提高学生的创新意识和科研能力.
2.4教学方法的多样化
传统的实验教学基本上以灌输、模拟和验证为主.授课方式多以板书为主,信息量较小,虽然能够传授知识,但不利于学生创新能力的培养,学生的学习主动性也没有得到充分的发挥.现在的教学根据生物科学专业的特点建立了“以学生为主体、教师为主导,实现学生自我学习、自我实践”的教学新模式.
2.4.1以教师为主导,开拓学生的创新思维
通过提出问题→分析问题→实验实践→总结归纳→再提出问题的可持续循环模式进行实验教学,鼓励学生打破思维定势,进行发散性、拓展性与联系性的思考.提出一个科学问题,让学生去思考,查阅文献资料进行研读,自主设计实验,教师在此过程中适时地给予科学的指导并提出合理化建议,从而使实验方案具有科学性和可行性.鼓励学生利用课余时间参与教师的科学研究项目的相关工作,这样不仅可以锻炼学生解决科学问题的能力,还可以拓展学生的知识面,同时也给学生营造了良好的思考问题的氛围,这是一种能够培养学生科学素养和创新精神的课外教学模式.实践证明,通过结合科研工作中遇到的问题来教学,可以增强学生学习的趣味性,拓展学习内容,对学生创新实践能力的培养起着非常重要的作用.
2.4.2以学生为主体,充分发挥学生的主观能动性
在实验教学中要鼓励学生积极参与实验的准备及讲解,充分发挥学生在实验教学过程中的主体地位,提高学生的语言表达与科学思维的能力.
(1)由学生准备实验.
在大多数的实验教学中,实验准备工作(包括样品的准备和预处理、试剂的配制与分装、仪器的调试等),都是由授课教师或实验教师准备的.这样造成的结果就是学生在上课时“人到心未到”,像机器人一样进行操作,缺少必要的思考.为了改变这种现象,现阶段生物化学实验课基本都是由学生自己动手准备,教师给予一定的指导,通过这种方式,使学生知道实验准备的重要性及规范实验操作的必要性.
(2)学生主讲,教师辅助的教学模式.
实验教学前,让学生分成多个小组,把不同的实验分配给这些小组,让学生以小组为单位查阅资料、制作多媒体幻灯片,上课时,让各小组安排学生来讲解实验的目的与意义、实验原理、操作步骤和注意事项等内容,最后教师进行必要的更正和补充.通过这种教学方式,使学生的语言表达能力得到了锻炼,同时也使他们在文献查阅和PPT课件制作方面有所进步,提高了对生物化学学习的兴趣,促进了他们在课余时间自主学习的积极性.
(3)以错误为鉴,为正确的学习打基础.
在确保安全的前提下,放手让学生去做实验,对于在此过程中出现的一些错误和不规范的操作,待实验结束后再根据实验结果进行纠正.要求学生在后续的实验中主动地相互纠错,培养他们细致观察、规范操作、认真思考的良好习惯.通过这种方法,可以更好地整合知识,锻炼思维,全面提高学生分析问题和解决问题的能力.探索以学生为主体,教师为主导的教学新模式,摒弃原有的以教师为中心,学生被动学习的教学方式,使实验教学逐步实现教向学的转变.让学生真正成为实验教学活动的主体,使他们的主观能动性能够得以更好的展现,激发学生的创新意识,有效地培养学生的创新思维能力.通过实施这种新的教学模式,学生在仪器操作的熟练程度、实验现象的观察力以及数据的分析能力等方面都得到了很好的锻炼和增强,学生实践能力和创新能力得到了较为全面的提高.
2.4.3运用多媒体,增加授课的信息量
利用现代化的多媒体教学工具,如计算机辅助教学录像、投影幻灯片等,将教学中难以用语言和图形表述清楚的内容,通过动画的形式进行演示,这样既能够活跃学习气氛,增加课堂的生动性和趣味性,同时也可以增强学生对抽象知识点或原理的感性认识,调动学生学习的主动性,提高实验效率和教学效果.
2.5优化考核方式
改革了生物化学实验课程的考核形式,最终成绩由四部分构成:考勤及平时课堂表现占20%,实验报告占20%,实验理论考试占30%,实验操作考试占30%.从实践效果来看,改变了以往学生重理论轻实验的现象,使学生的实验操作能力、综合分析问题的能力及知识创新能力有机结合在一起,调动了学生参与实验课程的教与学的主动性和积极性.考核内容更加丰富,考核形式更加趋于合理和全面,打破了以往的实验报告定成绩的惯性思维,提高了学生在实验中对实际操作的重视程度,也进一步加深了学生对实验理论的理解.
2.6开放教学实验室
为促进教学实验室开放,提高仪器的使用效率,鼓励本科生提前进入实验室进行科研活动.从2005年开始设立了“实验技术研究项目”,在2010年又设立了“教学实验室开放基金”,制定了相应的管理办法和操作规范,经费资助力度逐年增加.实验室的开放,一方面,有利于实现以学生为本实施个性化教育,充分发挥学生的自主性和创造性,培养学生良好的科研思维.另一方面,学生在教师的指导下进行一些探索性科学研究,有利于激发创新灵感的产生,也有利于新想法在实践中得以释放和验证,对培养学生的综合素质是非常有益的.学生通过参与实验室开放基金项目的相关课题,可把所学的生物化学知识运用到科学研究的实践中,使学生对专业知识的理解得以加深.同时也对科学研究的基本流程有了初步认识,增强了积极开展科研的意识和专业学习的兴趣,锻炼了学生实验操作、文献阅读、数据分析以及独立思考的能力.
