应用型高校农学专业生物化学实验信息化教学实践研究

赵 丹

（晋中信息学院，山西太谷 030800）

信息技术推动着教育教学的深刻变革，要在信息化部署下，实现专业教育教学向更高水平的发展[1]。信息化环境下成长起来的高校学生，知识获取途径丰富多样，对灌输式的教学方式较为排斥，应将网络资源、仿真实验室与专业教育相结合，从而实现专业教学信息化改革[2-3]。

信息化时代下，科学研究的各项重大突破都离不开先进的实验技术，国内教育工作者认为实验教学的最优成果是构建“三层次、三环节、三结合”的教学体系，形成基础性、综合性、创新性3 个实践教学层次[4-5]。生物化学实验是生命科学类、食品类、医学类以及农业类专业的重要实验课，把生物化学的理论知识与实验操作技能结合起来，既是各个专业学生考研复试必备的复试技能，又能让学生将分析解决问题的思维应用到工作中，全面培养学生的应用实践能力和创新能力[6]。

针对晋中信息学院农学专业学生专业基础薄弱，实验教学没有指导书籍，实验教学内容陈旧，无法实现对实验课程教学质量进行监控，不能及时对教学内容、教学方法、教学设计进行有效调整，考核方式单一，仅以实验报告结合平时成绩考核，不能客观反映学生的实际操作技能掌握情况，生物科学教研室积极推进生物化学实验信息化实践，并取得了阶段性成果。

1 信息化实践总体设计

信息化实践首先进行调查统计，参考华中师范大学的《自我效能感问卷》，分析实验类型是否单一、实验内容设计是否合理、是否有创新授课模式、考核方式是否合理、实验安排与理论授课是否能结合、是否与信息化背景结合以及实验相关资源是否具有共享性等问题，并通过t 检验比对，分析信息化实践前后生物化学实验教学效果及学生效能评价。

在统计分析基础上，确立研究总体设计，进行实验教学内容信息化实践、实验教学模式信息化实践、实验教学多部门联动实践及实验教学考核方式实践4个方面研究（见图1）。

图1 实践设计

2 信息化实践实施

2.1 实验教学内容信息化

通过网络资源共享，学生可以更快地获取最新的实验资料和研究成果，在实验课前通过查找相关的论文和数据库，了解实验技术在现代生命科学中的重要性，同时，教师在实验课之前，以信息化方式共享实验原理、实验操作视频等教学资源，要求学生搜集实验方法、试剂种类，分析实验试剂的功能，探讨实验方法与实验材料的适应性，进而合理设计基础性、验证性、综合性、创新性的实验教学内容。

通过中国大学慕课APP、JOVE 国外视频网站、学习通、微信公众号等优质资源共享平台实现课程知识、操作技能等优质互联网资源的共享应用；探索案例教学法、问题导向型学习、翻转课堂教学模式、CDIO模式在不同实验中的应用[7]。为充实学生对实验原理、操作等方面的知识储备，避免学生按照书本生搬硬套完成实验操作，锻炼学生的动手能力、思考能力，在不影响实际正常授课的前提下，选择适宜的教学平台建立优质教学资源是解决的关键。

2.2 实验教学模式信息化

生物化学实验中的大量数据需要进行存储和管理，生物化学数据库的建立可以有效解决这一问题。将生物化学实验与生物信息学相结合可以提升实验教学内容的广度与应用程度。例如，蛋白质结构数据库PDB、生物序列数据库GenBank 等是生物化学学习和研究过程中必备的资源，利用这些数据库可以让学生更好地理解生物分子的结构和功能，熟悉生物化学领域中常见的实验手段和方法。分子模拟软件、蛋白质结构预测软件、生物反应动力学模拟软件等生物化学模拟软件，可以让学生更好地理解生物分子的结构和功能，并掌握生物化学实验中常见的计算机模拟技术[8-9]。

在实操教学前，让学生利用虚拟实验室软件进行仿真实验操作，了解实验原理，掌握实验操作要点以及结果分析要点，提高实验技能和实践能力。例如，利用虚拟实验室软件对DNA 测序、酶催化反应等实验进行模拟，引导学生探索实验原理和方法。

