基于科研思維+實(shí)踐能力培養(yǎng)的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探究

金亮

（中國(guó)藥科大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇南京 210009）

分子生物學(xué)是一門研究核酸等生物大分子的功能、形態(tài)結(jié)構(gòu)特征及其重要性和規(guī)律性的科學(xué)，是人類從分子水平上真正揭示生物世界的奧秘、闡明生命現(xiàn)象本質(zhì)的基礎(chǔ)學(xué)科[1]。分子生物學(xué)作為連接基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的橋梁，是每一名醫(yī)藥學(xué)生的必修專業(yè)課，主要為從分子水平解釋疾病發(fā)生的作用機(jī)制，快速、精準(zhǔn)地找到治療靶點(diǎn)，為疾病診斷和治療提供理論支撐[2]。其中分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是分子生物學(xué)課程的重要組成部分，是影響課程教學(xué)效果最直接和重要的因素之一[3,4]，如何提高分子生物學(xué)教學(xué)質(zhì)量，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可幫助學(xué)生更加直觀地了解分子生物這門微觀的課程，準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)到分子生物學(xué)對(duì)于醫(yī)藥發(fā)展的重要性，其中實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是關(guān)鍵。筆者首先分析了我校分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在的客觀問題，而后結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐和科研實(shí)踐，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教研融合等方面進(jìn)行教學(xué)改革探討并提出相應(yīng)的對(duì)策，以期提高課程的教學(xué)水平，提升藥學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

1 分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中存在的問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容抽象，難以與時(shí)俱進(jìn)

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課是分子生物學(xué)理論課題的重要組成部分，該課程包括的知識(shí)點(diǎn)龐雜，系統(tǒng)性的理論復(fù)雜深邃，而日常由于教學(xué)時(shí)長(zhǎng)有限，學(xué)生能夠接觸的分子生物學(xué)知識(shí)較為表面和局限，導(dǎo)致學(xué)生無法靈活掌握知識(shí)體系[5]。近年來隨著科學(xué)研究的迅猛發(fā)展，教材內(nèi)容的更新速度遠(yuǎn)不及新理論技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，如非編碼RNA的理論知識(shí)及調(diào)控機(jī)制[6]、單細(xì)胞測(cè)序[7]等。并且，學(xué)校對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的安排是根據(jù)學(xué)生數(shù)量一次性統(tǒng)一安置，并在短期內(nèi)不會(huì)再進(jìn)行更新，但是分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)大多需要耗費(fèi)大量的經(jīng)費(fèi)以及試劑，所以在大多數(shù)教學(xué)過程中，部分實(shí)驗(yàn)教師僅僅進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，并不會(huì)讓每一名學(xué)生親自動(dòng)手，同時(shí)學(xué)生動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)也僅限于分子克隆等基礎(chǔ)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，這一問題就導(dǎo)致學(xué)生在課程階段無法完全投入，無法將理論與實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行串聯(lián)。因此在教學(xué)過程中，傳授經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)理論技術(shù)時(shí)，需要貫穿當(dāng)下最新的科研技術(shù)手段，讓學(xué)生了解前沿技術(shù)是基于哪些傳統(tǒng)的理論知識(shí)發(fā)展起來的，該新技術(shù)在今后的研究中該如何運(yùn)用，提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解能力。并且，需要按照科技的發(fā)展對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行更新和改進(jìn)，以此來提高學(xué)生對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的興趣度。

1.2 教學(xué)內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性，課時(shí)安排不合理

目前我校開設(shè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的目的是讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)技能，但課程中實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容相對(duì)陳舊、缺乏系統(tǒng)性。該課程設(shè)計(jì)容易讓學(xué)生只關(guān)注單次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，無法讓學(xué)生將每次實(shí)驗(yàn)串聯(lián)起來，這種教學(xué)模式不利于培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和科研綜合素質(zhì)，易造成學(xué)生主觀能動(dòng)性差，使得學(xué)習(xí)的興趣和熱情降低。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)課程每周只開設(shè)一次，單次3-4課時(shí)，但分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是一類需要耗時(shí)且具有延續(xù)性的實(shí)驗(yàn)，單次短時(shí)的實(shí)驗(yàn)無法讓學(xué)生完成全部的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如PCR實(shí)驗(yàn)后續(xù)需要開展核酸電泳實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行鑒定、RNA提取實(shí)驗(yàn)后續(xù)則需要qRT-PCR鑒定RNA，這些實(shí)驗(yàn)都存在無法存放樣本、需要單次完成全部實(shí)驗(yàn)的問題，但分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)又是一門耗時(shí)的實(shí)驗(yàn)，無法在短時(shí)間內(nèi)完成一系列實(shí)驗(yàn)，但存在中間間隔過久會(huì)產(chǎn)生樣品降解等問題從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，使學(xué)生不能完全理解實(shí)驗(yàn)意圖和目的。

