分子生物學實驗課程的改革探索

吳傳芳　李圓圓　王甜　趙云　王茂林

摘要：分子生物學課程是現(xiàn)代生物科學的前沿和交叉學科。實驗課程是培養(yǎng)學生將理論知識運用到實際科研中的重要的訓練平臺，能更好地啟迪學生的科學創(chuàng)新思維，加強分析問題、解決問題的能力，推動人才的培養(yǎng)。分子生物學實驗課程通過加大對分子生物學實驗課程的投入，改變教學方法和內(nèi)容，改進考核方式等形式進行了改革，并取得良好效果。

關(guān)鍵詞：分子生物學實驗；教學改革；教學手段

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）37-0272-03

分子生物學課程是現(xiàn)代生物科學的前沿和交叉學科。分子生物學實驗是分子生物學研究的重要手段和組成部分，是分子生物學教學的有力補充，學好分子生物學實驗課程對于培養(yǎng)學生的動手能力，強化理論教學效果具有重要作用。分子生物學與其他學科的交叉也主要體現(xiàn)為分子生物學實驗技術(shù)的應用[1]。分子生物學實驗技術(shù)涉及很多現(xiàn)代生物技術(shù)中的核心技術(shù)，掌握分子生物學實驗技術(shù)已成為農(nóng)學、林學、醫(yī)學、生物學等各學科的基本需要[2-5]，因此各個高校一般都將分子生物學實驗課程作為生物類專業(yè)學生的專業(yè)基礎(chǔ)課，緊抓教學質(zhì)量，以期培養(yǎng)出更適應社會需求的人才。我國也早在2007年1月，由教育部財政部下發(fā)了教高[2007]1號《關(guān)于實施高等學校本科教學質(zhì)量與教學改革工程的意見》、教高[2007]2號《關(guān)于進一步深化本科教學改革全面提高教學質(zhì)量的若干意見》等相關(guān)文件，明確提出要高度重視實踐環(huán)節(jié)，提高學生實踐能力，加強實驗、實習等教學環(huán)節(jié)，著力培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力[6]。四川大學作為全國最早開設(shè)分子生物學實驗課程的學校之一，對該課程一直非常重視，每年投入大量的經(jīng)費

改善實驗室的教學條件，為了適應新時代的需求，經(jīng)過多年的教學實踐，分子生物學實驗課程也不斷在教學內(nèi)容，教學方法、考核方式等方面進行大力的改革。

一、分子生物學實驗教學改革前現(xiàn)狀分析

（一）教學內(nèi)容系統(tǒng)性、完整性不夠強

分子生物學實驗課程改革前實驗教學內(nèi)容多為驗證性實驗，如：植物基因組DNA、總RNA及質(zhì)粒的提取、瓊脂糖凝膠電泳、目的基因的PCR擴增、目的基因的酶切及與載體的連接、感受態(tài)細胞的制備、重組子的轉(zhuǎn)化與鑒定等實驗，實驗內(nèi)容雖然都是現(xiàn)代生物前沿基礎(chǔ)技術(shù)，而且具有一定的連貫性，但每次實驗都是單獨授課，學生只需按照步驟完成實驗即可。這樣授課的弊端就是學生上完課后并不能把理論知識與實驗技術(shù)有機結(jié)合，缺乏思考，遇到實際科研問題時不能運用所學技能解決，缺乏拓展性、創(chuàng)新性思維的訓練。

（二）教學手段簡單，學生學習積極性差，教學效果不明顯

改革前實驗課程采用的教學形式單一，很難調(diào)動學生學習的積極性。一般是教師確定實驗的目的和方案，實驗員準備好實驗所需試劑和儀器，學生只需在規(guī)定的時間內(nèi)進行操作，完成實驗方案，上交實驗報告。這種程序化、被動式的教學導致學生對分子生物學實驗課程教學目的不明、學習興趣不高，產(chǎn)生學習上的倦怠心理。

分子生物實驗課程開設(shè)在本科二年級下學期，實驗操作中用到的儀器精密度較高，價格昂貴，實驗試劑加入的量均為微量級別，這與學生在此之前所做的實驗完全不同。雖然在上課時教師反復強調(diào)實驗的操作步驟和注意事項等方面，但很多細節(jié)學生不能及時掌握，實驗中容易出現(xiàn)試劑種類加錯，試劑加入量不準確或錯誤操作儀器等，導致實驗失敗甚至儀器損壞等問題。此外，實驗課程一般設(shè)置是每周一次或隔周一次，學生不能經(jīng)常練習，鞏固加深實驗技術(shù)，有些知識剛學會，還沒完全掌握，到下一次實驗時已記不清如何操作，導致教學效果不明顯。

