生物化學(xué)實驗教學(xué)論文
時間:2022-07-04 04:18:09
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1傳統(tǒng)模式下的生物化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀
根據(jù)教學(xué)計劃,大多數(shù)高校開設(shè)的生物化學(xué)實驗一般為36~54個學(xué)時,少數(shù)高校為72學(xué)時,在這么短的時間內(nèi)要完成如此龐大的教學(xué)內(nèi)容,傳統(tǒng)的做法是每一個實驗的頭尾工作由教師代替完成,教師在實驗前配制好實驗所需的試劑,采集、培養(yǎng)、處理好實驗材料,準(zhǔn)備各種儀器設(shè)備,學(xué)生只是掐頭去尾操作其中的一段;為了節(jié)省時間,課堂上學(xué)生被動的接受教師灌輸?shù)膶嶒災(zāi)康摹⒃?、操作步驟等,然后,按部就班,“照方抓藥”,按照思維定勢,不假思索就能順利得到預(yù)期的實驗結(jié)果。這種程序化的教學(xué)方法,嚴(yán)重束縛了學(xué)生創(chuàng)新思維的拓展,抑制了學(xué)生動手能力的施展。不僅如此,開設(shè)的大多是內(nèi)容簡單、彼此孤立的“靜態(tài)”實驗,各個實驗間缺乏內(nèi)在聯(lián)系。由于缺乏學(xué)習(xí)興趣,部分學(xué)生不僅不動腦思考,而且根本不動手操作,缺乏主動性,喪失了通過實驗課堂培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題能力的功能。為了突顯學(xué)生的主體地位,調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神,提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì),必須改革生物化學(xué)實驗課的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式。
2優(yōu)化生物化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容的策略
2.1定性與定量實驗相結(jié)合
作為一門實驗性學(xué)科,生物化學(xué)應(yīng)該包含定性與定量實驗才是完整的研究方法。定性分析就是運(yùn)用物理、化學(xué)的手段,對生物活性分子進(jìn)行“質(zhì)”的分析,再通過歸納和演繹、抽象與概括、分析與綜合等方法,對獲得的各種信息進(jìn)行思維加工,由表及里、去偽存真,以了解生物大分子的存在形式。定量實驗是以定性實驗為基礎(chǔ)的研究活動,研究生物大分子的性質(zhì)、組成和影響因素之間的數(shù)量關(guān)系,收集精確的數(shù)據(jù),然后進(jìn)行統(tǒng)計分析。定性和定量結(jié)合研究有助于學(xué)生對生物大分子賦予意義的基礎(chǔ)上產(chǎn)生正確的認(rèn)知和準(zhǔn)確的定位,認(rèn)識生物分子運(yùn)行、變化的本質(zhì)規(guī)律,揭示其結(jié)構(gòu)與功能的內(nèi)在聯(lián)系。生物化學(xué)實驗內(nèi)容包括對糖、脂質(zhì)、氨基酸、蛋白質(zhì)、酶、維生素、核酸、激素等生命分子的研究,還包括物質(zhì)代謝與生物氧化實驗,實驗方法涵蓋滴定、蒸餾、離心、分光光度比色、各種層析技術(shù)(薄層、凝膠、離子交換、親和層析)、色譜技術(shù)(氣相、高效液相色譜)、電泳、熒光、旋光法等。顯然,相比于大學(xué)一年級開設(shè)的無機(jī)及分析化學(xué)實驗已稍顯復(fù)雜,是一門從基礎(chǔ)實驗過渡到專業(yè)實驗的專業(yè)基礎(chǔ)課。憑借這門課程學(xué)生初次認(rèn)識到上述生物分子,依據(jù)循序漸進(jìn)的原則,在有限的課時內(nèi)選擇有代表性的實驗內(nèi)容。例如我們在實際教學(xué)中,關(guān)乎生物分子的提取、分離、純化、鑒定等內(nèi)容選作定性實驗,這些多為經(jīng)典實驗,一般占25%;而定量測定多為綜合性實驗,內(nèi)容涉及基本知識在解決實際問題中的應(yīng)用,一般占65%;另有10%的實驗為定性與定量相結(jié)合的實驗,內(nèi)容多為探究性實驗。學(xué)生通過實驗,從特定的性質(zhì)洞察這些物質(zhì)的存在,從精確的數(shù)據(jù)了解它們在生物體內(nèi)相互制約、相互轉(zhuǎn)化的過程,根據(jù)質(zhì)和量的統(tǒng)一促進(jìn)學(xué)生對生物分子的全面認(rèn)識,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。
