李 華，孫書洪，亓樹艷，孔令洪，孔 宇

(西安交通大學 生命科學與技術學院，西安 710049)

0 引 言

生命科學是當今發(fā)展較為活躍的一門學科，同時也是一門實驗性學科。人才培養(yǎng)時，不僅需要大量理論知識作為基礎，同時也需要配合扎實的實驗能力培養(yǎng)。我校生命學院生物工程專業(yè)一直十分重視實踐教育環(huán)節(jié)，但在學分整體壓縮的大背景下，實驗教學環(huán)節(jié)也受到沖擊，如生物化學實驗課程學時由原有48學時調整為32學時。為不受課時變化的影響，同時深化理論課程中知識體系的理解以及幫助學生了解各種實驗技術在實際場景中的應用，使學生充分感受到大學中所學知識的實用性和前瞻性,為此，提出了分級延伸教學模式理念，并在生物化學實驗課程中進行了應用嘗試[1-2]。

1 分級延伸教學模式理念

分級延伸教學模式是指將實驗分為基礎型專業(yè)實驗、設計型綜合開放實驗和應用型生產實習3種類別，以基礎型專業(yè)實驗和設計型綜合開放實驗培養(yǎng)學生能力為主體，同時配合應用型生產實習過程中所遇實際問題的處理方法，將實驗室學習到的知識應用于生產實際，使學生了解所學知識的實用性，進而形成以能力培養(yǎng)為主體，解決實際問題為導向的實驗教學培養(yǎng)模式。

2 分級延伸教學模式在生化實驗課程的實踐

在整個生物學實驗分級延伸教學模式中，以培養(yǎng)學生能力和創(chuàng)新思維為目的，進而構建整個實驗教學體系。從3個具體方面，闡述分級延伸教學模式的理念[3]。

2.1 基礎型專業(yè)實驗內容優(yōu)化

基礎性專業(yè)實驗內容需緊貼生物化學基礎知識，按照整體知識章節(jié)可以分為糖類、脂肪、核酸、氨基酸、蛋白質、維生素、酶和酮體8個實驗模塊。由于實驗課的總課時量為32學時，因此安排了5個必做實驗，4個選作實驗，每1年由學生或老師從選作實驗中選取一個實驗完成。基礎專業(yè)實驗內容的選擇，使學生在一定程度上可以根據自己的興趣選擇實驗內容。除了對整個實驗安排進行優(yōu)化外，同時為緊跟新實驗技術迭代，特意對一些基礎實驗中具體方法進行及時更新，例如，在原先開設的生物化學實驗中，氨基酸分離，依然使用的是紙層析分離方法，該分離方法存在耗時長、試劑毒性大(需使用正丁醇、氨水等有毒有害試劑)、層析斑點有時存在不清晰或拖尾等缺點，因此，結合現(xiàn)代色譜學技術，將目前常用分析方法——毛細管電泳分析法，引入氨基酸分離。實驗中利用毛細管電泳儀-紫外檢測器聯(lián)用手段，以常見的4種氨基酸[組氨酸(His)，精氨酸(Arg)，半胱氨酸(Cys)，色氨酸(Trp)]為分離物，使學生能夠快速、準確分離氨基酸混合物,結果見圖1[4-6]。

圖1 4種混合氨基酸在pH 7條件下的電泳分離圖

(a)氨基酸混合樣品(包含0.29 mmol/L His，1.14 mmol/L Arg，0.29 mmol/L Cys和0.14 mmol/L Trp);(b)半胱氨酸標品(4.0 mmol/L)；(c)組氨酸標品(1 mmol/L)；(d)色氨酸標品(0.5 mmol/L)；(e)精氨酸標品(4 mmol/L)。樣品壓力進樣0.5 p.s.i×5.0 s，40.0 mmol/L磷酸緩沖液(pH 7)，分離電壓20 kV，檢測波長200 nm

