本科生分子生物學(xué)實驗教學(xué)改革探討

張在寶 劉慧娟

摘 要 本文結(jié)合分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展和近幾年在本科生實驗課堂中積累的教學(xué)經(jīng)驗，總結(jié)梳理了學(xué)生在對分子生物學(xué)實驗原理及相關(guān)的實驗技術(shù)掌握過程中所遇到的問題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式上對分子生物學(xué)實驗課程進行了改革和探索。具體內(nèi)容主要包括篩選代表性實驗用作實驗教學(xué)、通過各實驗間的聯(lián)系培養(yǎng)學(xué)生的科研思路、引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和考核方式多元化等多個方面。通過此次教學(xué)改革，學(xué)生的專業(yè)技能得到了很大提升，取得了很好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 分子生物學(xué) 本科生 實驗教學(xué)改革 專業(yè)競爭力

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.09.028

Abstract This article combines the development of molecular biology technology and the teaching experience accumulated in undergraduate experimental classrooms in recent years， summarizing the problems encountered by students in the process of molecular biology experimental principles and related experimental techniques， from teaching content， teaching methods and assessment methods have been reformed and explored in molecular biology experimental courses. The specific content mainly includes screening representative experiments for experimental teaching， cultivating students' scientific research ideas through the connection between experiments， guiding students to actively learn and diversifying assessment methods. Through this teaching reform， the students' professional skills have been greatly improved， and a good teaching effect has been achieved.

Keywords molecular biology； undergraduate； experiment teaching reform； professional competitiveness

分子生物學(xué)是當(dāng)今生命科學(xué)領(lǐng)域最重要的分支學(xué)科之一，也是生物類專業(yè)的核心課程，主要是在分子水平上研究核酸、蛋白等生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能，是一門以實驗為主的基礎(chǔ)學(xué)科。自20世紀(jì)50年代沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)以來，分子生物學(xué)及其相關(guān)的實驗技術(shù)一直都在蓬勃地發(fā)展著。因此，對于當(dāng)代生物類專業(yè)大學(xué)生，必須要熟練地掌握相關(guān)的分子生物學(xué)實驗原理及技術(shù)。就現(xiàn)實而言，由于分子生物學(xué)實驗大多時間長、內(nèi)容多，而學(xué)生的實驗課時又相對較短，要想使學(xué)生在最短的時間學(xué)到最多的知識和得到最好的鍛煉，分子生物學(xué)實驗亟待改革。筆者就傳統(tǒng)的實驗教學(xué)進行了研究和思考，結(jié)合我校生物科學(xué)與生物技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，重新調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、完善教學(xué)方法以及采用科學(xué)合理的考核方式。旨在通過教學(xué)改革的方式提高學(xué)生的動手操作能力、解決問題的能力和科學(xué)素養(yǎng)。

1 對傳統(tǒng)教學(xué)的思考

1.1 教學(xué)模式單一，無法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

在以往的教學(xué)實踐中，授課老師一般先在實驗前給學(xué)生講解實驗?zāi)康?、原理、材料、步驟、結(jié)果和討論等固定模式，注明實驗過程中可能出現(xiàn)的問題，有的教師為了方便，甚至為學(xué)生提供結(jié)果和討論題的答案以幫助其完成實驗報告。此外，部分分子實驗時間較長，如感受態(tài)細胞的制備就需要先將大腸桿菌培養(yǎng)過夜，但囿于實驗學(xué)時的限制，實驗教師往往是提前做好一切準(zhǔn)備工作，待實驗課開始時，學(xué)生只需按照既定步驟實施并完成實驗即可。這些無疑會導(dǎo)致學(xué)生眼高手低，表面上看是完成了實驗，但一離開書本上的實驗步驟，便又會無所適從。而對于每一實驗步驟背后原理的理解，也常常無從談起。長此以往，學(xué)生“做多思少”，自主能力下降，實驗課形同虛設(shè)。

1.2 傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)性差，缺乏連貫性

在傳統(tǒng)分子生物學(xué)實驗實踐中，各實驗課程內(nèi)容上雖有聯(lián)系，但實驗教師卻多按照獨立的實驗來教學(xué)。此外，部分老師只注重實驗過程，認為學(xué)生只要了解具體的實驗步驟即可，結(jié)果的好壞并不重要。教師的這種思想往往會造成學(xué)生在實驗過程中不注重細節(jié)，如應(yīng)該在超凈臺上挑取單菌落培養(yǎng)細菌時，學(xué)生則在普通實驗臺上完成。這些教授方法雖然能夠提高學(xué)生的實驗操作能力，但是具體的科研思路沒有建成，甚至?xí)W(xué)生基本的科學(xué)素養(yǎng)造成極其嚴(yán)重的影響?！笆谌艘贼~不如授人以漁”，實驗技能的鍛煉固然重要，但科研思路的培養(yǎng)則應(yīng)是重中之重。