2.2驗證性與探究性實驗相結(jié)合
人們曾一度廣泛提倡要摒棄驗證性實驗,認(rèn)為只有大量開設(shè)綜合性和創(chuàng)新性的探究實驗才能培養(yǎng)出社會需要的人才。這種做法是違背教學(xué)規(guī)律的。探究性生物化學(xué)實驗是探索生物大分子的未知性質(zhì),了解它們的組成、生物轉(zhuǎn)化和變化特征,以及在機(jī)體內(nèi)與其他分子的聯(lián)系等的一種實驗,受學(xué)生已知知識和技能的限制。驗證性生物化學(xué)實驗是指為了驗證生物分子已被廣泛認(rèn)識的性質(zhì)、概念、理論,通過演示再現(xiàn)其事實,強(qiáng)調(diào)其科學(xué)性。驗證性實驗可以把學(xué)生從懵懂狀態(tài)引入生化知識的殿堂,有利于在較短的時間內(nèi)獲得更多的知識,繼承研究方法,規(guī)范化、程序化的訓(xùn)練學(xué)生的實驗技能,起到承上啟下的作用。一些經(jīng)典的驗證性實驗甚至可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,有的驗證性實驗還可以發(fā)揮潛在的作用,例如利用前人的研究成果應(yīng)用到一個確定的問題上比探究如何獲得新成果要重要得多。所以在大力提倡探究性實驗教學(xué)的同時不可隨意摒棄驗證性實驗。我們需要做的是正確處理好繼承和發(fā)揚(yáng)的關(guān)系,把內(nèi)容單一、彼此孤立的實驗有機(jī)的結(jié)合起來,設(shè)立系列實驗,實施層次化教學(xué)。例如,利用“3,5-二硝基水楊酸定糖法”測定馬鈴薯中還原糖含量是一個經(jīng)典的驗證性實驗,如果利用該法測定馬鈴薯中總糖含量就在原來基礎(chǔ)上增加了一個非還原糖的水解過程,再依據(jù)其還原性測定總糖,這就成為一個綜合性實驗;如果利用該法比較幾個同學(xué)的唾液淀粉酶活力,這就需要定義一個“酶活力單位”,掌握底物與酶專一性、溫度和pH對酶活性影響等知識的基礎(chǔ)上,將糖和酶的作用加以拓展。顯然,這個驗證性實驗很自然地過度到了探究性實驗,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。探究性實驗就像這樣通過具體實驗來回答一個感興趣的問題,激發(fā)學(xué)生的好奇心,培養(yǎng)科學(xué)探究能力。再如根據(jù)三聚氰胺事件、艾滋病、地溝油等時事關(guān)注熱點(diǎn),探討相關(guān)的研究工作、提出解決方案、設(shè)計創(chuàng)新實驗,引導(dǎo)學(xué)生跳出課本的局限,拓展學(xué)生的思維和知識面,并利用所學(xué)知識解決實際問題。如果說驗證性實驗是傳授知識和方法,那么創(chuàng)新性探究實驗是傳播一種科研思想,甚至是一種科研精神和社會責(zé)任。
2.3“靜態(tài)”和“動態(tài)”實驗相結(jié)合
《生物化學(xué)》教科書由“靜態(tài)”和“動態(tài)”兩部分知識構(gòu)成,所謂“動態(tài)”就是新陳代謝,簡稱代謝,是生物體表現(xiàn)其生命活動的重要特征。作為實踐環(huán)節(jié)的生物化學(xué)實驗,往往偏重于靜態(tài)部分內(nèi)容,即對生物大分子的定性定量研究方面的訓(xùn)練比較重視,而忽視了代謝調(diào)控部分的研究。這也許是因為實驗課時不好掌握,實驗所需的環(huán)境條件不易控制造成的。然而,從知識完整性來考慮,這是片面的,因為生物大分子在生命體內(nèi)都不是孤立存在的,彼此之間有著錯綜復(fù)雜的關(guān)系,它們也不是靜止不變的,不停地發(fā)生著化學(xué)變化,不斷得到自我更新。所以,在生物化學(xué)實驗內(nèi)容中應(yīng)該包含一定比例的“動態(tài)”實驗,通過實驗使學(xué)生明白生物大分子是生命的物質(zhì)基礎(chǔ),其特殊運(yùn)動體現(xiàn)著生命現(xiàn)象,生命是生物大分子的存在形式,而且代謝使生物大分子以一定的有序性處于穩(wěn)定的狀態(tài)中,一旦代謝紊亂,穩(wěn)定的生物分子體系就要向無序發(fā)展,機(jī)體就會病變。按照物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方向,“動態(tài)”知識應(yīng)該掌握兩對重要的概念,即物質(zhì)的分解和合成代謝過程,能量的釋放和供給過程。鑒于此,生物化學(xué)實驗要有的放矢涉及這方面的內(nèi)容,以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會綜合思考問題。例如,以“肌糖原的酵解作用”實驗為代表了解在缺氧條件下經(jīng)過一系列的酶促反應(yīng),最后轉(zhuǎn)變成乳酸,并供給組織能量;利用瓊脂糖凝膠電泳分離檢測乳酸脫氫酶同功酶,可以作為某些代謝紊亂或炎癥疾病診斷的依據(jù)之一。