在新的實驗過程中，同學們根據理論學習到的氨基酸基礎知識(不同氨基酸各自不同的等電點、分子量等信息)和毛細管的分離原理相結合，選擇合適的緩沖溶液pH值，并且預測出4種氨基酸出峰順序。隨后結合分析化學知識，自己計算出兩種磷酸鹽緩沖溶液的混合比例，配制相應pH值的緩沖溶液，以用于實驗的分離。最后將實驗結果和自己預測4種氨基酸的分離情況進行比較。通過利用毛細管電泳分離檢測氨基酸，不僅能夠使學生更加深入理解氨基酸兩性化合物的性質和毛細管電泳儀內部結構、工作原理，而且能夠將書本上介紹儀器的基礎知識和實際應用較好地結合在一起。

2.2 設計型綜合開放實驗對學生能力的提升

目前我校生物工程專業(yè)共開設4門設計型綜合開放實驗課程(共計192學時)。為與基礎性生物化學專業(yè)實驗課程相互促進，加強學生對已學知識的理解和應用，在分離綜合開放實驗中，設計了研究型、綜合型實驗題目。例如酪氨酸酶的提取、分離、純化和活性測定、谷胱甘肽提取、檢測、分離純化和活性鑒定等實驗，從而使學生能力得到全面提升，具體情況如下[7-11]。

(1)實驗內容綜合化與創(chuàng)新化。實驗內容的綜合化主要是指，在實驗目的完成過程中，需要學生運用在基礎型專業(yè)實驗部分所學到的實驗設計思路和實驗方法，解決綜合開放實驗過程中遇到的困難和問題。重點在培養(yǎng)學生獨立運用已學知識解決問題的能力。例如“酪氨酸酶的提取、分離、純化和活性測定”綜合實驗中，涉及到生物化學中蛋白質、酶、核酸等生物大分子物質的特性，同時也綜合了分析化學在分離檢測方面的知識。實驗內容創(chuàng)新化主要是指，在老師向學生公布實驗題目后，學生3或4人為1個課題小組，每個小組自行查閱文獻、設計實驗方案。實驗方案設計完成后，老師將對實驗方案的可行性和合理性進行審核，審核通過后，學生將按實驗方案開始實驗。整個實驗方案的確定，完全由學生查閱文獻獲得，因而經常會有一些新方法和新思路。這樣不僅能夠增加學生自主學習的興趣和主動性，也能有效樹立學生的自信心。

(2)實驗過程自主化。綜合開放實驗一般安排在學期末或小學期，此時大部分考試已經完成，學生能夠完全自主安排實驗時間，完成實驗。實驗周期一般為2周，2周的實驗時間內，教師或助教會在整個實驗過程中對學生進行部分指導，指導內容僅包括一些儀器的使用方法、實驗現(xiàn)象的提點、實驗過程中重點注意事項等。具體解決問題的方法和思路均由學生自己完成。

(3)實驗報告成果化。在基礎型專業(yè)實驗內容報告中，報告內容主要是對實驗過程的簡單復述、實驗數(shù)據的羅列和教師布置思考題的解答。而設計型綜合開放實驗結束后，要求學生按照專業(yè)科研報告形式對實驗進行分析，報告的主要內容包括實驗方法、實驗現(xiàn)象與結果、討論和實驗的改進4個方面。通過類似專業(yè)科研報告的撰寫，使學生充分發(fā)揮自己的主觀能動性，加強學生查閱文獻或相關資料的能力。

(4)評價體系合理化。與基礎型專業(yè)實驗相比，設計型綜合開放實驗的評價體系要多兩個方面的評價項目。除了實驗過程表現(xiàn)和實驗報告外，同時加入了實驗設計和實驗答辯兩項。實驗評價體系在實驗開始前就會告知學生，實驗結果固然重要，但對實驗過程和結果的分析以及實驗操作才是主要的評價重心。實驗答辯的要求嚴格按照碩士生畢業(yè)答辯的要求規(guī)定，每個實驗小組準備10 min答辯PPT，并且答辯分數(shù)由學生和教師給定的分數(shù)兩部分組成。這樣不僅可以避免教師單一評價體系的弊端，而且可以形成由教師、實驗技術人員、助教和學生四維一體的評價模式。由多維評價方式所帶來的大數(shù)據分析模式，使評價體系更加客觀，并且能夠真實反映學生在實驗過程中能力的培養(yǎng)與提高。