2 教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

2.1 篩選代表性實驗用作實驗教學(xué)

為了充分體現(xiàn)分子生物學(xué)實驗在科學(xué)研究中的重要性，我們認真地篩選了不同方面具有代表性的重要實驗。具體的實驗有利用PCR擴增目的基因、目標(biāo)產(chǎn)物的回收與純化、感受態(tài)細胞的制備、PCR產(chǎn)物與載體的連接及連接產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化、陽性克隆的篩選與鑒定及質(zhì)粒DNA的提取、克隆片段的鑒定、雙脫氧末端終止法測序的原理及目標(biāo)基因cDNA序列拼接和分析、mRNA表達量水平分析、酵母表達載體的構(gòu)建、酵母的轉(zhuǎn)化和篩選、利用酵母雙雜交技術(shù)篩選互作蛋白等11個實驗。這些實驗基本上涵蓋了當(dāng)今科學(xué)研究所需要的基礎(chǔ)實驗，具有較強的代表性。在提升學(xué)生基本實驗技能和深化理解實驗原理的同時，還能夠進一步誘導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，進而促使其分析和解決問題，提高學(xué)習(xí)的積極性。

2.2 注重實驗聯(lián)系，培養(yǎng)科研思路

我們選擇教學(xué)的實驗基本涵蓋了分子實驗的基本點，同時各實驗之間又有一定的聯(lián)系，比如利用PCR技術(shù)擴增的DNA和感受態(tài)細胞的制備為后期重組基因體系的構(gòu)建提供了材料。我們著重關(guān)注了實驗間的聯(lián)系性，并經(jīng)過科學(xué)地分析研究，最終制定了由淺及深、由基因到蛋白的實驗順序，為學(xué)生建構(gòu)一個脈絡(luò)清晰、系統(tǒng)性強的分子生物學(xué)實驗知識體系。并充分利用有限的時間在提高基本實驗技能的基礎(chǔ)上，初步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究思路。

3 教學(xué)方法的完善

3.1 引導(dǎo)學(xué)生“自主式”學(xué)習(xí)

任何教學(xué)都是雙向的活動，既要教師的引導(dǎo)，又要學(xué)生的積極參與（姜立春etal.，2015）。每2個學(xué)生為一個實驗組，給每個組分配具體的任務(wù)，促使學(xué)生課前主動收集資料，提出問題；課中親自動手操作，試著解決自己提出的問題；課后通過實驗報告的撰寫，鞏固實驗原理和實驗步驟。將以學(xué)生為主的“自主式”學(xué)習(xí)和以教師為輔的“引導(dǎo)式”教學(xué)相結(jié)合的方法，大大地提升了教學(xué)質(zhì)量，點燃了學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情，并使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主題，鍛煉并提高了學(xué)生的科研思路和能力。

3.2 采用理論和實踐緊密結(jié)合的教授方法

理論與實踐是密不可分的，兩者缺一不可。我們?yōu)榱俗寣W(xué)生既要立足于實踐，又要理解實驗原理，所以采取了開放式的實驗教學(xué)。我們要求學(xué)生利用網(wǎng)站資源提前預(yù)習(xí)，實驗課前提交預(yù)習(xí)報告；建立新型教學(xué)實驗室，利用各種資源如網(wǎng)絡(luò)課件、電子教案和實驗視頻等多種現(xiàn)代教學(xué)手段輔助教學(xué)。為了確保每個學(xué)生都有機會親自動手操作，我們將原來的4人一組變?yōu)?人一組，并對每個小組分配有具體的實驗任務(wù)以促使每個人都參與到實驗中來。這些改變大大提高了學(xué)生的參與度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，深化了對實驗原理的理解，有助于加強每個學(xué)生的專業(yè)技能，增強專業(yè)競爭力。

3.3 根據(jù)不同教師的研究領(lǐng)域，多個教師分別授課

分子生物學(xué)實驗涉及面廣，涵蓋了分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)、生物信息學(xué)和微生物學(xué)等多種學(xué)科（邢曉為and鄧昊，2015）。隔行如隔山，每個教師都有其專一的研究領(lǐng)域，以往的教學(xué)效果表明，跨專業(yè)教學(xué)帶來的效果不是十分理想。教師遇到關(guān)于自己研究領(lǐng)域的實驗課程，傳授的內(nèi)容會更全面、更有深度，然而對于自己所不熟悉的實驗課程，往往只是根據(jù)實驗步驟“讀一遍”而已，這樣的效果無疑很差。因此，根據(jù)不同教師所側(cè)重的科研領(lǐng)域，我們安排了研究植物功能基因、生物信息學(xué)和微生物學(xué)等3個不同領(lǐng)域的教師來教授不同的實驗。這樣一來，不同的實驗由相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)教師授課，專業(yè)教師通過以往的學(xué)習(xí)積累，對實驗中的經(jīng)典和前沿知識進行整合并引導(dǎo)學(xué)生熟練掌握。此外，教師還可以以自己發(fā)表的或本領(lǐng)域的經(jīng)典論文為模板，為學(xué)生建構(gòu)科研思路，拓寬學(xué)生眼界，從而提升學(xué)生的科研能力。

