基于科研思維+實踐能力培養的分子生物學實驗教學改革探究

金亮

（中國藥科大學 生命科學與技術學院，江蘇南京 210009）

分子生物學是一門研究核酸等生物大分子的功能、形態結構特征及其重要性和規律性的科學，是人類從分子水平上真正揭示生物世界的奧秘、闡明生命現象本質的基礎學科[1]。分子生物學作為連接基礎醫學和臨床醫學的橋梁，是每一名醫藥學生的必修專業課，主要為從分子水平解釋疾病發生的作用機制，快速、精準地找到治療靶點，為疾病診斷和治療提供理論支撐[2]。其中分子生物學實驗教學是分子生物學課程的重要組成部分，是影響課程教學效果最直接和重要的因素之一[3,4]，如何提高分子生物學教學質量，分子生物學實驗教學可幫助學生更加直觀地了解分子生物這門微觀的課程，準確認識到分子生物學對于醫藥發展的重要性，其中實驗教學改革是關鍵。筆者首先分析了我校分子生物學實驗課程教學中存在的客觀問題，而后結合自身教學實踐和科研實踐，從教學內容、教學模式、教研融合等方面進行教學改革探討并提出相應的對策，以期提高課程的教學水平，提升藥學專業人才的培養質量。

1 分子生物學實驗在教學中存在的問題

1.1 教學內容抽象，難以與時俱進

分子生物學實驗課是分子生物學理論課題的重要組成部分，該課程包括的知識點龐雜，系統性的理論復雜深邃，而日常由于教學時長有限，學生能夠接觸的分子生物學知識較為表面和局限，導致學生無法靈活掌握知識體系[5]。近年來隨著科學研究的迅猛發展，教材內容的更新速度遠不及新理論技術的發展進程，如非編碼RNA的理論知識及調控機制[6]、單細胞測序[7]等。并且，學校對于實驗課程的安排是根據學生數量一次性統一安置，并在短期內不會再進行更新，但是分子生物學實驗大多需要耗費大量的經費以及試劑，所以在大多數教學過程中，部分實驗教師僅僅進行演示實驗，并不會讓每一名學生親自動手，同時學生動手的實驗也僅限于分子克隆等基礎簡單的實驗，這一問題就導致學生在課程階段無法完全投入，無法將理論與實驗課進行串聯。因此在教學過程中，傳授經典的實驗理論技術時，需要貫穿當下最新的科研技術手段，讓學生了解前沿技術是基于哪些傳統的理論知識發展起來的，該新技術在今后的研究中該如何運用，提高學生對理論知識的理解能力。并且，需要按照科技的發展對實驗課程進行更新和改進，以此來提高學生對分子生物學實驗課程的興趣度。

1.2 教學內容缺乏系統性，課時安排不合理

目前我校開設分子生物學實驗課程的目的是讓學生掌握基礎的實驗技能，但課程中實驗教學內容相對陳舊、缺乏系統性。該課程設計容易讓學生只關注單次實驗的結果，無法讓學生將每次實驗串聯起來，這種教學模式不利于培養學生的科研思維和科研綜合素質，易造成學生主觀能動性差，使得學習的興趣和熱情降低。同時，實驗課程每周只開設一次，單次3-4課時，但分子生物學實驗是一類需要耗時且具有延續性的實驗，單次短時的實驗無法讓學生完成全部的實驗內容，如PCR實驗后續需要開展核酸電泳實驗等進行鑒定、RNA提取實驗后續則需要qRT-PCR鑒定RNA，這些實驗都存在無法存放樣本、需要單次完成全部實驗的問題，但分子生物學實驗又是一門耗時的實驗，無法在短時間內完成一系列實驗，但存在中間間隔過久會產生樣品降解等問題從而導致實驗失敗，使學生不能完全理解實驗意圖和目的。

1.3 教學模式單一，學生參與度有待提升

當前，我校分子生物學實驗課仍是以教師講授為中心，任課教師花費大部分時間向學生講述實驗原理、實驗步驟、注意事項等內容，而后學生根據任課教師提示的重點完成實驗。同時，因為試劑價格、毒性等問題，很多精密實驗或者毒性較大的實驗都是教師演示操作，并不會完全由學生完成，該教學模式容易導致學生在課堂中的參與感差，缺乏預習環節，使得學生不能很好地消化和運用所學的知識，對實驗過程中涉及的儀器設備、實驗準備、操作過程等環節陌生，課堂上應付了事，不能將理論知識融入實驗過程，在今后的科學研究中也不知道如何運用該實驗技能，無法真正地做到學以致用。

