開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織與探索
——以高校分子生物學(xué)課程教學(xué)為例

河南科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院 李銀聚

開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織與探索
——以高校分子生物學(xué)課程教學(xué)為例

河南科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院 李銀聚

生物技術(shù)是指對(duì)有機(jī)體的操作技術(shù)。自從我們的祖先有意識(shí)地把第一粒種子埋在地下，便宣告了這一技術(shù)的誕生。分子生物學(xué)的興起，為古老的生物技術(shù)發(fā)展成為高新技術(shù)奠定了一方基石。目前，高等農(nóng)業(yè)院校普遍開設(shè)了分子生物學(xué)課程，以推動(dòng)這項(xiàng)既有古老的根基又有巨大發(fā)展?jié)摿Φ母咝律锛夹g(shù)能夠普遍、持續(xù)、更深入地發(fā)展。

長(zhǎng)期以來，分子生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以理論為基礎(chǔ)的驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)，目的是通過實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)抽象理論的理解，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，掌握基本的分子生物學(xué)技術(shù)，培養(yǎng)科學(xué)思維和創(chuàng)新能力。但是，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也面臨著一些問題：一是試劑種類繁多，準(zhǔn)備工作大部分由教師完成，而且有部分實(shí)驗(yàn)是用試劑盒，實(shí)驗(yàn)課學(xué)生操作的內(nèi)容卻相對(duì)簡(jiǎn)單，教師對(duì)學(xué)生的理論和操作的指導(dǎo)性不強(qiáng)；二是實(shí)驗(yàn)儀器精密且價(jià)格昂貴，本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)所用的設(shè)備臺(tái)（套）數(shù)相對(duì)較少，設(shè)備資源緊張；三是單個(gè)實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)難以觀察到結(jié)果。針對(duì)這些問題，筆者所在學(xué)校在大綱框架內(nèi)，對(duì)動(dòng)物醫(yī)學(xué)專業(yè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，并對(duì)開放條件下的實(shí)驗(yàn)室管理進(jìn)行了探索。經(jīng)過精心的教學(xué)組織和6屆本科生的實(shí)踐，取得了良好效果。

一、開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織

開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是利用分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的儀器設(shè)備，面向在校的學(xué)生開放，在教師的指導(dǎo)下，完成大綱框架內(nèi)的自主設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程。

1.開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇是學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。不同版本的實(shí)驗(yàn)教材各有自己的特點(diǎn)，一般注重內(nèi)容的系統(tǒng)性和全面性，每個(gè)實(shí)驗(yàn)相對(duì)獨(dú)立。由于分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品多數(shù)是由教師提供，實(shí)驗(yàn)操作步驟程序化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，達(dá)不到具體問題具體分析的實(shí)驗(yàn)要求。鑒于此，筆者所在學(xué)校針對(duì)動(dòng)物醫(yī)學(xué)專業(yè)的自身特點(diǎn)，探索出一條以病毒目的基因的克隆和表達(dá)檢測(cè)為主線的綜合性實(shí)驗(yàn)，即以教師科研構(gòu)建的重組質(zhì)粒為基礎(chǔ)原材料，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及“質(zhì)粒的提取和酶切”、“DNA連接”、“質(zhì)粒轉(zhuǎn)化（轉(zhuǎn)染）”、“轉(zhuǎn)化子的酶切鑒定和PCR鑒定”、“瓊脂糖凝膠電泳”、“表達(dá)檢測(cè)”（mRNA水平檢測(cè)和蛋白質(zhì)的SDS-PAGE電泳）等，將原來相對(duì)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)聯(lián)系在一起，形成一個(gè)系列性、綜合性實(shí)驗(yàn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程完整，前后銜接自然。學(xué)生通過完整的實(shí)驗(yàn)過程，能夠掌握科學(xué)研究的基本程序和技術(shù)。

