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摘要：《生物化學(xué)實驗》既是眾多生命學(xué)科中的基礎(chǔ)實驗學(xué)科，同時也是前沿學(xué)科，它既與理論知識關(guān)系密切，又有自己的規(guī)律和獨特之處，在生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)的本科生培養(yǎng)環(huán)節(jié)中不可或缺。但如今的生化實驗課程因種種原因存在許多弊端，在一定程度上阻礙了學(xué)科的發(fā)展和人才的培養(yǎng)。本文將對生化實驗課程的變革和創(chuàng)新展開討論，希望對該課程的改革提供一些思路。

關(guān)鍵詞：生物化學(xué)實驗；課程改革；創(chuàng)新

21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，對于生物學(xué)科這樣一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科發(fā)展而言，尤其需要大量具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的本科生作為基礎(chǔ)人才的儲備。生物化學(xué)作為生命科學(xué)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其發(fā)展迅猛，是21世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)先學(xué)科[1]。它與分子生物學(xué)共同形成了生命科學(xué)的語言，是生命科學(xué)領(lǐng)域的世界語言[2]。《生物化學(xué)實驗》是生命相關(guān)學(xué)科中重要的基礎(chǔ)學(xué)科，同時它也是發(fā)展極為迅速的前沿學(xué)科。它既與理論知識關(guān)系密切，同時又具有自己的規(guī)律和獨特之處。實驗課程是以現(xiàn)有的理論為前提和基礎(chǔ)，通過親自動手實驗，得出所需要的結(jié)論。它不僅是理論知識的補(bǔ)充和延續(xù)，更是發(fā)現(xiàn)新知識的最佳途徑。但如今的生化實驗課程卻存在種種弊端，在一定程度上阻礙了學(xué)科的發(fā)展和人才的培養(yǎng)[3]。比如，受傳統(tǒng)教學(xué)思想的嚴(yán)重影響，實驗課程的內(nèi)容包含了較多的理論知識和教師的講解，少了一些創(chuàng)新性和探究性；驗證性實驗課內(nèi)容安排過多，缺少綜合性和設(shè)計性的實驗內(nèi)容；實驗內(nèi)容及實驗方法過于陳舊，與科學(xué)研究前沿嚴(yán)重脫節(jié)等等。這就使得學(xué)生的自主思維受到了較大的限制，阻礙了他們對實驗過程和結(jié)果的思考及分析，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和科研能力。因此，為了滿足培養(yǎng)研究型和創(chuàng)新型人才的需求，就需要高校在本科階段的生化實驗教學(xué)中進(jìn)行實驗課程內(nèi)容和形式的改革，更好地與科學(xué)研究的前沿接軌。

