提高分子生物學實驗教學質量的探索

張慶琛，朱曉琴，韓 霜，曹 靜，裴冬麗

(商丘師范學院 生物與食品學院, 河南 商丘 476000)

分子生物學是研究核酸、蛋白質等所有生物大分子的形態、結構特征及其重要性、規律性和相互關系的科學，是人類從分子水平真正揭開生物世界的奧秘，由被動適應自然界轉向主動改造和重組自然界的基礎學科[1]。分子生物學實驗是分子生物學教學體系中一個重要組成部分，是學生運用技術原理錘煉技能的一個重要的環節，對培養學生的創新思維、科研能力等發揮著重要的作用。針對分子生物學實驗教學中存在的主要問題，結合本團隊多年來教學的實際情況，本團隊對分子生物學實驗教學進行了改革與探索。

1 分子生物學實驗教學中存在的主要問題

1.1 傳統教學模式一定程度上限制了學生主動性、創新性

分子生物學實驗的傳統教學模式是以教師的教為中心，學生的學只有被動學習。整個教學流程為教師按照實驗項目先講解實驗原理、實驗目的、試劑與儀器、實驗步驟和注意事項等內容，學生聽完教師講解后照葫蘆畫瓢進行實驗操作、記錄實驗結果和撰寫實驗報告，實驗報告幾乎以相同的內容提交給教師[2]，學生也因缺乏如課前主動預習、發現問題等學習的必需環節，課后不能再現課堂場景[3]，很快就會遺忘課上所做實驗。這種“以教師為中心”的教學方式不利于發揮學生的學習主動性和培養學生的創新思維、科研能力等。

1.2 教學內容多為驗證性實驗，缺乏系統性

傳統的分子生物學實驗教學內容一般是參照分子生物學實驗指導(如魏群主編)內的實驗項目進行的，且多為驗證性實驗。例如質粒DNA的提取及其定性定量分析、植物基因組DNA的提取、瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA等，實驗內容設定相對簡單，不利于培養學生創新思維；實驗項目間相互獨立、缺乏系統性，這導致學生在學習過程不能很好地將分子生物學的各項技術手段串聯一起形成完整的體系架構，更不能舉一反三，最終影響了實驗教學的質量和效果。

1.3 考核方式不太合理

目前，高校本科生分子生物學實驗成績主要采用以實驗報告和期末考試成績作為成績評定的標準。本校前期對其實驗課教學改革時，將實驗成績設置為30%平時成績和70%的期末考試成績，平時成績又包括實驗報告、出勤，在實驗教學過程中收到了一些成效。但是，前期的實驗課教改仍存在考核體系的單一化和期末考試成績比重較大的問題[4]，這也一定程度上致使無法完全客觀地評價學生的真實實驗情況。

2 分子生物學實驗的教學改革

2.1 以“學生為中心”基于學習通的混合式教學模式，培養學生的主動性、創新思維

打破“以教師為中心”的傳統教學模式，本團隊開展以“學生為中心”并輔以“教師的教”的教學模式，充分發揮學生在實驗課程學習的主體地位。現以基于學習通平臺(亦稱泛雅平臺)開展線上線下混合式的教學模式為例進行介紹(表1)。

表1 基于學習通開展混合式的教學模式

線上教師負責建課并發布學習任務，除了能讓學生更加直觀地觀看到實驗操作視頻和動畫而激發學生的學習主動性外，還可以觀看到平時實驗教學中不常見到的內容，如試劑的配置、試劑功能的介紹等，這可以讓學生更好地理解實驗項目中為何使用該試劑，什么試劑可以相互替代，從而更利于理解實驗原理；學生通過線上預習可能會提出一些問題，線下學生帶著問題做實驗，從而激發了學生對未知問題的探索、創新思維和培養了學生從事科研的基本素養。

線下教師只講授實驗項目的重難點，學生整理實驗操作過程通過小組協作完成實驗，并對出現的實驗結果進行討論并把討論的結論歸納成報告，學生操作和結果討論過程中教師對規范性、正確性進行引導和評價，這培養了學生的學習主動性、創新思維和團隊合作，提高了學生的實驗動手能力、分析和解決實際問題的能力，為科研能力的提升奠定基礎。

2.2 設置綜合大實驗，保證實驗內容的系統性

針對分子生物學實驗教學內容多為驗證性實驗且缺乏系統性的問題，本團隊整合思維習慣，以基因重組技術“分-連-轉-篩”為主線，將單個的實驗項目有機地整合成一個完整的綜合大實驗，也從驗證性實驗改為了綜合性、設計性實驗(見圖1)。

圖1 系統性的綜合大實驗流程圖

現以Gus目的基因為例(亦可設計為感興趣的目的基因如熒光蛋白基因等)進行介紹。即根據目的基因Gus已知序列，設計特異性引物，將帶有Gus基因載體的大腸桿菌進行活化，提取含有Gus基因的載體并以此載體為模板利用PCR技術擴增獲得目的基因；經瓊脂糖凝膠電泳進行膠回收、純化獲得Gus基因；將T載體與Gus基因連接構建重組子，同時制備DH5α感受態細胞，通過熱擊轉化將重組子轉化至宿主細胞；利用T載體上的抗生素基因和Lac基因進行抗藥性和藍白斑篩選，挑取白斑單克隆進行LB液體培養基培養，提取質粒并保存菌株，通過PCR技術和酶切進行驗證，最終獲得含有重組子的菌株。

課時安排采用4學時連排方式，保證實驗的順利開展，本團隊擬在下學期采用“實驗周”，即連續一周時間內完成分子生物學實驗的綜合大實驗。這種綜合大實驗類似于一個完整的科研試驗，更注重各項實驗間的聯系和前后編排，強調實驗內容的連貫性、系統性，這有利于學生對前后知識點的融會貫通，培養學生發現、分析及解決問題的能力，創新思維和科研的基本素養。

2.3 細化考核方式，調整考核占比

本校前期對分子生物學實驗教改時，將成績構成分為30%平時成績和70%期末考試成績兩部分，近些年本團隊將平時成績占比調整為50%并進行了細化，期末考試成績的占比調整為50%并采用技能+理論測試相結合的方式(見表2)。這套細化的考核方式和考核占比，充分調動了學生的積極性，學生更能自主學習、注重團隊合作、提升創新能力，同時更能客觀評價學生的實際實驗情況。無記名調查問卷中獲得了94%的學生的肯定。

表2 考核方式及分數分布情況

綜上所述，以“學生為中心”基于學習通的混合式教學模式，設置系統性的綜合大實驗，細化考核方式和考核占比的三大項措施，激發了學生的學習興趣和主動性，培養了學生的創新思維，提高了學生解決實際問題的能力和科研的水平，本研究可為其他院校的分子生物學實驗教學工作提供一定的參考價值。