基于应用型创新农学人才培养的生物化学实验教学体系改革

李法君，韩爽，乔宁，付春鹏，张德珍，薛其勤，迟文娟

（潍坊科技学院贾思勰农学院 山东，潍坊 262700）

随着我国经济的高速发展、科技水平的大幅提升和产业结构的持续调整，对于人才的要求也日益提高，不仅要求具有坚实的理论功底，而且还要求具有较强的创新能力和实践能力。因此，我国教育主管部门陆续出台相关政策措施，引导地方本科高校转型发展，培养高层次应用型创新人才。应用型本科“应运而生”，以应用型为办学定位的本科院校，是新型的本科教育和新层次的高职教育相结合的教育教学模式。潍坊科技学院是经国家教育部批准，由寿光市人民政府兴办的一所全日制应用型本科高校。寿光市是我们的“蔬菜之乡”，随着科技和社会的发展，对应用型创新农学人才的需求也日益剧增。近年来，我校坚持内涵发展和特色提升战略，聚力于应用型创新农学人才培养，开展了一系列的教学改革措施，旨在为社会培养具有创新意识和创新能力的高素质应用型农学人才。

实验课程是深化课堂教学改革的重要环节，也是人才培养方案的组成单元，在提升学生实验技能、培养学生创新精神、提高创新能力方面起着不可替代的作用[1]。生物化学是一门与农学密切相关的专业必修基础课。因其知识框架复杂、内容抽象难懂，被学生喻为“生命的天书”[2]，也是教学过程中较难讲授的课程之一。而生物化学实验作为生物化学课程重要的实践环节，有助于学生理解课堂上所学的基础理论知识，熟练掌握并运用基本的生化技能和实验方法，为应用创新奠定基础。但是旧有的实验教学模式、一成不变的实验内容、落后的评定考核方式，已经阻碍了应用型创新人才的培养。基于此，笔者结合本院实验教学工作的实际情况，针对生物化学实验教学模式、实验内容和考核方式进行初步改革探索，旨在提高农学专业学生对生物化学知识的掌握程度，强化综合实验技能，形成一套符合地方高校应用型创新农学人才培养的生物化学实验教学模式。

1 生物化学实验教学中存在的突出问题

1.1 教学方法相对单一

在生物化学实验教学过程中仍存在传统的“灌输式”教学方式，即每次实验前由老师准备好相关试剂、调试好相关设备和仪器；授课时，教师首先讲解本次生化实验的原理、具体的实验步骤和相关注意事项。学生只需要按实验步骤，机械地完成相关实验内容，并在实验结束后撰写实验报告。在此过程中，学生并没有发挥自己的主观能动性，始终处于被动地位，而对于①为什么这样做？②有没有其他更好的替换方法？③以及什么样的实验结果才算合格？这些问题则没有进行深入的思考。因此，单一的教学模式导致学生缺乏思考问题和动手解决问题的能力，阻碍了学生综合素质的提高，更不能很好的适应现代社会对应用型创新人才的需求。

1.2 教学内容相对落后

生物化学是与时俱进的课程，其发展是建立在相关的科学研究成果之上的。21 世纪，与生物化学相关的实验技术日新月异，新技术层出不穷，如基因编辑技术-CRISPR/Cas9系统、RNA干扰（RNAi）技术、冷冻电镜技术等。而现实情况是，简单的定性或定量验证性实验仍在传统的生物化学实验课程中占主导地位，少有具有创新性的综合性和设计性实验，而较为前沿的实验技术更是无从谈起。将来要从事与生命科学相关行业的学生走上工作岗位之后，需要重新学起，没有实现从学校到用人单位的无缝对接。因此开展前沿性的实验技术培养已经迫在眉睫。

1.3 评价体系不全面

传统的生物化学实验课程成绩通常由实验报告或根据学生的具体操作情况来打分。因此，很多学生更看重实验报告的分数，而忽略了实验技能的掌握，把精力投入到实验报告的撰写上，更有部分学生存在抄袭的现象。老师在批改实验报告时，多是依赖于实验报告的数据，没有反应学生的真实实验水平；而根据实验情况打分的考核方式，则限制了学生的发散性思维，只能机械的按照既定步骤进行操作，使学生很难发挥自己的专业能动性进行分析创新。