3结语
1教学内容紧扣专业
我国社会主义现代化建设的人才需求呈金字塔形,应用型人才处于中间层,其下层的是大量技能型人才,其上层则是少数研究型人才。笔者所在学校以培养本科层次的应用型人才为主,因此生物化学的教学应与人才培养目标相适应。在生物化学教学中,应重视基础知识的学习,更应密切联系专业应用实例,让学生做到学以致用,在此基础上适度介绍生物化学学科前沿以开阔学生视野,这种拓展也应偏重应用实例。这一点有别于学术型人才的培养,后者不仅重视基础知识,而且密切关注生物化学的前沿研究,注重引导学生进行文献查阅和知识拓展。生物化学是多个专业的基础课,不同专业对该课程知识需求的侧重不同,因此学习内容与要求应该差异化。对于食品专业(食品科学与工程、食品质量与安全)而言,课程内容的选择应为后续相关食品专业课程做好铺垫和渗透工作,例如,三大营养物质的成分化学和代谢过程是食品专业学生学习的重点,该部分内容的学习有利于学生系统地理解三大营养物质对人体的营养作用以及在人体内的代谢过程。在学习成分化学的时候,可指出该部分内容所需要掌握的概念、分类、结构、性质等知识在后续专业课程中都还会涉及并运用,比如在食品化学课程中各种成分的加工特性、食品营养学课程中的消化吸收过程以及食品分析或食品理化检验课程中某些定性定量测定方法等。在学习物质代谢过程时,指出该部分知识有助于理解后续课程的相关内容,比如食品保藏原理与技术课程中生鲜食品的贮藏保鲜以及功能性食品课程中各类功能性食品的作用机制等。此外,对于核酸化学以及遗传物质的传递、表达过程这部分内容,进行系统性讲授但相对简明扼要,要有别于生命科学相关专业。同时,在教学过程中应结合专业实例,突出应用型人才培养的理念。例如在学习蛋白质化学时,可以将与之相关的一些实例紧密结合起来讲授:轰动全国的“三聚氰胺奶粉”事件与以蛋白质氮含量为依据的蛋白质定量测定方法——凯氏定氮法密切相关;食品行业中常用的杀菌方法与引起蛋白质变性的因素相关;面包制作过程中面粉形成强内聚性和黏弹性面团与面筋蛋白通过疏水键和分子间二硫键形成了三维空间网状结构密切相关。在学习酶这一章节时,也可以密切联系生产实际。例如介绍各种酶在实际生产过程中的应用,包括啤酒生产中涉及的淀粉酶和蛋白酶,果汁饮料生产中的果胶酶与纤维素酶,以及甜味剂生产中的淀粉酶、糖化酶和异构酶等。在学习物质代谢时,可以联系酸奶、味精、酒类等生产过程,说明代谢途径及其调控在食品行业中的应用。再比如,在介绍DNA复制时,可以联系2013年欧洲的“马肉风波”事件,让学生了解PCR分子检测技术在食品行业中的应用,并且为后续课程如食品安全快速检测技术的学习奠定基础。
2参考书选择与校本教材编写
选用什么教材关系到双语教学质量[2]。虽然多数老牌高校喜欢直接采用外语原版教材,但对于新升地方应用型本科院校来说,单纯使用外语原版教材往往会出现两大问题:一是“水土不服”,外语原版教材中许多针对西方发达国家的案例不适合直接“拿来”;二是“篇幅大、阅读难度大”,学生由此产生畏惧和退缩心理。此外,目前原版教材价格较高,大部分学生很难承受。基于这些原因,课题组在前面两轮教学实践中对生物化学双语教学的教材选择是“复线型”的:以TrudyMcKee,JamesR.McKee编写的“Biochemistry:AnIntroduction(SecondEdition)”外语原版教材作为主体教材,以国内王艳萍主编的普通高等教育“十二五”规划教材“生物化学”作为推荐参考书。外文原版教材可以让学生拓宽视野,学习不同文化的思维方式,增加学习乐趣。中文教材可以帮助学生进一步理清思路,在阶段性小结和复习时尽快掌握知识要点。这种“复线型”教材,既保证了新升地方应用型本科院校使用外语原版教材,又满足了其开展双语教学工作需要循序渐进的要求。然而,“复线型”教材的缺点是一些外语基础较差的学生会依赖中文教材而忽视原版教材的学习,且存在外文教材内容偏多、与现行教学大纲有出入的问题。因此,课程组经过反复讨论,并通过民意测验征求学生意见,在遵照教学大纲的前提下,着手编写适合我院食品专业的生物化学双语教学的校本教材。在编写过程中,以坚持外文“原汁原味”为基础,对外文原版教材的内容进行重新整理、适当精简和关键词注释。段落内容根据其难易程度采取两种方式处理:简单内容用中文进行段落大意归纳,复杂内容采用中文“翻译+段落大意归纳”相结合。此外,将部分中文教材的内容择其精华编译到外文教材中。目前初稿已完成并在进一步修改中,在下一轮生物化学双语教学实践中即可试行使用,并根据教学效果、学生反馈意见等将其不断完善。
3如何提高课堂教学效果
3.1循序渐进,实施过渡型双语教学
新升地方应用型本科院校的双语教学存在师资队伍相对薄弱、学生外语水平参差不齐、教学环境不够完善等问题。因此,笔者认为在此类院校中采用过渡型双语教学模式比较合理[3]。该教学模式可分为三个阶段:(1)第一阶段采用“基本维持母语”模式。教师在授课过程中用近20%的英语比例来解释专业知识,而学生可根据自身的英语程度,在回答问题时自由选择英文和中文的比例。(2)第二阶段的模式为“基本维持非母语”。在这一阶段,根据教育部在2004年对本科院校双语教学中外语比例的规定,教师的英语授课比例要达到50%,学生在该阶段逐渐实现由“基本维持母语”向“基本维持非母语”模式过渡,其前提是能够掌握一定专业课程词汇和基本通过英语关。(3)第三阶段为“完全维持非母语”模式。此阶段要求在第二阶段的基础上逐步推行英语沉浸式教学法,即教师的英语授课比例要达到70%及以上,让学生完全沉浸在英语的世界中学习专业知识,而学生需要完全用英语回答问题和进行讨论。在前两轮教学实践中,课题组采用了上述过渡型双语教学模式,基本实现了从第一阶段向第二阶段的转变。但是在向第三阶段转变的过程中,阶段性民意调查则反映出学生对第三阶段模式的不适应和抵触情绪,学生的英语水平以及专业知识接受能力跟不上。因此,课题组的教学暂且停留在第二阶段的水平,这也充分体现了遵循“因材施教”的原则。笔者认为,双语教学应当遵循专业知识学习为主、专业英文学习为辅的原则。在双语教学中,不应为了追求形式对英语授课比例作出硬性规定,而是应当根据教学内容以及学生的接受能力,适时调整双语教学时的两种语言比例。例如对于相对简单易懂的知识,可多用英语讲解;而对于比较复杂、生涩难懂的知识则增加中文讲解的比例。总之,应在在保障和提高专业知识传授效果的基础上合理使用英语,另外对母语的应用亦不可忽略。
3.2多媒体与板书相得益彰
