以導(dǎo)師制為核心的分子生物學(xué)設(shè)計性實驗教學(xué)

陳珂珂, 陳丹娜, 劉 佳, 唐 亮, 羅 瓊, 趙 娟, 賀氣志

(長沙醫(yī)學(xué)院 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院， 長沙410219)

實驗教學(xué)是高校理工科教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它不僅考查學(xué)生對理論知識的應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生實踐操作技能和創(chuàng)造能力，同時也培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)求真的態(tài)度和嚴謹?shù)淖黠L(fēng)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型生物技術(shù)人才。為了進一步提高實驗教學(xué)質(zhì)量，帶動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性，我們在分子生物學(xué)的設(shè)計性實驗教學(xué)中進行了導(dǎo)師制的探索和實踐。

1 導(dǎo)師制在設(shè)計性實驗中應(yīng)用的必要性

分子生物學(xué)實驗是一門涉及面廣、應(yīng)用性和實踐性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課程，要求學(xué)生掌握分子生物學(xué)的基本知識和技能，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、分析問題及綜合應(yīng)用知識和創(chuàng)新的能力，旨在培養(yǎng)滿足社會需求的應(yīng)用型生物技術(shù)人才。因此，近年來各高校在實驗教學(xué)中紛紛開展及加大了設(shè)計性實驗教學(xué)改革，促進學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，提升實驗教學(xué)質(zhì)量[1]。設(shè)計性實驗采取分組進行的方式，每組4～5名學(xué)生，學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康?，自主設(shè)計實驗方案、準備實驗材料及實施方案、分析數(shù)據(jù)，查找原因、撰寫實驗報告。設(shè)計性實驗項目的開展克服了傳統(tǒng)驗證性實驗教學(xué)的弊端，改變了教師灌輸式教學(xué)和學(xué)生機械模仿的學(xué)習(xí)方式，能夠讓學(xué)生積極主動地參與到實驗中來，促進學(xué)生綜合能力的提升。

《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》中指出，“改革人才培養(yǎng)模式，實行導(dǎo)師制、小班教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性、積極性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才”。實施導(dǎo)師制有利于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的制度化，有利于進行個性化教育，有利于師生建立良性的溝通機制[2]。導(dǎo)師制和設(shè)計性實驗的培養(yǎng)目標一致，實施過程相似，以小組為單位，強調(diào)學(xué)生的主體地位和教師的引導(dǎo)作用，注重因材施教和應(yīng)用型創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，因此導(dǎo)師制對設(shè)計性實驗的開展具有切實性和可行性。導(dǎo)師可以把其教學(xué)、科研經(jīng)歷融入本科實驗教學(xué)，進一步以科研促進教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量[3]。

2 導(dǎo)師制下設(shè)計性實驗項目的開展

我們在2011級、2012級、2013級和2014級生物技術(shù)專業(yè)的分子生物學(xué)實驗教學(xué)中進行了設(shè)計性實驗的摸索和實踐?；蚩寺∈欠肿由飳W(xué)的核心實驗內(nèi)容，也是一門相當(dāng)成熟的技術(shù)，也是教師科研中涉及的部分內(nèi)容，被廣泛應(yīng)用到了基因功能研究、生物藥品的生產(chǎn)、動植物新品種的改造中。以基因克隆為設(shè)計性實驗的主題，兼具研究性、整合性和開放性的原則[1]。

設(shè)計性實驗講究連續(xù)性，可以避免傳統(tǒng)實驗周期片段化的缺陷。在基因克隆實驗中，內(nèi)容將包括引物設(shè)計、PCR擴增、目的基因與載體的連接、酶切、轉(zhuǎn)化平板制備、轉(zhuǎn)化、篩選及鑒定。實驗項目大且耗時，因此開設(shè)時間為學(xué)期末4～6周，既可以避開學(xué)習(xí)高峰期，又能夠有足夠時間進行重復(fù)實驗。

3 導(dǎo)師制在設(shè)計性實驗教學(xué)過程中的實施

3.1 導(dǎo)師的選拔

導(dǎo)師素質(zhì)決定了導(dǎo)師制實施質(zhì)量，且分子生物學(xué)實驗要求嚴謹，因此導(dǎo)師由講師及以上職稱，從事相關(guān)的科學(xué)研究，有一定分子生物學(xué)的知識儲備和科研經(jīng)歷的教師擔(dān)任。由院系組織，號召青年教師積極參與到導(dǎo)師制的建設(shè)中，并由系部組織對導(dǎo)師統(tǒng)一進行敬業(yè)精神和職業(yè)道德、教育教學(xué)技能的培訓(xùn)。每個導(dǎo)師指導(dǎo)一個小組，每小組4～5個學(xué)生。以導(dǎo)師科研項目為依托，選擇合適的基因進行基因克隆。通過實驗，讓學(xué)生能夠掌握基因克隆的操作技能，理解基因克隆的意義。

