生命科学作为二十一世纪发展最为迅速的学科之一,生物化学技术则是其任何研究进展的技术支撑,是现代生物技术的重要组成部分。生化实验手段不仅推动了本学科的进展,而且被生物其他学科利用,促进了各学科的共同发展。生化实验技术的学习已经成为理解近代生命科学的重要基础之一。
1.课程学习内容
本课程学习内容分基础与综合设计实验,两个渐进式、技能训练模块进行,其中基础实验内容主要学习生物化学的基本实验技术,包括验证与分析生化物质的6大主要类型(蛋白质、酶、DNA、糖、脂类、维生素等)和生化代谢过程的基本技术方法。内容涉及生化物质的定性、定量分析测定、电泳鉴定和代谢检测等,即课内完成8个实验项目的操作训练;同时鼓励学生自行设计实验内容,达到教学训练目标。
综合设计实验模块内容为选取蛋白质、核酸两大类生化大分子物质提取制备和鉴定实验项目为载体,以生物化学理论为指导,设计综合贯穿生化分离检测实验的经典技术为主线的实验内容,学习生化材料预处理、沉淀技术、膜分离技术、层析技术(凝胶、离子交换、亲和析)、电泳技术、化学检测、光学检测等,以及生化产品分析鉴定的实验技术理论与操作方法。教学课时内完成2个大主题方向的实验内容,即蛋白质分离纯化鉴定、基因组提取纯化与PCR鉴定。学生也可自选多糖、酶等大分子物质作为实验对象,进行实验项目设计,并完成操作训练,也鼓励学生选择大纲外感兴趣的实验项目,同样设计并完成操作,达到教学要求的目标。
2 .课程目标
通过课程学习,学生加强巩固了生物化学基本理论,掌握生化物质(蛋白质、酶、糖、核酸、脂类等)性质及在生物机体中代谢原理,并学会从事生化物质相关科学研究、生产、质控的离心、层析、光谱、PCR等定量定性实验技术与方法,激发对生命科学现象探索兴趣及学习热情。同时具备生化物质相关分离、检测、分析等实验的规范操作操作能力,养成终身学习的能力,科学、严谨、规范的科研素质及良好的实验习惯,具备良好的职业素养与实事求是的精神,并具有发现问题和质疑习惯,具备批判性思的维创新能力和科学探索精神。
3 .课程设计
生化实验技术教学内容设计(对应技术和能力训练目标)
实验模块 | 教学项目 | 教学内容/实验项目 | 技术训练目标 | 能力训练目标 |
模块1:基础实验(共32学时)
| 课题1 生物体重要组成成分的分析方法及性质(21学时) | 实验1 蛋白质的等电点测定和沉淀反应 | 沉淀分离技术 | 1.生化研究方法学习; 2.巩固生化理论知识; 3.规范化训练生化基本实验技能; |
实验2 过氧化氢酶活力和动力学常数测定 | 酶活性测定技术 | |||
实验3 DNA(RNA)的琼脂糖凝胶电泳 | 平板电泳技术 | |||
实验4 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测定蛋白质的相对分子量 | SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳技术及应用 | |||
实验5 Vc的定量测 | 微量滴定技术 | |||
实验6 3,5-二硝基水杨酸比色法测定糖的含量 | 糖的性质及检测技术 | |||
课题2 生化代谢反应(7学时) | 实验7 肌糖原的酵解作用 | 化学检测技术 | ||
实验8 脂肪酸的β氧化 | 化学检测技术 | |||
课题1 定性PCR法检测转基因食品 课题2 rDNA-ITS扩增法鉴定真菌种类(课题1和课题2二选一) 课题3 火龙果基因组提取与质量鉴定 | 实验1-1基因组DNA提取 | 1.基因组DNA提取纯化技术; 2.DNA含量纯度测定技术; 3.琼脂糖凝胶电泳检测技术; 4.PCR技术; | 培养学生综合运用生化技术设计实施项目、解决实际问题的能力; | |
实验1-2 二苯胺法、紫外分光光度法等测定DNA含量 | ||||
实验1-3紫外分光光度法测定DNA纯度 | ||||
实验1-4琼脂糖凝胶电泳测定DNA分子大小 | ||||
实验1-5 PCR扩增转基因食品特有序列 | ||||
实验1-6 琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物 | ||||
