中医药院校生物化学实验教学探索与优化

陶 莉,赵凤鸣,席蓓莉,赵欢欢,陈美娟

(南京中医药大学医学院·整合医学学院实验教学中心, 南京 210023;△通讯作者)

生物化学是高等中医药院校不可或缺的一门专业基础课，也是生物医学的前沿学科，其理论和技术已经渗透到生命科学的各个领域，是联系基础医学与临床医学的桥梁。生物化学也是一门实验性很强的学科，学生通过亲自动手操作，能够更好地理解生物化学的理论知识，同时巩固和验证所学，因此生物化学实验对培养本科生规范的实验操作及基本的科研思维能力尤为重要。

近年来，随着中医药事业的快速发展，中医药院校的人才培养目标不仅着眼于对传统医学的继承，还逐步向运用现代科学新技术方法推进中医药理论研究及创新转变。2017年实施的《中华人民共和国中医药法》也提出，要坚持继承和创新，运用现代科学技术，促进中医药理论和实践发展，培养创新型中医药人才[1]。因此，为了更好地掌握生物化学实验技术，提升生物化学实验课的学习效果，我们在课程内容设置上进行了有益探索，并提出四项具体优化措施。

1 探索生物化学实验课程的内容设置

1.1 紧盯中医院校各专业发展需求，大幅度增加实验课时

正是看到实验教学在医学院校人才培养中的关键作用，尤其是中医药的继承与创新更是迫切需要与现代生命科学紧密联系，因此我们增加了生物化学实验课的课时。根据最新的人才培养目标，我校各专业负责教师对人才培养方案进行重新修订，生物化学实验课根据不同专业按以下三种情况进行调整：①同时增加总课时和实验课时。如中医学(妇产科学)五年制，总学时由54学时增加为63学时，实验课由9学时(全部为基础性实验)增加为28学时(19学时基础性实验和9学时综合设计性实验)。②在总课时不变的情况下，增加实验课学时(包括基础性和综合性实验课时)。如中医学九年制(本硕博连读)专业生物化学72总学时不变，实验课总学时由16学时(全部为基础性实验)增加为32学时(22学时基础性实验和10学时综合设计性实验)。③在总课时和实验教学课时不变的情况下，减少基础性实验的比例，同时增加综合设计性实验的课时。如中药学、药学四年制专业生物化学72总学时和实验课16学时不变，将16学时基础性实验调整为12学时基础性实验和4学时综合设计性实验。以上对实验总课时或综合设计性实验课的增加为实验教学提供充足的时间保障，但与众多的西医院校相比，中医药院校生物化学实验课时仍相对较少。比如兰州大学基础医学院实验课与理论课之比已由修订前的1∶1提高到4∶3，可见实验课程的教学日益得到相关高校的重视[2]。

1.2 整合优化基础性实验内容，增加综合设计性实验比重

作为基础医学课程模块，生物化学课程一般安排在本科二年级学习。此时学生刚进入实验室进行专业基础实验课程的学习，其基本实验技能的规范与培训尤为重要。因此，我们对生物化学实验教学内容的改革并没有大刀阔斧地进行，而是对现有实验项目中涉及相似实验原理、相同实验操作的实验进行筛选、精简及优化整合，保留经典的基础实验，或是在原有实验项目基础上进行改进，增加了许多现代生物化学的技术和方法，整合优化为现行的验证性实验(包括福林酚法测定蛋白质含量、酶学实验、小鼠肝组织中核酸的分离与组分鉴定、饱食和饥饿对小鼠肝糖原含量影响的比较)和综合性实验(包括细胞总蛋白的提取及BCA试剂盒测定蛋白浓度、SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测定蛋白质相对分子量、真核生物基因组DNA的制备及含量测定、PCR反应及产物鉴定、质粒小提试剂盒进行质粒的提取及琼脂糖凝胶电泳进行产物鉴定)。

诚然，这些实验教学改革的举措对于学生基本实验技能的训练和实验素养的提高确实发挥着重要作用[3]。但是在培养适应时代发展、符合社会需求的中医药创新人才这一方面仍存在以下不足之处：①教学方式仍主要采用教师传授为主，学生按实验讲义提供的实验步骤在教师的指导下进行实验，其学习缺乏热情和兴趣，只是按部就班地完成实验，无法培养良好的创新思维和创新能力；②中医药院校的学生需要投入更多的精力来学习中医学、中药学等主干课程，相当数量的学生对于生物化学等西医课程不够重视，加之实验考核方式单一，主要以出勤、实验报告为考核内容，无法有效评价学生的学习效果[4]；③长期以来，教师的绩效奖励和职称评定偏重于对其科研项目和SCI论文的考核，各类教学改革课题又侧重于对整个课程的评价，而针对实验课程的改革普遍重视不够，创新力度还不够大。