（三）考核方式相對單一，不能全面反映學生學習的真實情況。

改革前該課程的學生學習成績的評定標準為課堂上實驗操作考核只占總成績的20%，考勤占10%，實驗報告占70%。但教師在對學生成績評定過程的研究中發(fā)現(xiàn)由于分子生物學實驗課程是生命科學學院全體學生的專業(yè)必修課，開設(shè)的班級多，每次課學生人數(shù)較多，課堂上老師并不能關(guān)注到每個學生，學生成績的評定主要還是根據(jù)實驗報告中結(jié)果的好壞與報告的質(zhì)量來定，以至于學生中形成一種思維：只要實驗報告寫的頁數(shù)多，圖片精美，討論深刻就能得高分，實驗過程中操作是否規(guī)范，是否動作標準并不重要。這使得很多學生對實驗技術(shù)的學習流于應付，不能達到學習該課程的目的。

這些問題嚴重影響了分子生物學實驗課程的教學質(zhì)量，也使得學生忽視實驗技能的提高，思維趨于懶惰，缺乏科研的自主性、創(chuàng)新性。分子生物學實驗課程作為一門實踐性的專業(yè)基礎(chǔ)學科，教師不只要注重學生動手能力的鍛煉，也要培養(yǎng)學生勤于思考的習慣和分析處理問題的能力。

二、分子生物學實驗教學改革方式

為了改變以上的缺點，改進教學模式，提升教學質(zhì)量，提高學生學習的積極性、主動性和創(chuàng)造性，達到分子生物學實驗課程的學習目的，在學校及學院的支持下我院分子生物學實驗課程組對本門課程進行了全面改革，以學生為本，開發(fā)多樣化學習方式[7]，學生由被動式學習轉(zhuǎn)為自主探究性學習[8]，改進課程考核方式等。經(jīng)過近兩年的試驗，效果明顯。實驗課程的主要改革內(nèi)容如下：

（一）學校加強經(jīng)費投入和師資力量建設(shè)，提高教師教學能力

四川大學生命科學學院歷來重視實驗中心的建設(shè)，目前分子生物學實驗室設(shè)備固定資產(chǎn)達到300多萬元，實驗教師均具有博士學位，教輔人員的學歷也在碩士研究生及以上。學院鼓勵教師積極參加國際、國內(nèi)各種教學研討會，與全國的同行進行教學交流，學習其他兄弟院校的先進經(jīng)驗，提高教學能力。此外，該課程每年還給教師配備了研究生助教，多人同時在課堂上進行指導，及時發(fā)現(xiàn)并糾正學生實驗操作中的錯誤，幫助其形成良好的實驗習慣，掌握正確的實驗操作方式。

（二）拍攝實驗操作視頻，便于學生課前課后反復學習

為了讓學生更清楚實驗操作的方式及儀器的正確使用方法，教師將分子生物學實驗中涉及的實驗內(nèi)容和儀器使用按照模塊化的方式分別進行視頻拍攝，并結(jié)合多年教學經(jīng)驗，在視頻中增加了學生實驗中易錯環(huán)節(jié)的提示，對初學者進行指導。學生在上課前就能清楚知道每個實驗的正確操作方法及注意事項，上課時有意識地加強學習，降低實驗失敗率，提高課程訓練效率。

（三）建立課程網(wǎng)站和虛擬實驗室，加強師生間及學生間的聯(lián)系，提高學習的積極性

為了有效整合教學資源，拓展教師的教學方式、教學空間，提升教學質(zhì)量，提高學生的學習興趣和自主學習能力，培養(yǎng)學生的獨立能力及科研素質(zhì)，加強師生之間的互動，使課程教學內(nèi)容與教學活動完整呈現(xiàn)，我們建立了分子生物學實驗的課程網(wǎng)站，將實驗操作視頻、動畫、圖片、PPT等資料放置其上，供學生自由學習。此外，我們還注重師生間課后的聯(lián)系與互動，利用網(wǎng)絡(luò)平臺收集和批改學生作業(yè)，對學生學習中遇到的問題及時在網(wǎng)上作答，方便學生的學習，促進其對相關(guān)知識的理解與把握。

隨著社會新形勢的發(fā)展對人才要求的提高，傳統(tǒng)的實驗教學受課程開設(shè)的時間、地點、人力和財力等問題的限制，不能顯著提高教學質(zhì)量，設(shè)計型和探究型實驗更難以開展。為解除此類限制課程教師還建立了虛擬實驗室，提供可操作的虛擬實驗儀器和試劑，學生既可通過實驗仿真平臺動手操作，又可自己設(shè)計實驗，利于培養(yǎng)學生的實驗設(shè)計能力，分析解決問題的能力，科學探究精神和創(chuàng)新意識，學生對于科學知識的學習、探究、運用更有自主性[9，10]。

