本科生分子生物學實驗教學改革探討

張在寶 劉慧娟

摘 要 本文結合分子生物學技術的發展和近幾年在本科生實驗課堂中積累的教學經驗，總結梳理了學生在對分子生物學實驗原理及相關的實驗技術掌握過程中所遇到的問題，從教學內容、教學方法和考核方式上對分子生物學實驗課程進行了改革和探索。具體內容主要包括篩選代表性實驗用作實驗教學、通過各實驗間的聯系培養學生的科研思路、引導學生主動學習和考核方式多元化等多個方面。通過此次教學改革，學生的專業技能得到了很大提升，取得了很好的教學效果。

關鍵詞 分子生物學 本科生 實驗教學改革 專業競爭力

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.09.028

Abstract This article combines the development of molecular biology technology and the teaching experience accumulated in undergraduate experimental classrooms in recent years， summarizing the problems encountered by students in the process of molecular biology experimental principles and related experimental techniques， from teaching content， teaching methods and assessment methods have been reformed and explored in molecular biology experimental courses. The specific content mainly includes screening representative experiments for experimental teaching， cultivating students' scientific research ideas through the connection between experiments， guiding students to actively learn and diversifying assessment methods. Through this teaching reform， the students' professional skills have been greatly improved， and a good teaching effect has been achieved.

Keywords molecular biology； undergraduate； experiment teaching reform； professional competitiveness

分子生物學是當今生命科學領域最重要的分支學科之一，也是生物類專業的核心課程，主要是在分子水平上研究核酸、蛋白等生物大分子的結構與功能，是一門以實驗為主的基礎學科。自20世紀50年代沃森和克里克發現DNA的雙螺旋結構以來，分子生物學及其相關的實驗技術一直都在蓬勃地發展著。因此，對于當代生物類專業大學生，必須要熟練地掌握相關的分子生物學實驗原理及技術。就現實而言，由于分子生物學實驗大多時間長、內容多，而學生的實驗課時又相對較短，要想使學生在最短的時間學到最多的知識和得到最好的鍛煉，分子生物學實驗亟待改革。筆者就傳統的實驗教學進行了研究和思考，結合我校生物科學與生物技術專業的培養目標，重新調整教學內容、完善教學方法以及采用科學合理的考核方式。旨在通過教學改革的方式提高學生的動手操作能力、解決問題的能力和科學素養。

1 對傳統教學的思考

1.1 教學模式單一，無法激發學生學習興趣

在以往的教學實踐中，授課老師一般先在實驗前給學生講解實驗目的、原理、材料、步驟、結果和討論等固定模式，注明實驗過程中可能出現的問題，有的教師為了方便，甚至為學生提供結果和討論題的答案以幫助其完成實驗報告。此外，部分分子實驗時間較長，如感受態細胞的制備就需要先將大腸桿菌培養過夜，但囿于實驗學時的限制，實驗教師往往是提前做好一切準備工作，待實驗課開始時，學生只需按照既定步驟實施并完成實驗即可。這些無疑會導致學生眼高手低，表面上看是完成了實驗，但一離開書本上的實驗步驟，便又會無所適從。而對于每一實驗步驟背后原理的理解，也常常無從談起。長此以往，學生“做多思少”，自主能力下降，實驗課形同虛設。

1.2 傳統教學內容系統性差，缺乏連貫性

在傳統分子生物學實驗實踐中，各實驗課程內容上雖有聯系，但實驗教師卻多按照獨立的實驗來教學。此外，部分老師只注重實驗過程，認為學生只要了解具體的實驗步驟即可，結果的好壞并不重要。教師的這種思想往往會造成學生在實驗過程中不注重細節，如應該在超凈臺上挑取單菌落培養細菌時，學生則在普通實驗臺上完成。這些教授方法雖然能夠提高學生的實驗操作能力，但是具體的科研思路沒有建成，甚至會對學生基本的科學素養造成極其嚴重的影響。“授人以魚不如授人以漁”，實驗技能的鍛煉固然重要，但科研思路的培養則應是重中之重。

2 教學內容的調整

2.1 篩選代表性實驗用作實驗教學

為了充分體現分子生物學實驗在科學研究中的重要性，我們認真地篩選了不同方面具有代表性的重要實驗。具體的實驗有利用PCR擴增目的基因、目標產物的回收與純化、感受態細胞的制備、PCR產物與載體的連接及連接產物的轉化、陽性克隆的篩選與鑒定及質粒DNA的提取、克隆片段的鑒定、雙脫氧末端終止法測序的原理及目標基因cDNA序列拼接和分析、mRNA表達量水平分析、酵母表達載體的構建、酵母的轉化和篩選、利用酵母雙雜交技術篩選互作蛋白等11個實驗。這些實驗基本上涵蓋了當今科學研究所需要的基礎實驗，具有較強的代表性。在提升學生基本實驗技能和深化理解實驗原理的同時，還能夠進一步誘導學生發現問題，進而促使其分析和解決問題，提高學習的積極性。

2.2 注重實驗聯系，培養科研思路

我們選擇教學的實驗基本涵蓋了分子實驗的基本點，同時各實驗之間又有一定的聯系，比如利用PCR技術擴增的DNA和感受態細胞的制備為后期重組基因體系的構建提供了材料。我們著重關注了實驗間的聯系性，并經過科學地分析研究，最終制定了由淺及深、由基因到蛋白的實驗順序，為學生建構一個脈絡清晰、系統性強的分子生物學實驗知識體系。并充分利用有限的時間在提高基本實驗技能的基礎上，初步培養學生的科學研究思路。

