分子生物學(xué)實驗課程的改革探索

吳傳芳　李圓圓　王甜　趙云　王茂林

摘要：分子生物學(xué)課程是現(xiàn)代生物科學(xué)的前沿和交叉學(xué)科。實驗課程是培養(yǎng)學(xué)生將理論知識運用到實際科研中的重要的訓(xùn)練平臺，能更好地啟迪學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新思維，加強分析問題、解決問題的能力，推動人才的培養(yǎng)。分子生物學(xué)實驗課程通過加大對分子生物學(xué)實驗課程的投入，改變教學(xué)方法和內(nèi)容，改進(jìn)考核方式等形式進(jìn)行了改革，并取得良好效果。

關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)實驗；教學(xué)改革；教學(xué)手段

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）37-0272-03

分子生物學(xué)課程是現(xiàn)代生物科學(xué)的前沿和交叉學(xué)科。分子生物學(xué)實驗是分子生物學(xué)研究的重要手段和組成部分，是分子生物學(xué)教學(xué)的有力補充，學(xué)好分子生物學(xué)實驗課程對于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，強化理論教學(xué)效果具有重要作用。分子生物學(xué)與其他學(xué)科的交叉也主要體現(xiàn)為分子生物學(xué)實驗技術(shù)的應(yīng)用[1]。分子生物學(xué)實驗技術(shù)涉及很多現(xiàn)代生物技術(shù)中的核心技術(shù)，掌握分子生物學(xué)實驗技術(shù)已成為農(nóng)學(xué)、林學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等各學(xué)科的基本需要[2-5]，因此各個高校一般都將分子生物學(xué)實驗課程作為生物類專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，緊抓教學(xué)質(zhì)量，以期培養(yǎng)出更適應(yīng)社會需求的人才。我國也早在2007年1月，由教育部財政部下發(fā)了教高[2007]1號《關(guān)于實施高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的意見》、教高[2007]2號《關(guān)于進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》等相關(guān)文件，明確提出要高度重視實踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生實踐能力，加強實驗、實習(xí)等教學(xué)環(huán)節(jié)，著力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力[6]。四川大學(xué)作為全國最早開設(shè)分子生物學(xué)實驗課程的學(xué)校之一，對該課程一直非常重視，每年投入大量的經(jīng)費

改善實驗室的教學(xué)條件，為了適應(yīng)新時代的需求，經(jīng)過多年的教學(xué)實踐，分子生物學(xué)實驗課程也不斷在教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法、考核方式等方面進(jìn)行大力的改革。

一、分子生物學(xué)實驗教學(xué)改革前現(xiàn)狀分析

（一）教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)性、完整性不夠強

分子生物學(xué)實驗課程改革前實驗教學(xué)內(nèi)容多為驗證性實驗，如：植物基因組DNA、總RNA及質(zhì)粒的提取、瓊脂糖凝膠電泳、目的基因的PCR擴增、目的基因的酶切及與載體的連接、感受態(tài)細(xì)胞的制備、重組子的轉(zhuǎn)化與鑒定等實驗，實驗內(nèi)容雖然都是現(xiàn)代生物前沿基礎(chǔ)技術(shù)，而且具有一定的連貫性，但每次實驗都是單獨授課，學(xué)生只需按照步驟完成實驗即可。這樣授課的弊端就是學(xué)生上完課后并不能把理論知識與實驗技術(shù)有機結(jié)合，缺乏思考，遇到實際科研問題時不能運用所學(xué)技能解決，缺乏拓展性、創(chuàng)新性思維的訓(xùn)練。

（二）教學(xué)手段簡單，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性差，教學(xué)效果不明顯

改革前實驗課程采用的教學(xué)形式單一，很難調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。一般是教師確定實驗的目的和方案，實驗員準(zhǔn)備好實驗所需試劑和儀器，學(xué)生只需在規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行操作，完成實驗方案，上交實驗報告。這種程序化、被動式的教學(xué)導(dǎo)致學(xué)生對分子生物學(xué)實驗課程教學(xué)目的不明、學(xué)習(xí)興趣不高，產(chǎn)生學(xué)習(xí)上的倦怠心理。

