謝 青, 楊廣笑

(華中科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 湖北 武漢 430074)

我校生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院成立于1984年,由成立之初的生物醫(yī)學(xué)工程和生物技術(shù)專業(yè)2個(gè)本科專業(yè),發(fā)展到現(xiàn)在的生物醫(yī)學(xué)工程、生物技術(shù)、生物信息、生物科學(xué)和生物制藥5個(gè)本科專業(yè),其中包括2個(gè)國家基地班,一個(gè)貝時(shí)璋菁英班和一個(gè)卓越工程師班[1]。生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課是生物科學(xué)及其相關(guān)學(xué)科的重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一[2-4],生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課是我院所有本科專業(yè)的必修平臺課程。

我院的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)主要面臨以下幾個(gè)問題需要解決：交叉專業(yè)較多,如生物醫(yī)學(xué)工程、生物信息和生物制藥專業(yè),學(xué)生需要學(xué)習(xí)的課程較多,實(shí)驗(yàn)課課時(shí)嚴(yán)重不足；生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生數(shù)學(xué)和物理等相關(guān)學(xué)科課程要求較高,而化學(xué)及其相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練較少,學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能比較薄弱,而生物科學(xué)與生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生化學(xué)知識與技能較強(qiáng)；學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的認(rèn)識不足；有些專業(yè)缺乏合適的實(shí)驗(yàn)教材。多年來根據(jù)不同專業(yè)和學(xué)科特點(diǎn),在按照教學(xué)大綱圓滿完成生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課方面做了大量的探討[5-8],總結(jié)出了一套行之有效的適合不同專業(yè)的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

1 調(diào)整教學(xué)大綱,根據(jù)專業(yè)不同安排實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課一般在二年級開設(shè),此時(shí)的學(xué)生已經(jīng)在大一階段學(xué)習(xí)了無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)的理論與實(shí)驗(yàn)課。由于專業(yè)不同,我院各專業(yè)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的課時(shí)也不盡相同。生物醫(yī)學(xué)工程、生物制藥專業(yè)和卓越工程師班的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課只有24學(xué)時(shí),安排在大二的上學(xué)期完成；而生物科學(xué)、生物技術(shù)等專業(yè)是48學(xué)時(shí),安排在大二的整個(gè)學(xué)年完成。 大二第一學(xué)期的24學(xué)時(shí),各專業(yè)都是學(xué)習(xí)生物化學(xué)方面的相關(guān)知識和實(shí)驗(yàn)技能,第二學(xué)期的24學(xué)時(shí)主要是學(xué)習(xí)生物技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容。大二第一學(xué)期的實(shí)驗(yàn)課主要是為了配合理論知識的學(xué)習(xí)理解,按照生物化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容來安排實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容。

為生物醫(yī)學(xué)工程、生物制藥專業(yè)和卓越工程師班安排的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和順序是“實(shí)驗(yàn)一,3,5二硝基水楊酸法測定還原糖和總糖” “實(shí)驗(yàn)二,Folin酚法測定血清蛋白質(zhì)含量”“實(shí)驗(yàn)三,醋酸纖維薄膜電泳法分離血清蛋白質(zhì)”“實(shí)驗(yàn)四,堿性磷酸酶米氏常數(shù)的測定”“實(shí)驗(yàn)五,真核生物基因組DNA的提取”“實(shí)驗(yàn)六,肝臟谷丙轉(zhuǎn)氨酶活力測定”。每個(gè)實(shí)驗(yàn)為4學(xué)時(shí)。

