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摘 要:高校生物化学实验教学作为生物化学教学的组成部分是在生物技术人才培养中必不可少环节,而传统实验教学内容和模式很难适应素质教育的要求,在实验教学中开设学生自主设计性实验,引导学生自己完成整个实验过程,调动了学生的兴趣和积极性,发挥了学生的主动性和创造性,提高了教学效果,培养了学生的创新能力十分重要。
关键词:生物化学实验教学自主设计性实验探索
中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)07(a)-0190-01
生物技术是当今科技发展最快的领域之一,其产业作为21世纪的朝阳产业倍受世界瞩目。生物化学是生物技术的基础学科,地位十分重要。生物化学作为生命科学中最为活跃的学科之一,近年来发展迅速,尤其是生物化学实验理论、技术和方法[1]。生物化学教学包括理论和实验教学,实验教学具有直观性、实践性的特点,在培养学生分析和解决实际问题能力以及培养严谨的科学态度方面,具备理论教学环节无法替代的作用,在生物技术领域人才培养中的地位十分重要。如何改革实验教学,增强教学效果,提高学生综合素质,已成为生物化学教学改革的焦点问题。开设学生自主设计性实验,能够调动学生的积极性,引导学生主动掌握知识和技能,培养学生的创新能力,提高实验教学质量,是改革传统落后生物化学实验教学的有效途径。
1 生物化学实验教学存在的问题与不足
首先是实验教学内容陈旧,很多学校实验教材都是自编的简单讲义或实验指导书,内容仅包含学生要做的几个实验,非常单一,知识也相对落后,一些教材甚至已经使用十年以上而没有更新,严重滞后于科学理论和技术的发展,不能够做到与时俱进。其次是实验教学模式落后,教师多为实验的主体,负责选择实验内容和方法、制定实验步骤,并花费大量时间向学生讲解实验原理、操作及注意事项,然后学生只是按照实验步骤机械操作完成实验。这种模式下学生仅仅是“照葫芦画瓢”,处于被动地位,缺乏独立思考,更不需要独立尝试。久而久之,学生就会感到实验枯燥乏味,严重抑制了学生的思维和主动性和创新能力。
2 对生物化学实验教学的革新性探索
2.1 改革实验教学内容,开设学生自主设计性实验
当前生物化学实验内容中验证性实验较多,分为几类:生物分子的性质反应,例如蛋白质的显色反应和沉淀反应、酶的特异性等;生物分子的含量测定,例如二苯胺法测定DNA含量、福林酚法测定蛋白质含量等;生物分子的分离纯化技术,例如游离氨基酸的纸层析、葡聚糖凝胶层析、聚丙烯酰胺凝胶电泳、动物组织中核酸的提取等。这些实验只涉及某一物质或某一方面的内容,各个实验之间是孤立的,缺乏知识的相互联系,学生做过实验后往往只记得实验结果,不利于学生动手能力的培养和对整个生物化学知识的学习。学生自主设计性实验是由学生在教师指导下,在已掌握知识与技能的基础上选择教师提供的相关研究领域范畴内的课题或自行命题,根据实验目的要求和条件,由学生自行设计实验方案并加以完成的实验[2]。相比验证性实验,一般院校自主设计性实验较少或没有。实验教学改革就需要降低验证性实验比例,删除那些内容落后于学科发展的验证性实验,开设能够全面培养学生能力的自主设计性实验。因此本校在理科基地班开设了“生物大分子(溶菌酶)提取、分离、纯化及其生物学性质鉴定”实验,这是一个大型的学生自主设计性实验[3]。实验内容涉及离子交换层析、凝胶层析、蛋白质电泳、等电聚焦、蛋白质含量测定、酶活力测定等,实验仪器涉及恒流泵、部分收集器、层析系统、紫外分光光度计、循环水式真空泵、蛋白紫外检测仪,离心机、计算机等。该实验共48学时连续一周,内容丰富且综合性连续性强,能够满足学生自主和设计的要求,激发学生的兴趣,增强学生的创新意识。
2.2 建立新的实验教学模式,使学生充分自主