1課程體系的改革

上海科技大學(xué)是一所新興學(xué)校，學(xué)校致力于培養(yǎng)科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才，積極投身高等教育改革。課程體系的合理設(shè)置是一門課程成功的關(guān)鍵，因此依據(jù)學(xué)校的辦學(xué)宗旨，作為理論課程的重要輔助和支撐，我們首先在課程體系方面做出了相應(yīng)的改革。當(dāng)然，創(chuàng)新的前提是取前人之精華，去前人之糟粕，所以我們?nèi)詴永m(xù)傳統(tǒng)實驗教學(xué)的優(yōu)勢。比如，與理論課的緊密聯(lián)系性。作為生物化學(xué)理論課程的重要輔助學(xué)科，生化實驗課程需要與理論課緊密結(jié)合，以達(dá)到鞏固學(xué)生理論知識的目的。我們在課程大綱確定初期，會按照理論課程的教授內(nèi)容及課時進(jìn)度，對實驗課程進(jìn)行相應(yīng)的內(nèi)容設(shè)置。同時，為了實驗課程能夠緊跟科學(xué)研究的前沿，每年我們都會與負(fù)責(zé)教授理論課程的任課教師進(jìn)行討論，優(yōu)化實驗課程大綱，對于其中一些不夠完善的實驗進(jìn)行修改或刪除，并相應(yīng)地增加其他更為合理的實驗。傳統(tǒng)高校的生化實驗課程體系單一，通常會配合理論課在一到兩學(xué)期內(nèi)完成，集中學(xué)習(xí)一些基本的實驗技術(shù)[4]。一方面學(xué)生理論基礎(chǔ)較弱，不能完全理解個別綜合性實驗的原理，只能學(xué)習(xí)一些基礎(chǔ)簡單的實驗；另一方面，這種課程安排會讓學(xué)生在低年級時突擊接受大量的實驗技術(shù)，到了高年級，學(xué)生真正開始運(yùn)用所學(xué)實驗技術(shù)完成課題的時候，往往發(fā)現(xiàn)由于間隔時間較長，一些基本的實驗技能早已生疏。為了避免上述情況的發(fā)生，相較于傳統(tǒng)高校，我們將生化實驗課的課程體系進(jìn)行了較大幅度的調(diào)整(表1)。從表中不難看出，我們的生化實驗課程設(shè)置有著完善的體系，學(xué)生從入學(xué)到畢業(yè)將接受完整的實驗課程體系的培訓(xùn)。首先我們會在大一學(xué)年的第二學(xué)期安排一門實驗理論課《現(xiàn)代生物學(xué)基礎(chǔ)實驗理論》。課程主要涉及到八大類實驗技術(shù)：離心技術(shù)、電泳技術(shù)、PCR、測序技術(shù)、顯微鏡技術(shù)、細(xì)胞培養(yǎng)、免疫技術(shù)及模式動物。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠系統(tǒng)掌握現(xiàn)代生物學(xué)實驗室常規(guī)實驗技術(shù)理論及原理，把握生物學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢和最新動態(tài)；使學(xué)生能夠?qū)旧系睦碚撆c身邊的科學(xué)相結(jié)合，初步培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的能力。經(jīng)過學(xué)習(xí)，學(xué)生可以在真正的實驗課開始之前，對基本的實驗原理有所了解，這樣可以大大提升實驗課課堂的學(xué)習(xí)效率，無需再贅述實驗相關(guān)的基本知識。隨后我們將實驗課程設(shè)置為初、中、高級三個階段。初級實驗課程與傳統(tǒng)高校相近，在大二與理論課同步完成，主要進(jìn)行生物化學(xué)基本實驗技能的培訓(xùn)，表2列舉了部分初級實驗內(nèi)容；中級實驗在大三完成，讓學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過的實驗技術(shù)完成科研上常用的較復(fù)雜的實驗項目，如免疫印跡分析(WesternBlot)、酶聯(lián)免疫吸附測定(Eli-sa)、蛋白質(zhì)純化等，具體課程詳見表3。課程進(jìn)行中會讓學(xué)生對實驗中的某個環(huán)節(jié)進(jìn)行自主設(shè)計，初步對學(xué)生的創(chuàng)新性思維進(jìn)行訓(xùn)練；高級實驗安排在大四，會提供一些小課題供學(xué)生選擇，學(xué)生獨立進(jìn)行前期文獻(xiàn)查找及實驗方案設(shè)計工作，最后按自主設(shè)計的實驗方案完成課題并提交論文。學(xué)生經(jīng)過這樣一系列實驗課程的培養(yǎng)，對科研過程有了更深層的理解。不僅掌握了基本實驗技能，還逐漸形成了完整、嚴(yán)密的科研思維體系，為他們今后繼續(xù)深造打下了堅實的基礎(chǔ)，達(dá)到培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和科研能力人才的目的。

2課程內(nèi)容的創(chuàng)新

我們在《生物化學(xué)實驗》課程的內(nèi)容上積極尋求突破和創(chuàng)新，摒棄傳統(tǒng)高校仍在使用的較為陳舊的實驗教材，為學(xué)生量身打造實驗講義。增加綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性的實驗內(nèi)容，希望能夠在培養(yǎng)本科生基本實驗?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上加大對科研及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)力度，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生對該學(xué)科的自主學(xué)習(xí)興趣和研究激情。另外，我們力爭將獨立的實驗課程串聯(lián)起來，幾次小實驗可以形成一個完整的綜合性實驗，讓學(xué)生對科研中常用的復(fù)雜實驗有所了解并分步掌握。舉個例子，蛋白質(zhì)是生物化學(xué)課程中最重要的一類大分子，關(guān)于蛋白質(zhì)的實驗有很多，比如蛋白質(zhì)的提取、純化、含量測定、定性及定量檢測等等[5]。我們會將蛋白質(zhì)類的實驗集中在幾周內(nèi)進(jìn)行，從提取開始，每步的產(chǎn)物留存進(jìn)行下步實驗，幾周之后，學(xué)生最終會利用SDS-PAGE和考馬斯亮藍(lán)染色法將提取純化后的蛋白質(zhì)進(jìn)行半定量檢測。除了蛋白質(zhì)類實驗，我們在核酸、脂類、酶類等實驗中都會有這樣的課程設(shè)計。通過一系列實驗的訓(xùn)練，學(xué)生學(xué)到的不再是零散的和不相關(guān)的獨立實驗，而是一套科研中常用的完整的綜合性實驗。其次，我們在教學(xué)中涉及到的實驗方法、儀器、材料等都會盡量采用目前科研中最常用的，這樣可以讓未來有意繼續(xù)深造的學(xué)生學(xué)到更多有用的知識和實驗技能，從而更快速地融入科研生活。仍然以蛋白質(zhì)實驗為例，早期的蛋白質(zhì)電泳所用到的聚丙烯酰胺凝膠多數(shù)需要自行配制，但隨著科研服務(wù)行業(yè)的興起，目前很多高校及研究所都已經(jīng)開始使用市售的預(yù)制膠，以避免自制凝膠的不穩(wěn)定性和不可重復(fù)性。因此，我們除了會安排課程讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何制備PAGE凝膠之外，還會同時為學(xué)生提供市售預(yù)制膠進(jìn)行電泳實驗，讓學(xué)生在掌握基本實驗技能的基礎(chǔ)上，還能與科研前沿的最新信息和知識接軌。