在进行生物化学双语教学的课件设计时,应覆盖双语专业人才所必需的基础知识和基本技能,合理把握知识的广度和深度,内容编排上应注意连贯性和逻辑性。值得一提的是,在生物化学双语教学中,专业词汇教学是一个非常重要的环节[4]。正如著名语言学家Wilkins所言,“Withoutgrammarlittlecanbeconveyed;withoutvocabularynothingcanbeconveyed”[5]。因此,外文课件内容中比较生僻或重要的专业词汇,后面应增加中文注释。此外,在课件的每一章节前列出关键词汇表,适时总结生物化学英语词汇特点和构词规律,并进行定期词汇测验。这些措施考虑到了学生的外语基础程度不一,同时也是提高课堂教学效果的有效措施之一。双语教学过程中,应合理运用多媒体教学手段,但不能忽视传统板书的作用。多媒体辅助教学具有直观、生动和形象的优点,例如DNA复制、转录、蛋白质生物合成等比较抽象的知识可通过视频和动画将十分复杂的过程鲜活地展现出来,便于学生理解记忆。但多媒体也存在一些问题,例如信息量大、节奏快等,往往让学生觉得跟不上。而传统板书则具有许多多媒体教学手段不可替代的优点,例如在黑板上保留时间较长,重点、难点清楚,便于学生选择性记录,有利于弥补教师讲述不清或学生听得不清的缺陷以及灵活性较大等。因此,在教学过程中可采用多媒体与传统板书有机结合的方式,两者互为补充,有利于强调和突出重要知识点,有利于加深学生印象、提高学习效果。
3.3多种教学方式结合,充分发挥学生主观能动性
课题组注重知识框架构建,在第一次课堂上首先帮助学生梳理好生物化学课程的内容框架,分为成分化学和生命的化学反应两部分:前者围绕化学物质包括糖类、蛋白质、脂类、核酸、酶、维生素等的定义、分类、结构、性质等内容展开;后者主要涉及糖类、脂类、氨基酸、核苷酸的合成代谢与分解代谢,还包括遗传物质的传递与表达(复制、转录、翻译)。使学生从一开始就对该门课程理清思路,将来学得有条理。此外,生化知识点多,学时有限,不可能实现面面俱到,所以每个章节应明确哪些是知识重点,哪些是可以自学的,提出具体的学习范围及要求。教学方法上,在以讲授式为主的基础上,根据具体内容灵活运用多种教学方式:(1)问题教学法:教师在授课过程中引出某一具体问题,引导学生在课堂或课后进行思考和讨论,最终得出结论。比如让学生自行归纳总结三大营养物质代谢之间的关系,绘制代谢网络图等。这样能让学生带着问题自学,从而让学习从课内延伸至课外,此时应向学生推荐针对性的文献、网站或参考书,以提高学习效率。(2)图表教学法:将有关知识要点整理归纳成直观的图表,这种形式有利于学生梳理知识。(3)文献教学法:例如在讲解核酸这一章时,可引出近期发表在世界顶尖杂志《Science》上的相关文献,让学生去查阅和了解最新进展。(4)趣味教学法:为了便于学生记忆和巩固知识,可以巧妙利用谐音或口诀对复杂的相关知识进行概括总结,使之读起来朗朗上口。还可以采用“小游戏”的方式帮助学生学习,例如教师与学生一起制作卡片代表三羧酸循环中八种酶,请学生手持卡片按顺序站好,依次说出每种酶所催化的反应。在课堂教学过程中,尽可能充分调动学生的主观能动性。例如在课堂教学环节中,每次上课开始时安排知识回顾这一环节,采用随机点名或主动回答的方式,时间控制在5分钟左右,作为平时考核成绩之一。因此,每一位学生在上课前,均需要做好充分的复习准备。再比如,针对维生素这一章节内容,在给出知识要点的前提下,以分组形式布置双语汇报工作,作为一次课堂考核成绩。要求双语课件,双语讲解,时间8~10分钟,每组讲解2种维生素。需要特别指出的是,各组最终形成一个版本的幻灯片课件,每组汇报者事先不指定,也不允许学生自行推荐,由老师当堂随机点名确定,这就要求每一位组员均需参与课件制作以及做好汇报的准备。两轮实践下来,学习督促效果较为显著,学生的积极性和配合度均较高。
4小结
关键词:生物化学 理论教学 教学研究
生物化学是研究生命的化学,从分子水平研究和探索生命的奥秘,是生命科学如医学、农学、林学、畜牧学、水产养殖学中一门重要的基础课。也可以说是生命科学的“共同语言”。由于这门学科的研究范围涉及生命活动过程的各个环节,具有较强的系统性、抽象性、综合性,学生普遍反映学习难度较大。而且知识更新快,知识点繁多,代谢途径错综复杂,学生感到既枯燥乏味,难以理解与记忆,常被学生称作最难学的学科之一。为了激发学生的学习兴趣,提高课堂教学的效率与质量,我们对生物化学的教学进行研究和探索。
一、现代化教学手段——多媒体课件在理论课堂教学中的应用
计算机和网络是当今先进生产力的标志,其在教育领域的引入对传统的教育思想、教学内容、教学方法和课程体系产生巨大的影响。为培养高素质的创新人才,我们在生物化学教学中引入多媒体课件教学模式,使难于理解的生化机理通过图象、图表、文字、数据与动画演示结合,融为一体,直观地表现出来。激发了学生的学习兴趣,活跃了课堂氛围,使学习变得相对轻松愉快。例如在讲授“蛋白质生物合成”章节时,传统的教学模式难以展现这种动态的合成过程,教师通过板书花很多时间去讲解起始复合物的形成、氨基酸的活化,进入、转肽、移位等,学生普遍反映太抽象,理解不了,更读不上记忆。而应用多媒体课件动画演示可以生动、直观、形象地展示蛋白质合成的起始、延长、终止阶段,氨基酸与密码子的一一对应,使学生很容易掌握蛋白质合成的过程以及“核糖体循环”,提高了教学效果。而且与课程相关的教学大纲、教学方案、应掌握的各章知识要点、所采用的现用教材、实验指导、习题集、参考文献目录均已上网,并免费开放,让学生得以自学、及时获得相关信息,并做好预习的准备和参考复习。让学生多渠道、多途径获得所学内容,对学生进行多方位的学习管理。
多媒体在生物化学教学中的成功应用,是对传统教学的改进和提高,但凡事有利必有弊。多媒体课件确实增强了教学的直观性、形象性,而且可根据所讲内容设置适宜的背景图片和优美的音乐,营造出良好的学习氛围,使学生能够在轻松自然的环境中接受知识,增进学习效果,同时教学内容充实,信息量大。
二、针对专业特点以及授课对象,精选教学内容
不同的专业教学内容的侧重点不同,生物化学作为必修课,绝大多数专业将其作为专业基础课要求,但不同的专业授课学时不一样,有的专业如生物技术、生物工程、食品科学与工程要求授课学时多一些,除了强调基础理论知识的讲解外,还需要对具体章节有所侧重。比如,对于食品科学与工程专业,一些后续课程与糖代谢以及酶的知识密切相关,应重点多花些时间讲解。而对于园林园艺专业来说,要求授课的学时少一些,更注重对基础知识、基本概念的掌握。而且不同的班级学生的学习基础不一样。
(1)基础生物化学:(总学时80)非生物学类各专业:理论60学时,实验20学时。为学生打下更宽厚的生物学基础;
(2)专业生物化学:(总学时80)生物学类各专业:理论论64学时,实验32学时。注重学生实验技能的提高。
通过修订教学大纲,加强教学内容的更新;选用或编写高质量的教材和辅助教材,来实现教学内容的精选、重组和更新。
三、课堂教学的设计
1.教学手段的设计:多提问,重视讨论式教学,激发学生学习兴趣。在学习新概念、新问题,或需进一步提升的概念和规律时,不要平铺直述,满堂灌。要预先提出疑问,引起学生困惑、思考,从而引导学生探索、解答,全身心地投入到学习活动中来,提高学习效果。
