淺談分子生物學的實驗教學

唐穎蕾

摘 要：分子生物學是一門在分子水平上研究生命現象的學科，是人類打開生物這個神秘世界的寶貴鑰匙。分子生物學也是一門實驗性很強的學科，與其他學科相比，分子生物學的實驗技術要求很高，因為分子生物學實驗是實踐與理論相結合的典型課程，所以在教學中注重培養學生在學習過程中的創新意識和自主學習能力非常重要。

關鍵詞：分子生物學;實驗教學;方法策略

中圖分類號：G642 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

引言

分子生物學是在分子層面上解析生命現象的科學，其主要研究內容圍繞著生物大分子的復制、轉錄、翻譯和調控的過程展開。分子生物學是高等教育中生物學專業的學生接觸到的第二門專業課，其理論與生物化學、遺傳學緊密地交織。全面系統地掌握分子生物學知識為進一步學習基因工程、細胞生物學、發育生物學、結構生物學、生物信息學等前沿學科奠定基礎。分子生物學實驗課程與分子生物學理論課程相配套，力求讓學生通過實驗操作過程更好地理解分子生物學的理論知識。然而現實中的實驗教學的效果并不理想，本文將就如何解決分子生物學實驗教學中出現的問題進行探討和改革。

1 分子生物學實驗教學存在的問題

1.1學生興趣不高

分子生物學理論課較抽象，尤其是現代分子生物學的技術部分，學生難以理解，再加上分子生物學實驗一般耗時較長、操作要求高，很多學生對此有排斥心理。

1.2實驗條件不足

受設備數量、試劑價格、實驗課時和場地的限制，分子生物學實驗分組人數一般為4～5人，極難滿足每一位學生動手操作的需求。在實驗中發現，個別小組中只有1～2個學生在動手操作，而稍有惰性的學生則處于觀看狀態，這些學生操作能力得不到鍛煉。

1.3實驗缺乏綜合性和創新性綜合性

實驗時間連續性強、耗時長，受課時和實驗室限制，綜合性實驗項目開出率幾乎為零;同時，由于實驗教學方法落后，學生的主動意識不強，設計性實驗項目也比較少。綜合性和設計性實驗的缺乏，不能滿足學生對現代分子生物學技術發展的深入理解，更難培養學生自主思考、獨立解決現實問題的能力。

1.4實驗課堂科學管理方法不完善

受課時、場地、試劑價格的限制，較貴重儀器設備缺乏，每次實驗安排學生人數多，實驗教師的力量則相對薄弱，導致實驗秩序欠佳。

1.5實驗課程考核方法不合理

由于學生人數多，平時溝通少，教師對大多數學生不了解，也不能在實驗過程中注意到每一位學生的表現，故目前對實驗的考核只能參照實驗報告和點名考勤。同時，以往的考核方式側重于實驗結果的考核，只要實驗報告結果合理，分數就不會差。這種考核方法，一方面助長了實驗積極性不高的學生的惰性;另一方面使有些學生為了得到所謂“正確”的結果，隨意修改實際數據或者抄襲別人的結果，極少主動分析自己的實驗數據。根據雷同化的實驗報告，教師很難分辨出成績的真假和高低，難免造成評分不合理的情況，這在一定程度上挫傷了部分學生操作的積極性。

2 分子生物學實驗教學改革措施

2.1加大實驗室的配套建設，增加學生的動手機會

近年來，學校和相關院系加大了對分子生物學教學實驗室的投入，完善其硬件設施的建設，確保實驗儀器、材料、試劑的充分供給，實現了實驗分組的最小化;在實驗課程安排上，盡量讓每個同學獨立操作，即使有些實驗環節需要小組成員合作，也要求每個組員都參與到其中，各司其責;在撰寫實驗報告時，每個同學都有獨立的實驗結果，有效地避免了雷同實驗報告的出現。