2.4實驗的“正結(jié)果”與“負(fù)結(jié)果”
傳統(tǒng)的教學(xué)模式總是希望學(xué)生得到正確的實驗結(jié)果,于是,實驗前總是給學(xué)生設(shè)計好各種操作流程,學(xué)生完全“照單抓藥”,無需多加思索就能夠獲得預(yù)計的結(jié)果,毫無懸念,以至于學(xué)生提不起精神做實驗,也無以挖掘?qū)W生的創(chuàng)新潛質(zhì)。為了改變這種狀況,我們在實際教學(xué)過程中通過創(chuàng)設(shè)問題情境,甚至適當(dāng)設(shè)置“陷阱”,使學(xué)生明確探究發(fā)現(xiàn)的主題,然后設(shè)計實驗實施方案,在實驗過程中通過自己的思考和實踐解決疑難問題,以提高學(xué)習(xí)興趣,促進(jìn)知識的融會貫通。例如在“2,6-二氯酚靛酚法測定維生素C含量”實驗中,故意選擇紫葡萄、沙棘、西紅柿等作為實驗材料,在它們的提取液中含有色素類物質(zhì),給滴定終點(diǎn)的觀察造成困難,這就要求學(xué)生自己去尋找方法解決問題。有的同學(xué)選用陶土或活性炭脫色,有的同學(xué)選擇脂溶性溶劑(加1mL氯仿)萃取色素,這就很好地排除了對水相滴定終點(diǎn)的干擾。為了解決由于白陶土或活性炭吸附,或者氯仿萃取對維生素C造成的誤差,同學(xué)們進(jìn)一步測定已知標(biāo)準(zhǔn)維生素C樣品的回收率來校正未知樣品的結(jié)果。一個普通的驗證性實驗通過更換實驗材料調(diào)動起學(xué)生探究的積極性,使得一個“負(fù)結(jié)果”的實驗方法得以延伸和完善。此外,在實驗操作步驟中有意設(shè)置漏洞,留下一塊空白,在學(xué)生現(xiàn)有知識的基礎(chǔ)上給予一定的提示,同學(xué)們?yōu)榱艘?guī)避潛在的風(fēng)險,自覺地認(rèn)真預(yù)習(xí)實驗項目,甚至查閱文獻(xiàn)資料,這種效果遠(yuǎn)勝于硬性強(qiáng)調(diào)預(yù)習(xí)的重要性。例如在“血清蛋白醋酸纖維素薄膜電泳”實驗中,血清是一個混合的蛋白質(zhì)樣品,其中各種蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)大多在pH4.0~7.3之間,在pH8.6的緩沖液中均帶負(fù)電荷,在電場中都向正極移動。因此,點(diǎn)樣端應(yīng)該置于電泳槽的負(fù)極端。在以往的教學(xué)中反復(fù)強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn),總有學(xué)生放反薄膜?,F(xiàn)在我們只把原理講清楚,不強(qiáng)調(diào)具體怎么操作,那些放反薄膜的同學(xué)勢必得不到實驗結(jié)果,這種失敗他將會牢牢記住,再給一次重做的機(jī)會,獲得成功之后的喜悅不言而喻。實踐表明,得到一個“負(fù)結(jié)果”所起的作用遠(yuǎn)大于順利地得到“正結(jié)果”,至少學(xué)生可以在失敗中引起警覺和反思,進(jìn)而主動探求解決方案。
3結(jié)語
總之,傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式過于注重知識傳授,輕視啟發(fā)式和創(chuàng)新性的培養(yǎng),我們應(yīng)該探索出更多更新更好的實驗教學(xué)方法,進(jìn)一步促進(jìn)生物化學(xué)實驗的教學(xué)效果。引導(dǎo)學(xué)生利用定性和定量實驗方法揭示生物的現(xiàn)象和本質(zhì),培養(yǎng)學(xué)生用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度自覺探求未知知識,學(xué)會舉一反三、融會貫通。以驗證性實驗作為起點(diǎn),全面優(yōu)化生物化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容,有效整合教學(xué)方法,挖掘教學(xué)潛力,逐步培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力,充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性,更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性,使之努力成為既有實踐動手能力,又有創(chuàng)新科學(xué)思維和科研探究能力的人才。
作者:沈劍敏 田曉柱 馮虎元 單位:蘭州大學(xué)