2.学习方法的设计:善于分析综合,使结论水到渠成;善于比较异同,从不同方面突出事物的本质特征与联系。
分析与综合的过程,是生物化学课程学习中的“爬坡”过程,同时也是学生觉得最有收获的一个过程。学会了分析和综合,就会有一种“一览众山小”的感觉。比如,在学习物质代谢之间的联系此时,可安排学生课后自行动脑分析总结糖代谢与脂代谢相互关系;糖、脂、蛋白质代谢之间的关系,并将总结的图表、结论相互比较,使学生对知识融会贯通,全面掌握。
比较是认识事件的本质,把握事件特征的重要手段。通过比较,可以加深印象,有助于记忆。特别是在对学生所学的相关知识进行总结或复习时,应用比较法,效果更佳。如比较DNA分子复制与转录的区别,可以从产物、主要催化的酶、是否需要DNA引物、合成模式、产物分子大小、是否具有双重校对功能这几个方面进行对比,突出这两个过程的区别,并揭示两者之间的联系,有利于学生理解它们的内涵,加强思维的变通。
生物化学是从有机化学和生物学中脱离出来的一门边缘学科,是生物专业的一门专业基础课。代谢反应错综复杂,理论点多、面广,学生在有限的时间内并不容易较好地掌握。为了解决这一问题,教师应善用多媒体,充分对每堂课进行设计,以提高学生的学习积极性,提高教学效率。使我们的生物教学充满活力,为培养我们生物科技人才做出贡献。
参考文献:
[1]郭冬招.多媒体课件在生物化学教学中的应用[J].卫生职业教育,2005,23(2):41
关键词:临床医学专业学生;生物化学实验课;道德教育
中图分类号:G641 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)48-0121-03
医学院校教育的中心任务是培养对社会有用、医术精湛、医德优秀的医学人才,为国家医疗卫生事业建设服务。在社会和医学高速发展的今天,临床医学专业学生较为关注个人价值的实现,普遍淡漠了集体价值和社会价值的实现[1]。不论是基础医学,还是临床医学课程,实验教学都是临床医学专业学生教学中的重要环节,只有通过实际的操作和操作中获得的理论知识二次习得,才能使临床医学专业学生对复杂抽象的理论知识理解得更加透彻,在实验课中,学生的基础医学技能操作也得到很好锻炼。生物化学是临床医学专业学生所学习的一门重要的基础医学课程,它连接着基础医学和临床医学。生物化学实验具备直观性和客观性,有助于临床医学专业学生理解理论课程中的抽象繁复的知识点及复杂的结构,是生物化学基础教学的重要组成部分。在生物化学实验教学中,创新性地结合道德教育,使学生在掌握生物化学基础知识、培养科学思维能力的同时,形成正确的社会价值观和道德判断力,甚至于初步影响他们未来的医德,这是生物化学实验教学的一项创新,并影响了实验课内容、方式和教学方法的选择。
一、临床医学专业学生道德教育的必要性
社会环境的变迁导致个人思想观念发生了巨大变化。个人主义、多元主义的价值观念被推崇到越来越高的地位,新的价值观念以个人利益和个人权利为核心[2],而且随着社会体制的转变和市场经济的深入推进,原有的就业政策、分配政策等都发生了质的改变,导致目前个别学生因个人利益和道德感缺失而发生社会惨剧,让人惋惜的同时也为造成的严重后果痛心。
国际医学教育专门委员会(Institute for International Medical Education,IIME)制定的医学本科教育、全球医学教育最低基本要求中,将职业价值、态度、行为和伦理,医学科学基础知识,沟通技能,临床技能,群体健康和卫生系统,信息管理,批判性思维和研究等7方面的要求,确定为全球医学教育最低基本要求[3]。这7个最低要求,可以分为两类,其中职业价值、态度、行为和伦理属于职业道德类别;医学科学基础知识、沟通技能、临床技能、群体健康和卫生系统、信息管理和批判性思维和研究属于专业知识和能力类别。IIME的规则说明,只有道德和专业的结合,才能培养出医术精湛、医德优秀的医学人才[4]。
传统的临床医学专业的本科生教育,主要是理论课、实验课及临床实习结合的教学方式,大部分涉及道德伦理的教育仅依靠一门《医学伦理学》理论课程来完成,在实验课及临床实习课中,道德教育却鲜有提及。这使得临床专业学生对职业道德范畴的知识严重缺乏认识,长期以往将会使培养出的人才不符合IIME的要求。因此,我们认为,临床医学专业学生的道德和专业素质的养成教育,不仅要体现在理论课教学中,更需要融入到实验课教学中,利用开放、师生对等的实验环境,共同完成培养临床医学专业学生技能教育和道德素质教育的目的。
二、生物化学实验课的道德教育和安全教育
临床医学专业学生对自己将来所从事的职业往往充满向往和好奇,他们渴望尽早了解将来所从事的职业,尽受医院临床一线的气氛,同时却对将来所从事职业的素质和技能懵懂无知。在这个时候,他们接触到的生物化学课程,是一门连接着基础医学和临床医学的重要基础医学课程,它既为学生学习临床检验分析推开了大门,也为他们将来医学研究打下了基础,所以此时对学生进行系统严谨的生物化学实验课的道德教育和安全教育,能为他们建立起最初的临床认识和医德素质。
1.实验课道德教育。道德教育是一项实践性很强的社会活动,学生的道德品质不是从书本上学会的,而是在实际生活中养成的。道德教育,只能通过人与人之间沟通交流和模范示范作用才能实现,在课堂中适时合情地融入道德教育内容,能在学生操作实验和沟通交流中自然地实现道德教育。例如,在学生依次使用仪器和试剂时,提醒他们使用完毕物归原位,便于下一位使用者使用,培养学生为他人着想、换位思考的习惯;在涉及有关核酸性质的知识点时,会提到沃森和克里克共同在实验室辛勤工作和互相支持的故事,让学生明白合作、互助和团结的重要性;在实验涉及到有毒试剂时,向学生反复强调使用方法及禁忌,并引入近期发生的试剂投毒事件,利用事件造成的恶劣影响给学生敲响警钟;在实验中必须使用实验动物时,给学生讲解动物福利相关知识,培养学生的同情心、并建立起尊重生命的概念。在实验课的内容上,为学生详细讲解实验目的方法和设计思路;在学生实验操作过程中,提醒学生操作顺序和细节,使学生认识到不论是思路还是操作,都必须经过认真科学的思考和细心的操作,从而培养学生实验态度和操作的严谨性,进而树立起他们在今后工作中的严谨态度,也为他们将来的科学思维打下基础。学生在实验课开放、师生对等的环境下听课,能快速掌握知识,积极参加讨论交流,主动地认同道德教育、接受道德教育。我们的生物化学实验课,不仅讲授了生化实验的知识和操作技能,而且在避免传统说教的老套形式下,传递了正确的社会价值观并培养学生的道德判断力,这两项共同构成了道德教育的两个核心。