3課程模式的變革

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法是教師講述實驗原理，學(xué)生按部就班地按著教材上設(shè)計好的實驗流程進(jìn)行驗證性實驗。學(xué)生在實驗進(jìn)行之前就已經(jīng)知道了實驗結(jié)果，這樣非常不利于學(xué)生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。翻轉(zhuǎn)課堂(flippedclassroom)作為信息技術(shù)與學(xué)習(xí)理論深度融合的典范，近年來成為教育改革的熱點[6]。為了能夠激發(fā)學(xué)生在實驗課堂上的主觀能動性，我們采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，調(diào)整課堂內(nèi)外的時間，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。首先我們將學(xué)生分組，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性及團(tuán)隊協(xié)作能力[7]，讓學(xué)生課下通過講義、視頻、網(wǎng)絡(luò)等方式和途徑自學(xué)實驗相關(guān)內(nèi)容。組內(nèi)各成員具有不同分工，分別負(fù)責(zé)資料收集、實驗準(zhǔn)備、預(yù)實驗、課件制作、課件展示等工作。課上每組代表為大家講解實驗原理并進(jìn)行演示實驗。這種模式可以讓實驗課的學(xué)習(xí)更加靈活、主動，讓學(xué)生的參與度更強(qiáng)，學(xué)習(xí)效率更高，同時還可以很大程度上增加學(xué)生的自信心。

4考核方式的創(chuàng)新

實驗課程的考核通常分為實驗操作評分和實驗報告評分兩部分，我們在對這兩部分進(jìn)行嚴(yán)格考核評分的基礎(chǔ)上，還加入了期末論文的考核。希望學(xué)生結(jié)合生化理論課的學(xué)習(xí)以及校內(nèi)相關(guān)導(dǎo)師課題組的課題方向選擇與生物化學(xué)相關(guān)的小實驗，論證其是否具有課堂教學(xué)的可行性。該考核方式不僅可以讓學(xué)生在完成基本實驗課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，針對科學(xué)研究的前沿了解更多更新的實驗方法、實驗技術(shù)，同時還鍛煉了他們的論文撰寫能力。為了避免對期末論文的不客觀評價，我們制定了論文評分細(xì)則。論文內(nèi)容主要包括：實驗背景介紹、實驗原理、實驗材料試劑儀器、實驗步驟、可行性分析(實驗難度、時長、所用設(shè)備試劑材料等是否易于采購等)、參考文獻(xiàn)等。具體的評分主要根據(jù)論文選取實驗的可行性及論文格式是否完整兩大方面進(jìn)行綜合評定。另外，為了使評價更為客觀，我們會邀請多名教師或本校在讀的博士研究生對學(xué)生的小論文進(jìn)行共同評分，最后取平均分，以此方式最大程度地降低個人主觀性對論文評分的影響。最后，我們會挑選優(yōu)秀學(xué)生論文進(jìn)行預(yù)實驗，如果確實具有可行性，我們會在后面的教學(xué)中將其加入課程大綱，并將論文經(jīng)過修改，以本科生為第一作者發(fā)表在相關(guān)期刊上。這種激勵方式會激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)潛力，讓學(xué)生從被動的知識接受者轉(zhuǎn)變?yōu)檠芯亢透母锏闹鲗?dǎo)，同時也為生物化學(xué)實驗的教學(xué)改革做出一定的貢獻(xiàn)，真正意義上的實現(xiàn)“教”“學(xué)”“研”三位一體。生物化學(xué)對其他各門生物學(xué)科的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響，經(jīng)過數(shù)百年的發(fā)展，它已經(jīng)成為當(dāng)今社會的熱點和前沿學(xué)科。由于生命相關(guān)學(xué)科的特殊性，實驗課程在整體教學(xué)中扮演著非常重要的角色，而不僅僅是課程的輔助。如何利用實驗課堂培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維是我們不斷要思考的問題，目前取得的成果為生化實驗課程的進(jìn)一步改革奠定了一定的基礎(chǔ)，也希望我們對該課程改革進(jìn)行的思考與嘗試能夠為其他課程改革提供參考。

作者:康宇佳 單位:上海科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院