分子生物實驗課程開設(shè)在本科二年級下學(xué)期，實驗操作中用到的儀器精密度較高，價格昂貴，實驗試劑加入的量均為微量級別，這與學(xué)生在此之前所做的實驗完全不同。雖然在上課時教師反復(fù)強調(diào)實驗的操作步驟和注意事項等方面，但很多細(xì)節(jié)學(xué)生不能及時掌握，實驗中容易出現(xiàn)試劑種類加錯，試劑加入量不準(zhǔn)確或錯誤操作儀器等，導(dǎo)致實驗失敗甚至儀器損壞等問題。此外，實驗課程一般設(shè)置是每周一次或隔周一次，學(xué)生不能經(jīng)常練習(xí)，鞏固加深實驗技術(shù)，有些知識剛學(xué)會，還沒完全掌握，到下一次實驗時已記不清如何操作，導(dǎo)致教學(xué)效果不明顯。

（三）考核方式相對單一，不能全面反映學(xué)生學(xué)習(xí)的真實情況。

改革前該課程的學(xué)生學(xué)習(xí)成績的評定標(biāo)準(zhǔn)為課堂上實驗操作考核只占總成績的20%，考勤占10%，實驗報告占70%。但教師在對學(xué)生成績評定過程的研究中發(fā)現(xiàn)由于分子生物學(xué)實驗課程是生命科學(xué)學(xué)院全體學(xué)生的專業(yè)必修課，開設(shè)的班級多，每次課學(xué)生人數(shù)較多，課堂上老師并不能關(guān)注到每個學(xué)生，學(xué)生成績的評定主要還是根據(jù)實驗報告中結(jié)果的好壞與報告的質(zhì)量來定，以至于學(xué)生中形成一種思維：只要實驗報告寫的頁數(shù)多，圖片精美，討論深刻就能得高分，實驗過程中操作是否規(guī)范，是否動作標(biāo)準(zhǔn)并不重要。這使得很多學(xué)生對實驗技術(shù)的學(xué)習(xí)流于應(yīng)付，不能達(dá)到學(xué)習(xí)該課程的目的。

這些問題嚴(yán)重影響了分子生物學(xué)實驗課程的教學(xué)質(zhì)量，也使得學(xué)生忽視實驗技能的提高，思維趨于懶惰，缺乏科研的自主性、創(chuàng)新性。分子生物學(xué)實驗課程作為一門實踐性的專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科，教師不只要注重學(xué)生動手能力的鍛煉，也要培養(yǎng)學(xué)生勤于思考的習(xí)慣和分析處理問題的能力。

二、分子生物學(xué)實驗教學(xué)改革方式

為了改變以上的缺點，改進(jìn)教學(xué)模式，提升教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)造性，達(dá)到分子生物學(xué)實驗課程的學(xué)習(xí)目的，在學(xué)校及學(xué)院的支持下我院分子生物學(xué)實驗課程組對本門課程進(jìn)行了全面改革，以學(xué)生為本，開發(fā)多樣化學(xué)習(xí)方式[7]，學(xué)生由被動式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為自主探究性學(xué)習(xí)[8]，改進(jìn)課程考核方式等。經(jīng)過近兩年的試驗，效果明顯。實驗課程的主要改革內(nèi)容如下：

（一）學(xué)校加強經(jīng)費投入和師資力量建設(shè)，提高教師教學(xué)能力

四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院歷來重視實驗中心的建設(shè)，目前分子生物學(xué)實驗室設(shè)備固定資產(chǎn)達(dá)到300多萬元，實驗教師均具有博士學(xué)位，教輔人員的學(xué)歷也在碩士研究生及以上。學(xué)院鼓勵教師積極參加國際、國內(nèi)各種教學(xué)研討會，與全國的同行進(jìn)行教學(xué)交流，學(xué)習(xí)其他兄弟院校的先進(jìn)經(jīng)驗，提高教學(xué)能力。此外，該課程每年還給教師配備了研究生助教，多人同時在課堂上進(jìn)行指導(dǎo)，及時發(fā)現(xiàn)并糾正學(xué)生實驗操作中的錯誤，幫助其形成良好的實驗習(xí)慣，掌握正確的實驗操作方式。

（二）拍攝實驗操作視頻，便于學(xué)生課前課后反復(fù)學(xué)習(xí)

為了讓學(xué)生更清楚實驗操作的方式及儀器的正確使用方法，教師將分子生物學(xué)實驗中涉及的實驗內(nèi)容和儀器使用按照模塊化的方式分別進(jìn)行視頻拍攝，并結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗，在視頻中增加了學(xué)生實驗中易錯環(huán)節(jié)的提示，對初學(xué)者進(jìn)行指導(dǎo)。學(xué)生在上課前就能清楚知道每個實驗的正確操作方法及注意事項，上課時有意識地加強學(xué)習(xí)，降低實驗失敗率，提高課程訓(xùn)練效率。