1.3 教學(xué)模式單一，學(xué)生參與度有待提升

當(dāng)前，我校分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課仍是以教師講授為中心，任課教師花費(fèi)大部分時(shí)間向?qū)W生講述實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)等內(nèi)容，而后學(xué)生根據(jù)任課教師提示的重點(diǎn)完成實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，因?yàn)樵噭﹥r(jià)格、毒性等問題，很多精密實(shí)驗(yàn)或者毒性較大的實(shí)驗(yàn)都是教師演示操作，并不會(huì)完全由學(xué)生完成，該教學(xué)模式容易導(dǎo)致學(xué)生在課堂中的參與感差，缺乏預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，使得學(xué)生不能很好地消化和運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中涉及的儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、操作過程等環(huán)節(jié)陌生，課堂上應(yīng)付了事，不能將理論知識(shí)融入實(shí)驗(yàn)過程，在今后的科學(xué)研究中也不知道如何運(yùn)用該實(shí)驗(yàn)技能，無法真正地做到學(xué)以致用。

1.4 考核方法單一，成績(jī)參考性相對(duì)有限

現(xiàn)階段，本科生大部分實(shí)驗(yàn)課程最終都會(huì)以每次實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為主要的成績(jī)參照指標(biāo)，但實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫并不完全代表學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)結(jié)果，還存在部分學(xué)生單純抄寫以及拷貝往屆學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的現(xiàn)象。并且，實(shí)驗(yàn)課程主要是小組完成，2-4人共用一份實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這些問題都導(dǎo)致學(xué)生更注重實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫和完美性，并沒有著重于實(shí)驗(yàn)的操作過程，導(dǎo)致學(xué)生課程期間的側(cè)重點(diǎn)偏差，不能理解開展實(shí)驗(yàn)課程的重要性和必要性。就算是有些課程已經(jīng)引入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)技能考核交叉評(píng)定作為最終成績(jī)參考，但這些并不適用于分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)具有重復(fù)性高、操作性單一、結(jié)果偶然性大等一系列特點(diǎn)，這些就導(dǎo)致本科生無法針對(duì)某一現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，如蛋白鑒定實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)今大體均通過western blot方法進(jìn)行鑒定，很難找出新的方法，并且新方法需要新的試劑，這些都是課程教學(xué)很難做到的。

2 分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探究

筆者基于以上教學(xué)問題，結(jié)合自己多年的教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科研實(shí)踐，提出了如下改革方案：

2.1 建立互動(dòng)式教學(xué)模式，提高學(xué)生的參與感

為了提高課堂中學(xué)生的參與感，筆者改變傳統(tǒng)的以任課教師講授為主的教學(xué)模式。筆者將分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程按照專題形式進(jìn)行劃分，而后將每堂實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容按照知識(shí)點(diǎn)劃分為若干小節(jié)，同時(shí)將學(xué)生分成相等的小組，課前讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)，而后結(jié)合現(xiàn)代媒體在課堂上討論、交流。筆者基于學(xué)生討論的內(nèi)容結(jié)合教程的理論知識(shí)，進(jìn)行總結(jié)。專題形式的研討和小組討論式教學(xué)方式，不僅能提高課堂上學(xué)生的參與感，且能極大提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

2.2 合理設(shè)置課時(shí)，充分利用實(shí)驗(yàn)室儀器

根據(jù)之前提出的問題，增加實(shí)驗(yàn)課程課時(shí)是改革的要素之一，在無法在工作日增加課時(shí)量時(shí)，可通過周末學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行另一種形式的增加。雖然現(xiàn)在學(xué)校已經(jīng)開設(shè)“開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”和“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”，但也只是小范圍學(xué)生參與，無法促進(jìn)大部分學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)課程。所以我們可以通過課程課時(shí)改革，將學(xué)生按組分配至教研室教師所在的實(shí)驗(yàn)室，調(diào)動(dòng)完整的時(shí)間塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一方面可以使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)具有延續(xù)性和完整性，另一方面可以充分使用實(shí)驗(yàn)室的儀器，開闊學(xué)生的視野，使學(xué)生了解更多的實(shí)驗(yàn)儀器和使用方法。這樣學(xué)生不單純只是任務(wù)性的完成，更可以深入了解科研過程，進(jìn)一步規(guī)劃自己的未來方向。

同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)過程中，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)結(jié)果交叉評(píng)分，這樣可推動(dòng)成績(jī)?cè)u(píng)定方法的改革，促進(jìn)教學(xué)與科研的融合，讓大學(xué)內(nèi)的科研不單純?yōu)榱税l(fā)表文章，也可以促進(jìn)本科生的教學(xué)改革。與此同時(shí)，也可幫助教師尋找合適的學(xué)生進(jìn)行進(jìn)一步的觀察和培養(yǎng)，為大學(xué)科研培養(yǎng)下一代人才儲(chǔ)備，從而一舉兩得，既可以改變學(xué)生對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)枯燥的印象，也可以促進(jìn)學(xué)生盡早規(guī)劃未來，制定人生計(jì)劃。