实验课两周前将学生按照7～8名/组分成若干小组,要求他们上网检索或到图书馆去查阅相关资料,并以小组为单位写出实验设计报告,包括实验原理、实验方案、所需仪器和实验药品、试剂、材料等,并于实验课前交给实验指导教师审阅。课上各小组指定一名代表进行本组实验设计报告的讲解,由教师和其他小组学生对该实验设计报告上的实验方案进行分析讨论,教师和任何学生都可以对实验的各种细节提问,由小组代表或小组成员进行解答。通过相互提问和解答,诱导学生独立思考,激发学生的求知欲。讨论后认为实验方案可行,则开始实验;不可行则修改实验方案至可行,或者参照其他小组可行的实验方案开始实验。各小组推选一名组长负责组内实验操作的分工和时间的安排。在实验中学生不仅需要自己动手配制试剂、处理材料、使用仪器、操作步骤和分析结果等,还需要动脑自行解决遇到的问题,解决不了的再请教老师。教师负责整个实验进度的把握,纠正学生的不规范操作,发现并指导学生对出现的错误进行分析,解答学生的提问,查看学生每一步的实验结果。实验完毕后,要求学生写出高质量,有水平的实验报告,包括实验目的、原理、操作、结果、结论、讨论等,并把重点放在结论和讨论上,因为这两部分是实验报告的精华,能够培养学生分析问题解决问题的能力。最后还要求各组把实验报告做成幻灯片,向其他学生和教师进行讲解,再次通过提问和解答的互动,使学生分享实验经验和感受。这种新的教学模式把学生推到实验教学的前台,使学生成为实验教学的主体,充分发挥了学生的主动性和创造性,培养了学生的科学实验能力。
3 教学效果和其它环节
通过生物化学实验教学改革,开设学生自主设计性实验,使学生开阔了视野和思路,增长了知识和技术,并对生物化学研究领域有了一个总体的认识,增进了各章知识的联系性;使学生成为了实验的主人,发挥了主动性,提高了实验兴趣和积极性,训练了学生的思维能力,培养了学生的创新精神。总之,不仅大幅度提升了教学效果,更培养了一批能思考能创新的学生。
开设学生自主性设计性实验涉及到学生、教师、实验室和学校的供应部门多个方面,具有一定的难度。学生需要提高主动思考的意识和能力;教师需要掌握更多的知识,提高业务素质,投入更多的时间和精力;实验室需要具备良好的实验条件、充足的仪器设备,开放到位,管理有序;学校供应部门需要保证实验药品、材料和仪器的供应,做到有备无患。只有这几方面密切合作负责到位,才能使实验顺利开展,有条不紊的进行,圆满的完成。
参考文献
[1] 赵永芳.生物化学技术原理及应用[M].北京:科学出版社,2002.
[2] 穆虹,易继财等.基因工程综合设计性实验的教学实践[J].实验室研究与探索,2007,26(7):102～104.
[3] 张景海.生物化学实验[M].北京:中国医药科技出版社,2006.
关键词:生物化学实验教学自主设计性实验探索
中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)07(a)-0190-01
生物技术是当今科技发展最快的领域之一,其产业作为21世纪的朝阳产业倍受世界瞩目。生物化学是生物技术的基础学科,地位十分重要。生物化学作为生命科学中最为活跃的学科之一,近年来发展迅速,尤其是生物化学实验理论、技术和方法[1]。生物化学教学包括理论和实验教学,实验教学具有直观性、实践性的特点,在培养学生分析和解决实际问题能力以及培养严谨的科学态度方面,具备理论教学环节无法替代的作用,在生物技术领域人才培养中的地位十分重要。如何改革实验教学,增强教学效果,提高学生综合素质,已成为生物化学教学改革的焦点问题。开设学生自主设计性实验,能够调动学生的积极性,引导学生主动掌握知识和技能,培养学生的创新能力,提高实验教学质量,是改革传统落后生物化学实验教学的有效途径。
1 生物化学实验教学存在的问题与不足
首先是实验教学内容陈旧,很多学校实验教材都是自编的简单讲义或实验指导书,内容仅包含学生要做的几个实验,非常单一,知识也相对落后,一些教材甚至已经使用十年以上而没有更新,严重滞后于科学理论和技术的发展,不能够做到与时俱进。其次是实验教学模式落后,教师多为实验的主体,负责选择实验内容和方法、制定实验步骤,并花费大量时间向学生讲解实验原理、操作及注意事项,然后学生只是按照实验步骤机械操作完成实验。这种模式下学生仅仅是“照葫芦画瓢”,处于被动地位,缺乏独立思考,更不需要独立尝试。久而久之,学生就会感到实验枯燥乏味,严重抑制了学生的思维和主动性和创新能力。
2 对生物化学实验教学的革新性探索
2.1 改革实验教学内容,开设学生自主设计性实验