（三）建立課程網(wǎng)站和虛擬實驗室，加強師生間及學(xué)生間的聯(lián)系，提高學(xué)習(xí)的積極性

為了有效整合教學(xué)資源，拓展教師的教學(xué)方式、教學(xué)空間，提升教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的獨立能力及科研素質(zhì)，加強師生之間的互動，使課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)活動完整呈現(xiàn)，我們建立了分子生物學(xué)實驗的課程網(wǎng)站，將實驗操作視頻、動畫、圖片、PPT等資料放置其上，供學(xué)生自由學(xué)習(xí)。此外，我們還注重師生間課后的聯(lián)系與互動，利用網(wǎng)絡(luò)平臺收集和批改學(xué)生作業(yè)，對學(xué)生學(xué)習(xí)中遇到的問題及時在網(wǎng)上作答，方便學(xué)生的學(xué)習(xí)，促進(jìn)其對相關(guān)知識的理解與把握。

隨著社會新形勢的發(fā)展對人才要求的提高，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)受課程開設(shè)的時間、地點、人力和財力等問題的限制，不能顯著提高教學(xué)質(zhì)量，設(shè)計型和探究型實驗更難以開展。為解除此類限制課程教師還建立了虛擬實驗室，提供可操作的虛擬實驗儀器和試劑，學(xué)生既可通過實驗仿真平臺動手操作，又可自己設(shè)計實驗，利于培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力，分析解決問題的能力，科學(xué)探究精神和創(chuàng)新意識，學(xué)生對于科學(xué)知識的學(xué)習(xí)、探究、運用更有自主性[9，10]。

（四）重視實驗內(nèi)容的系統(tǒng)性，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力

教學(xué)內(nèi)容上整合原有的分子生物學(xué)課堂小實驗，創(chuàng)建系統(tǒng)分子生物學(xué)綜合大實驗[11]，給定選擇題目后由學(xué)生自行選擇并設(shè)計綜合大實驗流程。第一次上課教師只需要講解進(jìn)入實驗室的要求與注意事項，給定幾個備選大實驗題目，提供模塊化實驗視頻，由學(xué)生課后學(xué)習(xí)視頻，自行選擇題目并設(shè)計大實驗流程。第二次課程為實驗設(shè)計的展示，學(xué)生分別用PPT展示、講解自己的設(shè)計，由其他同學(xué)對其設(shè)計的流程進(jìn)行提問，討論其設(shè)計是否合理，是否能繼續(xù)優(yōu)化，最后確定最終流程。第三次課程開始動手能力的培養(yǎng)，是前期課程知識的應(yīng)用與實踐。對于實驗中出現(xiàn)的問題，首先要學(xué)生自己設(shè)法提出解決方案，并于實驗完成后師生共同討論實驗中的得失與感悟。實驗內(nèi)容的系統(tǒng)化后整個過程學(xué)生都參與其中，將學(xué)到的理論知識運用到實際的科研問題中，充分強調(diào)學(xué)生在實驗中的主體地位，不僅使學(xué)生養(yǎng)成總結(jié)和反思的習(xí)慣，也大大提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此，綜合大實驗?zāi)軌虺浞滞诰驅(qū)W生的潛能，對培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力，實驗動手能力以及解決實際問題的能力具有重要的意義。

（五）加強課程考核方式改革，提高學(xué)習(xí)積極性，科學(xué)檢驗學(xué)習(xí)效果

實驗課程中提高學(xué)生的主動性和積極性，不僅需要教學(xué)內(nèi)容和手段的提高，還要有科學(xué)合理的考核方式的配合[12]。為了充分檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，改變學(xué)生“輕操作重報告”的觀念，避免出現(xiàn)“高分低能”的現(xiàn)象，我們將課程考核方式變?yōu)椋簩嶒灹鞒淘O(shè)計占總成績的30%，實驗操作占40%，實驗結(jié)果占10%，實驗報告占20%。實驗流程的設(shè)計充分考核了學(xué)生對實驗?zāi)康模淼鹊恼J(rèn)識及對整個課程系統(tǒng)性的把握，能正確地將分子生物學(xué)實驗涉及的方法有機結(jié)合，真正達(dá)到課前自學(xué)的目的。這部分內(nèi)容是作為作業(yè)在第二次上課討論各自的實驗設(shè)計前上交，教師及時評定成績。討論后學(xué)生便清楚自己所獲得的分?jǐn)?shù)，督促其后續(xù)工作認(rèn)真努力，也有利于教師及時了解學(xué)生自學(xué)情況和對實驗整體的把握情況，可以有針對性地對學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)。

