工科專業(yè)學(xué)生生物科學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方式的研究

謝 青，周愛(ài)文，楊廣笑

（華中科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430074）

隨著生命科學(xué)研究的不斷發(fā)展，生命科學(xué)關(guān)注的范圍越來(lái)越大，涉及的問(wèn)題越來(lái)越復(fù)雜，采用的技術(shù)越來(lái)越高。這一切使得科學(xué)界興起了一個(gè)數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等非生物學(xué)學(xué)科與生命科學(xué)相互交叉、融合、共同發(fā)展的新時(shí)代[1]。由于學(xué)科交叉的復(fù)雜化和科技知識(shí)更新的頻繁化，對(duì)交叉學(xué)科學(xué)生如何掌握專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐能力提出了新的要求[2－4]。我校是一所有較強(qiáng)工科背景的學(xué)校，生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院設(shè)有4個(gè)專業(yè)，其中的生物醫(yī)學(xué)工程和生物信息學(xué)專業(yè)屬于工科專業(yè)。這2個(gè)專業(yè)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)和物理等相關(guān)學(xué)科要求較高，而化學(xué)及其相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練較少，而且沒(méi)有開(kāi)設(shè)微生物學(xué)及其實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生生物學(xué)方面的基礎(chǔ)較弱[5]。在如何結(jié)合工科專業(yè)學(xué)生和學(xué)科特點(diǎn)，讓學(xué)生通過(guò)生物科學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)加強(qiáng)對(duì)生物科學(xué)相關(guān)理論知識(shí)的理解、掌握基本的生物實(shí)驗(yàn)技能，并結(jié)合學(xué)生較強(qiáng)的工科知識(shí)及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，按照專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃，培養(yǎng)出合格的具有生物科學(xué)和工科交叉知識(shí)結(jié)構(gòu)的復(fù)合型人才，我們經(jīng)過(guò)多年的工作實(shí)踐總結(jié)出了一套行之有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式 。

1 根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生，充分考慮到學(xué)生有關(guān)化學(xué)和生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與技能比較薄弱的問(wèn)題，在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)和內(nèi)容順序的安排上做了調(diào)整。由于學(xué)生要學(xué)習(xí)的知識(shí)比較多，課程安排很緊張，因此將“生物化學(xué)”與“分子生物學(xué)”兩門(mén)課合并為“生物化學(xué)分子生物學(xué)”一門(mén)課，實(shí)驗(yàn)課也做了相應(yīng)的合并。這門(mén)課的實(shí)驗(yàn)課安排有48學(xué)時(shí)。第1學(xué)期24學(xué)時(shí)，主要是學(xué)習(xí)生物化學(xué)方面的相關(guān)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，第2學(xué)期的24學(xué)時(shí)是學(xué)習(xí)分子生物學(xué)的相關(guān)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。我們針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都做了視頻錄像，這對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)很有幫助。

在生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中，我們第1個(gè)實(shí)驗(yàn)安排了“3，5二硝基水楊酸法測(cè)定還原糖和總糖”的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。由于學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)做得少，我們就安排了4個(gè)學(xué)時(shí)的時(shí)間，讓學(xué)生有充分的時(shí)間學(xué)習(xí)移液管和分光光度計(jì)的使用，以及一些基本的實(shí)驗(yàn)技能。經(jīng)過(guò)反復(fù)練習(xí)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能普遍得到提高，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的順利開(kāi)展打下了很好的基礎(chǔ)。第2個(gè)實(shí)驗(yàn)我們安排了一些有關(guān)蛋白質(zhì)和氨基酸性質(zhì)方面的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。蛋白質(zhì)和氨基酸是生物化學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，通過(guò)這些定性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生對(duì)蛋白質(zhì)和氨基酸的性質(zhì)印象深刻，而且實(shí)驗(yàn)材料都是學(xué)生自己的指甲、頭發(fā)，以及蛋清等熟悉的物質(zhì)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣很高。經(jīng)過(guò)幾次嚴(yán)格的訓(xùn)練，學(xué)生完成以后的酶的性質(zhì)、核酸分離以及酶活性測(cè)定方面的實(shí)驗(yàn)就比較容易了[6]。