3 教學方法的完善

3.1 引導學生“自主式”學習

任何教學都是雙向的活動，既要教師的引導，又要學生的積極參與（姜立春etal.，2015）。每2個學生為一個實驗組，給每個組分配具體的任務，促使學生課前主動收集資料，提出問題；課中親自動手操作，試著解決自己提出的問題；課后通過實驗報告的撰寫，鞏固實驗原理和實驗步驟。將以學生為主的“自主式”學習和以教師為輔的“引導式”教學相結合的方法，大大地提升了教學質量，點燃了學生們的學習熱情，并使學生成為學習的主題，鍛煉并提高了學生的科研思路和能力。

3.2 采用理論和實踐緊密結合的教授方法

理論與實踐是密不可分的，兩者缺一不可。我們為了讓學生既要立足于實踐，又要理解實驗原理，所以采取了開放式的實驗教學。我們要求學生利用網站資源提前預習，實驗課前提交預習報告；建立新型教學實驗室，利用各種資源如網絡課件、電子教案和實驗視頻等多種現代教學手段輔助教學。為了確保每個學生都有機會親自動手操作，我們將原來的4人一組變為2人一組，并對每個小組分配有具體的實驗任務以促使每個人都參與到實驗中來。這些改變大大提高了學生的參與度，激發了學生的學習興趣，深化了對實驗原理的理解，有助于加強每個學生的專業技能，增強專業競爭力。

3.3 根據不同教師的研究領域，多個教師分別授課

分子生物學實驗涉及面廣，涵蓋了分子生物學、分子遺傳學、生物信息學和微生物學等多種學科（邢曉為and鄧昊，2015）。隔行如隔山，每個教師都有其專一的研究領域，以往的教學效果表明，跨專業教學帶來的效果不是十分理想。教師遇到關于自己研究領域的實驗課程，傳授的內容會更全面、更有深度，然而對于自己所不熟悉的實驗課程，往往只是根據實驗步驟“讀一遍”而已，這樣的效果無疑很差。因此，根據不同教師所側重的科研領域，我們安排了研究植物功能基因、生物信息學和微生物學等3個不同領域的教師來教授不同的實驗。這樣一來，不同的實驗由相關領域的專業教師授課，專業教師通過以往的學習積累，對實驗中的經典和前沿知識進行整合并引導學生熟練掌握。此外，教師還可以以自己發表的或本領域的經典論文為模板，為學生建構科研思路，拓寬學生眼界，從而提升學生的科研能力。

3.4 實驗“戰線”不宜太長

分子生物學實驗周期長，系統性強，綜合性高，內容涉及面廣，對其原理的理解和掌握需要一個長期、反復的學習過程（張英etal.，2017）。我們安排的11個分子生物學實驗聯系性強，需要在一個相對較短的時間內完成實驗課程。我校每學期的時間跨度一般為20周，因此，為了突出各實驗之間的聯系性，鍛煉學生的科研思路，我們將實驗課程時間安排在6周以內，每周安排8個學時，分兩次進行。實驗前2周，讓學生先查找相關資料，寫出預習報告；實驗過程中，學生初步完成實驗報告；實驗課程全部結束后的2周時間內，學生自主地查漏補缺，完善實驗報告。之后為了避免學生對實驗課程生疏，我們根據各個實驗的重要性，每周選擇性地安排了1個實驗以讓學生溫故知新。

4 科學合理的考核方式的探索

本科生階段是學生積累專業知識的最好時期。分子生物學實驗開展的目的是為了讓學生更好地掌握和理解理論知識、提高學生基本的實驗操作技能、培養初步的科研思維以及鍛煉他們分析和解決問題的能力（文靜etal.，2013；趙歡，2016；張英etal.，2017）。因此，為了多方面測試學生的學習效果，我們采用了多元的考核方式。分子生物學實驗最終成績由4部分組成：第一，平時成績20%，其中考勤占10%，實驗態度和操作占10%；第二，預習報告占10%，實驗報告占15%；第三，實驗操作考試占25%，包括常用儀器的使用、常用實驗技術操作的熟悉程度；第四，實驗閉卷考試占30%，內容涉及實驗原理、實驗問題分析和實驗心得等。

科學有效地評估學生的學習效果，是提高實驗教學質量的有力方法。通過這種科學的考核方式，準確全面地評估了學生的學習效果，為學生進一步有目的地提升自己的專業能力提供了科學的參考依據。

5 總結

有人預言21世紀是生物科學的世紀，但不是生物類專業學生的世紀。歸根結底還是生物類專業畢業生的專業知識薄弱、實驗技能生疏以及科研能力低下。分子生物學是當今生命領域的前沿學科，通過分子實驗學實驗的教學改革來培養學生的科研能力，從而提高專業競爭力，無疑是一種非常好的途徑。按照這個目的，筆者經過多年的科研和教學經驗，探索出一套適合本科生的分子生物學實驗課程，以期為我國生物類專業人才的培養事業添磚加瓦。在今后的教學實踐中，我們還會不斷地推陳出新，與時俱進，具體問題具體分析，不斷地完善分子生物學實驗的教學藍圖，使學生在新時代具有不可替代的專業競爭力。

參考文獻

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