在實驗操作課程中，由于學(xué)生在課余時間自學(xué)教學(xué)視頻，因此在課堂上教師的主要角色由知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶒灢僮鬟^程的監(jiān)督者，實驗的講授時間縮短，有針對性地增加實驗技能的指導(dǎo)時間。為了公平評價每個學(xué)生，在實驗中教師為學(xué)生準(zhǔn)備了胸牌，上面清楚地記錄了每個學(xué)生的姓名及學(xué)號，方便教師監(jiān)督其操作過程是否符合規(guī)范，及時糾正錯誤。該過程成績由于在總成績中所占比例較重，激發(fā)了學(xué)生在課前的學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)習(xí)效果。

在實驗完成后，分子生物學(xué)實驗課程還增設(shè)了實驗內(nèi)容相關(guān)問題的討論和搶答環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生積極思考，提升了學(xué)習(xí)的趣味性，鞏固學(xué)習(xí)效果。

三、分子生物學(xué)實驗教學(xué)改革效果

經(jīng)過兩屆學(xué)生的實驗教學(xué)，分子生物學(xué)實驗教師對兩個年級349名學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查，學(xué)生的實驗技能與實驗素質(zhì)普遍提高，科研能力明顯增強。學(xué)生普遍認(rèn)為新的課程形式更能調(diào)動其實驗積極性，鍛煉其科研思維能力，提高實驗操作的動手能力，并改變其“做的好不如寫的好”的錯誤觀念，全面客觀體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，學(xué)生在課程中收獲較多。

四、結(jié)束語

高等教育肩負(fù)著培養(yǎng)數(shù)以萬計的高素質(zhì)專門人才和一大批拔尖創(chuàng)新人才的重要使命。提高高等教育質(zhì)量，既是高等教育自身發(fā)展規(guī)律的需要，也是辦好讓人民滿意的高等教育、提高學(xué)生就業(yè)能力和創(chuàng)業(yè)能力的需要，更是建設(shè)創(chuàng)新型國家，構(gòu)建社會主義和諧社會的需要。分子生物學(xué)發(fā)展迅速，為了培養(yǎng)高素質(zhì)人才，適應(yīng)社會需求，實驗課程的教學(xué)方法應(yīng)不斷更新。改革是一個需要不斷摸索與改進(jìn)的過程，希望在此基礎(chǔ)上我們不斷總結(jié)工作中的得失，開創(chuàng)新的方法，培養(yǎng)更多具備創(chuàng)新精神、科學(xué)思維及實踐動手能力的人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬利剛，鄭曉珂，趙樂，武慧敏，黃睿.中醫(yī)院校研究生分子生物學(xué)課程實驗設(shè)計探討[J].中國西部科技，2014，13（11）：99-100.

[2]李博偉，酈和生.分子生物學(xué)技術(shù)在水環(huán)境微生物研究中的應(yīng)用[J].綠色科技，2014，（4）：224-226.

[3]伏建國，劉金良，楊曉軍，安榆林，駱嘉言.分子生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用于木材識別的研究進(jìn)展[J].浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報，2013，30（3）：438-443.

[4]龍華.分子生物學(xué)的發(fā)展[J].生物學(xué)通報，2005，40（5）：58-60.

[5]郭燕，柳小青，馬紅梅，陳海嬰.分子生物學(xué)在媒介生物研究中的應(yīng)用[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，（9）：155-158.

[6]中華人民共和國教育部“關(guān)于進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革全面提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見”[Z].2007.

[7]曾文婕，黃甫全.課程改革與研究的新動向：彰顯學(xué)習(xí)為本[J].課程教材教法，2013，33（7）：3-10.

[8]劉智運.構(gòu)建大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的新體系[J].教學(xué)研究，2006，29（5）：377-383.

[9]羅星凱.實施科學(xué)探究性學(xué)習(xí)必須正視的問題[J].全球教育展望，2004，33（3）：43-46.

[10]盧福芝.生物綜合性實驗教學(xué)研究與實踐[J].科教文匯，2012，（4）：106-108.

[11]高云，劉曉宇，孫銘娟，鐘山，盧小玲，魏善建，焦炳華.醫(yī)學(xué)生物技術(shù)綜合性分子生物學(xué)實驗課程設(shè)計[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2014，16（3）：182-184.

[12]韓春艷，劉志偉，張晨，章慶民，許衡，馮麗娜，肖迪.應(yīng)用型本科院校“生物化學(xué)與分子生物學(xué)”課程群實驗教學(xué)改革探析[J].寧夏農(nóng)林科技，2012，53（12）：236-237.