生物類綜合性實驗教學(xué)改革的探索

[摘 要] 根據(jù)生物類課程本身多學(xué)科間交叉滲透、相互融合的特點，開展了生物類綜合性實驗教學(xué)改革探索，整合優(yōu)化不同課程的實驗教學(xué)內(nèi)容，建立相應(yīng)的生物類多學(xué)科實驗教學(xué)體系，采用以學(xué)生為主體的實驗教學(xué)模式和開放性的實驗管理模式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高高校實驗教學(xué)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞] 多學(xué)科；實驗教學(xué)；整合；創(chuàng)新能力

[中圖分類號] G642.423 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1005-4634（2013）01-0103-02

實驗教學(xué)是高校人才培養(yǎng)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)之一，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力具有特殊作用。生物類課程具有很強的實踐性，在生物學(xué)教育中，實驗教學(xué)在整個教學(xué)過程中占有很大的比例。當(dāng)前，以材料、生命和信息科學(xué)為代表的新學(xué)科異軍突起，尤其是生命科學(xué)領(lǐng)域，交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)生物類課程實驗教學(xué)體系及教學(xué)模式已經(jīng)無法滿足培養(yǎng)創(chuàng)新型人才教學(xué)目標(biāo)的要求，需要進一步加強學(xué)科聯(lián)系，整合優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容，建立相應(yīng)的生物類多學(xué)科綜合性實驗教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1 目前存在的問題

隨著科學(xué)技術(shù)和學(xué)科本身的發(fā)展，學(xué)科之間相互滲透，不同課程的實驗內(nèi)容之間緊密相關(guān)，依附于理論教學(xué)的實驗教學(xué)內(nèi)容無法體現(xiàn)實驗教學(xué)本身的連貫性和系統(tǒng)性[1，2]，不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和創(chuàng)新能力。生物類課程本身多學(xué)科間交叉滲透、相互融合的特點迫切要求進一步打破學(xué)科教學(xué)限制，對不同學(xué)科實驗教學(xué)內(nèi)容進行系統(tǒng)分析、整合優(yōu)化，建立系統(tǒng)的、多學(xué)科綜合的、開放性的實驗教學(xué)體系。同時，這種整合的多學(xué)科實驗教學(xué)也可以解決由于高校擴招、資源不足等原因造成的課時有限、實驗費用增加等問題。整合的多學(xué)科實驗教學(xué)可以避免由單一課程設(shè)置相應(yīng)的實驗課帶來的實驗分散獨立、重復(fù)和缺乏系統(tǒng)性的現(xiàn)象。整合的多學(xué)科實驗教學(xué)使學(xué)生接受系統(tǒng)的科學(xué)實驗訓(xùn)練，把握科學(xué)實驗研究的整體性方法，將不同學(xué)科的內(nèi)容融會貫通用以解決科學(xué)問題，有利于學(xué)生創(chuàng)造性思維和科學(xué)探索能力的培養(yǎng)，實現(xiàn)實驗教學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目標(biāo)。

2 改革內(nèi)容與實踐

針對以上問題，根據(jù)現(xiàn)代生物科學(xué)發(fā)展的需要，筆者在廣泛調(diào)研和前期教學(xué)改革實踐的基礎(chǔ)上，制定了適合教學(xué)實際情況整合的生物類多學(xué)科實驗教學(xué)改革措施。

2.1 建立以“酶工程”課程為中心的整合多學(xué)科 實驗教學(xué)體系

酶工程是專門研究酶的結(jié)構(gòu)、功能、催化機理、酶反應(yīng)動力學(xué)及其關(guān)系的綜合性學(xué)科，與生物化學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程、微生物學(xué)、生物信息學(xué)等課程具有廣泛的交叉聯(lián)系。從學(xué)科特點和各學(xué)科間的相互聯(lián)系出發(fā)，構(gòu)建了以酶工程實驗為中心的涉及上述多門課程的實驗教學(xué)體系。

實驗教學(xué)以酶工程中“Taq酶的提取與純化”為中心，將微生物發(fā)酵培養(yǎng)、酶的提取純化、酶純度及活性檢測等內(nèi)容整合優(yōu)化，形成系統(tǒng)、連續(xù)的綜合性多學(xué)科綜合性實驗。其中微生物發(fā)酵培養(yǎng)主要是與微生物學(xué)和基因工程實驗整合，為酶的提取提供發(fā)酵液，包括微生物實驗課中的“培養(yǎng)基配制實驗”、基因工程實驗課中“宿主菌大腸桿菌的培養(yǎng)實驗及重組表達質(zhì)粒的誘導(dǎo)表達”；酶的提取純化則主要與生物化學(xué)學(xué)科整合，包括蛋白質(zhì)的提取和分子篩技術(shù)、透析技術(shù)純化蛋白；酶純度及活性檢測整合了生物化學(xué)、基因工程、分子生物學(xué)、生物信息學(xué)等多個學(xué)科實驗內(nèi)容，包括生物化學(xué)的蛋白質(zhì)含量測定及SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳用于純化的Taq DNA聚合酶含量測量及純度測試，分子生物學(xué)的“植物DNA提取實驗”為Taq DNA聚合酶活性檢測提供DNA模板，生物信息學(xué)的引物設(shè)計為Taq DNA聚合酶活性檢測提供PCR引物，基因工程的PCR實驗用于檢測Taq DNA聚合酶活性。實驗內(nèi)容將多學(xué)科實驗有機地結(jié)合在一起，各學(xué)科相互交叉、相互滲透，使學(xué)生獲得了跨學(xué)科多技能的綜合訓(xùn)練，也使學(xué)生對專業(yè)知識有了系統(tǒng)全面的認識，為培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力提供了足夠的空間，有利于調(diào)動學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

