专题化组合式生物化学实验教学内容改革探索

阮海华, 孟 丹, 王素英

(天津商业大学 生物技术与食品科学学院, 天津 300134)

生物化学是研究生物体内化学分子与化学反应的科学。其主要研究内容为：生物体的分子结构与功能、物质的代谢与调节，以及遗传信息传递的分子基础与调控的规律，从分子水平探讨和揭示生命现象的本质[1]，是生物类、农林类、食品科学类以及医学类学科专业学生必修的重点专业基础课程。我校作为地方普通本科院校，以“主动适应社会需求，培养商学素养与专业能力结合、知识学习与实践能力并重、诚信做人与创新能力兼备的复合型创业型应用人才”为己任，强调培养学生应用知识和技能解决实际问题的能力，旨在为社会输送复合型创业型的应用人才[2]。生物化学课程是我院食品科学、食品质量与安全、生物工程、生物技术、制药工程、药事管理共计6个本科专业的专业基础课程，长期以来的定位是为专业课程学习奠定基础。本课程采用理论教学以课堂讲授为主，实验教学以验证性实验为主的传统教学模式[3]。由于传统的生物化学实验教学存在实验教学内容与理论教学契合度不够，实验教学内容松散，不同实验间缺乏连续性等弱点[4]，导致学生从实验教学中获得的知识比较分散，削弱了实验教学对理论教学的实践和反哺作用。为了实现我国高等教育提出的“培养具有创新型的应用型复合型人才，提高学生的理论知识水平和科学实践应用能力”[5]的目标，我院生物化学实验教学采用专题化组合式教学模式，以酵母蔗糖酶作为实验材料，开展多维度实验设计，旨在提高学生对生物化学实验课程的学习效果，进而促进生物化学理论的学习，实现实践—理论—再实践的循环学习模式，推动培养具有创新能力的应用型复合型人才目标的实现，并为同类课程教学内容改革提供借鉴。

1 专题化组合式生物化学实验教学内容的设计

专题化组合式教学模式是一种针对教学对象的层次和特点，按照教学目标，把课堂教学内容和其他教学内容划分为若干有机联系而又相对独立的专题，然后再把它们组合成完整的教学内容体系，并以多样化的教学方法加以实施新的教学模式[6]。

传统的生物化学实验教学设计如表1所示，每个实验均能够让学生掌握所对应的生物化学原理和技术方法，但局限性是实验内容偏单一，不同的实验间缺乏关联，未能有效通过实验教学有机地将独立的知识点连成线甚至形成面，影响学习效果。基于此，我们将专题化组合式模式应用于实验教学设计(表1)，在课时不变的前提下，围绕酵母蔗糖酶为同一实验对象，设计8个实验，围绕同一实验主体从多个角度设计实验，注重分析实验数据的纵向比较及其所代表的生物学意义。让学生更加深入地理解实验的原理、操作步骤及其对实验结果的影响，建立多维度知识体系，强化生物化学理论的学习效果。

另外，我们将两例科研成果转化到实验教学中。例如，实验6中利用化学方法(海藻酸钠和氯化钙)固定酵母细胞制作微球，将酵母限制在一定区域内进行活跃的、特有的催化作用，该实验属于可回收并可长时间使用的一种酶的固定化技术[7]。酶的固定化技术已经成为酶工业应用领域中的重要研究方向[8]。该实验制作了肉眼可见的固定化微球，具有操作简便、直观、学生体验性强的特点，使学生更加深刻地体会到酶固定化技术在工业应用中的价值，实验8明显增加了难度，注重学生综合能力的培养，即利用科研中已经获得的重组质粒作为实验材料[9]，该重组质粒为酵母表达质粒pRS316连接酵母蔗糖酶(Invertase，GenBank: CAA87030.1)编码基因及其上游400 bp包括启动子在内的DNA序列。以该重组质粒为基础，首先利用定点突变的方法获得一个启动子能力显著减弱的启动子突变体重组质粒[10]，然后分别将野生型以及突变的重组质粒转入蔗糖酶缺陷型酵母中，获得具有两种(野生型以及突变子)启动子活性的酵母。利用实验4中的活力测定方法检测两种不同启动子下酵母蔗糖酶活力的差异，通过实验数据分析学习启动子活性对基因表达调控的影响，了解启动子的强弱及其生物学意义。

表1 专题化组合式生物化学实验教学内容设计

2 专题化组合式生物化学实验教学改革的优势

专题化组合式实验内容的设计(图1)涵盖了生物化学理论教学中的蛋白质化学、酶学、核酸的化学与基因的表达调控等3大模块的内容。每个实验内容相对独立，各实验间紧密关联，以酵母蔗糖酶为同一研究对象，从蛋白质的结构与组成、酶学以及基因等多个维度对其进行研究，以此培养学生对生物大分子进行立体化学习的思维模式，帮助学生建立更加系统化的知识体系，强化记忆效果。更重要的是让学生掌握从研究目标出发将生物化学中繁杂并琐碎的知识点联系起来，找到解决核心问题的思路和方法，在培养学生动手能力的同时也培养了学生的科研思维和科学创新能力，并为生物相关学科的学习提供一种新的学习技巧，符合目前国内外高等教育改革和内涵式发展的核心目标。

图1 专题化组合式生物化学实验设计模式图

专题化组合式实验教学内容改革：1)按需施教，提高实验设计的针对性和适用性。根据我校的专业培养目标、学生特点以及我院对于食品科学与发酵工程的学科建设方向，采用酵母蔗糖酶作为研究目标，该实验材料容易获得且属于广泛应用于食品与发酵领域的微生物。2)学用结合，提高实验教学的质量和效果。3)师生互动，调动教与学的积极性。它一方面要求教师必须潜心钻研生物化学中理论与实践之间的关系，掌握生物化学知识点之间的内在联系，进而调动教师教学的积极性；另一方面通过实验之间的相互联系推动学生的思考，使得学生需要跟老师探讨的内容变得更多，强化师生间的互动。通过课前预习、对不同实验设计间的实验结果分析、课堂讨论以及课后讨论等环节充分调动学生的积极性和主动性，训练学生分析和思考每个实验以及实验间的科学问题的能力，培养学生解决实际科学问题的思维方式。

3 专题化组合式实验教学改革的考核方式

考核方法主要包括两个方面：一方面，在实验结束后进行专题讨论，每组学生需要提前准备发言提纲，探讨实验中出现的问题，除了在实验报告中对实验数据进行详细的分析之外，同时要对实验结果展开讨论。除了讨论本次实验结果，还要讨论与前面相关实验数据间的关系，实验讨论的优劣程度决定实验教学部分的成绩。另一方面，在期末考试中以理论加实验的综合题形式考核学生对生物化学课程的学习程度。改变以往那种死记硬背的考试方法, 而注重考核学生运用基本理论和基本方法解决实际问题的能力。

4 结论

实验教学是培养学生理解、掌握和运用理论知识的重要途径。通过实验教学的一点一滴不断渗透，可以培养和提高学生的创新能力。生物化学作为一门以实验为基础的学科，将专题化组合式的教学模式应用于其实验教学，可以使老师在传授知识的过程中做到研究目标清晰，教学内容环环相扣，激发学生思考，提高实验课程的质量。在教学改革的实践过程中，通过追踪调查和学生的反馈意见来观察教学改革的效果，并对相应的环节进行改进和优化，更好地为人才培养服务。