因此，中医院校生物化学实验的教学仍有很大的提升空间。如何改变教学模式，优化教学内容，进一步改进教学方法，将抽象、复杂的知识变得生动、有趣，提高学生的求知欲和探索欲，笔者提出以下具体措施。

2 生物化学实验教学的四项优化措施

2.1 利用多媒体和网络新技术，改进实验教学方法

我们改变教师传授-学生被动接受的传统教学模式，采用雨课堂、微课等新的教学模式以提升学生的学习兴趣。教师事先依据教学大纲，针对某个教学环节或关键知识点制作微视频、微型PPT等，将教学内容模块化[5]；之后通过雨课堂向学生发布10-15 min的预习内容，要求学生根据个人情况完成对实验原理和关键实验技术的学习，使其对实验的难点和关键点有整体把握。在课堂上，教师通过雨课堂发布5-8个预测题，既调动了学生的参与度，又初步检验学生对实验目的及原理的掌握程度。根据答题情况，教师只对问题做补充讲解、必要的示教以及强调实验所需注意的安全事项，更多的时间留给学生操作和讨论[6]。课后教师仍然通过雨课堂布置作业和收集批改学生提交的实验报告。对于遗忘的实验内容，学生也可通过微视频查缺补漏，复习和巩固所学。

以饱食和饥饿对小鼠肝糖原含量影响的比较实验为例，教师课前把糖原提取的原理和步骤，糖原鉴定的方法制作微课程PPT，并将实验中的关键操作环节如小鼠的抓取、颈椎脱臼处死及开腹取肝脏技术等制作实验操作微视频上传至雨课堂，提前供学生预习[7]。学生只有提前完成预习，才能很好地开展实验。课堂中，我们改变以教师讲授为主的教学模式，突出以学生为中心的教学理念。教师密切关注各组实验情况，发现问题或遇到学生提问时，多采用启发式、讨论式、互动式引导，培养学生独立思考和推理分析的能力，引导学生对不同的实验结果展开组内和组间讨论，思考并提出解决办法。通过这种方式，提高学生对实验的参与度和积极性。例如，在饱食和饥饿对小鼠肝糖原含量影响的比较实验中，肝糖原经酸水解可生成还原性的葡萄糖。葡萄糖可用班氏试剂进行检验，可将碱性铜溶液中二价铜还原为砖红色氧化亚铜。实验过程中，因班氏试剂本身颜色影响，加之提取的肝糖原量不够(学生研磨不充分)，因此砖红色不明显。学生积极思考，分析现象不明显的原因可能为浓盐酸易挥发导致浓度被稀释或未在沸水浴中加热等，在与教师交流及与其他组比较中发现可能是研磨不充分，导致溶液中糖原不足而使实验现象不够明显；之后，提出将原先1 ml肝糖原溶液增加为2 ml，或是减少班氏试剂的用量再次进行实验，均得到较好的实验结果。这一过程提高了学生分析问题和解决问题的能力，加深了对理论知识的理解。

因此，构建生物化学实验微课程并引入生物化学实验教学中，对于解决中医药院校生物化学教学过程中存在的问题，提升整体教学效果具有重要意义[8]。此外，教师可适时将虚拟仿真实验室引入生物化学实验教学中。虚拟仿真实验是借助多媒体、仿真和虚拟现实等技术，在计算机和网络上搭建的可辅助、替代传统实验操作环节的软硬件操作环境[9]。由于受实验室条件、有毒试剂或是仪器昂贵等因素限制，一些无法开展的生物化学实验项目可通过进入虚拟仿真实验平台完成各种实验。虚拟仿真实验虽然不能替代学生的实际操作，却是传统实验模式的有力补充[10]。

