PBL教学模式在生物化学实验教学中的设计与实践

摘  要：为响应一流本科专业建设，提高生物化学实验课教学质量，提高学生的独立学习能力、实践能力和科研能力，针对学院4个专业2020级378名在校生进行PBL教学模式的设计和实践。将信息技术和PBL教学法有机融合，在实验教学过程中，整合教学内容、设置情境问题，对课前、课中、课后3个环节进行教学体系构建并实施，结果显示，该教学模式可明显提高教学效果，提高学生的独立自学能力、合作实践能力，有利于培养学生的独立科研能力，为一流本科专业建设服务。

关键词：PBL教学法;生物化学实验;课程设计;人才培养;教学效果

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）01-0123-05

Abstract： In order to respond to the construction of first-class undergraduate majors， improve the teaching quality of Biochemistry Experiment course， and improve the students' independent learning ability， practical ability and scientific research ability， the PBL teaching mode was designed and practiced for 378 students of grade 2020 in four majors of the college. In the process of experimental teaching， by organically integrating the information technology and PBL teaching methods， situational problems were set， and the teaching system was constructed and implemented for the three links： pre class， in class and after class. The results showed that this teaching mode could significantly improve the teaching effect， improve the students' independent self-study ability and cooperative practice ability， help to cultivate the students' independent scientific research ability， and serve the construction of first-class undergraduate majors.

Keywords： PBL teaching method; Biochemistry Experiment; curriculum design; talent training; teaching results

信息技术的迅猛发展，人们可以随时随地利用智能终端访问互联网，获取知识和信息，这改变了传统的学习观念和学习方式。传统的高校教学手段和教学方式已然不适应时代的需求，阻碍了教学质量的提高。如何推动信息技术与教育的深度融合，提高学生的积极性以及教学过程的参与度，提高教学效果，这是当前高等教育面对的重要问题[1]。

实验教学改革应该根据学校、教师、学生和课程的具体现状进行合理设计和实施。目前，安徽师范大学生物科学和生物技术两个专业入选国家一流本科专业建设点。学院教学目标也从单纯的知识型人才培养向突出实践能力和创新素质的高水平人才培养转移。生物化学实验教学响应学院教学改革的号召，根据学院生化实验具体现状，将PBL（Problem-based learning，PBL）教学模式与教学平台、微信等互联网信息技术有机结合，以提升实验教学效果。以问题为基础的PBL教学模式是美国的神经病学教授Barrows于1969年首创，在课堂上通过设置问题，不断激发学生自主思考、探究与合作来学习科学知识，可提升学生的思考能力和解决实际问题的能力;但单纯将该方法用于实验教学，会减少学生实践操作的时间[2-5]。我们在生物化学实验教学中设计了基于教学平台的PBL教学模式，并进行了实践，取得了良好的教学效果，提高了学生运用基础理论解决实际问题的能力，可为后续其他专业课程的学习打下坚实的基础。

一  实验内容和教学对象

根据学院的具体教学现状，学院制定了2020版培养方案;因生物化学是专业基础课程，培养方案将其安排在大二上学期，并给予生化实验课程34学时，1个学分。按照生化实验教学大纲，我们选择科学出版社的《生物化学实验》（第五版）[6]为主要参考教材，结合学院生化实验设施条件，编写8个实验进行课程教学设计。这8个实验中6个属于综合类或设计类实验，其内容涵盖了生物化学授课内容的基本知识体系，并突出了重点内容与学生必须掌握的基本实验技术。

本教学研究以2020级生物科学和生物技术两个专业，4个方向378名本科二年级学生为对象。将奇数班作为实验组（共10个班196名学生），偶数班作为对照组（共9个班182名学生）。对照组采用传统教学方法，即教师讲授实验内容、演示实验操作、学生跟做实验过程、实验结束撰写实验报告后上交。实验组采用PBL教学模式。实验过程2名学生为1小组，每位学生都有动手的机会。

二  基于PBL教学模式的设计与实施

（一）  设置实验教学问题

情景问题设置注重层次性、渐进性、创新性;内容涉及实验理解、技术方法、实验机理应用或延伸;设置的问题符合板块知识结构特征，题型多为选择和简答题，问题由浅入深，具有科学性，兼顾有效性和可行性。设置问题时注意留给学生提问、设计和评价的空间，有利于激发学生自主发现问题，培养学生设计规划实验的能力。问题形式多样，可以是自问自答也可以是自问他答，同时会加以延展，促进学生对实验的灵活应用，有利于培养学生创新能力。我们选取“人血清蛋白乙酸纤维薄膜电泳”实验为例分析问题设置的逻辑关系（图1）。

在“人血清蛋白乙酸纤维薄膜电泳”实验教学设计中，我们引入了“Image J”图像分析软件进行教学实验中的蛋白条带百分含量结果分析[7]，提高学生的图像处理能力。该实验的问题设置按照实验进程进行，分3个模块：问题1—4为原理机制;问题5—7为情境操作;问题8—10为规范操作。其中问题10是对结果分析的自问自答，体现了对实验掌握的时间渐进度，即先原理后操作再总结最后设计。对于学生掌握实验概况、理解知识点间的联系、熟悉实验技术方法、规范操作、培养信息处理与思维模式都有一定帮助。