2.開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織和實(shí)施。在學(xué)生正式進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前，教師要對(duì)實(shí)驗(yàn)室概況和實(shí)驗(yàn)室規(guī)則進(jìn)行介紹，對(duì)儀器的功能、使用和使用時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)進(jìn)行講解和示范。基本技能訓(xùn)練的內(nèi)容包括：儀器的正確使用和保養(yǎng)，離心管、移液器吸頭的清洗、消毒和滅菌，常規(guī)試劑及LB培養(yǎng)基的配制、滅菌，等。

在第一次實(shí)驗(yàn)課的前一周，要把各班學(xué)生合理分組。教師將科研中克隆的含目的基因（如減蛋綜合征病毒的六鄰體蛋白基因、雞傳染性法氏囊病毒的VP2基因等）重組質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)背景、目的基因序列等資料分發(fā)給各組，并有針對(duì)性的講解質(zhì)粒構(gòu)建的目的、原理和構(gòu)建策略。要求每個(gè)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，包括重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化感受態(tài)細(xì)胞、質(zhì)粒的提取和酶切位點(diǎn)的選擇、PCR鑒定的引物設(shè)計(jì)、PCR循環(huán)參數(shù)、目的基因與原核表達(dá)載體的連接策略及原核表達(dá)檢測(cè)等。每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)完成后交實(shí)驗(yàn)小組共同討論，最后擬定本組的設(shè)計(jì)方案。方案要求有詳細(xì)的操作路線圖、所用儀器設(shè)備及數(shù)量、試劑種類和劑量、每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的負(fù)責(zé)人及時(shí)間安排等。經(jīng)教師審定批準(zhǔn)后，由學(xué)生獨(dú)立完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過程，直至取得預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，教師針對(duì)每個(gè)學(xué)生所遇到的具體問題進(jìn)行具體解決，力爭(zhēng)使每個(gè)學(xué)生都能夠充分發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，在解決問題的同時(shí)啟發(fā)創(chuàng)新思維能力，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解。

3.開放式實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定。長(zhǎng)期以來，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課依附于理論課，實(shí)驗(yàn)課一般穿插在理論課的授課期間進(jìn)行，理論課講到哪個(gè)章節(jié)，實(shí)驗(yàn)課做哪部分實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)成績(jī)只占總成績(jī)的20%～30%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定又是以學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告為基礎(chǔ)，致使學(xué)生只注重理論，不重視實(shí)驗(yàn)，參與實(shí)驗(yàn)的積極性不高。采用開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課安排在理論課的后期進(jìn)行，使學(xué)生有基本的理論知識(shí)和綜合設(shè)計(jì)能力。在開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中：教師注重學(xué)生的理論知識(shí)掌握程度和設(shè)計(jì)應(yīng)用能力、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)態(tài)度，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，綜合評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)，而不單以實(shí)驗(yàn)報(bào)告定分?jǐn)?shù)；實(shí)驗(yàn)報(bào)告注重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和討論，鼓勵(lì)學(xué)生多向思維，樹立勇于創(chuàng)新、敢于挑戰(zhàn)的創(chuàng)新精神。

二、開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)室管理

由于分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及的儀器設(shè)備種類多，設(shè)備精密且價(jià)格昂貴。因此，開展開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)室管理水平也要同步提高。

1.建立健全實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度。要求學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，必須嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)規(guī)章制度，違抗規(guī)章制度或損壞儀器設(shè)備的，按實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度和學(xué)校有關(guān)規(guī)定處理。

2.認(rèn)真填寫預(yù)約申請(qǐng)表。為防止各組學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間和設(shè)備使用上的沖突，每組要有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和時(shí)間安排，由實(shí)驗(yàn)室教師統(tǒng)一調(diào)配后填寫預(yù)約申請(qǐng)表，由小組負(fù)責(zé)人具體安排實(shí)施。根據(jù)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，一般每周一個(gè)實(shí)驗(yàn)單元，每次完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教師在每周實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)作總結(jié)和點(diǎn)評(píng)，和學(xué)生一起討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，以保證學(xué)生在一周內(nèi)完成一個(gè)基因工程的單元操作流程，形成一個(gè)相對(duì)完整的實(shí)驗(yàn)概念；同時(shí)，學(xué)生又有充足的時(shí)間思考和解決問題，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的印象，逐步提高對(duì)分子生物學(xué)的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)興趣。

