生物化学是食品科学与工程专业一门重要的专业基础课, 有着很强的实验性和应用性, 因此生物化学实验在生物化学教学中占有极其重要的地位。目前生物化学实验一般分为基础实验、综合实验、设计实验三大部分, 如何在教学过程中使这三部分有机结合、互相促进, 最大限度的发挥各自优势, 值得我们不断摸索、探讨、改进和总结。
为了对所开设的生物化学实验进行真实、恰当的评价, 以便不断改进、完善实验教学, 我们对我校食品科学与工程、生物工程两个专业200名本科生进行了调查问卷, 调查内容主要涉及基础实验、综合、设计实验在培养、提高学生各种能力上的影响, 调查结果统计见表1。
调查结果表明: (1) 在所考查各项内容中, 综合、设计实验评价“好、较好”的学生人数, 比基础实验都较多, 尤其突出表现在提高学习兴趣、提高分析、解决问题能力和创新能力几项上, 这表明由于综合、设计实验的实验项目采用了增加学生对实验原理、方法、结果的思考强度和时间, 引导学生自己开展、分析、完成整个实验等教学方式, 学生的综合能力有了较大的提高。 (2) 基础实验在提高自学能力、观察问题能力、动手操作能力上, 评价“好、较好”的学生人数虽然少于综合、设计实验, 但相差不大, 这表明学生并没有否定基础实验在实验教学上的成绩和贡献, 说明基础实验也有着独特的优点, 必须加以合理的安排和利用, 充分发挥基础实验的优势, 为综合、设计实验的开展奠定基础;同时也表明, 由于学生能力表现不一, 基础实验比较容易掌握, 故有相当一部分学生对于基础实验的作用给予了肯定的评价。因此生物化学基础实验、综合实验、设计实验之间的有机结合值得我们深入的探讨。
1 基础实验是牢固的根基, 项目的选择要精而细
基础实验是让学生学会基本操作, 训练学生的基本实验技能和动手能力, 具有现象直观、操作简单、仪器常用、示范性强的优点, 有利于学生对生物化学基本实验技术和方法的掌握, 为学生完成以后的实验打下良好的基础。另一方面, 基础实验在实验进度上往往与理论教学内容相衔接, 实验中通过教师的讲解, 帮助学生加强理解并掌握生物化学课程的相关背景知识, 从而实现理论与实践的充分融合。通过基础实验的学习, 强化了学生基本技能培训并规范了操作, 提高了学生动手能力, 掌握了常规仪器的使用方法和使用原理以及注意事项[1]。
以往由于实验条件等因素的限制, 生物化学实验中基础实验部分占有比重较大, 经过近些年的发展, 综合实验、验证实验的逐步增加, 使基础实验呈现出开设项目少、项目选择不精、开设时间随意等不良的趋势。首先应明确, 基础实验不但要开设, 而且要开设好, 开设精。基础实验的开设不仅要教会学生基本的实验技能, 而且要为综合、设计实验教学内容的实施奠定基础, 实现从基础实验向综合、设计实验的转变。其次要精选基础实验项目, 做到少而精, 少而细。实验项目的选择可以根据所要开设的综合、设计实验的内容进行精心挑选, 要充分发挥每个基础实验的作用, 切不可随意安排。比如要开设有关蛋白质的分离、纯化和鉴定的综合实验, 可以首先开设有关蛋白质提取的实验, 使学生熟悉蛋白质的性质, 细致掌握相关的仪器操作和使用, 避免在综合、设计实验开设时, 由于内容多造成学生实验中忙于学习基本操作、仪器使用, 而缺乏对实验本身设计、结果的思考, 从而提高了实验效率。另外基础实验项目也可根据知识板块内容来定。比如生物化学实验一般可以分为糖、核酸、蛋白质、酶、维生素等几大知识板块, 每个板块或者相接近的板块之间可以安排一个基础实验。最后基础实验的开设时间也可以灵活多变, 安排在综合实验之前或之后都可以, 比如核酸板块实验中在提取DNA、琼脂糖凝胶检测之后, 可以安排一个定量测定DNA含量的基础实验, 避免整个综合实验时间过长, 内容过多, 影响了教学效果, 但基础实验最好放在设计实验之前开设。
2 综合实验是巩固、衔接的桥梁, 项目选择要难而深
综合实验是对学生实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性大实验, 是在基础实验的基础上, 提高实验的难度, 旨在进一步强化学生的实验技能, 培养学生善于发现、分析、解决问题的综合能力、实验动手能力及查阅参考文献的能力, 全面提升学生的实践能力。与单一的基础实验相比, 综合实验具有内容多、知识面广、实验过程长、连贯性强、所涉及的实验仪器较多, 教学内容所需要掌握的实验原理、方法、技术呈现多样化、多个知识点互相联系的特点, 这样可以在引导学生主动获取知识、运用已有知识解决实际问题的过程中, 巩固学生已经掌握的实验操作技能、梳理已经学过的理论知识, 而且可以拓宽学生思维空间, 提高综合思维能力, 挖掘潜在的创造力, 培养学生坚韧不拔的意志品质、实事求是的科学态度、相互帮助的协作精神[2～3]。