2.实验课安全教育。除了实验课中穿插的道德教育,安全教育也是实验课的重要内容。近年来,学生实验操作不当引发的危险事故频发,不规范操作和欠缺安全意识都是事故原因。因此,我们特别重视实验安全教育。在第一堂生物化学实验课上,我们向学生仔细讲解了实验室安全知识、安全操作规范、实验室守则等规定,对实验试剂和药品的使用特别做出说明,并强调实验试剂和药品严禁带出实验室、严禁用于除实验外的用途等规定。当课程中使用有毒试剂时,每次都反复强调安全操作的知识。课程中涉及的特殊仪器(如高压灭菌锅、水浴锅等),在首次教授示范使用时都规范操作,为学生仔细讲解使用程序和养护要点,为学生树立正确的使用操作规范,避免不规范操作引起的安全事故。
三、实验教材的准备和创新
实验教材是实验课程的重点。本教研室认真研究国内外优秀教材,借鉴其经验,同时结合本学院学生的临床需求,精心编写自己的教材,建设与生物化学基础课程配套的实验系列教材;同时也精心准备合适课程的道德教育素材穿插到教学过程中。实验教材的内容,包括三部分:第一部分为精心挑选的实验,主要包括实验原理与方法技术的介绍,让学生了解和掌握即将要操作的实验的基本原理。我们要求学生在实验课前必须认真预习,通过实验教材掌握实验原理和操作注意事项,并将经典的实验设计原理和思维在课堂中侧重地介绍给学生,使其初步获得实验的概念及目的。例如,我们使用医院生化化验单的幻灯片来引入碱性磷酸酶的生化和临床意义,即病例引导型教学[5](Case Based Study,CBS),让学生有种身临其境的氛围,想象自己已是医生,进入到看到化验单要进行诊断的角色中,在营造出生动的虚拟氛围后,开始讲解碱性磷酸酶比活性测定的实验。在这样一个引导过程中,学生对这些知识的好奇感伴随探究欲被充分调动起来,在解决问题的时候有强烈的成就感,继而升华为身为医生的自豪感,从而明确了学生自身的职业定位。再例如,我们采用p53野生型小鼠和p53突变型小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryo fibroblasts,MEF)作为实验材料,让学生对这两种不同来源的小鼠胚胎成纤维细胞进行β-半乳糖苷酶衰老染色的实验。从这个实验中,学生能够直接在镜下观察正常细胞与癌化细胞的形态,并通过β-半乳糖苷酶衰老染色操作来观察不同细胞的衰老程度。实验结果是,p53野生型小鼠的细胞在体外培养7代后,衰老染色有明显的阳性现象;而p53突变型小鼠的胚胎成纤维细胞,在同样的7代时,经过衰老染色却没有出现明显的阳性现象。观察到实验结果,并结合染色原理分析结果,可使学生对正常细胞核肿瘤细胞的特性上有直观的认识,在基础实验的过程中,使学生提前接触到临床相关的肿瘤知识,极大地提起了学生的兴趣。第二部分为基本实验操作,主要目的是通过学生自己动手,培养扎实的基本操作技能。在训练基本实验操作中,涉及到仪器使用方法步骤和个人动手操作锻炼,这些基础知识在学习的时候大多是枯燥乏味的,学生在操作过程中连续几次不能获得良好的效果,就会产生厌烦心理。因此,在仪器和操作要点的讲解上,要尤为耐心和细致,在第一次,即树立良好正确的操作规范,预估到学生易犯的错误并提前告知并讲解,降低实际操作训练中的犯错率,让学生练习几次即可获得良好的训练效果,克服学习中的枯燥感和失败带来的厌烦感。在培养学生良好的实验操作技能的同时,灌输仪器药品使用完毕放回原位、贵重仪器细心操作及共享物品正确使用等为他人考虑的实验素质;另外,在操作训练过程中,强调并重复性地为学生树立实验室药品正确使用的观念。第三部分为设计性问题。就实验原理、实验材料或实验思路等方面提出思考题,要求学生在课后利用课堂上观察到的现象、收集到的结果等有用的实验记录,结合简明的语言和图解在实验报告中进行解答,训练学生正规书写实验报告的能力。同时,我们要求实验报告尽量不要和实验教材已有的内容相重复,鼓励学生用自己理解的方法(例如画流程图等形式)重新讲述实验原理及流程,促使学生自己能把实验原理和实验技术吃透,将学到的理论、技术与实际操作融会贯通。
苏格拉底说:“美德即知识,因而道德是可以教授和传播的;但同时,道德还是一种情感、意志或行动。”我们创新性地在生物化学实验课中融入道德教育的内容,为学生传授了团结合作、尊重生命等道德知识,希望这些知识内化为临床医学专业学生的意识和行动,使他们具备道德自觉的能力[1],并在之后的学习过程中,在此基础之上逐渐形成完备的医德,成长为医学道德和专业精神兼具的优秀临床医学专业学生。
参考文献:
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关键词:生物化学;教学改革;自主设计实验课堂
生物化学是一门医药学的必修课程,是研究生命物质的化学组成、结构及生命活动过程中各种化学变化的基础生命科学。所以生物化学课程应尽量提前,但应在有机化学课程之后,或与有机化学课并进;是病原生物学、内科学、人体解剖与组织胚胎学等专业的必修课程,因此应先打下较牢固的生物化学基础,并尽量加重生化课的分量,同时避免后继课程相关内容的重复。生物化学以其理论性强、概念抽象、名词繁多,各种代谢过程复杂繁琐,堪称生物学科中最抽象、最难懂的学科之一。如何激发学生的兴趣,寓教于乐,使学生喜欢听课,乐于参与,积极讨论,学到知识,解决实际问题,这是我们在生物化学教学中始终关注的问题。在教师指导下,学生要学会主动培养自己发现、吸收新信息和提出新问题的能力,积极主动学习,在学习中发展个性和创造力。为此,我们在教学方法和手段等方面作了一些有益的尝试,收到良好的效果。
1案例引起兴趣,穿插前沿科研
长期以来,我国的基础教育受应试教育的影响,使得进入本科医学院校学习的学生大多数学习被动,学习自主性差,学习方法机械、呆板,对所学知识不求甚解,知识基础不扎实、牢固[1]。首先我们的第一堂课,就要充分发挥教师的引导力,增加学生的兴趣,提高同学们的主观能动性。一些和生活相关案例可以引起学生较大兴趣,可以通过课前提问或课后留问方式引起学生注意力。如血清中肌酸激酶同工酶的电泳图谱用于诊断冠心病、转氨酶用于肝病诊断、淀粉酶用于胰腺炎诊断等的原因是什么?乙酰胆碱酯酶抑制药可以治疗阿尔茨海默病的原因?讲到DNA的二级结构模型时,可由双螺旋模型的提出者Watson和Crick讲起,设问他们由此发现获得了什么重要科学奖项,并可以借机讲一下当时诺贝尔评奖时的小插曲:因论文太短致使评委间产生分歧,最终获奖说明了科学发现主要在于其价值而非论文长短。教学效果取决于任课教师的水平,也与任课教师的严格要求密切相关[2]。本课程结合最新进展,涵盖动态与前沿知识。介绍国内外最新研究成果及历年与生物化学发展相关的诺贝尔奖成果,适度地超越教材,查找教材以外的重大事件等必要教学资源并合理组织教学。比如我校老师研究的命运分子cNumb在原肠期胚胎中的表达情况及其基因和编码蛋白的基本生物学特征,就是利用原位杂交技术检测cNumb基因在原肠期鸡胚中的表达情况,同时应用生物学软件和在线平台对cNumb基因及其编码蛋白进行生物信息学分析[3]。以及碘-淀粉法、Bernfeld法和ESP-G7速率法3种方法检测酸刺激前后唾液淀粉酶(SAA)活性及其活性比值的差异[4],结合实验课题让学生对酶的特性有更好的理解。组织学生对研究热点进行查找资料,了解基础点,分组讨论,解决教师预先给出的问题,或者让学生自己发现问题,通过讨论甚至争论,学会分析问题并最终解决问题。鼓励学生参加本科、研究生校内外的学术活动,扩大知识面,开阔视野。
