羅 娜， 錢(qián)春梅， 黃 曉， 陳 芳＊

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 廣東廣州， 510642； 2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院， 廣東廣州， 510642）

生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課是在生物化學(xué)理論課的基礎(chǔ)上，可以激發(fā)學(xué)生對(duì)生命科學(xué)的熱愛(ài)，也為學(xué)生進(jìn)行本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。面對(duì)新世紀(jì)對(duì)研究人員創(chuàng)新能力的要求，要對(duì)本科生培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，本實(shí)驗(yàn)課共包含五個(gè)實(shí)驗(yàn)，蛋白質(zhì)含量的測(cè)定、維生素C含量的測(cè)定、糖酵解中間產(chǎn)物的測(cè)定和酵母菌蔗糖酶的提取及比活力的測(cè)定。這些實(shí)驗(yàn)涵蓋了理論課的各個(gè)章節(jié)，為進(jìn)一步理解理論課，升華了理論課的內(nèi)容。但是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課，實(shí)驗(yàn)老師主要按照實(shí)驗(yàn)書(shū)的內(nèi)容寫(xiě)好板書(shū)，學(xué)生就是按部就班的按照板書(shū)的內(nèi)容來(lái)操作，教學(xué)目標(biāo)是以提高動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)測(cè)定方法為主，根本對(duì)每一步為什么這么設(shè)計(jì)缺少思考，無(wú)法保證每個(gè)學(xué)生可以理解實(shí)驗(yàn)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。長(zhǎng)久以來(lái)，學(xué)生會(huì)變得依賴?yán)蠋?，學(xué)習(xí)方式變成為被動(dòng)學(xué)習(xí)，不會(huì)思考問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)源于科學(xué)實(shí)驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)學(xué)的結(jié)合，其具有周密性和科學(xué)性。設(shè)計(jì)過(guò)程中一直在回答三個(gè)問(wèn)題：為什么做、怎么做、做到什么程度的問(wèn)題。學(xué)生以后進(jìn)入課題組，獨(dú)立做畢業(yè)論文階段，是否能獲得準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)起著重要作用。因此針對(duì)學(xué)生高年級(jí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)和科研能力的提高，要培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。本研究就是探討實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課相結(jié)合的上課模式。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課相結(jié)合的上課模式

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)首先要明確為什么做，就是本實(shí)驗(yàn)的目的，比如糖酵解中間產(chǎn)物的鑒定這個(gè)實(shí)驗(yàn)。首先引導(dǎo)學(xué)生理論課內(nèi)容糖降解的圖，糖酵解后丙酮酸將在無(wú)氧氣條件下產(chǎn)生酒精、在有氧條件下進(jìn)入三羧酸循環(huán)產(chǎn)生大量CO2。中間產(chǎn)物的鑒定就要明確代謝通路要停止在哪里？為什么要停止在這里及其后續(xù)的驗(yàn)證問(wèn)題。

提出假設(shè)，假設(shè)是對(duì)可能存在的條件的一種假設(shè)，這種假設(shè)可以為尋找事實(shí)做了基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)假設(shè)是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法融于生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)。合理設(shè)計(jì)假設(shè)，是實(shí)驗(yàn)成功與否的根本。培養(yǎng)學(xué)生大膽的質(zhì)疑能力，提出自己的意見(jiàn)。根據(jù)本研究的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，糖酵解中間產(chǎn)物的測(cè)定。并且糖酵解是一個(gè)不可逆的反應(yīng)過(guò)程，只要反應(yīng)啟動(dòng)，就會(huì)經(jīng)過(guò)一系列的酶促反應(yīng)，產(chǎn)生ATP供能。中間產(chǎn)物包括葡萄糖-6-磷酸、果糖-6-磷酸、果糖1，6-二磷酸、二羥基丙酮酸、甘油醛-3-磷酸、1，3-二磷酸甘油酸、3-磷酸甘油酸、2-磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸和烯醇式。觀察這些中間產(chǎn)物都是以磷酸化合物的形式存在的，并且二羥基丙酮酸和甘油醛-3-磷酸屬于丙糖類(lèi)可以用顯色反應(yīng)（2，4-二硝基苯肼）來(lái)驗(yàn)證其是否存在。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生觀察一下糖酵解過(guò)程中涉及的主要的酶包括己糖激酶、磷酸葡萄糖異構(gòu)酶、磷酸果糖激酶、醛縮酶、甘油醛3-磷酸脫氫酶、磷酸甘油酸激酶二磷酸甘油酸變位酶、烯醇化酶、丙酮酸激酶。通過(guò)查閱文獻(xiàn)知道碘乙酸可以抑制甘油醛3-磷酸脫氫酶活性，造成二羥基丙酮酸和甘油醛-3-磷酸的積累（圖1）。同學(xué)們馬上提出來(lái)假設(shè)糖酵解代謝終止在這一步。