2.3 實驗教學與生產實習的閉環(huán)連接

實驗教學是同學們將理論課程中學習到的知識應用到實際的第一次轉化。但這次轉化中涉及的問題復雜性較低，而且沒有考慮在實際情況下處理問題的成本、效率等關鍵點。為了彌補在實驗教學中出現(xiàn)的不足，特意按照實驗教學基本內容分類，與對應的公司企業(yè)聯(lián)系并帶領學生前往公司企業(yè)完成生產實習，使學生能切身感受到，實驗室所學方法在具體實際生活中是如何應用的[12-13]。例如在實驗教學過程中，同學們學習過毛細管電泳、液相色譜、微生物檢測等實驗方法,因此，聯(lián)系了陜西首家第三方檢測機構——陜西科儀陽光檢測有限公司，并特意安排學生進入公司的核心檢測部門，讓學生在實際中，再次學習液相色譜、氣相色譜-質譜和微生物檢測等的操作與應用。使學生意識到實際中遇到的問題和需要考慮的因素遠比實驗室中的復雜和細致得多[14-15]。這樣的生產實習，不僅能夠使學生因將實驗室學習到的技能應用于實際而高興，也能激發(fā)學生對實驗和科研的熱情和興趣。

3 生物學實驗分級延伸教學模式的成果與思考

生物實驗分級延伸教學模式的開展，讓學生從理論走向了實踐，從實踐走向了實際，對學生查閱文獻的能力、實驗動手能力、綜合創(chuàng)新能力均有重要的意義。并且使教學質量和培養(yǎng)質量均得到很大的提升。自開展分級延伸教學模式2年以來，學生能夠積極主動參加創(chuàng)新實驗，并作為負責人共申請校級創(chuàng)新實驗12余項，本科生參與發(fā)表SCI論文6篇。2年連續(xù)被學校評為“優(yōu)秀專業(yè)生產實習隊”，每年有大概27%的應屆畢本科畢業(yè)生被保送或考入北京大學、清華大學、香港理工大學等國內一流高校的研究生。

生物學實驗分級延伸教學模式的開展是為了加強學生的動手能力、自主解決問題的能力和創(chuàng)新能力。2年的運行過程中有收獲，也發(fā)現(xiàn)一些問題，需要解決和完善。

3.1 基礎型專業(yè)實驗內容的更新與自主化

目前，基礎型專業(yè)實驗的準備工作，大部分還是由教學的實驗老師負責配制，導致一些學生在設計性綜合開放實驗中，經常會出現(xiàn)溶液錯配的簡單錯誤。因此，基礎型專業(yè)實驗的試劑將改為主要由學生自己分組完成配制，教師或助教可從旁輔助完成。同時，隨著日新月異的科技發(fā)展，有必要將最新的科學技術引入到基礎型實驗上，加大選做實驗的比例，加快實驗內容的更新速度，最大限度提高學生興趣，激發(fā)學生對實驗和科研的熱情[16]。

3.2 實驗室和教師隊伍的建設

教學環(huán)節(jié)的成功，需要有一定的經費支持，以保證實驗室的硬件能夠不斷地與時俱進。同時，進一步加強專業(yè)隊伍的建設。鼓勵和肯定實驗技術人員在教學方面的付出和努力，加強對實驗技術人員的培訓、進修，有條件鼓勵去國外機構考察學習，不斷提高實踐技術師資隊伍的整體素質與水平。

4 結 語

生物學實驗分級延伸教學理念的實施，已初步取得了一些良好的教學效果。該理念將本科生的課內實驗與生產實習有機地整合在一起，從原來單一的、線性的教學，轉變成為網狀和面狀的教學模式，從不同角度使學生動手能力、獨立解決問題能力和創(chuàng)新能力均得到鍛煉。今后將繼續(xù)完善分級延伸教學理念，努力克服和解決存在的問題，使本科生的教學質量有更大的提高。