2重复重点内容,引入PBL教学促进师生互动
生物化学分为三部分内容,第一部分主要讲述各种生物分子的结构、功能以及相互作用,包括蛋白质、核酸、糖复合物、酶、生物膜、真核生物基因组及线粒体基因组等;第二部分讲述分子生物学部分,如基因信息的传递、基因工程的四大要素及实施要点、基因相关技术;第三部分讲述细胞信号转导技术原理及应用等。对于生物化学内容繁多的特点,我们对于重难点内容要重复教学,在同学脑中达到耳熟能详,举一反三,而基础知识点到为止。为了达到这样的效果,需要改变传统课堂填鸭式教学的呆板模式,老师的角色要发生变化,从直接教给学生知识的“灌输式”到教给学生如何学习的“自我学习式”,让学生主动吸收知识、能独立思考、分析问题。PBL(problem-basedlearning)教学模式即通过“提出问题建立假设自学解疑论证假设”的逻辑过程来让学生主动获取知识,学生为主体、教师为导向的小组讨论式教学法,主要培养学生以解决问题为核心的发散性思维和主动学习意识,进而达到提高学生灵活运用知识的能力的目的[5]。通过互动式课堂教学充分利用学生的好奇心理,在对问题的好奇与求知欲中,增加学生对生物化学的兴趣,在此过程中,学生由被动旁观者变为主动参与者。如设计一些关注点引发学生参与互动,如烫发的生化基础是什么?磺胺类药物的治病机理是由于酶的抑制作用吗?课堂上运用PBL教学法,可以设置专题讲座,把学生分为几个小组,给出一个主题,每组成员分工合作,任务明确,每个人都是责任人。老师通过对每一环节的设定让每个学生都参与其中,减少了“南郭先生”和浑水摸鱼情况的发生。
3重点章节小结,设计思维导图
糖代谢设定为动态部分的重点;酶促反应动力学中Km值和Vmax的计算与应用、生物氧化(生物能学)、物质代谢的相互联系和调控机制等设定为难点。每章重难点都组织学生自己小结,老师评定和总结,帮助学生建立完整的知识框架系统。生物化学众多的动态反应记忆比较困难,如6-磷酸葡萄糖、ATP、乙酰CoA、NADH+H+、NAD-PH+H+等物质的来源和去路,全酶、酶的活性中心、酶原的激活、氧化磷酸化、底物水平磷酸化、三羧酸循环、脂肪酸的β-氧化、半保留复制、不对称转录。老师课堂上可以通过引导学生设计思维导图,先把总的章节框架勾画出来,再补充具体内容,引领学生的思维,整理归纳,联系整体,通过Flas或板书直观表示。老师应当尽量在每次课、每一章,乃至整学期内容都绘制出相应的思维导图,以突出教学的重点、难点,理清知识脉络,帮助学生有效地回顾和复习。可以课前预习让学生设计学习内容的思维导图,小结也可以用课堂考试形式,让学生自己绘出内容图,或者布置课后作业让学生自己选择动态反应,如三羧酸循环制作Flas,并进行课堂展示,考查学生归纳记忆、理解掌握知识的能力。每章都进行小结,但每一部分的小结书写的思路、侧重点各不同,单元小结和课程小结在知识点的把握及知识体系的梳理及运用也有所不同,能较全面、客观、公正反映学生的学习态度及综合素质和创新能力。部分学生平时不认真学习,习惯于期末突击应付考试,而小结模式可以较好预防这种现象的发生。
4虚拟实验课堂的设计与实践
所谓“自主设计式教学”,就是以自主设计为主的教学。具体说它是指教学过程是在教师的启发诱导下,以学生独立自主学习和合作讨论为前提,以现行教材为基本探究内容,以学生周围世界和生活实际为参照对象,为学生提供自由探究、讨论、研究问题的一种教学形式。生物化学探究式虚拟实验课堂教学的思路是以生物化学经典实验为主线进行发散性拓展,根据课程理论内容,给出学生一些和实际生活相关的小课题,由学生自主学习、小组研讨及班级交流等方式,培养学生的自主学习能力、创新能力、文献阅读能力、交流能力和团队合作精神。在教师层面,教师根据实验内容,引导设计虚拟实验题目,指导学生研读文献、制作实验流程并进行全班交流。在学生层面,学生根据兴趣选择实验专题,自由组合成学习小组,在充分研读文献的基础上,进行小组讨论,制作PPT。允许学生自己组织课题小组、自主设计小课题,教师只作方向指导,给予一定经费支持。学生设计实验流程,并给出具体实施过程,并在全班进行演讲、答疑和讨论[6]。自主设计实验课堂,能够提高学生学习能力、实践能力、创新能力及一定的科学研究能力,有利于创新型人才的培养,可以改变传统的实验教学在学生能力培养方面只强调共性的发展而忽视个性发展的情况。通过设计虚拟实验课堂,学生对实验设计及原理有了更深刻的理解,养成独立思考的习惯,首先对自己设计的实验课堂进行展示,进而走进实验室,从试剂配置到实验操作,从设计实验到进行具体实践的过程,从理论到实践,从各方面使自身得到锻炼。老师在其中进行一些必要的指导,允许学生出现一定的错误,让他们在实践中成长更快。我们将生物化学实验探究式教学按照预设计、设计阶段、具体化、实验阶段、竞赛阶段等五个阶段进行实施。①预设计:在任课老师理论课后,可以给出相应的与课堂内容有关的思路或者题目,让学生课后思考。②设计:通过网络图书馆等辅助查找资料,然后让学生设计实验,给出具体思路和实施过程。③具体化:通过设计虚拟实验课堂,让学生对实验设计及原理有更深刻的理解,使其养成独立思考的习惯、并对自己设计的实验课堂进行展示。④实验阶段:虚拟课堂结束后,部分学生的课题经过导师指导可以继续深入,让学生进入实验室进行实施,体会到自主学习的乐趣。⑤竞赛阶段:以此为依托组织一个专业的班级间进行比赛,乃至扩展到全校及其他学校进行,提高积极性,并给予奖励。这期间教师需要引导、鼓励同学申报省级乃至全国的创新项目实验,不但参加课题研究,还要挖掘学生潜能,让他们把实验结果整理成论文。我校生物化学系已获得部分成果。目前已有多人次获得挑战杯立项,以及国家及省级大学生创新创业项目,并顺利完成本科毕业论文,还有部分学生的实验正在进行中。在广东省大学生挑战杯比赛中,其中由多名学生共同完成的“近海红树林环境抗肿瘤细菌的筛选和鉴定”获得广东省大学生挑战杯二等奖。由系老师指导同学的“一种快速、低成本的叶酸代谢障碍遗传检测方法的建立”以及“药物代谢酶CYP2C19两个主要突变等位基因联合分型方法的建立”等课题获得国家级、省级大学生创新创业训练计划项目。由学生撰写的论文“一株抗肿瘤活性的红树林细菌的筛选及鉴定”在《河南科技大学自然科学学报》发表。这些实践活动培养了学生的创新意识及团队精神,促进其综合实验设计、分析能力的提高,使大学生动手能力和实践技能得以提升。
5多元化考核
