生物化学实验教学改革与实践探讨

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摘要：生物化学实验是生物专业主干实验课程，也是培养专业兴趣和创新能力的入门课程。对生物专业生物化学课程开展了持续的教学改革与实践，优化课程体系，改进考核方式，密切结合学科竞赛，着力培养学生的实验技能和创新能力，取得了良好的实践效果，为实现学院的“具有创新能力的应用型复合型人才”培养目标奠定基础。

关键词：生物化学实验；创新能力；课程体系；学科竞赛

一、教学改革的必要性

（一）课程设置需求。生物化学是一门不断发展更新的科学，新理论、新方法、新技能不断涌现，生物化学实验课程必须不断改革优化，以适应学科的飞速发展。如在我校2011版培养方案中，蛋白质的等点聚焦电泳技术曾经入选我校生物化学实验课程，能够让学生很好地学习到蛋白质的电泳、等电点等特性，但随着双向电泳技术的普及，该实验日渐落后而被取消。另一方面，课时被压缩是几乎所有课程的总体趋势，倒逼实验课程内容的精选和优选。（二）学生培养需求。在我校2016版培养方案中，培养目标突出复合应用型人才的培养，创新能力是人才质量的重要衡量标准。学生培养采用“3+1”培养模式，即3年的校内理论和实验教学环节、1年的校外实践环节。校外实践环节对接科研院所、企事业单位，要求实习学生具有良好实验技能培训，能够胜任理化分析测定、蛋白质电泳技术、核酸技术等实验操作。生物化学实验作为生物专业基础主干课程实验，必须在依据课程设置的基础上，充分考虑校外实践环节中对生化相关实验技能的需求。（三）社会需求。生物产业是21世纪最重要的创新技术集群之一，在引领未来经济社会发展中占据着战略性地位日，也是北京“科技创新中心”的重要体现。北京地区云集着众多世界级、国家级生物、食品、医药、农业、能源、环保领域企业和研究机构，用人单位的专业技术需求是生物化学实验课程改革的重要动力之一。

二、教学改革的具体实践

（一）密切结合理论教学，优化课程体系建设。糖、氨基酸、蛋白质、酶学等是生物化学的核心章节，与其配套的实验内容是生物化学实验课程体系的首选，也是生物产业相关用人单位重要技术需求。在2011和2016版培养方案执行期间，我们不断优化实验课程内容。淘汰技术相对落后的等点聚焦电泳，更换为经典并广泛应用的重要实验SDS-PAGE，充分体现蛋白质分子量大小、带电量、分子性状、亚基组成等特点。实验改革过程中，也曾经引入酶联免疫吸附试验（ELISA）。该实验虽然能够体现免疫蛋白特性，在众多酶制剂企业广泛使用，但ELISA实验过程相对比较复杂，有较高难度，用于二年级学生失败率较高，故而舍去。另外，由于分子生物学及其实验，也是生物专业主干课程，考虑到课程衔接和避免重复问题，生物化学实验课程体系中，没有涉及核酸分离提取、聚合酶链式反应（PCR）等实验内容。（二）密切结合课程考核，强化动手能力和创新思维。科学合理的考核体系是检验教学效果的重要途径。实验类课程考核往往包括实验报告、课堂提问、平时成绩、实验操作考试和笔试等内容。我校生物专业生物化学实验课程考核注重对基本实验原理、技能掌握水平和创新能力培养，主要考核指标包括：实验报告（30%）、课堂提问（20%）、闭卷考试（40%）和平时成绩（10%）。实验报告要求必须手写，包括实验目的、实验原理、实验材料与仪器、实验步骤、实验结果、实验分析。注重实验分析中对整个实验的归纳总结和问题分析，同时严格杜绝抄袭实验指导的行为。课堂提问环节，取代以往撰写预习实验报告的做法，采用翻转课堂的互动方式，由每组同学在实验课开始时讲解实验原理、操作步骤、注意事项，实验过程中演示实验基本操作，下一次实验开始前回顾上次实验内容、分析实验结果。课堂提问和闭卷考试环节中的实验分析和实验设计，对学生自主思考习惯的养成和创新能力的培养，起到了非常积极的效果。（三）密切结合学科竞赛，强化创新能力培养。学科竞赛是大学生第二课堂的重要组成部分，是创新能力培养的重要平台，能够激发学生专业兴趣和创新潜力，培养学生自主思考、开拓进取的创新精神。我校生物类学科竞赛主要有“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛、“创青春”首都大学生创业大赛、北京市大学生生物学实验技能竞赛等，并由北京农学院本科生科研训练项目给予一定经费支持。生物化学实验涉及相关实验技能是生物类学科竞赛的技术支撑，如重要功能酶的分离纯化、酶活测定、环境污染物测定等，都是作为参加“挑战杯”等竞赛非常适合的研究内容。通过实验课程，引导同学们开展头脑风暴，如何利用掌握的蛋白质纯化方法和原理，对未知样品进行分离纯化，比如用于化妆品行业的木瓜蛋白酶、用于医药行业的伴刀豆凝集素等。引导同学们挖掘兴趣课题、查阅文献，选择对口的学科竞赛导师，开展实验研究、撰写研究报告、参加学科竞赛。通过生物化学实验和学科竞赛的结合，极大拓展了课程基本内容，激发了学生自主学习能力，促进了创新能力培养。