圖1 糖酵解中間產(chǎn)物測(cè)定

繼續(xù)回答實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的怎么做的問(wèn)題，根據(jù)上述假設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生老師互動(dòng)形式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)處理為利用碘乙酸和硫酸肼，使其中間產(chǎn)物終止在二羥基丙酮酸和甘油醛-3-磷酸。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中要設(shè)立作為比較標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照處理。根據(jù)研究的目的和內(nèi)容，可選擇不同形式的對(duì)照。其中包括空白對(duì)照、正向?qū)φ?、?fù)向?qū)φ?、自身?duì)照等。本研究中根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑔l(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)了兩個(gè)對(duì)照，一個(gè)是空白對(duì)照，糖酵解過(guò)程順利進(jìn)行，為了驗(yàn)證能夠顯色的物質(zhì)不是反應(yīng)的終產(chǎn)物丙酮酸；一個(gè)是負(fù)對(duì)照，三氯醋酸是一種蛋白酶的變性劑，能讓酵母中所有酶失活，使糖酵解不能進(jìn)行或者很小程度進(jìn)行，也是為了后續(xù)驗(yàn)證反應(yīng)底物是不能起顯色反應(yīng)的。

實(shí)驗(yàn)方案中還要注意比較間的唯一差異原則。是指在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，要保證只有處理單因素的不同，其他所有的條件應(yīng)當(dāng)相同。比如本實(shí)驗(yàn)中，要保證實(shí)驗(yàn)中加入的試劑都一致。單一差異是加入的時(shí)間不同，導(dǎo)致最后只有產(chǎn)物不同。引導(dǎo)同學(xué)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，表1描述的處理?xiàng)l件是否為單一的因素差異？學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)不是，因此反應(yīng)1.5小時(shí)后，會(huì)在表2繼續(xù)補(bǔ)加試劑。補(bǔ)加的試劑為三氯醋酸、碘乙酸和硫酸肼。

表1 發(fā)酵過(guò)程觀察

表2 終止發(fā)酵和補(bǔ)加試劑

做到什么程度的問(wèn)題，反應(yīng)必須要適時(shí)終止。要根據(jù)前期的預(yù)實(shí)驗(yàn)，合理的終止實(shí)驗(yàn)反應(yīng)。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的作用

第一，增強(qiáng)學(xué)生參與的熱度，增強(qiáng)學(xué)生的好奇心。生物化學(xué)的理論課知識(shí)點(diǎn)難度很大，枯燥無(wú)味，學(xué)生很難馬上完全理解接受。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般是以老師灌輸為主，因此學(xué)生只是按照步驟一步一步模仿的做，根部不知道每一步為什么這么做，結(jié)果就不能很好的輔助理論課學(xué)習(xí)。而實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?，帶著?wèn)題來(lái)做實(shí)驗(yàn)，每一步都是來(lái)驗(yàn)證一個(gè)預(yù)期的結(jié)論。學(xué)生還可以推測(cè)出來(lái)預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，增強(qiáng)學(xué)生的參與熱度。并且為學(xué)生以后獨(dú)立的解決科學(xué)問(wèn)題，怎么設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