3.2 導(dǎo)師制在設(shè)計性實驗中的具體實施

導(dǎo)師圍繞設(shè)計性實驗的培養(yǎng)目標，根據(jù)實際情況提出實驗?zāi)康暮鸵螅缈寺ˇ?actin基因。學(xué)生以小組為單位，相互協(xié)助，分工合作。首先要求學(xué)生利用一周時間分別進行中英文文獻查閱，并要求每個同學(xué)挑選重要的文獻進行文獻報告，導(dǎo)師答疑解惑進行點評；在第二周時間，學(xué)生根據(jù)理論知識和文獻及小木蟲等專業(yè)網(wǎng)站的資料收集，開始以小組為單位進行實驗方案設(shè)計和實驗步驟完善及選定實驗器材，并以書面報告的形式遞交導(dǎo)師把關(guān)審核。方案設(shè)計決定實驗成敗，在此環(huán)節(jié)，導(dǎo)師與學(xué)生隨時可以通過微信、QQ等方式互通信息，查漏補缺，完善實驗方案。依據(jù)實驗方案，利用實驗室耗材和設(shè)備進行實驗操作，導(dǎo)師隨時對實驗過程及學(xué)生實驗習(xí)慣進行指導(dǎo)和評價。最后，小組進行記錄分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)果，完成實驗報告及進行成果展示。實驗結(jié)束后，小組進行結(jié)果討論和分析，并以班級為單位進行實驗的經(jīng)驗交流[4]。

經(jīng)過3年的摸索和實踐，我們認為導(dǎo)師制的實施促進了師生之間的良性互動，導(dǎo)師以身作則，指導(dǎo)的不僅僅是一個實驗項目，還是潛移默化地傳播科學(xué)求真的態(tài)度和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，有利于教書和育人的有機結(jié)合[5]。而在學(xué)生進入實驗室之前，首先對學(xué)生進行系統(tǒng)培訓(xùn)，了解實驗室制度，熟悉儀器設(shè)備的操作方法，提高安全操作意識，教授數(shù)據(jù)記錄方法。充分的準備和規(guī)范的操作能使實驗高效順利完成，能節(jié)約學(xué)生和導(dǎo)師的大量時間和精力，這也是導(dǎo)師制順利實施的重要基礎(chǔ)。

4 導(dǎo)師制實施的保障措施

4.1 實驗教材修訂，為導(dǎo)師制的實施奠定基礎(chǔ)

經(jīng)過3年的摸索，并結(jié)合本專業(yè)實際情況，我們對生物技術(shù)專業(yè)的實驗教材進行了選編，并于2014年由北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社出版了《生物學(xué)實驗教程》。2017年再一次對實驗教材進行修訂，由人民衛(wèi)生出版社出版并計劃于下半年投入使用。該教材建立了新的實驗教學(xué)結(jié)構(gòu)層次，更具系統(tǒng)性和針對性。將分子生物學(xué)實驗重組為驗證性、綜合性、設(shè)計性實驗3個層次，各層次由易到難，循序漸進，分別從鍛煉實驗技能操作、綜合知識應(yīng)用、獨立解決問題能力及創(chuàng)新實踐能力等方面考察學(xué)生的綜合素質(zhì)[6]。有針對性的實驗教材，保證了不同導(dǎo)師不同實驗對象，具有相同的培養(yǎng)目標。

4.2 建立開放實驗室制度[7]，保障導(dǎo)師制順利實施

開放實驗室制度保障了導(dǎo)師制在設(shè)計性實驗中順利實施。實驗室的開放引導(dǎo)學(xué)生能走進來，坐下去，獨立思考和獨立操作完成實驗項目，驗證實驗方案是否可行。也進一步激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，提高分析問題解決問題能力。具體做法：1)利用閑置設(shè)備和設(shè)備的閑置時間建立開放實驗室，安排專職教師值班；2)對全體生物技術(shù)學(xué)生進行實驗前培訓(xùn)，要求學(xué)生掌握實驗操作規(guī)程和儀器的基本使用方法；3)要求學(xué)生提交實驗方案，經(jīng)教師審閱后，可進入實驗室；4)提前預(yù)約，服從安排。

5 建立科學(xué)合理的實驗考核方法

設(shè)計性實驗不同于驗證性實驗，其評價更重過程，輕結(jié)果。在實驗過程中，教師應(yīng)特別注重對學(xué)生實驗過程和數(shù)據(jù)記錄分析及綜合分析問題能力的考查[8]。因此，我們設(shè)計了多個指標對實驗進行綜合考核(見表1)，考核內(nèi)容包括實驗素養(yǎng)、隨機抽查、實驗準備、實驗論文匯報4個方面，分別考核了學(xué)生的實驗態(tài)度是否端正、實驗習(xí)慣是否良好、實驗操作技能是否規(guī)范、實驗細節(jié)是否重視、階段性實驗結(jié)果是否成功、文獻閱讀和理解是否充分、實驗試劑耗材準備是否到位、實驗方案設(shè)計是否合理且具有可操作性以及實驗數(shù)據(jù)處理與分析是否科學(xué)、成果展示是否用心等。該考核方式相對公平公正，克服了傳統(tǒng)以實驗報告加考勤考核學(xué)生的片面性，能反映出學(xué)生的真實水平[9]。