2.3 開設(shè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，提升學(xué)生的科研思維能力

建設(shè)世界一流大學(xué)，人才培養(yǎng)是本，本科教育是根[8]。為了提升學(xué)生的科研思維能力，筆者根據(jù)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的課程內(nèi)容，向?qū)W院申請(qǐng)開設(shè)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，根據(jù)學(xué)生的興趣讓學(xué)生自主選擇相應(yīng)的項(xiàng)目。課堂上向?qū)W生講述創(chuàng)新項(xiàng)目的理論知識(shí)，并向?qū)W生傳授如何和查閱科研文獻(xiàn)，提高學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣。課后向?qū)W生開放筆者所在的實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ?xùn)練，以科研帶動(dòng)教學(xué)。平時(shí)，借助當(dāng)下熱門的科研類公眾號(hào)的更新，將最新的科研資訊、論文解析內(nèi)容推送給學(xué)生，即使學(xué)生一開始不能夠很好地了解相關(guān)的科研理論和技術(shù)，但經(jīng)過日積月累的閱讀理解，也讓學(xué)生能夠初窺科研門徑；這種方法減少了學(xué)生在剛開始閱讀文獻(xiàn)時(shí)的枯燥和難度。此外，在每學(xué)期的教學(xué)任務(wù)即將結(jié)束時(shí)，給予相關(guān)的研究方向，讓學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，嘗試性地撰寫項(xiàng)目書，鞏固學(xué)生在分子生物學(xué)課程的理論知識(shí)，學(xué)會(huì)將固定的理論運(yùn)用到具象的課題設(shè)計(jì)中。通過追蹤前沿知識(shí)，極大地提高學(xué)生的科研熱情和科研思維能力，為學(xué)生今后從事科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。

2.4 堅(jiān)持教學(xué)與科研相融合，構(gòu)建適合培養(yǎng)創(chuàng)新能力的實(shí)踐教學(xué)體系

筆者自2006年進(jìn)入本校任教，在完成教學(xué)任務(wù)的同時(shí)長(zhǎng)期堅(jiān)持科學(xué)研究，有豐富的教學(xué)及科研經(jīng)驗(yàn)[9-11]。分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用型課程[12]，對(duì)學(xué)生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)尤為關(guān)鍵。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，筆者將最新的科學(xué)研究融入課堂教學(xué)和課程設(shè)計(jì)中[13]，組織科研興趣小組，引導(dǎo)學(xué)生積極參與筆者承擔(dān)的科研項(xiàng)目，通過該方式促進(jìn)教師與學(xué)生的互動(dòng)，拓寬學(xué)生的專業(yè)視野，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)使學(xué)生盡快把握學(xué)科發(fā)展的前沿，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新思維，而且有助于盡早挖掘有科研天賦的學(xué)生加入科學(xué)研究。

2.5 優(yōu)化考核方式

為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的重視，筆者在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的同時(shí)，對(duì)考核方式也進(jìn)行了優(yōu)化。傳統(tǒng)的考核方式以學(xué)生上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，但傳統(tǒng)的考核方式無法體現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新能力、科研思維等綜合能力。優(yōu)化后的考核方式更加注重考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，對(duì)未知問題的綜合分析和解決問題的能力。優(yōu)化后的考核方式包括平時(shí)課堂實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫（20%）及實(shí)驗(yàn)室的開放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作（80%），借用實(shí)驗(yàn)室的平臺(tái)，既可進(jìn)行考核和評(píng)定，又可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的了解和認(rèn)識(shí)。例如設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證未知基因是否為非編碼RNA；基于某個(gè)已知功能的非編碼RNA，利用收到的患者的血清樣本，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)該患者樣本進(jìn)行檢測(cè)，判斷其是否是糖尿病患者等開放性實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的應(yīng)用能力。

以上是筆者近年來在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革方面的嘗試和總結(jié)。分子生物學(xué)是當(dāng)今最具活力的生命科學(xué)領(lǐng)域?qū)W科[14]，隨著這些年的努力，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的改革也取得了一定的進(jìn)展，但是還存在許多需要改進(jìn)的地方，筆者基于多年的教學(xué)和科研經(jīng)歷，對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課在教學(xué)中存在的問題進(jìn)行分析，并提出以上5條優(yōu)化改革方案，希望這些意見可以對(duì)培養(yǎng)具有科研思維和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才起到積極促進(jìn)作用，為學(xué)生的培養(yǎng)和未來科研人才的儲(chǔ)備盡綿薄之力。但本科生的教學(xué)改革是一項(xiàng)需要長(zhǎng)期努力和付出的工作，需要任課教師在教學(xué)工作中不斷探索、實(shí)踐、創(chuàng)新和總結(jié)，只有這樣，才能提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)良好的科研思維習(xí)慣，培養(yǎng)出全面發(fā)展的高素質(zhì)藥學(xué)人才。