生物技術(shù)等其他專業(yè)第一學(xué)期的實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)三和實(shí)驗(yàn)六的內(nèi)容同生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè),但不做實(shí)驗(yàn)四,而是將實(shí)驗(yàn)五的內(nèi)容延伸為“實(shí)驗(yàn)四,真核生物基因組DNA的提取、酶切和瓊脂糖電泳”共8學(xué)時(shí)。這樣,在第一學(xué)期的實(shí)驗(yàn)課中,生物化學(xué)所涵蓋的糖類、氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸、酶等代謝內(nèi)容都有涉及。生物技術(shù)等其他專業(yè)和基地班大二下學(xué)期還有24學(xué)時(shí)的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分別為“實(shí)驗(yàn)六,堿性磷酸酶測定米氏常數(shù),不同溫度和pH值條件下堿性磷酸酶活性的測定”(8學(xué)時(shí)), “實(shí)驗(yàn)七,聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)分離蛋白質(zhì)”(8學(xué)時(shí)),“實(shí)驗(yàn)八,柱層析技術(shù)分離氨基酸”(8學(xué)時(shí)),主要安排的是生物科學(xué)研究中常用的技術(shù),打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。

2 合理安排實(shí)驗(yàn)順序,改革教學(xué)方法

所有專業(yè)的生物化學(xué)的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)都是“3,5二硝基水楊酸法測定還原糖和總糖”的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,這樣安排的目的，一方面可以和理論課教學(xué)在時(shí)間上相匹配,另一方面該實(shí)驗(yàn)的步驟都是最基本的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù), 有充分的時(shí)間可以使學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握正確的實(shí)驗(yàn)操作。 像生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)這樣化學(xué)技術(shù)比較薄弱的學(xué)生,經(jīng)過反復(fù)練習(xí),實(shí)驗(yàn)技能普遍得到提高,為后續(xù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的順利開展打下了很好的基礎(chǔ)。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)的講解過程中注意以點(diǎn)帶面,通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生對相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都有所了解。例如第2個(gè)實(shí)驗(yàn),安排Folin酚法測定血清蛋白質(zhì)含量,在講解過程中通過提問等方式讓學(xué)生回答有幾種測定蛋白的方式,每種實(shí)驗(yàn)方式的原理是什么,這樣在一問一答中不僅復(fù)習(xí)了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的特點(diǎn),而且和學(xué)生一起總結(jié)生物物質(zhì)含量的測定有幾種常用的方法。雖然只做了標(biāo)準(zhǔn)曲線法,但學(xué)生對外標(biāo)法和內(nèi)標(biāo)法等方法也有了解。讓學(xué)生通過一個(gè)有代表性的實(shí)驗(yàn),掌握多種實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

3 根據(jù)專業(yè)不同有針對性地制作課件

針對每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都做了微課視頻錄像,這對實(shí)驗(yàn)教學(xué)很有幫助。按照專業(yè)不同,分別制作了不同的PPT課件。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生第一個(gè)實(shí)驗(yàn)“3,5二硝基水楊酸測定還原糖和總糖”實(shí)驗(yàn)的PPT中,特意比較詳細(xì)地制作了有關(guān)分光光度計(jì)原理的機(jī)器內(nèi)部構(gòu)造的內(nèi)容。還制作了微課視頻和虛擬實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)正確的實(shí)驗(yàn)操作方法,例如在真核生物基因組DNA的提取實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,如果學(xué)生操作不對,容易造成基因組DNA的降解。視頻的模擬可以讓學(xué)生很直觀地看到由于不正確操作所導(dǎo)致的結(jié)果,所以學(xué)生在自己的實(shí)驗(yàn)中就會很小心地來完成,即使由于操作不當(dāng),導(dǎo)致A260/A280大于了2.0,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中也會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出正確的總結(jié),并分析自己的失敗是由哪幾步的失誤造成的。

4 將一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改成探究性實(shí)驗(yàn)