“一考定终身”的评价模式忽视平时学习的考核和能力的培养,既不能准确反映教学质量和效果,也无法测试学生真实的学习能力,更抹杀了学生主动的学习精神和创造能力[7]。适当的考核机制不仅可以科学地检验教学效果,同时也能强化学生的学习动机。课程考核不应只注重期末考试,而是应贯穿学习全过程。考核内容应充分体现所学知识和技能及运用这些知识和技能的能力,更重要的是考核分析问题、解决问题的能力和实事求是的科学态度。因此我们将生物化学课程的考核分为平时成绩、章节小结、实验考查和期末考试四部分,从上课出勤态度、课程预习情况、课程小结成绩、课堂发言、任务完成表现、实验动手、创新能力多方面进行考查,最后给出每个学生的综合评价成绩。
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近半个世纪以来,以分子生物学和细胞生物学为代表的生物学相关学科的发展突飞猛进,并向生物医学多个学科进行广泛渗透和交叉融合,对传统的生物学和医学科学均产生了革命性的影响,极大地推动了人类健康领域的理论突破和技术创新。目前,分子与细胞的相关知识已经成为生命科学的共同语言。按照现代医学对于人体认知的“社会–人体–系统–器官–组织–细胞–分子”这一逐级探索模式,分子与细胞是最为基本和最为核心的层次。因此,作为一名现代医学生,掌握扎实的分子与细胞基本理论知识对于理解或阐明疾病的发病机制、理解/执行或创建疾病的诊断和治疗方案至关重要。近年来,国内外各高等医学院校纷纷对已有的基础医学和临床医学课程,在器官系统层次上进行课程和知识整合,这已成为目前西方医学教育的主流模式。国内多个医学院校也纷纷学习、引进、改良和开展了“以器官系统为中心”的教学体系,取得了良好的效果。然而,在分子与细胞层次上的相关课程整合,主要涉及《生物化学》《、分子生物学》《、细胞生物学》和《医学遗传学》四门密切相关的生物学主干课程的整合。国内各医学院校虽有探索,但基于国内外医学教育在生物学相关课程教学上存在较大的差异(西方医学生进入医学院前学过较多的生物学课程,但国内医学生则从高中直接入学),故而目前在上述四门课程的整合上尚无一个成熟的模式。根据笔者前期调研掌握的国内医学院校的情况来看,中国医科大学和华中科技大学同济医学院对生物学学科相关课程整合进行了有益的探索,这两所学校均将《生物化学》、《细胞生物学》和《分子生物学》三门课程的内容进行重组整合,还分别出版了专门的教材《医学分子细胞生物学》和《细胞的化学与生物学》[6-7]。此外,中国医科大学和上海交通大学医学院还尝试将《医学遗传学》与《组织胚胎学》两门课程进行整合[8]。通过调研和梳理,笔者发现,上述国内医学院校的生物学相关课程整合中存在一个关键问题,即《医学遗传学》的相关内容在课程整合中没有与相关生物课程进行较好的融合。众所周知,《医学遗传学》在早期发展阶段,与胚胎发育研究密切相关,但经过近年来的快速发展,其整体内容已迥异于传统的经典遗传学和胚胎发育研究,反而与《生物化学》、《细胞生物学》,尤其是《分子生物学》的联系更为密切。因此,《医学遗传学》更应该与《生物化学》等生物学主干课程进行系统、合理的整合;而《组织胚胎学》则适合以器官系统为主线,与其他医学类课程进行整合。然而,对包括《医学遗传学》在内的这四门密切相关的生物学主干课程进行系统整合的做法尚未见报道,很有必要进行尝试和探索[6-9]。
2分子与细胞整合课程教学体系的构建
2.1整合思路与教学内容
2012年初,作为我校启动的“以器官系统为中心”重大教学体系改革的一部分,我们在充分调研的基础上,以分子和细胞为主线,将传统以学科设置的《生物化学》、《分子生物学》、《细胞生物学》和《医学遗传学》四门课程进行有机精简整合,形成了一门新的整合课程《分子与细胞》[10-12]。如表1所示,整合后的新课程的教学内容包含“生物大分子结构与功能”等八个层层递进的知识模块,按照由“动”至“静”,由“分子”至“细胞”,由“简单”至“综合”的原理进行设置。整合后的内容更为合理,更符合学习认知规律。结合教学实施,全部教学内容又分为两大部分,依次分为两个阶段进行教学。第一阶段,即《分子与细胞I》,为基础阶段:主要讲解分子与细胞相关的基础知识,该部分内容是将原有四门课程的核心基本知识进行重新精简整合为生物大分子结构与功能、细胞的结构与功能、物质代谢及调控、遗传信息传递及调控和细胞的运行机制五个密切关联并层层递进的模块。本阶段的主要教学目标是使学生掌握分子与细胞相关的基本理论知识,能够在分子和细胞水平上理解生命活动的基本规律,并尝试初步运用这些知识分析和理解相关的医学问题。实验教学方面,主要设置基本实验,包括双缩脲法测定血清蛋白质含量、血清蛋白的醋酸纤维薄膜电泳、胰酶对蛋白质的消化和影响酶作用的因素、丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制作用、血糖浓度的测定、转氨基作用(纸层析)、转氨酶活性的测定、DNA/RNA的原位显示及细胞膜通透性观察、线粒体活体染色及细胞器的观察、酸性蛋白/碱性蛋白及过氧化物酶的原位显示共计10个实验项目,以培养学生的基本实验技能和思维能力。第二阶段,即《分子与细胞II》,为提升阶段,主要将原有四门课程中的前沿进展性内容、医学相关内容如基因工程、分子生物学技术、基因诊断与基因治疗、干细胞、细胞工程、医学遗传学等内容进行整合,分为分子与细胞操作专题、医学遗传学专题和专题综合讨论三部分。本阶段的主要教学目标是,在第一阶段的基础上,使学生了解和掌握一些重要的分子细胞生物学技术及其应用、分子医学研究前沿与进展,并重点培养学生初步具备运用分子与细胞相关知识分析和解决相关医学问题的能力,为后续课程学习奠定坚实的基础。实验教学方面,包括人类皮肤纹理的观察与分析、人类染色体非显带核型分析和人类染色体G显带核型分析三个经典验证实验,另外设置一个基因克隆综合大实验,以培养学生综合性思考和解决问题能力。与原有的四门课程相比,新的整合课程重点解决了如下四个问题。首先,该整合课程很好地解决了前述的《医学遗传学》与其他三门生物学课程的系统整合问题。其次,该整合课程很好地解决和避免了原有四门课程中一些教学内容重复讲授的问题,如细胞信号转导、遗传信息传递与调控、癌基因与抑癌基因等,新整合课程教学学时数也比原四门课程总学时数减少了12个学时。再次,该整合课程将原有四门课程中一些密切相关交叉内容进行有机融合,以专题形式讲授。譬如,将原《医学遗传学》中的“肿瘤遗传”、原《分子生物学》中的“癌基因和抑癌基因”、《细胞生物学》中的“细胞周期与肿瘤”等内容进行整合,合并为分子肿瘤学专题讨论式教学;还将原《医学遗传学》中的“生化遗传病”与原《生物化学》中的代谢病、分子病等相关内容进行整合,合并为分子与疾病专题讨论式教学。最后,该课程整合是在分子与细胞层次上,与所在单位的在器官系统层次上的基础医学与临床医学课程整合紧密配合,实现了整个医学院校生物医学课程的系统整合。譬如,将原有《生物化学》课程中的“肝的生物化学”和“血液生物化学”章节分别调整入后续器官系统整合课程中的“消化系统”和“血液系统”教学单元。针对上述整合后的教学内容,教学团队编写了教学大纲和一个简明的教学讲义。在实际教学过程中,教师和学生主要以自编的教学大纲和教学讲义开展教学和学习,同时辅助参考整合前的三本教材《生物化学与分子生物学》、《医学细胞生物学》和《医学遗传学》[10-12]。
