趙偉睿 胡升 楊麗 梅樂和

［摘 要］ 傳統(tǒng)儀器分析類實驗課程通常采用單一儀器的驗證性或觀摩性實驗。這種教學(xué)模式的內(nèi)容簡單且固化，缺乏對學(xué)生實驗方案設(shè)計，綜合分析和解決問題等高階能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)；再加之大型分析儀器數(shù)量之多和教學(xué)時間的限制，實驗教學(xué)效果往往難求實效。為了克服傳統(tǒng)《生物化學(xué)儀器分析及檢測技術(shù)》教學(xué)模式不足，作者以生物工程領(lǐng)域常見問題分析為背景；通過建立涉及多種分析儀器且適合本科生的探索性實驗項目；采用基于項目導(dǎo)向的教學(xué)法來開展實驗教學(xué)。教學(xué)實踐表明，基于項目導(dǎo)向的實驗教學(xué)方法可以有效提升教學(xué)效果。該教學(xué)模式不僅可以促進學(xué)生對理論知識的理解；而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和綜合實驗?zāi)芰Α?/p>

［關(guān)鍵詞］ 生物化學(xué)儀器分析及檢測技術(shù)；項目導(dǎo)向；實驗教學(xué)；教學(xué)改革

［基金項目］2019年度浙大寧波理工學(xué)院校級教改項目“OBE理念下‘PBL教學(xué)法在《生物化學(xué)儀器分析及檢測技術(shù)》教學(xué)中的實踐與探索”（NITJG-201939）；2019年度浙大寧波理工學(xué)院校級教改項目“生物工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)體系建設(shè)與完善”（NITJG-201918）；2022年度浙大寧波理工學(xué)院專業(yè)綜合教改項目“以學(xué)生發(fā)展為中心的生物工程專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)創(chuàng)新與實踐”；2021年度浙大寧波理工學(xué)院專業(yè)綜合教改項目“面向‘高質(zhì)量應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教學(xué)改革與成果培育”

［作者簡介］ 趙偉睿（1983—），男，甘肅蘭州人，博士，浙大寧波理工學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院講師，主要從事生物工程研究。

［中圖分類號］ G642.0［文獻標(biāo)識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）13-0000-04［收稿日期］ 2022-11-03

“生物化學(xué)儀器分析及檢測技術(shù)”是生物工程類專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，是從事現(xiàn)代生命科學(xué)領(lǐng)域研發(fā)，生產(chǎn)和管理工作的必要知識儲備［1］。該課程主要講授現(xiàn)代生物化學(xué)分析儀器的原理、結(jié)構(gòu)、用途和測試方法［2-3］，注重對分析方法的選擇和設(shè)計以及對測試結(jié)果科學(xué)意義的闡釋。該課程是一門理論與實踐緊密結(jié)合的課程，教學(xué)環(huán)節(jié)分為理論教學(xué)和實驗教學(xué)兩部分。其中實驗教學(xué)作為理論教學(xué)的延伸，對于學(xué)生理論聯(lián)系實際能力和綜合實踐能力培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用；也是應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)不可或缺的重要環(huán)節(jié)［4-6］。

然而傳統(tǒng)儀器分析實驗課程通常采用“單一分析儀器的驗證性或觀摩性實驗”［7-9］進行教學(xué)，在教學(xué)過程中通過教師先講授分析儀器的原理和結(jié)構(gòu)、實驗要求、實驗步驟和演示實驗，隨后學(xué)生按照實驗講義完成實驗并進行實驗報告的撰寫。這種教學(xué)模式的實驗內(nèi)容固化而且相對簡單，僅能簡單地訓(xùn)練學(xué)生的基本操作技能，缺乏對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實驗方案設(shè)計能力、綜合分析能力和解決問題能力等高階能力和創(chuàng)新思維的訓(xùn)練；同時由于分析儀器設(shè)備普遍價格較高且數(shù)量有限；加之課堂時間有限，而供學(xué)生進行實驗操作的資源和時間普遍不足，因此教學(xué)效果往往難求實效。

新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命的形成與發(fā)展對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提出了更高要求［10］。為了更好適應(yīng)時代發(fā)展對人才培養(yǎng)的需求，做到以學(xué)生學(xué)習(xí)效果和發(fā)展為核心，課程團隊針對傳統(tǒng)“生物化學(xué)儀器分析和檢測技術(shù)”實驗教學(xué)中面臨的問題，對教學(xué)模式和方法進行了改革，采用綜合探究式項目教學(xué)法來重構(gòu)課程實驗教學(xué)體系（圖1）；同時在項目實施過程中，采用靈活的教學(xué)時間，通過小組預(yù)約和老師協(xié)調(diào)的方式，在有限的儀器資源條件下，確保學(xué)生有充足的儀器資源和時間進行實驗操作，從而保證教學(xué)效果，讓學(xué)生在掌握分析儀器基本使用方法的基礎(chǔ)上，鍛煉實驗方案制定、分析和解決問題等高階能力。