第2個(gè)學(xué)期的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于學(xué)生沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)微生物的實(shí)驗(yàn)技能，我們借助教學(xué)視頻從移液槍的原理、使用方法以及注意事項(xiàng)開(kāi)始介紹，全面細(xì)致地介紹了實(shí)驗(yàn)原理、每一步的操作規(guī)范、會(huì)得到怎樣的結(jié)果，以及將會(huì)觀察到什么樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵步驟，例如質(zhì)粒提取過(guò)程中添加溶液二和溶液三后應(yīng)小心混勻，不要用力振動(dòng)等。在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中有些步驟需要無(wú)菌操作，而學(xué)生又沒(méi)有受過(guò)相關(guān)訓(xùn)練，這就要求教師做耐心細(xì)致的講解，配合多媒體教學(xué)演示，讓學(xué)生掌握基本的操作要領(lǐng)。這樣讓學(xué)生在動(dòng)手前對(duì)即將開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)過(guò)程有一個(gè)大致的了解，特別是對(duì)關(guān)鍵操作步驟有足夠的重視。

教師在講解實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，注意同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考，讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)過(guò)的相關(guān)理論知識(shí)來(lái)思考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想以及有關(guān)步驟的注意事項(xiàng)。實(shí)際完成后，讓每位學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)課上教師的講解和所學(xué)的理論知識(shí)，對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析，并寫(xiě)出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在多媒體技術(shù)的配合下，不但可以使學(xué)生能夠更好地掌握實(shí)驗(yàn)原理、正確操作每一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，而且還可以鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

2 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完整性和連貫性

根據(jù)教學(xué)大綱的要求，將學(xué)生感興趣的研究性課題作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，努力在教學(xué)中營(yíng)造一種讓學(xué)生充分發(fā)揮創(chuàng)新潛能的寬松環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程中貫穿以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)思想[7－9]，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的思維能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、分析和解決問(wèn)題能力，提高教學(xué)質(zhì)量。為了較好地完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，克服學(xué)生相關(guān)知識(shí)和基本技能的不足，在安排實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們充分考慮到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的連貫性和未知性，增強(qiáng)對(duì)學(xué)生的吸引力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，不僅讓學(xué)生掌握生物學(xué)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)、學(xué)會(huì)將這種現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用到以后的科研實(shí)踐中，而且提高學(xué)生的創(chuàng)造能力。

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)就是一個(gè)連貫的實(shí)驗(yàn)體系，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括質(zhì)粒提取、感受態(tài)細(xì)胞的制備及其轉(zhuǎn)化、質(zhì)粒的酶切和電泳、基因重組、陽(yáng)性克隆篩選、PCR擴(kuò)增等。我們?cè)凇凹?xì)胞生物實(shí)驗(yàn)”中安排了“植物組織培養(yǎng)”的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生對(duì)這種綜合性實(shí)驗(yàn)課很感興趣，操作非常認(rèn)真，大部分學(xué)生的愈傷組織都能發(fā)育成幼苗。在整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生覺(jué)得其樂(lè)無(wú)窮，參與性極高。我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生經(jīng)過(guò)這種實(shí)驗(yàn)過(guò)程完整、前后銜接自然的大實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后，不僅能掌握科學(xué)研究的基本程序和技術(shù)，形成完整的科研概念，而且由于實(shí)驗(yàn)的連貫性，可以培養(yǎng)學(xué)生的求知欲。學(xué)生希望通過(guò)自己的親手實(shí)踐得到最終結(jié)果，因而有極大的興趣參與實(shí)驗(yàn)。有些學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)課對(duì)生物科學(xué)產(chǎn)生了極大的興趣，轉(zhuǎn)到了我院生物科學(xué)或生物技術(shù)專業(yè)來(lái)繼續(xù)深造。

3 為學(xué)生發(fā)揮特長(zhǎng)提供良好的平臺(tái)

我們?cè)趯?shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排上，還盡量考慮到學(xué)生的專業(yè)所長(zhǎng)。例如在面向生物信息專業(yè)的“系統(tǒng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課”中“利用雙向電泳技術(shù)分離蛋白質(zhì)”這一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中，我們就安排了學(xué)生將自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果用計(jì)算機(jī)掃描、畫(huà)圖再進(jìn)行分析這一選修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[10]，還在有關(guān)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的“PCR實(shí)驗(yàn)”中鼓勵(lì)學(xué)生上網(wǎng)檢索特定生物材料的保守序列，并學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)程序自行設(shè)計(jì)引物。