（四）重視實驗內(nèi)容的系統(tǒng)性，提高大學生的創(chuàng)新能力

教學內(nèi)容上整合原有的分子生物學課堂小實驗，創(chuàng)建系統(tǒng)分子生物學綜合大實驗[11]，給定選擇題目后由學生自行選擇并設(shè)計綜合大實驗流程。第一次上課教師只需要講解進入實驗室的要求與注意事項，給定幾個備選大實驗題目，提供模塊化實驗視頻，由學生課后學習視頻，自行選擇題目并設(shè)計大實驗流程。第二次課程為實驗設(shè)計的展示，學生分別用PPT展示、講解自己的設(shè)計，由其他同學對其設(shè)計的流程進行提問，討論其設(shè)計是否合理，是否能繼續(xù)優(yōu)化，最后確定最終流程。第三次課程開始動手能力的培養(yǎng)，是前期課程知識的應用與實踐。對于實驗中出現(xiàn)的問題，首先要學生自己設(shè)法提出解決方案，并于實驗完成后師生共同討論實驗中的得失與感悟。實驗內(nèi)容的系統(tǒng)化后整個過程學生都參與其中，將學到的理論知識運用到實際的科研問題中，充分強調(diào)學生在實驗中的主體地位，不僅使學生養(yǎng)成總結(jié)和反思的習慣，也大大提高學生的創(chuàng)新能力。因此，綜合大實驗能夠充分挖掘?qū)W生的潛能，對培養(yǎng)學生獨立思考能力，實驗動手能力以及解決實際問題的能力具有重要的意義。

（五）加強課程考核方式改革，提高學習積極性，科學檢驗學習效果

實驗課程中提高學生的主動性和積極性，不僅需要教學內(nèi)容和手段的提高，還要有科學合理的考核方式的配合[12]。為了充分檢驗學生的學習效果，改變學生“輕操作重報告”的觀念，避免出現(xiàn)“高分低能”的現(xiàn)象，我們將課程考核方式變?yōu)椋簩嶒灹鞒淘O(shè)計占總成績的30%，實驗操作占40%，實驗結(jié)果占10%，實驗報告占20%。實驗流程的設(shè)計充分考核了學生對實驗目的，原理等的認識及對整個課程系統(tǒng)性的把握，能正確地將分子生物學實驗涉及的方法有機結(jié)合，真正達到課前自學的目的。這部分內(nèi)容是作為作業(yè)在第二次上課討論各自的實驗設(shè)計前上交，教師及時評定成績。討論后學生便清楚自己所獲得的分數(shù)，督促其后續(xù)工作認真努力，也有利于教師及時了解學生自學情況和對實驗整體的把握情況，可以有針對性地對學生進行輔導。

在實驗操作課程中，由于學生在課余時間自學教學視頻，因此在課堂上教師的主要角色由知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶒灢僮鬟^程的監(jiān)督者，實驗的講授時間縮短，有針對性地增加實驗技能的指導時間。為了公平評價每個學生，在實驗中教師為學生準備了胸牌，上面清楚地記錄了每個學生的姓名及學號，方便教師監(jiān)督其操作過程是否符合規(guī)范，及時糾正錯誤。該過程成績由于在總成績中所占比例較重，激發(fā)了學生在課前的學習熱情，提高了學習效果。

在實驗完成后，分子生物學實驗課程還增設(shè)了實驗內(nèi)容相關(guān)問題的討論和搶答環(huán)節(jié)，鼓勵學生積極思考，提升了學習的趣味性，鞏固學習效果。

三、分子生物學實驗教學改革效果

經(jīng)過兩屆學生的實驗教學，分子生物學實驗教師對兩個年級349名學生進行了調(diào)查，學生的實驗技能與實驗素質(zhì)普遍提高，科研能力明顯增強。學生普遍認為新的課程形式更能調(diào)動其實驗積極性，鍛煉其科研思維能力，提高實驗操作的動手能力，并改變其“做的好不如寫的好”的錯誤觀念，全面客觀體現(xiàn)學生的學習效果，學生在課程中收獲較多。

四、結(jié)束語

高等教育肩負著培養(yǎng)數(shù)以萬計的高素質(zhì)專門人才和一大批拔尖創(chuàng)新人才的重要使命。提高高等教育質(zhì)量，既是高等教育自身發(fā)展規(guī)律的需要，也是辦好讓人民滿意的高等教育、提高學生就業(yè)能力和創(chuàng)業(yè)能力的需要，更是建設(shè)創(chuàng)新型國家，構(gòu)建社會主義和諧社會的需要。分子生物學發(fā)展迅速，為了培養(yǎng)高素質(zhì)人才，適應社會需求，實驗課程的教學方法應不斷更新。改革是一個需要不斷摸索與改進的過程，希望在此基礎(chǔ)上我們不斷總結(jié)工作中的得失，開創(chuàng)新的方法，培養(yǎng)更多具備創(chuàng)新精神、科學思維及實踐動手能力的人才。

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