设计性实验在“生物化学实验”教学中的探索与实践

王筑婷 李红梅 雷霆雯

[摘 要]目的：探讨设计性实验在生物化学实验教学中的效果。方法：选取100名2年级临床医学专业本科学生为研究对象，在掌握了基本的实验技术基础上，教师规定以“某种蛋白质或酶的分离、纯化及鉴定”为设计性实验的内容，学生首先分组，查阅文献，撰写实验方案;然后进行PPT汇报，师生交流，确定可行的设计方案;最后完成实验，并对实验结果和教学效果进行评价。结果：发放问卷调查表100份，收回99份，问卷回收率为99%。100%的学生认为设计性实验能提高学习积极性和学习兴趣，培养自学及独立思考能力，98%的学生认为可继续在生物化学实验教学中开展设计性实验教学。结论：在生物化学实验教学中开展设计性实验可取得良好的教学效果。

[关键词]生物化学;实验教学;设计性实验

[基金项目]2011年度贵阳医学院“生物化学实验中开设设计性实验的探索”（23）;2013年度贵阳医学院“病案式教学法在生物化学理论课中的应用初探”（2013037）

[作者简介]王筑婷（1980—），女，贵州独山人，硕士，贵州医科大学基础医学院生物化学与分子生物学教研室讲师，主要从事食源性多肽的研究。

[中图分类号] G642.4[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）33-0240-03[收稿日期] 2020-03-26

生物化学主要通过研究生物大分子结构与功能、物质代谢与调节、遗传信息传递的过程与调控，揭示生物体内能量转换、神经传导、激素作用、免疫和细胞间通讯等许多奥秘，在各大高校相关专业以必修课的形式开展教学，包括理论教学和实验教学。生物化学实验教学通过结合理论，利用实验技术，让学生去解决生活或医学中出现的常见问题。但现今国内的生物化学实验教学大都是验证性实验，学生缺乏创新及解决问题的实践机会，这个弊端使得教师的教学质量难以提升，教学效果很难达到学生的期望值，学生自我创新进行生物化学实验的需求难以实现[1]。

一、设计性实验的必要性

设计性实验是指给定实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案，并加以实施。学生应综合已学理论知识和实验技术原理进行独立自主的实验设计，在这个过程中发现并解决问题，这是培养当代學生学科专业素质及自主创新能力的有效手段。设计性实验的目的在于激发学生的思维活动、学习主动性，提高学习兴趣，使之具备开拓创新能力、实践能力、解决问题的能力，这是深化实验教学改革、提高实验教学质量、改革实验教学模式、适应人才培养需要的一项重要举措。

改变传统教学模式并及时更新教学手段和内容、增加设计性实验、减少验证枯燥无味的实验内容。以科学发展观为指导，将实验教学理念归纳为坚持“以学生为本，以能力培养为核心，融知识、能力、素质协调发展”的实验教学思想[2]，这是高校教师现阶段的首要目标。

二、设计性实验的教学环节

在传统的实验教学中，实验教材详细列出实验目的、原理、步骤，学生的实验过程就是按部就班地完成实验，从而验证一些理论课上的重要知识点，导致学生的实验思路被限定，主观能动性得不到发挥[3]。在设计性实验教学中，以学生为主体，充分发挥学生的自主性，整个过程中让学生牢记“不依赖老师、一切靠自己”的主要思想，从设计实验方案、汇报及确定方案、实施方案几个环节去完成一次设计性实验，教师只是在其中给予指导、评价、总结等。主要教学环节包括：

（一）教师指定范围，学生查阅资料，自主设计实验

教师根据学生前面几次实验所掌握的实验技术原理，提出实验范围。学生分组后开始自主设计方案，设计过程中学生应明确实验目的、原理、步骤、预期结果、试剂配制、用到的仪器、参考文献等各项内容，教师需要在整个设计过程中积极解答各种问题，并给予试剂配制方法、仪器使用说明、文献检索等相关知识的引导。教师需要全程跟进设计进度但不过多干预设计内容，使学生由“学会”转变为“会学”，引导和鼓励学生的求异思维和使用新的设计思路[4]。

（二）学生根据教师意见修改实验方案，汇报并确定最终实验方案

教师对各组的实验方案提出意见，学生修改后，以PPT形式进行汇报，让学生掌握实验原理、理清各个步骤、改进现有方案，培养学生的创新能力与团结合作的精神。教师评定完各组的方案后，确定最终的实验方案。