第二，增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，開(kāi)發(fā)學(xué)生探究問(wèn)題的能力[2]。學(xué)生會(huì)自己設(shè)計(jì)假設(shè)，然后通過(guò)查找文獻(xiàn)來(lái)獨(dú)立思考怎么驗(yàn)證這個(gè)假設(shè)。剛開(kāi)始，我們對(duì)于剛剛升入大二的學(xué)生，也擔(dān)心他們會(huì)畏懼，面對(duì)問(wèn)題不知道怎么著手。后來(lái)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間引導(dǎo)，學(xué)生開(kāi)始探索性設(shè)定不同的假設(shè)，然后根據(jù)假設(shè)設(shè)計(jì)合理的對(duì)照。這個(gè)過(guò)程可以增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，并且可以通過(guò)討論，增強(qiáng)學(xué)生小組間的合作。

第三，增強(qiáng)學(xué)生的邏輯思維能力。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中一定要遵循唯一差異原理，因此在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生可以自己檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的合理性，增強(qiáng)學(xué)生辯證的思維能力。這種方式可以突破傳統(tǒng)的教師為主的實(shí)驗(yàn)課，讓學(xué)生成為主體。并且為以后進(jìn)入課題組，面對(duì)新的課題，都可以合理地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

第四，增強(qiáng)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告就是抄實(shí)驗(yàn)書(shū)上的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器和用品、實(shí)驗(yàn)材料和試劑、實(shí)驗(yàn)步驟、結(jié)果與計(jì)算。本次改革后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括以下部分，實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論。實(shí)驗(yàn)步驟是按照流程圖的方式描繪，實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論是對(duì)結(jié)果和不同組間之間分析和比較，并且查閱文獻(xiàn)進(jìn)行比較不同方法間的差異。

第五，增強(qiáng)了學(xué)生和老師之間的交流，以前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，學(xué)生只是填鴨式的接受，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟只是照葫蘆畫(huà)瓢。本次改革增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，賦予學(xué)生更多自主探索的實(shí)踐，讓學(xué)生可以進(jìn)行思想風(fēng)暴，讓學(xué)生更加注重理論課的學(xué)習(xí)，在理論課的基礎(chǔ)上提出合理的問(wèn)題，這種教學(xué)方式有利于培養(yǎng)拔尖人才[3]。老師會(huì)根據(jù)學(xué)生的問(wèn)題慢慢引導(dǎo)，讓學(xué)生體會(huì)到發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，驗(yàn)證問(wèn)題的樂(lè)趣。首先實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是科學(xué)研究的基礎(chǔ)，把實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想貫穿于生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課上，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)被稱為行之有效的教學(xué)方法和載體（4）。讓學(xué)生從本科生就培養(yǎng)理性的邏輯思維，使他們可以更好地理解理論知識(shí)。為培養(yǎng)學(xué)生以后從事科學(xué)研究做的鋪墊。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課相結(jié)合的上課模式的展望

其次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)融于生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課，不僅有利于學(xué)生對(duì)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，還有利于對(duì)于其他實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生探索的精神，具有創(chuàng)新精神，注重培養(yǎng)學(xué)生的能力，提出問(wèn)題，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

最后在生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課上建立實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想可以運(yùn)用于畢業(yè)論文設(shè)計(jì)。農(nóng)業(yè)院校的大學(xué)，要求本科生畢業(yè)要獨(dú)立完成一項(xiàng)畢業(yè)設(shè)計(jì)。這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)學(xué)生大學(xué)期間學(xué)的知識(shí)的綜合考核。并且畢業(yè)設(shè)計(jì)中的實(shí)驗(yàn)要設(shè)計(jì)合理，有科學(xué)價(jià)值。因此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)起著重要的作用。

4 結(jié)論

本研究探討了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課相結(jié)合的上課模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，并且改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，讓學(xué)生從“要我學(xué)”，變成以學(xué)生為主體的“我要學(xué)”模式，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維能力、創(chuàng)新能力。