生物科學專業應用綜合大實驗的設計與實踐

王晗 許曄 高學林

摘要：專業應用綜合大實驗是生物科學開設的專業課程。實驗教學是提高學生綜合素質和創新能力的重要環節。文章結合我校專業和學生特點，對課程的教學內容、教學方法和評價方式等進行了設計與實踐，旨在探索構建綜合性實驗課程的體系，為提高實踐教學質量、培養現代社會需求的高素質人才提供參考。

關鍵詞：綜合實驗;生物科學;創新能力;考核方式

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）50-0171-02

生物科學是一門實驗性和應用性很強的學科，實驗教學是高校教學工作的重要組成部分，是培養學生創新思維、創新能力和綜合實驗能力的重要途徑[1]。綜合能力包括傳統的實驗技能、技術操作，以及實驗設計、發現和分析解決問題的能力[2]。加強大學生綜合素質教育，培養科研創新實踐能力，有利于大學生的全面發展，也是實踐教學改革的重要內容[3]。

傳統的生物學實驗往往以驗證型為主，學生依據教科書中內容完成實驗，學習興趣不高;實驗內容相對陳舊，制約了學生自主學習和創新能力的培養[4]。不同課程實驗內容相對獨立，缺少學科間的聯系和銜接，不利于學生的綜合訓練[5]。如何促使各學科緊密銜接，將相關聯課程的教學內容整合為一套綜合實踐課程體系，已經成為實踐教學改革的重要目標之一[6]。為更好優化人才培養模式，我校生物科學專業增設了專業應用綜合大實驗，對學生的實驗技能和實驗方法進行綜合訓練。本文就課程實施中的方案設計、教學方法和評價方式等進行探討，以期培養社會需求的創新人才。

一、實驗總體規劃

專業應用綜合大實驗開設在大四學年，需要學生在掌握一定的生物學理論知識和基本操作技能的基礎上，運用本專業多門課程知識，將相互獨立的單元實驗和技術有效結合。生物綜合大實驗涉及范圍比較廣泛，可按照學科體系圍繞某一研究領域或方向組建模塊，適當增加前沿或熱點領域內容，并且充分考慮實驗的連貫性、全面性和綜合性。

我院專業應用綜合大實驗以植物為試驗材料，圍繞“鹽脅迫下水稻生理生化變化及基因特異性表達”這一主題，設置一系列相關實驗，共計36課時，包括水稻種植、不同鹽濃度的脅迫處理、水稻形態觀察及基本生理指標檢測、超氧化物歧化酶、過氧化物酶等活性檢測、丙二醛含量測定、可溶性蛋白含量測定、水稻鹽脅迫響應基因的檢索和引物設計、鹽脅迫響應基因的PCR擴增及表達量檢測等，最終形成一整套完整的教學體系。實驗內容涉及植物學、植物生理學、生物化學、分子生物學、生物信息學、文獻檢索等課程的原理與方法，卻又避免與常規實驗課程內容的重復。雖然實驗項目各不相同，但通過合理設計和有機結合，圍繞一個主題思想，所有內容相互聯系又逐步深入，使系統訓練與探索研究相結合。

綜合實驗體現了學生為主、教師為輔的教學模式，注重實驗的設計性、探究性、綜合性。教師在實驗過程中給予學生足夠的空間進行自學、選擇和嘗試，確保學生從實驗設計到討論都參與其中。針對探究中遇到的問題，教師積極引導學生思考并提出合理有效的解決方案，培養學生理論結合實踐的能力。

二、教學形式的多樣性

教學初期，教師講解課程目標和總體思路，學生以小組為單位，自主查閱文獻，設計具體實驗方案，比如水稻種植方法、鹽濃度的選擇和處理方法等。學生自己準備和操作實驗，遇到問題時要主動思考并提出解決辦法。研究材料和對象不拘泥于固定一種：教師提供4種水稻品種，各小組可選擇其一進行研究，并與其他不同材料組的實驗結果進行橫向比較;學生可自主選擇某一基因設計引物，不同學生的PCR條帶有所不同。

每次實驗形成一份實驗報告，教師及時批閱，發現問題后立即予以糾正。所有實驗結束后，學生以小組為單位制作PPT匯報交流，并對問題進行討論，最后由教師點評及指正。此外，教師提供相關的典型文獻讓同學提前閱讀，并鼓勵同學踴躍講解文獻中相關的圖表、數據和結論，教師最后進行補充和講解，幫助學生學習如何將這些數據進行有效匯總和分析，如何撰寫論文。課程結束后學生整理所有數據，按照科研論文的格式撰寫一篇簡單的論文，鍛煉語言組織和表達能力、分析思考能力，以及科學論文的撰寫能力。