3.認(rèn)真填寫實(shí)驗(yàn)室記錄。實(shí)行開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，由于學(xué)生的操作水平參差不齊，對(duì)儀器設(shè)備的操作熟練程度不一，使用時(shí)出現(xiàn)的問題可能較多，為儀器設(shè)備的管理和維護(hù)帶來了一定的困難。因此，要教育學(xué)生有責(zé)任意識(shí)，珍惜公共財(cái)產(chǎn)。針對(duì)實(shí)驗(yàn)方案中列出的設(shè)備，認(rèn)真填寫設(shè)備使用記錄，包括使用前狀態(tài)和使用后狀態(tài)、使用時(shí)間和使用人等，用后規(guī)整到位。

4.強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室安全。開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)大部分時(shí)間是由學(xué)生自行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中常接觸水、電、火和易燃易爆或具腐蝕性、毒性的試劑。因此，嚴(yán)加管理、保證安全特別重要。在開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要求每組推選一名大膽心細(xì)、責(zé)任心強(qiáng)的學(xué)生作為安全員，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，統(tǒng)一檢查門、窗、水、電、試劑和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物處理等，以確保實(shí)驗(yàn)室安全。

三、教學(xué)效果

1.實(shí)現(xiàn)了學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)到自主學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大都采用學(xué)生課前預(yù)習(xí)、教師課堂講解原理并示范操作、之后由學(xué)生自行操作、教師具體指導(dǎo)并現(xiàn)場(chǎng)答疑的教學(xué)方法。事實(shí)上只有部分學(xué)生事先預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)課上也只有部分學(xué)生動(dòng)手，個(gè)別學(xué)生只看他人操作，課后照抄實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰头治鰡栴}能力得不到鍛煉。采用開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生自主設(shè)計(jì)、自行操作，增加了學(xué)習(xí)興趣，許多學(xué)生還學(xué)會(huì)了運(yùn)用生物學(xué)軟件進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了由被動(dòng)學(xué)習(xí)向自主學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。

2.學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度和科研意識(shí)得到了強(qiáng)化。開展開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，隨著學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度的轉(zhuǎn)變和自主設(shè)計(jì)能力的提高，理論和實(shí)驗(yàn)脫節(jié)的現(xiàn)象逐漸得到彌合。實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)的理論知識(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、小組論證；在實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)問題又從理論設(shè)計(jì)和操作中尋找原因，共同商討解決問題的辦法。學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度和科研團(tuán)隊(duì)意識(shí)得到了加強(qiáng)。

3.學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫搅颂嵘?。開展開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰桶l(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力得到了加強(qiáng)：后續(xù)專業(yè)課教師普遍反映，這6屆動(dòng)物醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣較強(qiáng)，思維比較活躍；在畢業(yè)論文設(shè)計(jì)中，學(xué)生普遍反映分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)提升了他們的實(shí)驗(yàn)技能和分析能力，對(duì)實(shí)驗(yàn)的開展和論文撰寫有很大的幫助；畢業(yè)論文指導(dǎo)老師也反映學(xué)生進(jìn)入科研角色快，分析問題、解決問題的能力有所提高。尤其是考上研究生的學(xué)生，課題設(shè)計(jì)的敏捷思路使其可以無過渡地進(jìn)入課題的研究實(shí)施中。

綜上，在分子生物學(xué)教學(xué)中開展開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、拓寬學(xué)生知識(shí)面、增加學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性的有效途徑，有力地促進(jìn)了學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。實(shí)踐證明，在高等農(nóng)業(yè)院校開展分子生物學(xué)開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是一個(gè)切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。