当前生物化学实验内容中验证性实验较多,分为几类:生物分子的性质反应,例如蛋白质的显色反应和沉淀反应、酶的特异性等;生物分子的含量测定,例如二苯胺法测定DNA含量、福林酚法测定蛋白质含量等;生物分子的分离纯化技术,例如游离氨基酸的纸层析、葡聚糖凝胶层析、聚丙烯酰胺凝胶电泳、动物组织中核酸的提取等。这些实验只涉及某一物质或某一方面的内容,各个实验之间是孤立的,缺乏知识的相互联系,学生做过实验后往往只记得实验结果,不利于学生动手能力的培养和对整个生物化学知识的学习。学生自主设计性实验是由学生在教师指导下,在已掌握知识与技能的基础上选择教师提供的相关研究领域范畴内的课题或自行命题,根据实验目的要求和条件,由学生自行设计实验方案并加以完成的实验[2]。相比验证性实验,一般院校自主设计性实验较少或没有。实验教学改革就需要降低验证性实验比例,删除那些内容落后于学科发展的验证性实验,开设能够全面培养学生能力的自主设计性实验。因此本校在理科基地班开设了“生物大分子(溶菌酶)提取、分离、纯化及其生物学性质鉴定”实验,这是一个大型的学生自主设计性实验[3]。实验内容涉及离子交换层析、凝胶层析、蛋白质电泳、等电聚焦、蛋白质含量测定、酶活力测定等,实验仪器涉及恒流泵、部分收集器、层析系统、紫外分光光度计、循环水式真空泵、蛋白紫外检测仪,离心机、计算机等。该实验共48学时连续一周,内容丰富且综合性连续性强,能够满足学生自主和设计的要求,激发学生的兴趣,增强学生的创新意识。
2.2 建立新的实验教学模式,使学生充分自主
实验课两周前将学生按照7～8名/组分成若干小组,要求他们上网检索或到图书馆去查阅相关资料,并以小组为单位写出实验设计报告,包括实验原理、实验方案、所需仪器和实验药品、试剂、材料等,并于实验课前交给实验指导教师审阅。课上各小组指定一名代表进行本组实验设计报告的讲解,由教师和其他小组学生对该实验设计报告上的实验方案进行分析讨论,教师和任何学生都可以对实验的各种细节提问,由小组代表或小组成员进行解答。通过相互提问和解答,诱导学生独立思考,激发学生的求知欲。讨论后认为实验方案可行,则开始实验;不可行则修改实验方案至可行,或者参照其他小组可行的实验方案开始实验。各小组推选一名组长负责组内实验操作的分工和时间的安排。在实验中学生不仅需要自己动手配制试剂、处理材料、使用仪器、操作步骤和分析结果等,还需要动脑自行解决遇到的问题,解决不了的再请教老师。教师负责整个实验进度的把握,纠正学生的不规范操作,发现并指导学生对出现的错误进行分析,解答学生的提问,查看学生每一步的实验结果。实验完毕后,要求学生写出高质量,有水平的实验报告,包括实验目的、原理、操作、结果、结论、讨论等,并把重点放在结论和讨论上,因为这两部分是实验报告的精华,能够培养学生分析问题解决问题的能力。最后还要求各组把实验报告做成幻灯片,向其他学生和教师进行讲解,再次通过提问和解答的互动,使学生分享实验经验和感受。这种新的教学模式把学生推到实验教学的前台,使学生成为实验教学的主体,充分发挥了学生的主动性和创造性,培养了学生的科学实验能力。
3 教学效果和其它环节
通过生物化学实验教学改革,开设学生自主设计性实验,使学生开阔了视野和思路,增长了知识和技术,并对生物化学研究领域有了一个总体的认识,增进了各章知识的联系性;使学生成为了实验的主人,发挥了主动性,提高了实验兴趣和积极性,训练了学生的思维能力,培养了学生的创新精神。总之,不仅大幅度提升了教学效果,更培养了一批能思考能创新的学生。
开设学生自主性设计性实验涉及到学生、教师、实验室和学校的供应部门多个方面,具有一定的难度。学生需要提高主动思考的意识和能力;教师需要掌握更多的知识,提高业务素质,投入更多的时间和精力;实验室需要具备良好的实验条件、充足的仪器设备,开放到位,管理有序;学校供应部门需要保证实验药品、材料和仪器的供应,做到有备无患。只有这几方面密切合作负责到位,才能使实验顺利开展,有条不紊的进行,圆满的完成。
参考文献
[1] 赵永芳.生物化学技术原理及应用[M].北京:科学出版社,2002.
[2] 穆虹,易继财等.基因工程综合设计性实验的教学实践[J].实验室研究与探索,2007,26(7):102～104.
[3] 张景海.生物化学实验[M].北京:中国医药科技出版社,2006.