三、實驗小組的合理安排

綜合大實驗周期長，研究內容復雜，教師需要合理安排實驗小組，培養學生溝通協作能力和共同分析解決問題的能力。每小組3位同學，分工合作完成實驗的設計和實施。實驗中提供4個不同的水稻品種，每個品種由3個小組做平行實驗。采用同一品種的不同小組之間可進行平行實驗的觀察，例如比較水稻培養的情況，而不同品種的小組成員之間也可互相觀察和比較，了解4個品種之間在鹽脅迫處理前后各項指標的差異。對于單次實驗中的生理生化指標測量，每位學生均獨立完成，后期可根據小組內的單個測量值計算其平均值，反映測量的差異程度。在引物設計及基因表達檢測方面，每位學生均獨立查詢、選擇感興趣的鹽脅迫響應基因并自己設計引物，除去重復的引物序列，全班同學最終使用的引物數目達到10對。RT-PCR結果呈現多樣化，有未擴增出條帶的，有擴增出非特異條帶的，大多數有特異性條帶出現。這種綜合設計性實驗雖然難以保證每位學生都能獲得預期目標條帶，但教師進行指導和檢測，可確保最大限度地成功率。與普通實驗課程教師提前驗證，與提供特定的單一引物相比，學生自主設計更有利于提高其實踐動手能力以及分析和解決問題的能力。

受時間和內容限制，實驗課中教師直接提供cDNA模板，而RNA的提取和反轉錄操作則作為補充內容，由感興趣的同學在課余完成。這些同學較為熱愛分子生物學，或者立志于考研，希望多接觸些實驗技術。班級四分之一同學加入興趣小組，利用周末學習相關原理和技術，拓展學習內容。

四、實驗考核方式的多元化

科學、客觀的實驗評價體系是檢查教學質量的重要標準，并且能夠引導學生健康發展[7]。合理的成績評定需要建立多元化的實驗評價機制。（1）實驗設計（20%）：實驗設計方案的可行性和實施情況。（2）平時成績（10%）：學生課堂表現和出勤情況，學生實驗技能的熟練程度和操作能力。（3）實驗報告及答辯（40%）：實驗報告內容是否完整，分析討論是否全面;答辯PPT制作是否美觀，圖表是否準確規范，講解是否清晰，對答如流。（4）課程論文撰寫（30%）：論文結構是否完整，圖表制作及文字書寫是否規范，分析是否到位，參考文獻是否合理引用。多元化的實驗評價體系兼顧了實驗過程和實驗結果，有利于激發學生的學習興趣、提高其綜合能力。

五、結語

專業應用綜合大實驗是學生本科畢業前的最后一門實驗課程，擺脫了按部就班的機械性操作，拓展了學生的創造性思維。學生能主動參與實驗的設計及實施，將所學知識和技能綜合應用到實驗環節，其主觀能動性得到充分發揮，探索、分析和解決問題的能力都得到提升。該教學模式為培養全面發展的創新型人才奠定了基礎。

參考文獻：

[1]項俊，方元平，鐘玉林，等.地方院校生物科學專業綜合實驗體系的探索[J].高校生物學教學研究，2013，3（3）：57-59.

[2]劉鍇棟，黎海利，魏伍川，等.地方師范院校生物科學專業生物綜合大實驗課程體系的探索[J].大慶師范學院學報，2016，36（3）：91-93.

[3]田秀梅，張立鵬，裴紅彬，等.大學生科研創新實踐能力培養的組織管理研究[J].河北師范大學學報，2012，14（4）：94-96.

[4]席雪冬，肖淑芹，于志國.應用生物科學專業綜合實驗課程的改革與探索[J].教育現代化，2017，（4）：26-27.

[5]韓宏巖，許維岸.生物類本科生綜合實驗設計與實踐的探索[J].實驗室研究與探索，2014，33（3）：168-171.

[6]徐波，戴晨霞，陳明輝，等.生物技術專業多學科綜合實驗教學改革研究[J].大學教育，2017，（6）：1-3.

[7]史玲玲，馬超.北京林業大學“生物制藥”課程實驗教學改革初探[J].中國林業教育，2014，32（6）：63-65.