課題引導的本科生物學實驗教學探索和實踐

◆劉文胡巍

(山東理工大學生命科學學院)

創新人才培養是時代賦予大學的歷史使命和義不容辭的歷史責任。只有培養出具有創新精神和創新能力的創造型人才，才能適應社會發展的需要。實驗教學作為高校重要的實踐環節，在創新能力培養方面應當發揮重要的作用，傳統的教學模式和教學方法，有些內容已經不符合現代教育思想的要求，新的教學理念和教學模式值得研究和探索。

一、兩種實驗教學模式

過去常規的實驗教學一般是以知識的鞏固驗證以及實驗技術的學習掌握為目的，讓學生通過不同的實驗項目驗證理論知識，獲得感性認識，學習實驗方法，掌握實驗技術和儀器設備使用。這種實驗教學模式可以稱之為“知識引導的實驗教學”。

把科學研究成果移植到實驗教學中，設計綜合性的實驗課題項目，將教學內容更新重組，融入課題項目之中，使學生帶著需要探究的問題開展實驗，此種實驗教學模式可稱為“課題引導的實驗教學”。學生在“實戰”中得以提高素質、培養能力、學習創新。

二、課題引導的分子生物學實驗教學改革實踐

(一)分子生物學實驗教學概況分子生物學是二十一世紀的前沿

學科，迅速發展的分子生物實驗技術是分子生物學的一個重要組成部分。普通本科院校生物工程、生物技術、生物科學等專業均開設分子生物學實驗課程，一般包括幾個相對獨立的實驗項目，每周完成一個實驗項目，學習質粒提取、PCR、DNA重組、轉化、電泳檢測等實驗技術以及離心機、微量移液器、PCR儀、電泳系統等儀器的使用。

(二)用于實驗教學的課題設計

用于實驗教學的課題要符合大綱要求、與教師科研結合、綜合性強、難度適中。例如，課題“目的基因原核表達載體的構建及目的蛋白誘導表達和檢測”，所需教學課時為32學時，內容包括:目的基因及載體的獲得與檢測、DNA酶切與連接、感受態制備與重組DNA轉化、陽性克隆篩選與鑒定、目的蛋白誘導表達與檢測等，約十幾個分項目連貫在一個相對完整的研究課題中，成為一個綜合性的分子生物學實驗。

課題每一個環節都相互關聯，學生進行的每一步實驗都是為下一步打基礎。課題包含了分子生物學技術基礎內容(基因工程中的基因操作和產物檢測)和分子生物學發展前沿性知識(研究項目中涉及到的背景知識)，強調了實驗的綜合性、連貫性和探索性，也便于教師根據實驗室條件、計劃教學課時、學生情況等在每個分項目中添加實驗新的技術、擴充實驗內容。

(三)“課題引導的實驗教學”組織方式

1.每組一題。為了豐富研究內容，將學生按20人左右分成大組，每個大組的課題題目有所不同。可以選擇不同的表達載體，不同的目的基因，不同的酶切位點，不同的重組載體的檢測方法等。例如，目的基因可為白細胞介素基因或丙肝病毒C抗原基因;載體可選用溫度誘導型的表達載體pBV220、化學誘導型表達載體pQE－30及用于目的基因測序的T 載體;鑒定重組質粒可用菌體PCR檢測、酶切檢測或藍白斑檢測。除此之外，還可以進一步對表達產物進行分離純化、功能鑒定等深入研究。每組完成一個完整課題，但是遇到的問題不完全相同，有了更多分析問題、解決問題的機會。在每個大組中，2～4名同學組成實驗小組進行實驗，分工協作。

2.集中實驗。每組用連續幾天(如4天、32學時或更多)集中完成整個課題。集中實驗與課題研究的連續性和完整性相配合。改變以往每周完成一個實驗項目，學習一個單一實驗技術的分散教學模式。

3.編寫配套教材。編寫的《分子生物學實驗指導》包含常規實驗操作方法、常用儀器使用、常用試劑配制、實驗注意事項、問題思考等內容，科學和全面地反映分子生物學實驗教學新模式的要求，可為學生進行實驗提供有針對性的指導，同時還可以作為學生課外探究活動的參考。