2.3 实验教学多部门联动

为锻炼学生实际分析和解决问题的能力，同时提升沟通能力、创新能力、实践操作能力，与“完满教育”有机结合并借助“书院制”平台对信息化教学模式进行探索十分重要；借助“完满教育”、社团及书院平台，探索普及性、趣味性、专业性的实验，提高学生的实验兴趣，并录制科普小视频，提高学生对科研实验的兴趣。

通过与“完满教育”和“书院制”的有机结合，要求学生对趣味性实验进行调研，并完成视频录制和剪辑，通过书院或完满教育平台进行共享；查阅文献以创新指标测定方法等课外作业布置考核学生研读文献资料的能力。

2.4 实验教学考核方式改革

实验报告是应用型传统实验课程教学中成绩评定的主要依据，通过将网络资源共享及生物信息学结合的实验分析与设计环节引入实验考核，结合在网络进行的仿真实验进行平时成绩评定，形成实验设计、仿真操作与实验报告三者结合的考核方式，进行实验成绩的最终评定。

3 信息化实践教学评价

3.1 提升了学生的主动性

采用相同《自我效能感问卷》[10]对信息化教改前后学生进行自我效能感评价，统计结果如表1所示，信息化实践提高了农学专业学生学能效感，进而增强了学生的学习自主性，提高了学习效率。

表1 效能评价

3.2 增强了学生的科研积极性

生物化学实验信息化可让学生对生物化学相关科研产生浓厚兴趣，积极参与科研，并基于实验课程的实验设计与优化，进行科研创新。生物技术专业部分学生通过生物化学实验内容，成功申报了国家级大学生创新创业训练计划项目（20221607），山西省高等学校大学生创新创业训练计划项目（20211262），并发表了研究论文[11]。

3.3 丰富了成绩评价体系

生物化学实验信息化实验成绩统计表明，多样化评价权重增加了实验成绩的科学性和可靠性。基于网络资源共享及生物信息学数据库的实验设计部分，大部分同学能发挥主观能动性，积极主动完成，30%以上的学生成绩在90分以上；基于虚拟实验室的仿真操作，学生充分体会了信息化实验教学的丰富资源，成绩直接由仿真操作网站评出，成绩均在80分以上；传统的实验报告并没有激发学生的学习效果，大分布学生停留在完成的程度上，没有进一步分析实验中遇到的问题，成绩集中在80 分附近；总成绩评定表明，信息化改革后学生的成绩呈现正态分布，且集中在90分附近，比传统授课时均分76分，有了显著提高，体现出了信息化改革的教学效果，如图2所示。

图2 成绩统计

3.4 提高了学生对课程的满意度

生物化学实验的成绩分布表明学生对实验改革的兴趣所在，为了分析学生对实验教学信息化实践的满意程度，采用了结构方程模型参数估算，进一步构建了课程满意度验证模型，见表2。分析表明，仿真实验操作对实际教学的满意度有显著正向作用，仿真实验操作越充分，网络资源数据查找越充分，学生对实验课程满意度越高，体现了信息化实践对于实验课程的促进作用。

表2 课程满意度因素分析

4 结语

实验教学信息化不仅仅是技术手段的应用，更是一种教育改革的尝试。晋中信息学院生物化学实验信息化教学实践，为应用型高校农学专业培养具有创新能力和综合素质的应用型人才提供了实践经验。

信息化实践使得实验设计更加灵活和多样化，信息化技术可使实验操作进一步精简和自动化，提高了学生数据分析能力，突破了实验室资源和时间的限制，加强了学生对实验原理和方法的深入理解；信息化实践使得教师可以根据学生需要，设计出具有挑战性和创新性的实验方案，激发学生的学习兴趣和创造力，同时也可以提升学生的综合素质；信息化实践使得实验数据处理更加精确、高效和准确，通过使用统计软件、数据库等工具，可以更好地分析实验结果和结论，为后续科研工作提供支持，同时也能够培养学生的数据分析思维和科学精神。

晋中信息学院生物科学教研室对该学院生物化学实验教学的诸多环节进行信息化改革，注重结构优化、模式创新、质量监管及多元考核，融合了信息化教学方法，同时实施过程与“完满教育”“书院制”等有机结合，既达到了产教融合专业的发展要求，又提升了学生的创新能力及实验操作能力，达到农学专业学生的教学目标。