（三）教师协助学生实施实验

学生实施设计性实验方案的时候，教师首先应当对主要仪器的使用进行示范性操作，避免学生出现错误操作，减少学生可能面临的安全隐患。其次，必须要规范学生的实验结果记录，让学生对实验每一步骤的具体现象进行准确描述与解释，避免出现只有最终的实验结果而对每一步骤出现的现象不能解释、对实验原理一知半解的情况。

（四）撰写实验报告

设计性实验教学效果的检测环节是学生撰写实验报告。设计性实验与验证性实验的实验报告有本质上的区别，设计性实验报告应该更完整、科学、严谨，更耐得住实际情况的真实考量。学生以论文的形式提交实验报告，根据实验原始数据分析实验结果是否与原理相符，是否达到预期目的。实验如果失败，分析失败的原因，提出改进措施，并重新实验，最终完成实验报告的撰写[5]。教师通过此次实验报告，可以清楚了解学生是否真正掌握理论知识点与某些实验技术方法，从而给予一个综合、科学、全面的评价。

（五）教学效果问卷评价

设计性实验教学因为其特殊方式，会让很多适应了传统实验教学的学生不太接受，因此在完成一次设计性实验教学后，学生对这种方式的教学效果满意程度及意见的调查，是后续能否更好开展设计性实验教学的重要环节。

三、设计性实验在我校生物化学实验教学中的实施

（一）研究对象

研究对象为本校2年级临床医学专业5年制本科学生共100人，4个实验组，每个实验组又分为6小组，每小组4—5人。

（二）实施方法

实验学时数为36学时。每次4学时，共9次实验。将设计性实验安排在最后1次实验来实施。

1.课前准备。教师根据学生前面几次实验所掌握的实验技术，提出设计实验的范围。本课题给学生的设计内容为：某种蛋白质或酶的分离、纯化及鉴定。

2.学生查阅资料，写出设计方案。将设计的内容在实施前一个半月发给学生。以每小组为单位，查阅相关资料，写出设计方案。方案要求：题目、实验目的、原理、需要的药品及仪器设备、操作步骤、时间安排、参考文献等。

3.教师對方案修改。教师对设计方案的不足提出意见，学生自己完善。

4. PPT汇报，并确定可行的设计方案。实施前2周，每小组由1人以PPT进行汇报。由教师和学生一起讨论每一组设计的课题存在的问题及实施的可行性，最后确定了2个设计方案是可行的：（1）几种市售牛奶中酪蛋白的提取及含量的测定;（2）利用纤维素DE-52从血清中提取IgG。

5.设计性实验实施。实验所需试剂及配制由教师完成，具体操作由学生实施。实验结束后完成实验报告。

（三）此次设计性实验教学效果问卷调查

以问卷调查方式对此次设计性教学进行评价，问卷调查以无记名的方式。发放问卷调查100份，收回99份，问卷回收率99%。调查内容及评价结果见下表。

实验可连续进行几天，非一次完成。

（四）此次实施设计性实验教学结论

根据问卷调查结果数据显示：（1）100%的学生认为设计性实验能提高学习积极性和兴趣，培养自学及独立思考能力;（2）98%的学生认为可继续在生物化学实验教学中开展设计性实验教学。

四、设计性实验在我校生物化学实验教学中的意义及体会

（一）意义

实验教学在培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才中有着不可替代的作用，是实施“卓越工程师培养计划”、实现素质教育和创新人才培养目标、加强学生实践能力和创新能力培养的重要环节[6]。它既是联系课堂理论教学的桥梁，又是培养学生实验能力并在科研实践中培养创造性能力的途径。传统实验教学以验证性实验为主，存在一些问题，比如：不能调动学生的积极性和主动性、很难提高学生的动手能力和设计能力等。教育部《普通高等学校本科学工作水平评估指标体系》中一级评估指标“专业建设与教学改革”项，对综合性、设计性实验做了明确规定：“有综合性、设计性实验的课程占有实验课程总数的比例大于80%，效果好”（A级），这给我们的实验教学提出了新的要求和任务。

生物化学是医学院校的一门重要基础学科，实践操作和动手能力是医学专业学生不可或缺的能力。在对医学人才的培养过程中，不但要打好扎实的理论基础，也要注重培养实际操作能力[7]。目前本院生物化学实验教学缺乏设计性实验，通过此次调查问卷结果显示，设计性实验能大大提高学生的学习兴趣、综合分析能力，培养其自学及独立思考能力，使学生从被动接受知识变为主动学习。同时，学生思维的扩充让学生设计的实验方案带来了新问题，教师没有碰到过的话，就会督促教师去查阅大量资料来考证该原理的正确性、操作的可行性，使教师也从中受益匪浅。98%的学生能接受并建议继续实施设计性实验，因此我们认为在生物化学实验课中开设设计性实验教学是可行的。