课题1 免疫球蛋白的分离纯化及鉴定 课题2 植酸酶的分离纯化鉴定及含量测定(课题3和课题4二选一) | 实验2-1蛋白提取 | 1.膜分离技术; 2.紫外分光光度技术; 3.层析分离技术; 4.沉淀分离技术; 5.化学检测技术; 6.电泳分离技术; 7.酶活力测定技术; | ||
实验2-2蛋白盐析分离 | ||||
实验2-3凝胶层析、透析脱盐 | ||||
实验2-4离子交换层析纯化蛋白质 | ||||
实验2-5凝胶层析纯化蛋白质 | ||||
实验2-6蛋白质含量测定 | ||||
实验2-7实验3-7 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测定蛋白质的相对分子量及纯度 | ||||
实验2-8蛋白质(或酶)活性测定 | ||||
自主设计项目(贯穿综合应用设计实验始终,30学时):学生自行确定实验项目,自行设计实验方法,报实验指导教师审批,上交实验结果后,教师根据设计、实施和结果可以给予该课程的适度加分,对于选题、设计、结果都十分突出的项目,学生可以免除该课程的考试,直接获得优秀 | 培养学生进行实验设计的能力 | |||
研讨(4学时)每个实验主题安排“方案汇报研讨课”和“实验结果汇报研讨课”各1节,共计2课时研讨,具体研讨内容包括实验设计方案,总结汇报实验结果,实验方法、实验过程的研讨,并提出新的实验想法和问题 | 锻炼学生总结、组织、表达、协作能力 |
4 .课程特色与亮点
(1)课程内容设计体现了行业导向、技能主线、递进设计的特点
教学内容以行业为导向、以技能为主线形成了“基础——综合应用——研发创新”的递进式实验项目体系。基础实验模块强调生化基本技术与先进技能的规范操作,体现基础性、规范性的特点。综合应用设计实验模块结合行业应用,确定以生物化学研究两大核心物质——蛋白质和核酸为两个主题展开,每个主题提供给学习者各两个课题选择,要求学习者每个主题必选一个课题进行设计实施完成,体现综合性、应用性的特点。
(2)课程建有线上大量资源,线上线下结合开展研究式实验教学方法的实施
线上教学中体现研究式教学方法,为研究性教学在实验课中的推广提供大量可借鉴参考的资料。打破了传统的实验课的教学模式,基础实验模块每个实验都包括教师导学、学生实验、讨论交流三个环节。综合应用设计模块每个主题各设计了两个备选实验课题,每个备选课题的开展都包括教师任务布置及案例引导、学生实验设计方案交流讨论、实验操作、实验结果讨论汇报四个环节。研究式实验教学方法的实施,实践了教师主导、学生主体的教学理念,有利于学生自主学习能力和团队精神的培养。
(3)全过程性能力考核评价体系
构建了实验设计、实验记录、实验结果、实验论文、实验研讨、操作考核、理论考试、平时表现等全过程、多元化实验评价体系,促进学生能力发展、鼓励学生创新。
(5)课程教学模式创新
教学中经典实验项目采用全程参与、滚动式、自主合作、研讨式教学模式,打破传统的实验“一言堂”的教学模式,同一时间每组学生实验内容不一致,强化了学生自主学习及实验技能的强化。综合设计实验采用自主合作研讨,内容、时间、实验室全天候开放实施,鼓励创新。教学过程借助网络平台,实施全过程的线上监督与辅助,实现实验教学线上线下有效结合,提高了课外、课内的教学质量,保证自主合作实验学习的学习效果。
课程学习后学生应达到三维目标如下:
(1)知识目标:巩固深化生物化学基本理论的理解,掌握生化物质(蛋白质、酶、糖、核酸、脂类等)性质及在生物机体中代谢原理,同时学会从事生化物质相关科学研究、生产、质控的离心、层析、光谱、PCR等定量定性实验技术与方法,激发学生对生命科学现象探索兴趣及学习热情。
(2)素质目标:具备学生自主学习和终身学习的能力,科学、严谨、规范的科研素质及良好的实验习惯,具备良好的职业素养与实事求是的精神。
(3)能力目标:熟练掌握生化物质相关分离、检测、分析等实验的规范操作操作能力,为今后专业学习和科研工作打下实验技能基础。同时培养学生合作沟通、口头表达,组织协调能力,养成发现问题和质疑习惯,具备批判性思的维创新能力和科学探索精神,并在探索中综合运用所学知识和技术解决问题的能力,从而使学生能较快适应行业对人才能力的需要。