综合实验项目的选择首先要有很强的知识体系, 就某一方面进行一整套的系统研究, 并非是几个基础实验的简单叠加。难度和深度应逐步增加, 有利于选拔高水平、能力强的学生。比如涉及核酸的综合实验, 可以从核酸的提取、纯化, 到琼脂糖凝胶电泳分析、核酸检测仪定量检测, 再到PCR扩增核酸片段、探针制备与核酸杂交。有关酶的综合实验, 可以包括酶的提取、离子交换柱层析纯化、pH值和温度对酶活性的影响及最适pH值、酶活性、反应活化能、酶热稳定性的测定、反应时间、底物浓度、抑制剂对反应速度的影响及Km和Vmax的测定。其次要根据实际情况, 合理安排综合实验项目。由于综合实验一般时间较长, 课时较多, 在有限的生物化学实验课时内, 应恰当分配其所占的比例。一般可以开设2～3个综合实验项目, 课时比例占总课时的60%左右。过多的综合实验项目会造成学生做实验如走马观花, 反而降低了学习的效率。所设实验项目也要有主次之分, 可以根据学科具体发展及国内外研究进展情况来开设。比如同时选择开设有关蛋白质、核酸、酶三个综合实验, 应有所侧重, 确定对其中某一个方面进行深入的研究, 另外两个做次重点。若以核酸实验作为重点, 可将核酸的杂交包括在所开项目之中, 使核酸部分实验有了较大的深度和难度;若以蛋白质方面作为重点, 则PCR和核酸的杂交内容可以删掉, 这样有利于学生在短期内较好的接受所学的内容, 掌握更多的实验技术, 更重要的是形成了一整套研究的完整思路, 有利于学生养成严密和综合的思维方式。最后综合实验实施过程中既要检验学生在基础实验中的学习情况, 又要为后续的设计实验做铺垫。通过基础实验的学习, 在综合实验时检查学生动手操作能力、常规仪器的使用、实验现象的观察等基本能力是否达到要求, 需要我们教师加以指导和启发, 帮助学生改进, 同时由于综合实验有一定难度, 学生能力不一, 可以通过培养2～3个学生之间的协同合作精神, 取长补短, 共同进步, 这也为后面的设计实验中放手让学生操作打下了基础。
3 设计实验是良好的检验标准, 项目选择要广而新
设计实验可根据专业特点及其学生兴趣爱好选择具有研究性质的项目, 通过给定实验目的要求和实验条件, 由学生自行设计实验方案并加以实施的实验。要求学生从实验材料、试剂的准备到实验仪器操作、结果记录、书写论文式实验报告均自己完成, 教师只讲解实验要点和容易出错的地方, 提出问题让学生回答, 给学生充分的想象空间, 提高学生做实验的兴趣。设计实验是对学生在做完基础、综合实验之后, 集中两周左右时间, 放手让学生自主探索实验, 组织学生研讨、发掘实验中具有设计性研究性的素材, 引导学生在实验中提高动手能力和研究问题的能力, 调动学生的积极性, 发挥他们的想像力, 开发学生智力和创造潜能, 从而提高独立发现、分析和解决问题的能力, 是检验学生实验学习的重要手段。设计实验的开设突出了学生参与实验的主动性, 学生在实施过程中也表现出极大的创造热情, 具备了一定的科研素质, 培养实事求是的科研作风, 为学生将来走上工作岗位具备一定的科研能力奠定了良好的基础[4～5]。
首先设计实验项目的选择面要宽广些, 引导学生进行发散思维, 不必担心学生做错或者做得不好, 重要的是打开学生的思维空间, 培养学生严谨的学术作风和创新的科研意识。比如要开设从不同材料中提取DNA及纯度鉴定的实验, 由于实验材料不限, 学生可选动植物、微生物, 如洋葱、猪肝、鸡血、酵母, 采用浓盐法、蛋白酶K法、CTAB法等进行提取, 其纯度鉴定的方法只要具备科学性和可行性即可。其次设计实验中团队协作尤为重要。可以让学生自由组合, 在综合实验基础上, 增加至每4～6人组成一个团队, 各成员有明确的分工, 从实验方案确定, 讨论实验方法, 预实验等每一个环节都需要共同努力完成。这实际上是模拟了科学研究的过程, 为学生今后独立开展科研工作奠定基础。最后设计实验结果递交形式可以多样化, 可以采用小论文、大实验报告、小型产品等形式检验学生的实验结果。比如给定一些材料让学生自选, 如各种蛋类、各种动物血液、各种奶制品等, 要求学生在已掌握的蛋白质理论知识和实验技能基础上, 从蛋白质含量的测定方面开展实验, 根据实验结果对不同材料的营养价值从蛋白质角度进行分析和评价, 最后以小论文的形式提交实验报告。
4 基础实验、综合实验、设计实验是环环相扣的统一体系
基础实验、综合实验、设计实验的项目安排应主次明确、特色突出、互相依托、互相促进。基础实验与综合、设计实验结合, 既能提高基础实验方法应用的灵活性, 又能对综合、设计实验结果做出科学的判断。实验项目之间可以前后相关, 前一个实验的结果是下一个实验的材料, 实验基本技术之间交叉运用, 使学生们在对生物化学某一方面进行系统实验时得到一次从科学思维到技能方法的全面训练。实验内容上可以有序地逐步加深, 有助于学生进行各种实验方法优缺点的比较、鉴别和运用。
生物化学实验更新速度较快, 为了培养能够适应新世纪发展的高素质大学生, 需要不断改进、完善生物化学实验教学, 加强基础实验、综合实验和设计实验之间的互相促进和联系, 以求进一步提高大学生的综合能力和创新能力。
摘要：本文在分析了200名本科生的生物化学实验教学情况调查结果后, 较为系统地介绍了近几年生物化学基础实验、综合实验、设计实验的教学特点, 探讨了如何加强三大实验的联系, 使其形成一个相互促进的整体, 并对具体所开设的实验项目提出了一些建设性的意见。
关键词：基础实验,综合实验,设计实验,结合
参考文献
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