2.2 以學(xué)生為中心的教學(xué)模式及開放性實驗管理 模式

依據(jù)建立的整合的多學(xué)科綜合性實驗教學(xué)體系，與各學(xué)科教師、實驗教師集體備課討論實驗方案，制定相應(yīng)的教學(xué)大綱，將緊密相關(guān)的課程所對應(yīng)的實驗合編成多學(xué)科綜合性實驗并進行指導(dǎo)，對實驗內(nèi)容進行系統(tǒng)地編排。教師依據(jù)學(xué)生情況，對分組情況、實驗周期、所需的材料、儀器設(shè)備等進行大致的預(yù)計，并提出若干有代表性的影響重組蛋白表達的因素、不同基因組DNA 提取方法、PCR影響因素等作為實驗課題，學(xué)生依據(jù)自己的興趣從中選擇。

在實驗教學(xué)過程中，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性，讓學(xué)生依據(jù)實驗的目的要求查閱圖書資料，自主設(shè)計實驗方案，自行分析實驗中會出現(xiàn)的問題及相應(yīng)的解決方案。學(xué)生在實驗前提交實驗設(shè)計方案，指導(dǎo)教師審閱并組織學(xué)生討論，選出幾種可行方案，分組選用不同方法進行實驗。例如，重組蛋白表達的影響因素中包括誘導(dǎo)劑的添加量、誘導(dǎo)時間、誘導(dǎo)溫度等多個因素，可以讓學(xué)生自行設(shè)計不同因素，分組平行實驗，實驗后對不同組的實驗結(jié)果進行比較分析，這種研究型的實驗內(nèi)容不僅注重學(xué)生各方面能力的培養(yǎng)，同時也會增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。

實驗教學(xué)具體實施時，學(xué)生自行進行實驗的準(zhǔn)備工作，列出實驗中所需試劑，查閱并制定試劑配制方案，預(yù)訂使用實驗室和大型儀器的時間。實驗期間實驗室實行開放性實驗管理，學(xué)生在預(yù)定的時間內(nèi)或?qū)嶒炇议_放的時間內(nèi)，根據(jù)實驗安排和進度自行開展實驗，指導(dǎo)教師則主要起指導(dǎo)協(xié)調(diào)的作用，保證實驗的順利實施，鼓勵學(xué)生提出新想法、改進或設(shè)計新實驗。實驗完成后，學(xué)生根據(jù)原始記錄，按科技論文的格式完成實驗報告。學(xué)生實驗成績的評定則以實驗設(shè)計的合理性、實驗操作的正確性與熟練程度、實驗實施的效果等多方面為標(biāo)準(zhǔn)開展自我評價、教師評價。

3 討論

整合生物類多學(xué)科實驗教學(xué)，摒棄了學(xué)科課程間的界線，通過優(yōu)化資源配置、節(jié)省實驗費用，提高了實驗教學(xué)效率。整合的多學(xué)科綜合性實驗教學(xué)增加了實驗的研究性，提高了學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生獨立研究的能力，從而提升實驗教學(xué)的整體質(zhì)量和水平，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。實驗教學(xué)采用以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，使學(xué)生更加熱愛自己的專業(yè)，必將促進其在學(xué)習(xí)過程中開展研究性學(xué)習(xí)，使其創(chuàng)新能力不斷提高。整合的多學(xué)科實驗教學(xué)還處于探索階段，但是其對專業(yè)和課程的多學(xué)科實驗教學(xué)體系的建立具有一定的指導(dǎo)和啟發(fā)意義[3-5]。

整合的多學(xué)科綜合性實驗教學(xué)改革的探索，得到了廣大教師和學(xué)生的支持和肯定，同時還存在著一些需要解決的問題，比如需要進一步加大對多學(xué)科實驗教學(xué)和實驗室的投資力度和政策支持；需要教師提高自身的業(yè)務(wù)水平，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的思維方式和工作方式；另外，需要進一步在理論上開展多學(xué)科綜合實驗教學(xué)各種知識、創(chuàng)新意識、能力及態(tài)度互相整合的機制的研究，優(yōu)化實驗管理模式。

參考文獻

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