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案例教学法在生物化学实验的应用

 论文栏目:化学实验论文     更新时间:2019/10/9 17:21:13   

摘要:为满足新形势下本科人才的发展要求,生物化学实验的教学改革需要在有效的教学时间内生动高效地完成教学目标。案例教学法是最适合的手段之一。生物化学和生物化学实验是食品专业的主干课程和重要的专业基础课。为满足新时代下食品本科专业人才对生物化学先导性、基础性和支撑性的需求,课程组对生物化学实验进行了教学模式的探索、创新与改革。为提高学生综合利用所学基础理论和方法的能力,课程组精心设计了综合性、前沿导向性实验,并充分利用现代数码技术,将视频教学与学生的实际现场操作结合起来,大大提高了课堂教学效率和实验层次。

关键词:食品科学;生物化学实验;模式;多媒体

生物化学作为生命科学领域的基础学科和前沿学科,对食品科学、食品质量与安全以及农产品加工等工作有重要的指导及支持作用,也是食品类专业最重要的基础课。该课程学科内容抽象,知识更新快,实验性较强,是一门理论与实践相结合的课程。因此生物化学的教学活动离不开实验,生物化学实验课程作为理论教学的补充和发展,以培养学生理论与实践相结合的能力,提高学生独立分析、解决问题的能力,强化其科学研究的思维方式为主要目标,在整个生物化学教学过程中占有极为重要的地位。但在实际教学活动中,生物化学实验课程的开展一般延续了传统的以理论教学为主,实验教学为辅的学科型模式;生物化学实验教学附属于理论教学,侧重于理论验证层面。内容上,在目前的实验教学项目中,传统经典内容占多数,与学科最新科技前沿相关的实验内容则鲜有涉及。其教学方法也多以传统的讲授式为主,师生互动及学生的自主创新空间较小,不利于培养、锻炼学生的开拓性思维以及综合分析、解决问题的能力。

1案例设计的背景和思路

港口经济杂志社 目前,生物化学实验教学中尚存在很多不足。首先,生物化学实验课程的教学方法相对单一,仍以传统的讲授为主。课堂活动主要是教师讲解实验目的、原理、实验方法以及注意事项等,学生被动地进行相关操作,这种教学方法能够起到培养学生熟练的实验动手技能的作用,但整个过程降低了学生的主体作用及其积极性,缺乏对学生计划安排、查阅资料、制订和论证实验方案、灵活运用所学理论知识解释较为复杂实验现象的能力的锻炼,不利于学生创新能力的培养[1]。再者,目前生物化学实验的教学目标偏重于对理论知识的验证,教学内容尤其是实验过程中涉及的实验技术在可以巩固学生对经典实验方法的掌握的同时却也滞后于学科的发展,不能紧跟以及反映生物化学研究的新成果、新进展、新的研究手段和方法,难以达到拓宽基础、开拓视野、加强对学生的科学素养和能力培养之目的。