一、基于探究項目式實驗教學(xué)體系

課程組采用的實驗教學(xué)體系和實施方式具體如圖1所示。具體為：（1）實驗項目構(gòu)建。以生命科學(xué)和工程常見分析問題為背景，建立涉及多種分析儀器聯(lián)用且適合本科生的實踐型綜合性項目：如大腸桿菌綠色熒光蛋白表達情況分析、松針中總黃酮和花旗松素含量的測定、細(xì)菌谷氨酸脫羧酶基因表達情況分析等；（2）學(xué)生團隊組建。組建每組不超過4名學(xué)生的項目團隊以保證每名學(xué)生在實驗過程中得到充分的學(xué)習(xí)資源；（3）學(xué)生制定實驗方案。在老師發(fā)布項目任務(wù)和介紹項目背景后，學(xué)生團隊需要針對項目任務(wù)進行協(xié)同調(diào)研、分析和討論、設(shè)計出初步實驗方案，之后與教師討論并對方案進行修正，明確分析測定指標(biāo)所需使用的分析儀器和實驗方法；（4）學(xué)習(xí)儀器使用方法。確定最終實驗方案后，學(xué)生可以通過線上視頻觀看以及在線下教師指導(dǎo)實踐操作的方式來學(xué)習(xí)分析儀器的使用方法和注意事項；（5）項目實施。學(xué)生在學(xué)會使用分析儀器的基礎(chǔ)上，根據(jù)制定的方案開展實驗，鼓勵學(xué)生利用所學(xué)知識解決實驗中遇到的問題，教師在過程中起引導(dǎo)和輔助作用；（6）實驗結(jié)果分析。學(xué)生自主處理和分析數(shù)據(jù)并撰寫規(guī)范的實驗報告；（7）項目總結(jié)。教師對實驗過程和報告進行評價并和學(xué)生一起找出項目實施和數(shù)據(jù)分析存在的問題，進而使學(xué)生進行總結(jié)和改進。

二、探究項目式實驗項目教學(xué)案例

下面以教學(xué)體系中“大腸桿菌綠色熒光蛋白表達情況分析”的實驗項目為例對教學(xué)設(shè)計和實施進行做簡要介紹。

1.教學(xué)設(shè)計：綠色熒光蛋白（GFP）在現(xiàn)代生物科學(xué)和工程研究中有重要的應(yīng)用價值：如蛋白定位、啟動子活性、蛋白表達情況和蛋白相互作用研究，對其熒光強度進行分析也是現(xiàn)代生命科學(xué)與工程常見問題。GFP在藍色波長范圍的光激發(fā)下可發(fā)出肉眼可見的綠色熒光，這有利于激發(fā)學(xué)生的實驗熱情、提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和實驗體驗感。因此在光譜學(xué)實驗中，課程組設(shè)計了測定重組綠色熒光蛋白在大腸桿菌中表達情況的微課題。學(xué)生需要通過建立蛋白質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)曲線、GFP熒光強度與其蛋白含量標(biāo)準(zhǔn)曲線來完成對GFP標(biāo)準(zhǔn)品的濃度測定。菌體破胞液中總蛋白含量和GFP含量定量后，才能最終得出重組GFP在大腸桿菌破胞液中總蛋白所占的比例，并與SDS-PAGE電泳結(jié)果進行比對分析。整個實驗項目涉及紫外-可見分光光度計、熒光分光光度法、酶標(biāo)儀等多個分析儀器的使用。學(xué)生需要對測定數(shù)據(jù)進行分析、做圖、評價實驗結(jié)果的合理性；學(xué)生需要明確整個實驗環(huán)節(jié)每一步實驗操作的目的和意義，才能建立起清晰的整體實驗邏輯關(guān)系進而較好的完成實驗，此實驗對于中低年級的本科生具有較高的挑戰(zhàn)度。

