開放式實驗教學的組織與探索
——以高校分子生物學課程教學為例

河南科技大學動物科技學院 李銀聚

開放式實驗教學的組織與探索
——以高校分子生物學課程教學為例

河南科技大學動物科技學院 李銀聚

生物技術是指對有機體的操作技術。自從我們的祖先有意識地把第一粒種子埋在地下，便宣告了這一技術的誕生。分子生物學的興起，為古老的生物技術發展成為高新技術奠定了一方基石。目前，高等農業院校普遍開設了分子生物學課程，以推動這項既有古老的根基又有巨大發展潛力的高新生物技術能夠普遍、持續、更深入地發展。

長期以來，分子生物學的實驗教學是以理論為基礎的驗證性、設計性和創新性實踐教學，目的是通過實驗加深學生對抽象理論的理解，將理論與實踐相結合，掌握基本的分子生物學技術，培養科學思維和創新能力。但是，分子生物學實驗教學中也面臨著一些問題：一是試劑種類繁多，準備工作大部分由教師完成，而且有部分實驗是用試劑盒，實驗課學生操作的內容卻相對簡單，教師對學生的理論和操作的指導性不強；二是實驗儀器精密且價格昂貴，本科生實驗教學所用的設備臺（套）數相對較少，設備資源緊張；三是單個實驗持續時間長，在規定的實驗學時難以觀察到結果。針對這些問題，筆者所在學校在大綱框架內，對動物醫學專業分子生物學實驗教學采用開放式實驗教學方法，并對開放條件下的實驗室管理進行了探索。經過精心的教學組織和6屆本科生的實踐，取得了良好效果。

一、開放式實驗教學的組織

開放式實驗教學，是利用分子生物學實驗室現有的儀器設備，面向在校的學生開放，在教師的指導下，完成大綱框架內的自主設計性、綜合性的實驗的教學過程。

1.開放式實驗教學的內容設計。實驗內容的選擇是學生創新能力培養的一個重要環節。不同版本的實驗教材各有自己的特點，一般注重內容的系統性和全面性，每個實驗相對獨立。由于分子生物學實驗樣品多數是由教師提供，實驗操作步驟程序化，實驗結果基本一致，達不到具體問題具體分析的實驗要求。鑒于此，筆者所在學校針對動物醫學專業的自身特點，探索出一條以病毒目的基因的克隆和表達檢測為主線的綜合性實驗，即以教師科研構建的重組質粒為基礎原材料，實驗內容涉及“質粒的提取和酶切”、“DNA連接”、“質粒轉化（轉染）”、“轉化子的酶切鑒定和PCR鑒定”、“瓊脂糖凝膠電泳”、“表達檢測”（mRNA水平檢測和蛋白質的SDS-PAGE電泳）等，將原來相對獨立的實驗聯系在一起，形成一個系列性、綜合性實驗。整個實驗過程完整，前后銜接自然。學生通過完整的實驗過程，能夠掌握科學研究的基本程序和技術。

2.開放式實驗教學的組織和實施。在學生正式進入實驗室之前，教師要對實驗室概況和實驗室規則進行介紹，對儀器的功能、使用和使用時應注意的事項進行講解和示范。基本技能訓練的內容包括：儀器的正確使用和保養，離心管、移液器吸頭的清洗、消毒和滅菌，常規試劑及LB培養基的配制、滅菌，等。

在第一次實驗課的前一周，要把各班學生合理分組。教師將科研中克隆的含目的基因（如減蛋綜合征病毒的六鄰體蛋白基因、雞傳染性法氏囊病毒的VP2基因等）重組質粒的結構背景、目的基因序列等資料分發給各組，并有針對性的講解質粒構建的目的、原理和構建策略。要求每個學生自行設計實驗步驟，包括重組質粒轉化感受態細胞、質粒的提取和酶切位點的選擇、PCR鑒定的引物設計、PCR循環參數、目的基因與原核表達載體的連接策略及原核表達檢測等。每個學生的實驗設計完成后交實驗小組共同討論，最后擬定本組的設計方案。方案要求有詳細的操作路線圖、所用儀器設備及數量、試劑種類和劑量、每個實驗小組的負責人及時間安排等。經教師審定批準后，由學生獨立完成整個實驗操作過程，直至取得預期實驗結果并對實驗結果進行分析和討論。在整個實驗過程中，教師針對每個學生所遇到的具體問題進行具體解決，力爭使每個學生都能夠充分發揮自己的主觀能動性，在解決問題的同時啟發創新思維能力，加深對實驗內容的理解。