2开设高质量的综合性实验,取得了优异的成果

与时俱进,紧跟学科发展的前沿风向,更新、设计实验内容,增设综合性实验。在教学内容上,坚持基础实验+综合实验相结合的安排的同时,提高综合性实验的比例至50%。修订了食品生物化学实验指导书,开设了4个综合性实验(鸡蛋清蛋白的水解及十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)、固定化酵母细胞水解蔗糖、分子筛凝胶层析和碘乙酸抑制糖酵解)。(1)深化生物化学实验的教学内容改革,减低验证性实验的比例,提高综合提高性实验的份量,提升了教学效果。更新前的实验项目,其内容主要集中在简单定性或定量的验证性实验,使用分光光度计和滴定测定物质含量的实验较多。在生命科学快速发展的今天,这些内容已经不能满足人才培养的要求。以SDS-PAGE实验为例,设计蛋清蛋白水解和酶解实验,综合了蛋白质分离技术、酶的应用技术、以及大分子分离纯化等方法,不同组的学生对蛋清蛋白开展不同酶解处理,然后进行电泳实验,引导学生课外查阅蛋清蛋白质的分子结构,包括亚基组成、分子量等,然后结合自己的实验结果,对实验现象进行分析讨论,加深学生对实验的理解,以达到提高他们分析问题、解决问题能力的目的。不仅使学生更好地认识食品中蛋白质的基本组成,掌握基本的蛋白质分离技术,还因实验的未知探索性增加而产生了更强的好奇心,大幅提升了教学效果。(2)与时俱进,采用先进的网络和数码技术,将部分实验相关的视频通过网络与学生共享,学生预习不再以阅读讲义为主,丰富了实验教学手段,提升学生预习积极性和学习兴趣[2]。针对生物化学实验中有些问题靠文本描述很难理解,专门录制相关短视频辅助教学。这种方式不仅便于学生学习,有效帮助学生理解关键点,还因为多媒体融文本、图像、动画、声音和视频等各种媒体信息于一体,把抽象复杂的概念、实验原理及操作方法以内容生动、图像逼真、形象直观的形式展现出来,大大提升了学生的学习兴趣,交互式的动画也使得学生更容易掌握生物化学实验中的难点和易错点。(3)完善生化实验的考核方式。生物化学实验课通常的考核方式是以实验报告为主,然而实验报告无法反映学生的实验过程和动手能力。因此我们针对不同实验设置了多种考核方式。通过实验课老师学生一对一指导,把握学生动手能力的提升;通过对老师指定实验相关文献的阅读来进一步解释实验原理和实验结果,并将其体现在实验报告中。这样可以做到从学生的能力入手进行考核,促进学生创新能力的培养。同时实验操作以及结果的准确性,也可以给学生带来成就感,使学生富有自信心,成为学生进一步学习的动力。如在蛋清蛋白的水解与SDS-PAGE电泳实验中,引导学生课外查阅蛋清蛋白质的分子结构,包括亚基组成、分子量等,然后结合自己的实验结果,对实验现象进行分析讨论,加深学生对实验的理解,以达到提高他们分析问题、解决问题能力的目的。总之,本研究着眼于新形势下食品专业本科人才新的培养需求,以新大纲为指导,深化教学内容改革、丰富教学模式、完善考核方式,多维度提升学生在实验教学中的主体性,对提升实验教学成效发挥了非常有益的作用。

3案例设计方案的确定(理论、实验、改革、验证)

港口经济杂志社 每个综合性实验均要求学生对所学的知识做到融会贯通。以蛋清蛋白的水解与SDS-PAGE实验为例,该实验涵盖蛋白质知识(包括蛋白质的结构、变性、二硫键的还原、蛋白质的水解等)、酶学知识(包括酶动力学、酶的钝化、酶的应用等)以及大分子的分离纯化方法等内容。设计蛋清蛋白的分离和酶解实验,将酶学部分引入教学中,不同组的学生对蛋清蛋白开展不同酶解处理,然后进行电泳实验,不仅使学生更好地认识食品中蛋白质的基本组成,掌握基本的蛋白质分离技术,还因实验的未知探索性增加而产生了更强的好奇心,大幅提升了教学效果。又如固定化酵母细胞水解蔗糖实验,首先需要制备固定化酵母细胞,再采用固定化细胞水解蔗糖,并考察酶反应速度以及水解所得葡萄糖的产率。该实验涵盖固定化酶或固定化细胞技术、固定化酶的应用、酶动力学、还原糖的测定等内容。引入了先进的生化实验方法和技术。如表征生物分子分子量的方法,分子筛凝胶层析和SDS-PAGE实验的开设。如SDS-PAGE实验向学生展示了生物化学前沿的分析技术与方法以及理论课上的蛋白质、酶和大分子的分离纯化技术等知识在解决实际问题中的应用,提高了其对已学知识的综合应用能力,增强了学生在实验课程中的主导性;学生通过亲自采用生物化学的前沿的分析手段和方法来解决实际问题,学习的主动性、积极性明显提升。