生物醫(yī)學(xué)工程和生物信息專業(yè)都有一部分學(xué)生對(duì)生物學(xué)科很感興趣，我們就鼓勵(lì)他們報(bào)名擔(dān)當(dāng)實(shí)驗(yàn)課的“小老師”。我們每年從生物醫(yī)學(xué)工程和生物信息學(xué)專業(yè)選拔“小老師”，并和他們一道在實(shí)驗(yàn)課開(kāi)始前做多次的預(yù)備實(shí)驗(yàn)，讓“小老師”充分了解實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，這樣，這批學(xué)生不僅自己掌握了該門(mén)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，還可以作為教師的助手，協(xié)助教師完成實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)。這種教學(xué)模式為對(duì)生物科學(xué)有濃厚興趣的學(xué)生提供了一個(gè)很好的學(xué)習(xí)和實(shí)踐的平臺(tái)。

“小老師”培養(yǎng)方法和制度是我院在多年的“生物化學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中探索出的一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，該制度有利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、創(chuàng)新能力和實(shí)驗(yàn)技能。多年的實(shí)踐結(jié)果充分證明“小老師”教學(xué)模式有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和科研素質(zhì)的養(yǎng)成[11－12]。

4 以學(xué)生為主，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果

生物學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)采取小班教學(xué)方式，每批學(xué)生人數(shù)不超過(guò)24名，這樣就可以保證學(xué)生能夠獨(dú)立完成每個(gè)實(shí)驗(yàn)。

指導(dǎo)工科專業(yè)的學(xué)生完成生物科學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，的確難度要大些，這就需要教師在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過(guò)程中要做到腿勤、嘴勤、手勤。首先要腿勤。在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要不停地巡視每一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，邊走邊觀察，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題并及時(shí)解決。其次還要做到嘴勤，嘴要不停地說(shuō)。實(shí)驗(yàn)中學(xué)生經(jīng)常會(huì)向教師詢問(wèn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的一些問(wèn)題，教師要及時(shí)給予解答，回答的方式盡量避免直截了當(dāng)?shù)卣f(shuō)出答案，而是采取誘導(dǎo)啟發(fā)的方式。同時(shí)我們也會(huì)就實(shí)驗(yàn)中的一些問(wèn)題向?qū)W生提問(wèn)，了解學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)從原理到操作步驟的掌握程度，并記下學(xué)生回答的情況，作為實(shí)驗(yàn)成績(jī)的參考。同時(shí)，見(jiàn)到學(xué)生實(shí)驗(yàn)中操作不規(guī)范的情況，要不厭其煩地及時(shí)提醒。

5 結(jié)束語(yǔ)

盡管我們?cè)谖以汗た茖I(yè)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐中積累了一些經(jīng)驗(yàn)，也取得一定的成績(jī)，但我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作還有待進(jìn)一步的改進(jìn)。

（1）進(jìn)一步深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和課程建設(shè)。隨著生命科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展和教育理念的更新，我們將不斷深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的興趣，增加生物學(xué)與其他學(xué)科相交叉的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，擴(kuò)大設(shè)計(jì)性及創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的比例，同時(shí)以選修課或二課的方式提供一些自選實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神和創(chuàng)新能力。

（2）進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)。實(shí)驗(yàn)教師是承擔(dān)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)、改革和建設(shè)的主體，因此制定相關(guān)的政策要充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮廣大實(shí)驗(yàn)教師的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。

（3）加強(qiáng)教材建設(shè)。在不斷實(shí)踐的基礎(chǔ)上，修訂現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教材，重新編寫(xiě)新的適用于工科專業(yè)的生物學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)教材，通過(guò)教材建設(shè)凝練與推廣教學(xué)成果，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

（4）通過(guò)我院工科專業(yè)學(xué)生的生物學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)并摸索出一套比較完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，將某些生物學(xué)及其實(shí)驗(yàn)課作為全校的公共平臺(tái)課，面向全校其他工科專業(yè)的學(xué)生開(kāi)放，同時(shí)通過(guò)各種培訓(xùn)和交流活動(dòng)，積極推廣我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和成果，為國(guó)家培養(yǎng)高素質(zhì)的具有創(chuàng)新能力的合格人才。

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