2.教學(xué)實施：教師首先通過動畫視頻向?qū)W生介紹GFP的發(fā)現(xiàn)歷史和應(yīng)用價值，再向?qū)W生介紹實驗背景和目標(biāo)和基本的研究思路。學(xué)生以小組為單位，通過查閱和分析文獻，明確如何測定菌體胞內(nèi)總蛋白和GFP蛋白含量，GFP標(biāo)準(zhǔn)品蛋白濃度等問題。在此基礎(chǔ)上制定出具體實驗流程和方法及所需分析儀器的初步研究方案。在和教師對方案進行討論，修正和完善后，通過線上和線下結(jié)合的方式學(xué)習(xí)紫外-可見分光光度計、熒光分光光度計和酶標(biāo)儀的使用方法。學(xué)生同時需要了解實驗室安全規(guī)章制度。上述準(zhǔn)備工作完成后，學(xué)生與教師約定實驗時間并自主開展實驗；完成實驗后及時與老師一起分析獲得實驗數(shù)據(jù)是否合理。實驗過程中學(xué)生會遇到許多問題：例如GFP標(biāo)準(zhǔn)蛋白如何有效稀釋；如何確定合理的標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍；熒光強度數(shù)據(jù)線性回歸效果不佳；儀器為什么沒顯示數(shù)據(jù)等問題。教師要與學(xué)生一起分析問題原因，采用引導(dǎo)的方式讓學(xué)生提出解決方案，從而充分鍛煉學(xué)生的分析和解決問題能力。實驗結(jié)束后，學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)進行處理與分析，撰寫實驗報告，然后教師對實驗過程和報告進行評價和總結(jié)。完成整個實驗后，教師指導(dǎo)學(xué)生利用剩余的GFP蛋白進行作畫，并讓學(xué)生在藍光切膠儀下進行拍攝，在加強學(xué)生對GFP蛋白光致發(fā)光理解的基礎(chǔ)上，增加實驗的趣味性和學(xué)生的體驗感。

三、基于探究項目式實驗教學(xué)效果

通過4輪教學(xué)實驗與傳統(tǒng)驗證性實驗相比，基于探究項目式實驗教學(xué)更有助于學(xué)生深度學(xué)習(xí)；更有助于學(xué)生高價能力的培養(yǎng)和教學(xué)效果的提升，這主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.改變了學(xué)生照著實驗講義按部就班的學(xué)習(xí)觀念。在實驗過程中，學(xué)生需要在教師講解實驗思路的基礎(chǔ)上，通過查閱文獻對實驗方案和步驟進行制定和優(yōu)化。這有效促進了學(xué)生主動對實驗過程思考和理解，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、分析和解決問題的能力。

2.實驗項目具有較強的綜合性。學(xué)生不僅需要掌握多種分析儀器的使用和一系列基本實驗操作，而且需要對實驗整體思路和方案，以及多門課程理論知識有較好的理解和貫通才能有效完成實驗任務(wù)，促進了學(xué)生綜合實驗思維和能力的培養(yǎng)。

3.采用開放式教學(xué)。開放式教學(xué)突破了時間與空間的限制，為學(xué)生提供寬松的環(huán)境和更多實驗學(xué)習(xí)時間，加強了學(xué)生對實驗知識和技能的掌握。很多組學(xué)生在實驗未能獲得理想結(jié)果情況下，通過分析和總結(jié)主動與教師約定重新實驗時間，表現(xiàn)出良好求知欲。

4.有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己成功地理解整體實驗并通過自己的知識和信息來分析解決問題時，展現(xiàn)了明顯的成就感，這進一步提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和興趣。

5.促進了師生之間的交流；促進了師生關(guān)系的和諧；構(gòu)建了教學(xué)相長的氛圍，培養(yǎng)了學(xué)生團隊合作意識。

很多畢業(yè)學(xué)生的反饋印證了該實驗教學(xué)模式對于提高學(xué)生綜合實踐能力的有效性。他們普遍認(rèn)為該教學(xué)模式對其后期課程學(xué)習(xí)，研究生入學(xué)復(fù)試和在高校、企業(yè)中從事研發(fā)工作的起步階段有重大幫助。

結(jié)語

實驗教學(xué)改革和教學(xué)質(zhì)量的提升，對大學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)有重要作用。“生物化學(xué)儀器分析及檢測技術(shù)”實驗教學(xué)改革表明，基于探索項目導(dǎo)向的實驗教學(xué)方法可以有效提升高校生物化學(xué)儀器分析類課程的教學(xué)效果，具有良好的推廣價值。該實驗教學(xué)模式不僅加強學(xué)生對于分析儀器使用和相應(yīng)實驗技術(shù)的掌握；而且可以有效加深學(xué)生對于理論課的理解；還有助于訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維和綜合實驗?zāi)芰ΑＲ虼?，進一步探索和優(yōu)化基于實踐項目導(dǎo)向的實驗教學(xué)方法對于提升和完善高校的實驗教學(xué)具有重要意義。

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Abstract： The traditional instrument analysis courses usually adopted “single instrument verification or observation experiments”， which were simple and solidified， and lacked the cultivation of students innovative thinking and advanced abilities， such as designing experiment， and analyzing and solving problems. In order to overcome the shortcomings of the traditional teaching model， we adopted inquiry project-oriented teaching method to improving the experimental teaching effect. The experiments used in our inquiry project-oriented teaching were designed based on the background of common analytical problems in the field of bioengineering， which involving a variety of analytical instruments and suitable for undergraduates to study. The teaching practice showed that the project-based experimental teaching method could effectively improve the teaching effect， and the teaching mode could not only promote students understanding of theoretical knowledge effectively， but also help students to develop scientific thinking and comprehensive experimental ability.

Key words： Biochemistry instrument analysis and detection technology; project-oriented principle; experiment teaching; teaching reform