2.2教学方法与手段
在教学模式上,由“以教师为中心”转变为“以学生为中心”。除了采用常用的多媒体教学、网络辅助教学等教学方法与手段外,我们重点采用小组讨论式教学。在小组讨论式教学具体实施过程中,我们确保每20个学时进行一次小组讨论式教学。具体实施方案为:首先,教师提前根据教学内容设计病例讨论(如糖尿病病例、镰刀状红细胞贫血病例)或相关生物医学讨论主题与问题(如蛋白质分子结构与功能的辩证关系、基因突变对蛋白质结构与功能的影响等),将全班(35~40人)随机分为5~8组(每组5~8人),布置讨论任务;然后,学生以小组为单位,查找资料,相互讨论分析,最后形成书面报告,并以PPT形式口头汇报,口头汇报时各组之间相互提问讨论;最后,教师根据小组书面报告、口头汇报和讨论参与度等对学生打分,组内学生也根据贡献、参与度等互相打分。与传统的教师灌输式讲授教学相比,小组讨论式教学可显著提高学生的参与度和主动性,使学生由传统的“被动式学习”转变为“主动式学习”,也很好地培养了学生的合作交流沟通、查阅资料、口头表达以及运用所学知识分析和解决相关医学问题的能力。
2.3课程考核和成绩评定
改变单一的期末集中一次性终结考试的方法,采取形成性评价与总结性评价相结合,加强全程性考核,将课程考核贯穿到课程教学的全过程,充分调动学生学习的积极性、主动性和创造性。坚持知识、素质和能力协调发展的原则,引导学生从以知识学习为主向知识、能力、素质并重的方向转变,增强学生自主学习和分析问题、解决问题的能力。在具体实施中,考核分为形成性评价和总结性评价两部分,总分为100分,形成性评价和总结性评价各占50%。综合考虑形成性评价指标的合理性、客观性和可操作性,经过多次修改调整后的评价方案参见表2。
2.4教学团队与管理
在生物学一级学科层次上跨科室组建的教学团队,主要由来自生物化学与分子生物学教研室、细胞生物学与遗传学教研室的资深和年轻优秀教师组成,实行多学科跨科室联组教学。团队管理采用课程负责人制,同时设立教学秘书,协助处理教学相关具体事务。在每学期开学前、期中和期末,均组织一次集体备课和教学讨论会,通过集体备课讨论的方式,对授课方案、授课过程中出现的问题、学期末考核具体方案、学期教学经验总结等方面进行讨论总结,从而保证教学质量。
3实施效果与存在问题
1培养师资队伍
教师是教学的主导,合适的教师是进行有效教学的重要环节;语言是教师与学生相互沟通的重要工具,本校留学生授课为全英语授课,这就要求授课教师有较高的英语水平。客观地讲,目前真正能在课堂上流利地使用英语教学的非英语专业教师并不多,因为大多数教师接受的是中国式英语教育,英语读写没有问题,但是缺乏海外学习背景,听力和口语功底不深。这就要求任课教师需采取积极有效的应对策略。一方面教师要利用一切可能接触英语的机会(如网络、学术活动、媒体等)主动学习,提高自身的英语水平;另一方面学校要加大对青年教师的培养,通过培训、互访、交流的形式每年选派一定数量的教师到国外高校进行学习、交流,以此提高师资队伍整体水平。
2理论教材和实验教材的准备
教材是教师传授教学内容的主要工具,是学生预习、学习知识、复习的基本工具。生物化学与分子生物学是重要的基础课,掌握好生物化学与分子生物学会为今后的临床各学科学习打好坚实的理论基础。本教研室全体教师在理论课的教材选用上经过多次讨论,决定以贾弘褆教授编写的《Biochemistry》为基准,结合数本英文原版教材作补充,并且根据教学需要和留学生的知识背景,对内容进行了取舍,学生使用后对《Biochemistry》教材的选择还比较满意。目前,国内还无成熟、统一的生物化学与分子生物学实验教材供留学生使用。结合本教研室的教学实践,借鉴多所知名院校的相关实验教材,自行编写了《Biochemistryexperiments》一书。这样既符合本校的教学大纲的要求,又保质保量完成教学任务,同时也利于学生学习理解实验内容,避免操作中的失误,受到了留学生的欢迎。
3教学方法多样化
3.1使用多种教学手段,强化教学效果
医学生物化学与分子生物学内容系统性强,蛋白质和核酸结构抽象,多种代谢途径相互作用,错综复杂,仅靠教师讲解非常抽象,学生不容易理解,而多媒体课件、彩色挂图、胶片投影、立体模型等形象而直观,这些辅助工具的使用能使学生对各种知识有一个感性、直观的认识,使教学内容生动活泼,更加容易被学生接受,方便学生快速理解和掌握教学内容,教学效果明显提高。
3.2融合多种教学方法,提高教学质量
留学生思想活跃,不懂的问题会随时打断教师的授课,喜欢即时提问,对教师授课效果要求高。针对这一特点,要求教师在授课的过程中必须灵活地采用多种教学方法,提高教学质量及效果,使留学生更加容易接受。
3.2.1采用启发式教学法
生化内容晦涩难懂,如果教师不注重授课技巧,用“填鸭式”的教育模式照本宣科很容易使学生感觉枯燥乏味,丧失学习的兴趣和信心。启发式教学法侧重于引导而不是由教师一味地“满堂灌”,目的是激发学生学习兴趣,帮助学生理解和记忆所学知识。留学生性格活泼,喜欢即时提问,课堂气氛比较活跃,因此在教学中更容易开展启发式教学。如在讲“DNA复制”一节内容时,可有针对性提出问题“为什么龙生龙,凤生凤,老鼠生儿打地洞?”,让学生自由讨论10min,自己寻找答案,然后教师引出DNA复制的半保留特性,留学生通过这种方法既掌握了知识点,也将枯燥的理论知识与平时的生活常识联系起来,增加了学生学习生化的兴趣。
3.2.2应用归纳对比法
生物化学这门课程具有抽象难懂、系统性、联系性强等特点,学生普遍反映难以记忆。教师在授课过程中应不断地应用归纳对比教学法对所学知识进行归纳对比。这样使学生对所学知识融会贯通,强化记忆,理解知识要点。
3.3提问式教学
留学生课堂纪律比较差,自由散漫,上课爱互相讨论。为使学生集中注意力,并使他们感到压力,本校在教学纪律开始变差时,随机点名提问,要求学生回答教师刚讲过的问题。因为所有学生都有可能被提问,因此课堂纪律好转,学生又能继续认真听讲,教学效果也显著提高。
3.4复习式教学
在每章课讲完后,给出一定数量的“quiz”,要求学生在课堂上定时做题,教师纠正错误,用上习题课的形式复习,这种方法加强了学生对各章节知识点的理解、记忆和掌握,可以帮助教师准确把握学生的学习效果,及时查漏补缺巩固学习效果。
4改革考勤制度与考核标准
留学生特别看重期末考试成绩,科学合理的考核评价体系对学生的积极性及教学效果影响很大。以前,教师仅仅是以期末考试的卷面成绩作为唯一的评价标准,往往造成评价结果的不准确。因此,本校对留学生的教学考核方式和考核指标体系进行了改革。