生物技術(shù)和生物科學(xué)等專業(yè)和基地班的“實(shí)驗(yàn)六,堿性磷酸酶測定米氏常數(shù),不同溫度和pH值條件下堿性磷酸酶活性的測定” 是一個(gè)驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,但在教學(xué)方式上進(jìn)行改革,把這個(gè)實(shí)驗(yàn)作為探究性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來完成。這個(gè)實(shí)驗(yàn)安排在大二的下學(xué)期,要求學(xué)生每4人一組,各小組提前學(xué)習(xí)了解“堿性磷酸酶的米氏常數(shù)”相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及藥品的配制等實(shí)驗(yàn)步驟,然后分工協(xié)作共同來完成藥品的配制。在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生會發(fā)現(xiàn)由于每次購買的堿性磷酸酶的活性或含量的差異,做出來的結(jié)果是與X軸基本平行的一條直線,找不到與X軸方向的交點(diǎn),這樣通過作圖法就求不出米氏常數(shù)。引導(dǎo)學(xué)生溫習(xí)理論課學(xué)到的酶促反應(yīng)的相關(guān)知識,從酶的活性、底物的量、反應(yīng)是否完全等幾個(gè)方面來考慮,并重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),經(jīng)過多次修改實(shí)驗(yàn)加樣參數(shù),最終得出一條完美的曲線,然后再按照自己探究出來的最佳參數(shù),完成不同溫度和pH值等對酶促反應(yīng)影響的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

5 因材施教,探索適合的教學(xué)方法和教學(xué)模式

生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課采取小班教學(xué),每班學(xué)生人數(shù)不超過24名,這樣就可以保證每個(gè)學(xué)生能夠獨(dú)立操作完成每個(gè)實(shí)驗(yàn)。 根據(jù)專業(yè)的不同,課前講解的內(nèi)容也不同,例如生物醫(yī)學(xué)工程等專業(yè)的學(xué)生重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的原理和實(shí)驗(yàn)操作中的關(guān)鍵點(diǎn)和注意事項(xiàng),對于生物技術(shù)等專業(yè)的學(xué)生,還要提出一些延伸性的問題,拓展學(xué)生的視野。對于那些對實(shí)驗(yàn)感興趣的學(xué)生,安排他們做“小老師”,這項(xiàng)制度在我院已延續(xù)了十幾年[9],培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀的生物科學(xué)后續(xù)人才,他們的專業(yè)知識和實(shí)驗(yàn)技能得到了國內(nèi)外專家的認(rèn)可。同時(shí)“小老師”輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是一個(gè)很好的教學(xué)方法,學(xué)生之間的互相指導(dǎo)和學(xué)習(xí)可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也可以拉近教師和學(xué)生的距離。

生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教材根據(jù)專業(yè)不同而不同,對于生物醫(yī)學(xué)工程、生物制藥和卓越工程師班用自編教材,而生物技術(shù)和生物科學(xué)等專業(yè)用出版教材,同時(shí)還給學(xué)生選定了一些參考書,以開闊學(xué)生的視野。

近幾年我校實(shí)行“責(zé)任教授制度”,生物化學(xué)和分子生物學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)是第一批入選的教學(xué)團(tuán)隊(duì)[10],每年學(xué)校也有經(jīng)費(fèi)投入,提高了一線教師的待遇。

幾十年來,在針對我院不同專業(yè)的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn), 取得了一定的成績,在湖北省大學(xué)生學(xué)生生物技能競賽中連續(xù)2屆學(xué)生的生物化學(xué)單項(xiàng)賽都取得了第一的成績。每年都有一批優(yōu)秀的本科畢業(yè)生進(jìn)入國內(nèi)外著名的科研院所讀研深造。

我院實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作還有待進(jìn)一步的改進(jìn)[11-12]。

(1) 進(jìn)一步深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和課程建設(shè)。隨著生命科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展和教育理念的更新,將不斷深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的興趣,增加生物學(xué)和其他學(xué)科相交叉的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，擴(kuò)大設(shè)計(jì)性及創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的比例,同時(shí)以選修課或二課的方式提供一些自選實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神和創(chuàng)新能力。

(2) 加強(qiáng)教材建設(shè)。在不斷實(shí)踐的基礎(chǔ)上修訂現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教材,重新編寫新的適用于工科專業(yè)的生物學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課教材,通過教材建設(shè)凝練與推廣教學(xué)成果,提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

(3) 通過我院工科專業(yè)學(xué)生的生物學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)實(shí)踐,總結(jié)并摸索出一套比較完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,將某些生物學(xué)及其實(shí)驗(yàn)課作為全校的公共平臺課,面向全校其他工科專業(yè)的學(xué)生開放。同時(shí)通過各種培訓(xùn)和交流活動(dòng),積極推廣實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和成果。