三、教学改革的成效

在2011版和2016版本科生培养方案执行期间，生物化学教学团队不断改革和优化实验课程体系，并连续在生物专业实践超过8年，取得了良好的教学效果，启发了学生的专业认同感和研究兴趣，提升了学生的专业基本操作能力，在“挑战杯”等重要赛事中不断取得好成绩，专业实习基地和用人单位信息反馈表明，学生实验基础技能扎实、能灵活运用。生物化学实验课程教学改革最直观的效果之一就是，实验课任课老师是每年本科生毕业设计填报的热门导师，并且报名者尤以实验动手能力强、勤于思考的学生为多，充分说明了课程提高的生物专业学生的专业认同和科研兴趣。在2013年至今的三届“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛中，生物专业学生团队累计获得特等奖1项、一等奖1项、二等奖2项、三等奖1项，分别实现了我校学生在该赛事特等奖、一等奖奖项零的突破。更值得一提的是，相关奖项均由生物化学实验任课教师指导下完成。2014级宁英杰同学团队，以野生真菌粉褶白环菇（Leucoagaricusnaucinus）LAC-04菌株为材料，利用生物化学实验中蛋白质分离纯化相关理论和实验技术，采用离子交换层析、凝胶过滤层析等手段，获得纯化的环柄菇漆酶，开展酶学特性、农药和染料降解应用研究，撰写并发表研究论文，最终获得2017年度“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。该研究项目从研究思路到实验技术均与生物化学实验相关技能高度契合，充分体现了学以致用和创新能力培养。

四、结束语

生物化学实验不仅仅是生物专业一门重要的专业基础实验课程，也是引导同学们步入科研生涯的领航课程，担负着培养基本实验技能和专业研究兴趣的双重作用。不断开展生物化学实验课程改革，优化内容设置和考核方式，强化学生对专业基本原理和实验操作的掌握，引导学生开展创新性思考和实践，积极参与专业学期竞赛，为培养具有创新能力的应用型复合型人才打下坚实基础。

参考文献：

[1]陈钧辉,李俊.生物化学实验(第五版)[M].北京:科学出版社,2014.

[2]郝福英.生命科学实验技术[M].北京:科学出版社,2006.

[3]郭天荣,杨受保.生物化学实验教学改革与实践[J].实验科学与技术,2010,8(5):82-84.

作者:张国庆 刘悦萍 赵晓萌 卜春亚 王文平 黄体冉 张 婧 单位:1.北京农学院生物科学与工程学院 2.农业部华北都市农业重点实验室