2.2 完善实验考核方法，综合评定学生成绩

考核是实验教学体系的重要环节，是评价学生对实验技能掌握程度和学习成效的重要手段[11,12]。目前的考核方式主要以学生的实验报告撰写和出勤情况等作为成绩评定的依据，无法体现学生的真实水平，同时也未能充分体现培养学生综合能力的初衷。针对这些问题，我们需改革生物化学实验课的考核评价方式，增加实验期末考试，全面考查学生对实验的掌握情况，包括笔试和现场演示实验操作。实验操作采用随机抽考、单独操作的方式，能有效考查学生实验操作的规范性和动手能力[12]。另外，我们在平时的实验中增加了对实验预习的考核，这也体现了以学生为主体、教师为辅助，考查学生自主学习能力的改革思路。实验报告内容也不仅局限于对实验现象及结果的描述，重在讨论实验设计的原理、对出现不同实验结果的原因分析以及为了避免这些问题的出现应该给出哪些改进方案，并以研究论文的形式书写实验报告，突出对学生综合能力和思考能力的评价。具体考核标准包括基础综合性实验考核(占总成绩的70%，其中出勤率10%，实验预习15%，课堂表现15%，实验报告30%)和期末实验考核(占总成绩的30%，其中笔试15%，实验操作15%)。

2.3 吸纳学生参加生物化学预实验，推行课外开放实验教学模式

为充分发挥学生的自主性，因材施教，实现个性化培养，实验教学中心可实行开放式管理。我们采用课内和课外相结合的开放模式，最大程度地实现实验教学中心内部资源共享，为希望日后继续深造的学生提供平台，给学生更多的弹性学习时间，极大地调动了学生的学习兴趣[13]。

2.3.1 吸纳学生参加预实验 预实验是在实验教学前由实验技术员按照实验目的和要求，完成各类实验材料的准备、实验试剂的配制后，按实验步骤完成整个实验流程，并在预实验结束后做好实验记录和结果分析，以确保正式教学实验开始后的顺利开展。吸纳各专业有需求的学生参与预实验，从最基本的玻璃器皿的洗涤、试剂的配制、实验室常规仪器的使用到培养基的配制、高压灭菌及细胞培养的准备工作等培训开始，之后完成整个预实验，使学生对实验的全过程有了更系统、更全面的认知。尤其对一些动手能力较差，化学基础偏弱的学生[14]，通过参加预实验，不仅提高了基本实验技能，而且培养了学生的自主性和自信心。

2.3.2 课外开放实验 对于动手能力强、科研素质好的优秀本科生，我们结合其专业特点，开展自主创新型实验，在学院内选聘有课题的教师作为本科生导师。学生和导师进行双选，之后一对一开展指导。学生的实验内容多以导师的科研方向为主，从文献查阅、实验选题、方案设计、内容实施、结果分析等各个环节培养学生从事科学研究的能力。目前，这一举措已开始实施，并将自主创新型实验培养方式与江苏省大学生创新创业训练计划项目结合起来，极大地调动了学生参与的积极性。2019年以来，本学院已获批该类项目18项，现已有30余名学生参与其中，并在教师的指导下，以第一作者发表论文40余篇，成绩斐然。值得一提的是，我们将自主创新型实验的课题作为参赛作品参加全国大学生生命科学竞赛、“互联网+”创新创业大赛等活动[15]，目前已在第十六届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛中获国家级“一等奖”。在此积极效果的影响下，学生的生物化学实验学习热情空前高涨。教师通过这种模式，能够很好地培养学生的创新思维和创新能力，对这批学生今后的就业或继续从事科研均奠定了坚实的基础[15]。

2.4 引培并举加强教师队伍建设，完善带教老师考评奖励机制

随着更多新的综合设计性实验进入本科生物化学实验教学中，要求实验主讲教师既要有扎实的理论知识，也要掌握本专业的前沿知识，具备较强的科研能力，并通过科研反哺教学，实现教学和科研一体化。这也对实验中心的专职实验教师提出了更高的要求。专职实验教师一方面需熟练掌握多种先进仪器的原理和操作方法，另一方面，还需多参加全国教学培训或医学综合实验教学设计大赛等。同时，高校可适当引进高水平博士生作为专职实验教师，多途径提升专职实验教师队伍的整体水平[16]。诚然，所有的实验改革都需要教师投入更多的时间和精力，也增加了任课教师和专职实验教师的工作量。在当前各高校教师面临的较高科研压力情况下，高校适时出台更多的奖励措施，鼓励支持教师进行创新性教学实验改革，定能在实验教学方面产生更多的精品实验课程[17]。

综上所述，我们对生物化学实验教学所做的探索以及提出的四项优化措施均以学生为中心，实验课所有改革方向和教学目标也是更好地培养学生的实践能力和创新能力。因此，如何从学生的知识结构和实验教学自身规律出发，充分发挥其主观能动性，调动学习兴趣，更好地激发和培养学生的创新思维和综合能力，这都是我们今后不断努力探索的重要方向[2，3]。