2 基于应用型创新人才培养的生物化学实验教学体系构建

2.1 革新教学内容，培养创新能力

生物化学实验是潍坊科技学院贾思勰农学院农学专业的专业基础课（32 学时，2 个学分），课程安排在二年级上学期。鉴于传统的生物化学实验课存在上述缺陷，团队成员根据农学专业的特点，对生物化学实验课程进行了系统优化，提高了实验项目之间的关联度，并且编写新大纲，旨在提高学生的创新能力。实验内容包括基础验证性实验、带有前沿性的综合实验和自主创新的设计性实验3个模块。

2.1.1 基础验证性实验 基础性生物化学实验重点强调基础的操作步骤与规范，目的在培养学生掌握基本的实验技能，从而加深对生物化学理论知识的理解。新大纲中将“蛋白质的定量测定”和“肝脏谷丙转氨酶活力测定”列为基础验证项目，旨在通过这两个项目强化学生对生物化学实验的动手能力。

2.1.2 带有前沿性的综合实验 作为生物化学的重要组成部分，分子生物学近年来取得了迅猛发展。分子生物学技术也成为当前生命科学研究中使用最广泛的实验技术，是每个生命科学研究人员必须掌握的实验手段。所以掌握较为前沿的实验技术对本科生而言，无论就业还是考研都是有益的。因此团队成员根据生物化学实验课的特点，适当更新了实验内容，引入当前生物化学领域较新的科研成果。如：RNAi 是近年研究的热点课题，也是研究基因功能的有力工具。在“RNA 实验操作”中，我们把“RNA提取→反转录→RNAi”作为一个整体综合性实验。以水产动物常见的虾为实验材料，首先进行RNA 提取，然后将RNA 反转录为cDNA，最后以cDNA 为模板，制备双链RNA，将双链RNA注射到虾的体内，观察其表现变化。通过此过程学生不但学会了RNA 提取、反转录、双链RNA 制备，而且还掌握了引物设计、PCR 反应等相关的基本技能，而这些技术是从事生物行业或研究生学习必须掌握的的技能。因此，设计前沿性的综合性实验有利于应用型创新人才培养。

2.1.3 自主创新的设计性实验（与教师课题相结合）设计性实验主要来源于两部分：一是来源于实验课拟定的范围；二是来源于教师所承担的课题。前者，由教师提供几个可供选择的实验内容，各实验小组自行查阅相关文献资料，确定实验方案，由指导老师审阅修改后，按方案进行实验操作、完成实验、撰写实验报告。后者，主要根据教师承担课题的具体内容确定。由各小组联系有课题的教师，具体实验方案由指导教师来审阅指正。如笔者根据本人所承担的山东省自然科学基金项目，把“基因克隆”作为学生的设计性实验。确定了“RNA 提取→RACE技术→克隆分析”的实验方案。此过程可以使本科生直接参与到教师的课题中来，为将来立志考研的学生奠定坚实的实验基础，一方面也有助于课题的完成，一举两得。上述两种设计性实验可以很好地调动学生学习的主动性，激发学生参与科研的激情和潜在的创新意识。

2.2 改革传统教学手段，提高创新能力

传统的生物化学实验教学方法是教师首先讲解本次实验的原理，然后学生按照实验步骤机械地开展实验。这样做的结果，通常是实验尚未开始，学生就知道了实验结果，阻碍了学生创新性能力的培养。因此，要引导学生从发现问题过渡到学会分析问题、解决问题；那么，采用多元化的教学手段来提高生物化学实验教学效果，就势在必行。

2.2.1 翻转课堂 翻转课堂是指在实际教学活动中，课堂上和课堂下功能的翻转。即学生在课下提前自学课程内容，课堂上教师不再事无巨细地进行讲解，而是主要解答学生疑问、启发课堂讨论、澄清易混淆知识点。翻转课堂实现了传统教学中“教”“学”角色的翻转，调动了学生的学习积极性，充分发挥了学生的主体作用[3,4]。