4丰富的多媒体教学完善案例教学

本课程充分利用升级后的实验室硬件条件,将多媒体手段引入到教学中,自行拍摄了相关实验视频,大大增加了教学信息传达量,实现了复杂内容形象化,提高了课堂效率和教学效果。与时俱进,采用先进的网络和数码技术,将部分实验相关的视频通过网络与学生共享,学生预习不再以阅读讲义为主,丰富了实验教学手段,提升学生预习积极性和学习兴趣。针对生物化学实验中有些问题靠文本描述很难理解,专门录制相关短视频辅助教学。这种方式不仅便于学生学习,有效帮助学生理解关键点,还因为多媒体融文本、图像、动画、声音和视频等各种媒体信息于一体,把抽象复杂的概念、实验原理及操作方法以内容生动、图像逼真、形象直观的形式展现出来,大大提升了学生的学习兴趣,交互式的动画也使得学生更容易掌握生物化学实验中的难点和易错点[3]。将复杂内容形象化、简单化,增大了单位教学时间的信息传达量,提高了课堂效率并达到了良好的教学效果。以新增加的蛋白质的水解及SDS-PAGE实验为例,多媒体讲授在文本的基础上综合图像、动画等的优势,可对某些要点如浓缩胶的作用与效果进行更直观的演示;视频播放则既可以解决教学实验受学时限制的问题,又可以方便扩展学生对实验方法、技术的了解,本实验中学生通过观看视频不但了解了制胶过程还学习到批量制胶的方法。以分子筛凝胶层析实验为例,学生实验时采用预先装好的分子筛凝胶柱来进行生物分子的分离。为了让学生更深入地理解凝胶柱的装填流程及具体注意事项,课程对这部分内容进行了视频录制工作,这样可以让学生对整个综合性实验有更深刻的认识与学习。又如SDS-PAGE实验中,由于课时的限制以及制备凝胶的储备液具有神经毒性,学生统一采用购置的预制胶来进行电泳实验,电泳凝胶的制备则采用录制视频的方式来向学生展示。集体备课、精心设计了4个综合性实验。并针对开设的8个生化实验全部编写了PPT。目前课程组已完成了6个实验的视频录制工作,并在教学中进行了应用,取得了良好的效果。

5在注重综合素质、探索多元化开放式考核方面取得了全方位的进展

以人为本,多样化考核,通过实验报告、师生一对一交谈等模式进行考查,杜绝为考核而考核的单一模式,将考核的宗旨放在查看学生的学习效果上。本课程的期末考核以师生一对一的面试形式开展,比起传统的单一考核模式,更注重对学生综合素质的考察。通过一对一的面试形式,可以更深入了解学生对实验内容的掌握程度,并且教师在评价时能与其平时的课堂实验表现等结合评分,评价更客观、更真实。实验课通常的考核方式是以实验报告为主,然而实验报告无法反映学生的实验过程和动手能力。因此我们针对不同实验设置了多种考核方式。通过实验课老师学生一对一指导,把握学生动手能力的提升;通过对老师指定实验相关文献的阅读来进一步解释实验原理和实验结果,并将其体现在实验报告中。这样可以做到从学生的能力入手进行考核,促进学生创新能力的培养[4]。同时实验操作以及结果的准确性,也可以给学生带来成就感,使学生富有自信心,成为学生进一步学习的动力。

6案例教学的效果评价

通过生物化学实验课程教学改革,更新、设计了综合性、前沿导向性实验,并充分利用现代数码技术,将视频教学与学生的实际现场操作结合起来,提高了课堂教学效率和实验层次。课程坚持基础实验与综合实验相结合,且大大提高综合性实验的比例。提高了学生其对已学知识的综合应用能力,增强了学生在实验课程中的主导性[5]。并多次修订食品生物化学实验指导讲义,为实验的顺利展开和学生课外自主实验项目的实施等提供了方便。综合性实验的开设大大提高和激发了学生对实验课的兴趣,受到学生的好评。针对生物化学实验中有些问题靠文本描述很难理解,专门录制相关短视频辅助教学。把抽象复杂的概念、实验原理及操作方法以内容生动、图像逼真、形象直观的形式展现出来,大大提升了学生的学习兴趣,交互式的动画也使得学生更容易掌握生物化学实验中的难点和易错点[3]。实验报告不局限于对实验数据的记录与计算上,引导学生对实验现象进行分析解释、查阅资料、相互讨论,不断加强学生的科研能力。如在蛋清蛋白的水解与SDS-PAGE电泳实验中,引导学生课外查阅蛋清蛋白质的分子结构,包括亚基组成、分子量等,然后结合自己的实验结果,对实验现象进行分析讨论,加深学生对实验的理解,以达到提高他们分析问题、解决问题能力的目的。

参考文献

[1]陈国静.案例教学法在医学院校生物化学实验教学中的应用[J].生物技术世界,2015(10):221.

[2]谢爱娣,李从军,屈廷啟,等.生物化学精品课程的探索与实践[J].教育教学论坛,2014(8):207-208.

港口经济杂志社 [3]罗纯.基于学习理论的案例教学策略探析[J].教育教学论坛,2018(13):149-151.

[4]肖静.现场教学中案例教学方法应用的探索与思考[J].教育教学论坛,2016(44):205-206.

港口经济杂志社 [5]曾雪峰,朱秋劲.案例教学在食品加工与安全领域专业硕士食品加工类课程教学中初探[J].教育教学论坛,2018(15):157-158.

港口经济杂志社 作者:蒋将 杨芹 单位:江南大学食品学院

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