3.4 實驗“戰(zhàn)線”不宜太長

分子生物學(xué)實驗周期長，系統(tǒng)性強，綜合性高，內(nèi)容涉及面廣，對其原理的理解和掌握需要一個長期、反復(fù)的學(xué)習(xí)過程（張英etal.，2017）。我們安排的11個分子生物學(xué)實驗聯(lián)系性強，需要在一個相對較短的時間內(nèi)完成實驗課程。我校每學(xué)期的時間跨度一般為20周，因此，為了突出各實驗之間的聯(lián)系性，鍛煉學(xué)生的科研思路，我們將實驗課程時間安排在6周以內(nèi)，每周安排8個學(xué)時，分兩次進行。實驗前2周，讓學(xué)生先查找相關(guān)資料，寫出預(yù)習(xí)報告；實驗過程中，學(xué)生初步完成實驗報告；實驗課程全部結(jié)束后的2周時間內(nèi)，學(xué)生自主地查漏補缺，完善實驗報告。之后為了避免學(xué)生對實驗課程生疏，我們根據(jù)各個實驗的重要性，每周選擇性地安排了1個實驗以讓學(xué)生溫故知新。

4 科學(xué)合理的考核方式的探索

本科生階段是學(xué)生積累專業(yè)知識的最好時期。分子生物學(xué)實驗開展的目的是為了讓學(xué)生更好地掌握和理解理論知識、提高學(xué)生基本的實驗操作技能、培養(yǎng)初步的科研思維以及鍛煉他們分析和解決問題的能力（文靜etal.，2013；趙歡，2016；張英etal.，2017）。因此，為了多方面測試學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，我們采用了多元的考核方式。分子生物學(xué)實驗最終成績由4部分組成：第一，平時成績20%，其中考勤占10%，實驗態(tài)度和操作占10%；第二，預(yù)習(xí)報告占10%，實驗報告占15%；第三，實驗操作考試占25%，包括常用儀器的使用、常用實驗技術(shù)操作的熟悉程度；第四，實驗閉卷考試占30%，內(nèi)容涉及實驗原理、實驗問題分析和實驗心得等。

科學(xué)有效地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，是提高實驗教學(xué)質(zhì)量的有力方法。通過這種科學(xué)的考核方式，準(zhǔn)確全面地評估了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，為學(xué)生進一步有目的地提升自己的專業(yè)能力提供了科學(xué)的參考依據(jù)。

5 總結(jié)

有人預(yù)言21世紀(jì)是生物科學(xué)的世紀(jì)，但不是生物類專業(yè)學(xué)生的世紀(jì)。歸根結(jié)底還是生物類專業(yè)畢業(yè)生的專業(yè)知識薄弱、實驗技能生疏以及科研能力低下。分子生物學(xué)是當(dāng)今生命領(lǐng)域的前沿學(xué)科，通過分子實驗學(xué)實驗的教學(xué)改革來培養(yǎng)學(xué)生的科研能力，從而提高專業(yè)競爭力，無疑是一種非常好的途徑。按照這個目的，筆者經(jīng)過多年的科研和教學(xué)經(jīng)驗，探索出一套適合本科生的分子生物學(xué)實驗課程，以期為我國生物類專業(yè)人才的培養(yǎng)事業(yè)添磚加瓦。在今后的教學(xué)實踐中，我們還會不斷地推陳出新，與時俱進，具體問題具體分析，不斷地完善分子生物學(xué)實驗的教學(xué)藍圖，使學(xué)生在新時代具有不可替代的專業(yè)競爭力。

參考文獻

[1] 姜立春，游章強，李俊剛，陳希文，閆秋潔.《分子生物學(xué)》教學(xué)改革與實踐新探.綿陽師范學(xué)院學(xué)報，2015：131-134.

[2] 文靜，申玉華，趙冰.高等學(xué)校分子生物學(xué)教學(xué)改革初探.吉林農(nóng)業(yè)（學(xué)術(shù)版），2013：92-93.

[3] 邢曉為，鄧昊.分子實驗技能課程教學(xué)模式初探.現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進展，2015.15：6567-6568.

[4] 張英，黎宏宇，林大專.分子生物學(xué)實驗教學(xué)改革與探索.黑龍江畜牧獸醫(yī)，2017：269-271.

[5] 趙歡.淺談分子生物學(xué)課程教學(xué)改革.當(dāng)代教育理論與實踐，2016.8：82-84.