在生物化学实验课中，笔者团队首先将复杂的实验分解为几个实验模块，每个实验模块可视化处理（制作成动画或视频），并根据具体内容设置相关问题；其次，将动画或视频发布到贾思勰农业院课程网站上，让学生提前观摩，以实验小组为单位，利用所学知识自己或从网站搜索相关内容，小组内讨论解决翻转课堂中的实验问题。学生也可以利用翻转课堂，提出自己难以解决的问题，由教师进行释疑答惑。如“DNA 的提取”实验，笔者团队设置了“传统法提取”和“试剂盒提取”两种方式。通过翻转课堂在“传统法提取”实验中设置“提取过程蛋白酶K、SDS、苯酚、氯仿各自的作用是什么？”“两种方法的优缺点是什么？”等问题，使学生提前明确实验的原理和两种实验方法的优缺点，在实际操作中有的放矢，同时也培养了学生自己解决问题的创新能力。

2.2.2 雨课堂 随着“互联网+”时代的到来，以智能手机为终端的学习方式也逐步走进了高校实验教学课堂，雨课堂教学模式便应运而生。雨课堂是将常用的通讯软件“微信”与教学办公软件PowerPoint 巧妙地结合在一起。教师将视频、语音、习题等教学资料实时推送到学生微信上，全面覆盖了“课前——课中——课后”三个环节。由于微信的及时性，雨课堂还可以及时反馈教学效果，实现课堂双方的有机互动。近年来，雨课堂也被应用到高校实验课的教学方面，并且取得了良好的教学效果[5-7]。

在实际授课时，团队成员选取较为抽象的分子生物学实验“基因工程操作”作为雨课堂的讲授对象。各环节的讲授如表1所示。

表1 基因雨课堂的基因工程操作技术

2.3 完善评价体系，助推创新能力

考核是实验教学中的重要组成部分，是对实验教学效果的有效检验，也是保证实验教学改革顺利进行的关键措施。笔者团队摈弃了传统的考核模式，而采用课前考核、课中考核、课后考核和期末总评的“四段式”考核模式。

2.3.1 课前考核（10%）要求学生在课前（包括根据翻转课堂和雨课堂提出的问题），收集、阅读与本次实验相关的资料，预习实验所涉及的理论知识，掌握基本原理与流程。要求学生在每次上课前写好书面预习报告，包括实验目的、原理、流程、操作步骤和注意事项等，使学生带着问题、有备而来，发挥了学生的创造性，提高了实验操作的精准性和成功性。

2.3.2 课中考核（30%）包括①出勤率：不迟到、不早退和无故缺勤；②实验操作（操作手法和操作程序）是否标准；③实验技术路线是否正确；④小组成员间是否能够相互配合、分工协作，高效完成实验；⑤是否有详尽的实验记录。

2.3.3 课后考核（30%）要求学生实验结束后提交质版实验报告，实验报告应撰写规范，数据处理合理，并能科学合理分析和讨论实验结果。让学生当堂上交实验报告的好处是一方面可以发现学生的错误并及时指出，使学生能及时发现问题；另一方面，也杜绝了学生抄袭实验报告的现象。

2.3.4 期末总评（平时成绩70% +笔试成绩30%）期末实验总评成绩=平时各项目的平均成绩×70%+笔试成绩×30%。其中，笔试内容包括生物化学实验中涉及的主要内容，包括实验原理、各试剂的作用、仪器的正确使用、实验操作的注意环节、实验结果的处理等。

3 结语

实验课是应用型创新人才培养的重要基础实践课程。本文通过实验教学改革，调动了学生对生物化学实验学习的兴趣和主观能动性，提升了理论知识水平和实际操作技能，锤炼了学生独立思考、善于观察、运用所学知识分析、进而解决问题的能力，教学效果显著。2019年，我院首次参加第八届“了然生物杯”山东省大学生生物化学实验技能大赛，贾思勰农学院农学专业的六名参赛同学即全部获奖，其中一等奖2项、二等奖4项；2020年参加，第九届“滋百农生物杯”山东省大学生生物化学实验技能大赛，获一等奖1项、二等奖2项、三等奖3项，生物化学实验课程改革初见成效。同时也应认识到，高等学校培养人才的最终目的是为社会服务。因此，应用型创新性人才培养也是社会发展的必然需求。理论与实验脱节、课堂与生产脱节、校内教学与企业需求脱节等现象在我国高校人才培养中普遍存在，也是制约应用型创新人才培养的关键因子。本文从教学方法、教学内容、评价体系等三个方面探讨应用型创新农学人才培养的新思路，以期构建较为完整的生物化学实验课程应用型创新人才培养体系，进而为高等学校其它学科的应用性创新农学人才培养提供借鉴。