2.2增設運用到新理論新方法的實驗項目

現行的分子生物學實驗重點介紹了基于DNA連接酶的分子克隆技術，該實驗讓學生了解了分子生物學實驗中的常規的工具酶如TaqDNA聚合酶、T4DNA連接酶的活性和特點。然而近年來，分子生物學發展突飛猛進，涌現出了一系列新的實驗技術與方法，逐漸取代了傳統的酶切連接技術，比如一步法克隆技術已經被廣泛地應用于各種載體的構建中。該方法利用同源重組的原理，可以在質粒的任何位點進行一個或多個目標DNA的片段的插入，而不需要任何限制性內切酶和連接酶，具有位點選擇靈活、快速簡便、精確和克隆效率高等特點。因此，在原有實驗內容的基礎上，增設了一步法克隆實驗，通過與同時實施的傳統的酶切連接實驗相比較，讓學生體會到新方法的便捷和強大，還有助于學生對于DNA同源重組這一教學難點的理解。

現代的分子生物學研究已進入功能基因組時代，對基因的編碼產物蛋白功能的分析已成為高水平研究中的關鍵環節，也是基因功能的最終體現。然而傳統的分子生物學實驗并沒有涉及這方面的內容。免疫沉淀技術可以從生物體的上千種不同的蛋白質中，富集純化處于天然狀態的特定蛋白，有利于進一步的蛋白功能的詮釋。在傳統分子生物學實驗中開展的southern雜交實驗有許多等待的時間，我們同時并行開展了免疫沉淀和western雜交的實驗，既讓課堂時間得到更高效的利用，又開拓了學生的視野。

2.3利用網絡資源擴展教學內容

互聯網及超文本鏈接的應用為實驗知識的傳授和教學提供了更廣闊的空間。龍巖學院已將分子生物學實驗課程建設為網絡課程，在課程中心平臺設有課程介紹、教學大綱、教學進度表及教師信息等基本信息以及全部教學資源（電子教案、視頻和課件等）。學生有固定的賬號和密碼，可隨時登錄網站進行學習。為了滿足學生課外學習的要求，幫助他們了解前沿的分子生物學實驗技術，在網絡課程上還附有一系列相關網站的鏈接，為學生指明學習途徑。網絡上許多論壇涉及到與實驗相關的內容，還包括一些實驗失敗的關鍵技術細節的探討與總結，借此可以引導學生網上檢索、尋找實驗過程中遇到問題的解決方法，既有助于提高學生的文獻檢索能力，又增加了學習的興趣，通過培養學生的實驗學習習慣，從而鍛煉他們解決問題的能力。

2.4VR教學模式

現在有一種走在時代前沿的技術———VR（VirtualRe-ality），即虛擬現實技術，它是一種利用計算機生成一種模擬環境創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，具有多源信息融合、交互式和三維動態視景等特性，可以使用戶沉浸到該環境中。目前，該項技術已經運用至微生物學上，突破了成本高、周期長、時空局限、易導致污染等限制。學生可以隨時隨地在虛擬環境中展開實驗，這提高了學生的實踐能力。南京農業大學利用虛擬現實實驗教學模式主要從應用微生物學和基礎微生物學兩方面構建教學內容，同時，結合學校的廢水、污水的排放問題，把處理該問題的技術、食用菌資源的調查等科學研究成果轉化為教學資源和豐富的教學內容。

虛擬現實教學模式的引入是現代科技發展的產物，與時代緊密結合。以現代教學方式拓寬教學領域并設置創新型功能模塊，不僅豐富了教學內容，還提高了學生的學習興趣。但在實際應用中，我們要避免完全將VR技術代替實際的實驗操作過程，應虛實結合，充分發揮其優越性。

結束語

分子生物學實驗課程的設計思想是緊密結合學科的理論基礎，緊跟學科的發展，將科研中成熟的先進方法和技術通過實驗教學傳授給學生。然而近年來，傳統的分子生物學實驗課程逐漸暴露出一些問題和急需完善的方面，通過對該課程進行教學改革，充分地調動了學生的積極性和主觀能動性，滿足了學科迅猛發展的需要，為培養出兼具嚴謹與創新精神的科研人才打下基礎。

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