按照学校成绩录入系统,分为平时成绩(过程性成绩、自主学习成绩)、期末成绩、实验成绩,采用百分计分制。各部分所占比例如下:
A.基础实验模块
1. 平时成绩占65%:含(自主学习评价+过程性评价)
自主学习评价占40%:
(1)实验预习测试:占10%。包括:每一个实验项目开始前,针对该实验项目准备的预习测试题目;
(2)平时:占5%。包括:实验态度、实验室清理、洗涤等;
(3)实验操作测评:占15%。随机选择一个实验内容对每个学生进行考核,考核实验操作方法、实验结果的准确性、注意事项或学生随便选择实验仪器进行操作并拍摄成视频上传中国MOOC网操作视频提交区等;
(4)实验研讨表现: 占5%。包括:材料、小组阐述、最新实验技术介绍、中国MOOC网上的讨论发帖、汇报PPT等;
(5)实验预习报告:占5%。包括:每个实验项目课前实验报告中的实验步骤,实验工作分配的书写及上传网站。
过程性学习评价占25%(实验报告):每个实验完成及时进行实验数据处理及书写报告。
2. 理论成绩占35%:考试采用闭卷形式,由判断改错题、简答题、计算题等题型构成,在中国MOOC网上统一按时完成。
总成绩=平时成绩(自主学习评价40%+过程性评价25%)(65%)+期末考试成绩(35%)
B.综合应用设计实验模块
(1)实验研讨表现(20%):考察学生自主学习、履行小组职责、团队合作情况、课堂表现和知识理解掌握情况、行文与表达的情况等,检验学生逻辑推理与验证能力,资料整理与表达能力,讨论主持与协调能力,分析问题与解决问题的能力等,使评价成为学生学习和能力发展的推动力。
(2)实验设计(10%):以小组为单位讨论确定的实验方案,根据实施后效果进行评价。考核学生对生化技术理论知识获取情况,以及对生物大分子制备实验过程中知识应用能力,实验设计、创新能力。
(3)实验小论文(30%):项目训练完成后,每个学生根据自己实验设计方案具体实施,完成内容进行撰写小论文,重点考核学生对实验结果的讨论分析,应用获取知识对结果分析、解决问题能力,并评价论文写作能力及实验创新能力。
(4)实验操作测评(10%):每个实验确定知识点与技能点,明确测评内容和要求,考试时由学生抽取1个考题,当场操作完成,当场评定打分;评价学生对生化仪器使用操作能力及实验技术掌握程度。
(5)实验原理理论测试(20%):针对自主学习生化实验技术理论及实验操作具体技术等进行理论考试;着重评价学生获取知识情况,应用知识能力。
(6)平时成绩(10%):教师考核学生的实验态度,对于实验不认真,态度不端正的学生教师可以在学生的实验总分中扣分。
(7)生化实验技术教学中对学生提出进行“自主项目设计”的引导和弹性要求,学生完成自主项目设计,并有完整的项目实施方案、实施过程及结果与分析,在评分过程中对学生在整个实验过程中所体现的创新性,给予充分的肯定,并设立创新学习奖励分值,教师可给予10-20分适当的加分;鼓励学生积极思考,培养创新意识。
(8)对于立题新颖,技术路线合理,方法运用科学,结果分析逻辑性强,完成质量较高的项目,教师最高可以给予该门课程满分的成绩奖励,以引导学生关注技能运用与设计能力、创新能力的成长。
C. 课程最终成绩
课程成绩 = 基础实验模块*50%+综合应用设计实验模块*50%
先修课程:无机化学、有机化学、生物化学等
推荐使用教材
钱国英主编 《生化实验技术与实施教程》 浙江大学出版社 2010年11月
主要参考书
1. 陈毓荃 主编 《生物化学实验方法和技术》 科学出版社 2008 年 8 月 2. 陈雅蕙、余瑞元等编写 《生物化学实验原理和方法 》 北京大学 版社 2008 年 1 月 3. 谢宁昌主编 《生物化学实验多媒体教程》 华东理工大学出版社 2010 年 7 月
4 . 刘叶青 主编 《生物分离工程实验》 高等教育出版社 2007 年 8 月
5 . 余瑞元等编写 《生物化学实验原理和方法 》 北京大学 版社 2005 年 8 月
参考资源网
国家精品资源共享课程(爱课程)、浙江省高校精品在线开放课程,浙江万学院MOODLE平台