3.開放式實驗成績的評定。長期以來，分子生物學實驗課依附于理論課，實驗課一般穿插在理論課的授課期間進行，理論課講到哪個章節，實驗課做哪部分實驗，且實驗成績只占總成績的20%～30%，實驗成績的評定又是以學生的實驗報告為基礎，致使學生只注重理論，不重視實驗，參與實驗的積極性不高。采用開放式實驗教學，實驗課安排在理論課的后期進行，使學生有基本的理論知識和綜合設計能力。在開放式實驗教學中：教師注重學生的理論知識掌握程度和設計應用能力、實驗過程、實驗技能和實驗態度，并結合實驗結果和實驗報告，綜合評定實驗成績，而不單以實驗報告定分數；實驗報告注重實驗數據處理和實驗結果的分析和討論，鼓勵學生多向思維，樹立勇于創新、敢于挑戰的創新精神。

二、開放式實驗教學的實驗室管理

由于分子生物學實驗涉及的儀器設備種類多，設備精密且價格昂貴。因此，開展開放式實驗教學，實驗室管理水平也要同步提高。

1.建立健全實驗室規章制度。要求學生進入實驗室，必須嚴格遵守實驗室的各項規章制度，違抗規章制度或損壞儀器設備的，按實驗室規章制度和學校有關規定處理。

2.認真填寫預約申請表。為防止各組學生實驗時間和設備使用上的沖突，每組要有詳細的實驗計劃和時間安排，由實驗室教師統一調配后填寫預約申請表，由小組負責人具體安排實施。根據分子生物學實驗的特點，一般每周一個實驗單元，每次完成一項實驗內容，教師在每周實驗結束時對實驗作總結和點評，和學生一起討論實驗結果，解決學生在實驗中遇到的問題，以保證學生在一周內完成一個基因工程的單元操作流程，形成一個相對完整的實驗概念；同時，學生又有充足的時間思考和解決問題，加深對實驗的印象，逐步提高對分子生物學的學習和實驗興趣。

3.認真填寫實驗室記錄。實行開放式實驗教學，由于學生的操作水平參差不齊，對儀器設備的操作熟練程度不一，使用時出現的問題可能較多，為儀器設備的管理和維護帶來了一定的困難。因此，要教育學生有責任意識，珍惜公共財產。針對實驗方案中列出的設備，認真填寫設備使用記錄，包括使用前狀態和使用后狀態、使用時間和使用人等，用后規整到位。

4.強化實驗室安全。開放式實驗教學大部分時間是由學生自行實驗，實驗中常接觸水、電、火和易燃易爆或具腐蝕性、毒性的試劑。因此，嚴加管理、保證安全特別重要。在開放式實驗教學中，要求每組推選一名大膽心細、責任心強的學生作為安全員，在實驗結束時，統一檢查門、窗、水、電、試劑和實驗動物處理等，以確保實驗室安全。

三、教學效果

1.實現了學生由被動學習到自主學習的轉變。在以往的實驗教學中，大都采用學生課前預習、教師課堂講解原理并示范操作、之后由學生自行操作、教師具體指導并現場答疑的教學方法。事實上只有部分學生事先預習，實驗課上也只有部分學生動手，個別學生只看他人操作，課后照抄實驗報告，實驗能力和分析問題能力得不到鍛煉。采用開放式實驗教學，學生自主設計、自行操作，增加了學習興趣，許多學生還學會了運用生物學軟件進行分析和設計，實現了由被動學習向自主學習的轉變。

2.學生嚴謹的實驗態度和科研意識得到了強化。開展開放式實驗教學，隨著學生學習態度的轉變和自主設計能力的提高，理論和實驗脫節的現象逐漸得到彌合。實驗前，學生根據學習的理論知識系統設計實驗、小組論證；在實驗中，發現問題又從理論設計和操作中尋找原因，共同商討解決問題的辦法。學生嚴謹的實驗態度和科研團隊意識得到了加強。

3.學生的綜合實驗能力得到了提升。開展開放式實驗教學，學生的綜合實驗能力和發現問題、分析問題、解決問題的能力得到了加強：后續專業課教師普遍反映，這6屆動物醫學專業的學生對實驗的興趣較強，思維比較活躍；在畢業論文設計中，學生普遍反映分子生物學實驗提升了他們的實驗技能和分析能力，對實驗的開展和論文撰寫有很大的幫助；畢業論文指導老師也反映學生進入科研角色快，分析問題、解決問題的能力有所提高。尤其是考上研究生的學生，課題設計的敏捷思路使其可以無過渡地進入課題的研究實施中。

綜上，在分子生物學教學中開展開放式實驗教學，是培養學生創新能力、拓寬學生知識面、增加學生學習積極性和主動性的有效途徑，有力地促進了學生的個性發展，提高了學生的綜合素質。實踐證明，在高等農業院校開展分子生物學開放式實驗教學，是一個切實可行的實驗教學模式。