（二）体会

1.设计性实验教学需要课时较长。在此次设计中，有的学生设计的实验需要4学时，有的需要8学时，有的则更长，因此教师应根据本院的具体情况选择合适时间进行。我们认为每次实验学时最少4学时才可实施。

2.教师能力有待提高。设计性实验对教师综合素质提出了更高的要求，其目的是要充分调动学生的主观能动性，但这并不意味着教师可以不管不问，任由学生自由发挥。如何分析问题、通过哪些途径可以为构建实验方案提供可行思路等，都需要教师的引导。设计性实验的开设不是降低了教师的作用，而是更加突出了教师在引导和激发学生创新思维、活学活用等方面的意义[8]。教师不仅要掌握本专业的理论知识和实验技术，还要具备其他学科的相关知识和技能，这样才能发现设计的实验存在哪些问题，能在实施过程中及时解决未预见的问题。因此，对教师的能力要求会更高。

五、总结

高等院校教学的主旨是将学习与实践相结合，以社会所需的职业性应用为导向，增强实践教学强化学生职业能力的培养，实现高素质技术型人才的构建[9]。作为生物化学的一线教师，能利用现有资源、提高生物化学的教学质量、激发学生的学习兴趣，是我们的目标。高校的教学方式在不断改进，设计性实验教学是必然趋势，要让学生主动参与实验，开拓其动手能力与创新能力，培养其收集、处理信息的能力，增强其分析和解决问题的能力。我坚信，设计性实验教学会让生物化学的教学更全面、更综合，对医学复合型人才的培养是一种重要的推动方式。

参考文献

[1]刘万宏，姚波.生物化学设计性实验教学实践与效果评价[J].安徽农业科学，2012，40（1）：533-534+536.

[2]陶春元，喻国贞，曹小华，等.大学化学综合性、设计性实验教学实践与探索[J].实验技术与管理，2011，28（6）：182-184+199.

[3]孙学军，金荧荧，孙正凤.大学物理自主设计性实验教学模式的研究与探索[J].科技风，2020（7）：49-50.

[4]许静，张中海，桑黎黎，等.机能实验学设计性实验分阶段教学模式的实施和探索[J].基础医学教育，2019，21（4）：302-303.

[5]赵杰.浅谈设计性实验的实施[J].教育观察（上半月），2016， 5（12）：98-99+115.

[6]田运生，刘维华，王景春.综合性设计性实验项目建设的探索与实践[J].实验技术与管理，2012，29（2）：126-129.

[7]程晉，但国蓉，赵远鹏，等.以培养综合能力为导向的防化医学实验教学设计[J].基础医学教育，2020，22（1）：46-49.

[8]高强，陈传祥，陈立庄.无机化学实验教学中设计性实验的应用[J].科技视界，2019（1）：127-128.

[9]戴诚.生物化学设计性实验教学的探索与体会[J].人人健康，2018（24）：256.

Exploration and Practice of Design Experiment in Biochemistry Experiment Teaching

WANG Zhu-ting， LI Hong-mei， LEI Ting-wen

（Department of Biochemistry and Molecular Biology， Guizhou Medical University，

Guiyang， Guizhou 550025， China）

Abstract： Objective： To explore the effect of design experiment in Biochemistry Experiment teaching. Methods： 100 undergraduate students of clinical medicine major in grade 2 were selected as the research objects. On the basis of mastering the basic experimental technology， the teacher stipulated that "the separation， purification and identification of a certain protein or enzyme" was the content of the design experiment. Firstly， the students were divided into two groups. One group consulted the literature， and the other wrote the experimental scheme. Then they carried out PPT report， teacher-student communication， and determined the feasible design scheme. Finally， they completed their experiments. The experimental results and teaching effects were evaluated. Results： 100 questionnaires were sent out and 99 were recovered， with a recovery rate of 99%. 100% of the students think that the design experiment can improve their learning enthusiasm and interest， cultivate their ability of self-study and independent thinking. 98% of the students think that they can continue to carry out the design experiment teaching in Biochemistry Experiment teaching. Conclusions： Good teaching effect can be obtained by carrying out design experiment in Biochemistry Experiment teaching.

Key words： biochemistry; experiment teaching; design experiment