注：實驗素養(yǎng)包括實驗態(tài)度、實驗操作習(xí)慣、數(shù)據(jù)記錄習(xí)慣等；隨機抽查包括實驗操作、知識掌握、階段性實驗結(jié)果等；實驗準備包括文獻閱讀、實驗試劑耗材準備、實驗方案設(shè)計等；實驗論文匯報內(nèi)容包括數(shù)據(jù)處理與分析、成果展示等

6 實施效果分析

6.1 滿意度調(diào)查

導(dǎo)師制實施以來，我們共向?qū)W生發(fā)放滿意度調(diào)查問卷101份(見表2)。調(diào)查結(jié)果顯示，絕大多數(shù)學(xué)生認為以導(dǎo)師制為支撐的設(shè)計性實驗項目設(shè)置更加科學(xué)合理，能夠與理論和科學(xué)前沿掛鉤，更多地體現(xiàn)了學(xué)科交叉，同時初步學(xué)習(xí)了科研設(shè)計的思路，增進了團隊的感情及合作意識，提高了責(zé)任心。在導(dǎo)師是否具有積極引導(dǎo)作用的調(diào)查中，滿意度更是達到95.05%。

青年教師在擔(dān)任導(dǎo)師過程中，綜合素質(zhì)包括教育教學(xué)技能都得到了很大的提高，對課程的見解和專業(yè)的發(fā)展也有了進一步的認識。學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和針對性明顯增強，避免部分學(xué)生的渾水摸魚。但教師也認為導(dǎo)師制占用教師時間過多，長遠來看，必須從制度上保障導(dǎo)師制的實行，在政策上對教師進行激勵。

6.2 學(xué)生科研課題的申報情況

導(dǎo)師制的實施在一定程度上也極大地激發(fā)和促進了學(xué)生參與課題申報的熱情和積極性，培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生的科研設(shè)計能力。各年級學(xué)生申報校級大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目(簡稱大學(xué)生創(chuàng)新性課題)的統(tǒng)計結(jié)果見表3。在大學(xué)期間，2011級、2012級、2013級、2014級學(xué)生分別提交了7份、13份、15份、25份大學(xué)生創(chuàng)新課題申報表，申報成功率分別達到了42.85%、46.15%、53.33%、68%，其中2011級、2012級和2014級學(xué)生分別成功申報省級大學(xué)生創(chuàng)新課題一項，2014級學(xué)生還成功申報了一項國家級大學(xué)生創(chuàng)新性課題。學(xué)生申報課題的積極性很高，申報成功率也逐年上升，這與導(dǎo)師的引導(dǎo)密不可分。同時從側(cè)面也反映出導(dǎo)師制的實行更加成熟和系統(tǒng)，能更好地為應(yīng)用型和創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的目標服務(wù)。

表2 分子生物學(xué)實驗教學(xué)反饋情況(n=101)

6.3 畢業(yè)課題開展及畢業(yè)論文撰寫情況

我們還對2011級、2012級、2013級生物技術(shù)學(xué)生畢業(yè)課題的開展及畢業(yè)論文的撰寫情況進行了摸底分析。教師普遍認為，學(xué)生的畢業(yè)課題設(shè)計思路越來越清晰，進度安排更加合理有序。論文撰寫格式規(guī)范，數(shù)據(jù)記錄及處理能力較好，能較為準確地分析課題實施過程中遇到的各種問題，并能提出解決問題的辦法與建議。

表3 大學(xué)生創(chuàng)新性課題申報情況

7 結(jié)語

經(jīng)過探索和實踐，初步證明了在實驗教學(xué)中實行導(dǎo)師制，能更進一步優(yōu)化學(xué)生知識結(jié)構(gòu)，促進知識的消化吸收，提高教學(xué)質(zhì)量；有利于培養(yǎng)團隊合作意識和創(chuàng)新能力；提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。因此，在師資力量充足的條件下，應(yīng)重點推廣導(dǎo)師制，使其制度化、常態(tài)化，以更進一步推進生物技術(shù)專業(yè)建設(shè)。但導(dǎo)師制的實施，也加大了教師的工作量，增加了實驗室的日常管理工作。如何保障導(dǎo)師制順利實施，同時保證實驗教學(xué)質(zhì)量，我們需進一步做到：1)補充青年教師數(shù)量，提高教師綜合素質(zhì)[10]；2)建立科學(xué)合理的導(dǎo)師考核和評價體系，減免工作量；3)加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，保證實驗教學(xué)的開展。另外，可進一步探索與實習(xí)基地合作，利用其先進設(shè)備、高素質(zhì)的生物人才和良好的實驗環(huán)境，促進分子生物學(xué)設(shè)計性實驗高質(zhì)量的進行，以實現(xiàn)生物技術(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標[11]。