该实验中我们提出的相关问题：①乙酸纤维素薄膜电泳属于哪类电泳？②人血清蛋白的组成是什么？③染色液和漂洗液中主要起作用的是哪两种试剂？④张三想检测兔子血清蛋白的组成是否可以用乙酸纤维素薄膜电泳方法？该怎么设计？⑤张三在点样时，将血清蛋白样品点在薄膜的光面，他是否要换一张薄膜重做？有无其他补救措施，为什么？⑥张三发现漂洗后的薄膜中间位置没有蛋白印迹，而在薄膜一端有模糊印迹，你觉得问题可能出在哪里？⑦“Image J”图像分析软件下载后，打开之后闪退，你觉得是什么原因，怎么处理？⑧本实验图像分析结果中峰面积含义是什么？⑨为确保实验顺利进行，实验过程中应该注意哪些因素？⑩根据本小组的实验结果，请你设计一个问题并尝试回答。

所设问题相关的知识点和考查目的：问题①考察电泳技术的概念和分类;问题②强调人血清蛋白的组成，是判断实验结果根据;问题③用于理解染色液和漂洗液中重要组分的作用;问题④帮助学生充分理解电泳技术的应用;问题⑤突出实验操作第一步的关键性;问题⑥通过对结果的分析熟悉电泳仪的正确使用;问题⑦关注软件的操作要点;问题⑧了解软件分析结果的处理与其意义;问题⑨培养实验过程规范操作;问题⑩引导学生发现问题，并根据所学知识解决问题。

（二）  课前准备

教学团队根据制定的教学计划和教学大纲，设计了PBL教学模式框架图（图2）。课前录制每次实验课内容的PPT 课件，包括实验原理、仪器试剂、实验步骤和数据分析等内容，制作成简单的微视频。到网络上搜寻重要的仪器工作原理、操作步骤、注意事项，以及实验过程或软件使用方法，甚至包括慕课平台上相似实验的学习视频。制作好的微课视频和下载搜索到的相关视频或网址，以及实验讲义和实验教学问题都上传至教学平台的资源库备用。将相关内容的视频、网址或微视频以及部分问题插入到PPT供学生预习;通过教学平台或微信等把预习任务发布给学生，并设定截止时间。学生在收到预习任务和公告提醒后，可以直接下载相关资料或在线观看和讨论答题，完成预习任务。通过相关教学设备教师端可以直观地掌握学生线上完成预习任务的情况，包括预习任务完成人数和每个同学预习情况，并通过讨论区综合回答学生反馈的问题，评定学生预习部分成绩;学生通过线上PPT预习后，按照教师发布的预习任务撰写好预习报告，主要是对实验原理的掌握和实验步骤的熟悉，以便流畅地完成实践过程。由于预习任务关系到成绩评定，无形中可督促学生在课前进行充分预习，为实践过程做好充分准备。

（三）  课中实施

由于教学计划的改变，实验课时减少，但是小班上课（16～22人为一班），易于操作，有限的时间内让学生得到充分的实践锻炼。课前几分钟课代表收交预习报告，教师浏览批阅后发放给学生。课上利用教学平台的签到功能，让学生扫码签到，大大节约课堂时间。其次，教师通过教学平台收集学生预习时的反馈，有重点地 进行课堂讲解;必要时发送预习测试题进行测试，检测学生的预习效果;课上教师不再对实验原理、仪器试剂、数据分析等进行详细讲解，重要的内容通过翻转课堂形式，让学生充分学习理解或动手操作;针对每次实验课的重点和难点问题进行讲解，必要的实验操作进行演示。比如“人血清蛋白乙酸纤维薄膜电泳”实验，需要演示和讲解的重要内容是判断薄膜光面和毛面、利用点样器点样，以及电泳时薄膜的放置等细节过程的操作;利用翻转课堂，请一位同学讲解“Image J”图像分析软件的使用，其他学生根据该同学的讲解找出存在的问题，进行讨论，从而加强学生对该软件的掌握，同时教师进行必要的补充和讲解，对于某些仪器设备的操作，也采用这种方式，这样可以充分调动学生参与课堂的积极性。课堂授课结束后，教师会把课件及时上传到教学平台，有利于学生回顾复习，修改自己的预习报告。剩余时间是学生按照预习报告中实验步骤进行实践操作，教师巡视指导，回答学生实验过程的疑问。这种方式增强了课上的师生互动，带动了课堂气氛，拉近了师生距离。教师可以根据记录签到、点名、预习测试，以及预习报告、翻转课堂和实验操作参与度等所有学生的课堂行为，对学生课堂表现进行成绩评定，从而帮助教师量化了解学生的学习效果，更好地进行教学反思。

（四）  课后反馈

实验课结束后，在教学平台讨论区发布与实验主题相关的思考题，让学生进行讨论，学生也可将自己遇到的实验相关问题，如实验操作、特殊现象、数据结果等，发布在讨论区内，和其他同学或者老师进行交流。有时，根据实验情况发布课后任务，比如上传实验中获得的结果拍照图片、软件处理图片或数据，绘制的实验流程图并拍照按时上传。学生参与讨论和完成任务的情况也会纳入平时成绩的考核当中。学生可以将撰写的实验报告拍照上传至教学平台，教师在线批阅，工作效率提高，并可即时反馈给学生。一次实验课结束，教师可以参照课程分析报告，进行实验教学反思，有利于及时改进实验教学。