4.教學輔助系統的建設。制作實驗教學課件、利用學校的網絡課程平臺建設分子生物學實驗網絡課程，網絡課程平臺包括教學大綱、教案、多媒體課件、教學資源、教師答疑、網上討論等幾個模塊，并提供動畫、圖表和視頻等素材，豐富的形式和內容為學生提供更便利的課堂外學習條件，便于學生自主學習、拓展視野和相互交流。

5.撰寫科技論文形式的實驗報告。實驗結束后，教師指導學生就整個課題研究寫一份標準論文格式的實驗報告。通過寫論文，學會科學規范地闡述和展示自己的研究過程和結果，以及對實驗結果的分析討論。而不是以往一樣在每個項目后僅寫一份簡單實驗報告。

幾屆學生的教學實踐表明，新的教學模式很好地調動了學生的興趣和積極性，收到了良好的教學效果。很多同學交出了不錯的論文，從中可以看到學生認真扎實的實驗過程和深入細致的思考。

三、“知識引導的實驗教學”與“課題引導的實驗教學”的比較

(一)兩種實驗教學模式凸顯不同的教學理念

“知識引導的實驗教學”其特點是實驗項目大多是驗證性的、相互孤立的、為了讓學生掌握知識和技術而去做實驗。探究和創新的成分較少，前后項目沒有因果聯系，實驗過程和結果非常明確，一般不會出現問題也不需要學生進行深入的思考，學生在教師指導下被動地完成學習過程。

“課題引導的實驗教學”模式中，學生需要根據具體的課題自己或與小組成員一起設計具體實驗流程或判定實驗流程的合理性，為完成課題學習新的實驗方法，掌握相關儀器的使用，對遇到的問題進行分析和思考，對實驗結果進行判斷和討論，在實驗過程中獨立思考、獨立操作、主動求知。突出實驗教學的能力和素質培養目標，知識和技術的學習始終圍繞課題的解決進行。

(二)兩種實驗教學模式達成不同教學效果

“知識引導的實驗教學”和“課題引導的實驗教學”兩種模式所用的教學課時相同或相似，但是:前者教學的主體是教師，學生圍繞教師的教學進行學習，后者的主體是學生，學生圍繞探究的課題主動展開研究和學習，教師只起輔助指導作用。

前者教學內容往往是一成不變的，幾個實驗項目可能教幾屆甚至幾十屆學生，后者可以根據學科發展、教師科研項目、學生興趣等靈活變換不同的課題題目或探究方向。

前者的教學過程由于缺乏探究的實戰訓練，學生遇到實際問題時往往不知道怎樣靈活運用所學知識，而后者的教學過程是學生解決實際問題的過程，實踐過程中技術方法的掌握及能力的養成往往是非常牢固的。

前者以知識和技術的掌握為教學目標和終點，而后者以課題的解決為目標，在課題研究的過程中自然會激發學生主動求知的積極性，引發深入的思考、產生更多思想火花，甚至學生會把探究的習慣延伸到以后的學習生活中，課堂上的實驗教學成為一種創新能力的引導，是創新和探究的起點。

四、“課題引導的實驗教學”要點和展望

(1)精心設計。課題選擇應限定在教學大綱要求、教學課時和學生實際能力范圍之內，同時，提出實驗時間安排的建議。不能盲目和隨意，以免影響正常的教學秩序。

(2)過程把握。備課階段要分析學生實驗可能遇到的問題，并做好充分準備，避免因一個實驗環節出問題影響后續實驗。準備好相應的備份材料，以補救學生可能出現的實驗失敗。

(3)組織有序。教師隨時了解、指導各個小組的實驗進度，并充分調動和發揮學生的積極性。組織一部分學生參與前期準備，培養熟悉實驗室工作的骨干，使他們在課題研究中起到教學助手的作用。

(4)不斷創新。鼓勵學生勇于置疑、勤于思考、善于發現問題、習慣分析討論找到解決問題的方法。鼓勵探索、引導創新，在探究實踐中學習是新的教學模式的精髓。

五、結語

生物學發展迅速，新技術、新理論不斷涌現，實驗教學應當跟上學科發展和技術的進步。“課題引導的分子生物學實驗教學”把大學的專業實驗教學與教師的科研課題有機結合，增加了實驗教學的綜合性和創新性，解決了新知識新技術進課堂的問題，同時在建立新的實驗教育理念和創新人才培養模式方面也進行了初步的探索和實踐。

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