1.4 考核方法單一，成績參考性相對有限

現階段，本科生大部分實驗課程最終都會以每次實驗課程結束后的實驗報告作為主要的成績參照指標，但實驗報告的書寫并不完全代表學生的實驗能力和實驗結果，還存在部分學生單純抄寫以及拷貝往屆學生實驗報告的現象。并且，實驗課程主要是小組完成，2-4人共用一份實驗結果，這些問題都導致學生更注重實驗報告的書寫和完美性，并沒有著重于實驗的操作過程，導致學生課程期間的側重點偏差，不能理解開展實驗課程的重要性和必要性。就算是有些課程已經引入實驗設計和實驗技能考核交叉評定作為最終成績參考，但這些并不適用于分子生物學實驗課程，分子生物學實驗具有重復性高、操作性單一、結果偶然性大等一系列特點，這些就導致本科生無法針對某一現象進行實驗設計，如蛋白鑒定實驗，現今大體均通過western blot方法進行鑒定，很難找出新的方法，并且新方法需要新的試劑，這些都是課程教學很難做到的。

2 分子生物學實驗教學改革探究

筆者基于以上教學問題，結合自己多年的教學實驗和科研實踐，提出了如下改革方案：

2.1 建立互動式教學模式，提高學生的參與感

為了提高課堂中學生的參與感，筆者改變傳統的以任課教師講授為主的教學模式。筆者將分子生物學實驗課程按照專題形式進行劃分，而后將每堂實驗課的內容按照知識點劃分為若干小節，同時將學生分成相等的小組，課前讓學生提前預習，而后結合現代媒體在課堂上討論、交流。筆者基于學生討論的內容結合教程的理論知識，進行總結。專題形式的研討和小組討論式教學方式，不僅能提高課堂上學生的參與感，且能極大提高學生自主學習的能力。

2.2 合理設置課時，充分利用實驗室儀器

根據之前提出的問題，增加實驗課程課時是改革的要素之一，在無法在工作日增加課時量時，可通過周末學生進入實驗室進行另一種形式的增加。雖然現在學校已經開設“開放性實驗項目”和“大學生創新性實驗項目”，但也只是小范圍學生參與，無法促進大部分學生了解實驗課程。所以我們可以通過課程課時改革，將學生按組分配至教研室教師所在的實驗室，調動完整的時間塊進行實驗，一方面可以使學生的實驗具有延續性和完整性，另一方面可以充分使用實驗室的儀器，開闊學生的視野，使學生了解更多的實驗儀器和使用方法。這樣學生不單純只是任務性的完成，更可以深入了解科研過程，進一步規劃自己的未來方向。

同時，在實驗室的實驗過程中，可以進行實驗技能和實驗結果交叉評分，這樣可推動成績評定方法的改革，促進教學與科研的融合，讓大學內的科研不單純為了發表文章，也可以促進本科生的教學改革。與此同時，也可幫助教師尋找合適的學生進行進一步的觀察和培養，為大學科研培養下一代人才儲備，從而一舉兩得，既可以改變學生對分子生物學實驗枯燥的印象，也可以促進學生盡早規劃未來，制定人生計劃。

2.3 開設創新創業項目，提升學生的科研思維能力

建設世界一流大學，人才培養是本，本科教育是根[8]。為了提升學生的科研思維能力，筆者根據分子生物學實驗的課程內容，向學院申請開設大學生創新創業項目，根據學生的興趣讓學生自主選擇相應的項目。課堂上向學生講述創新項目的理論知識，并向學生傳授如何和查閱科研文獻，提高學生對科學研究的興趣。課后向學生開放筆者所在的實驗室，讓學生進入實驗室進行實驗能力訓練，以科研帶動教學。平時，借助當下熱門的科研類公眾號的更新，將最新的科研資訊、論文解析內容推送給學生，即使學生一開始不能夠很好地了解相關的科研理論和技術，但經過日積月累的閱讀理解，也讓學生能夠初窺科研門徑；這種方法減少了學生在剛開始閱讀文獻時的枯燥和難度。此外，在每學期的教學任務即將結束時，給予相關的研究方向，讓學生通過查閱文獻，嘗試性地撰寫項目書，鞏固學生在分子生物學課程的理論知識，學會將固定的理論運用到具象的課題設計中。通過追蹤前沿知識，極大地提高學生的科研熱情和科研思維能力，為學生今后從事科學研究奠定基礎。

2.4 堅持教學與科研相融合，構建適合培養創新能力的實踐教學體系

筆者自2006年進入本校任教，在完成教學任務的同時長期堅持科學研究，有豐富的教學及科研經驗[9-11]。分子生物學實驗課是一門實踐性很強的應用型課程[12]，對學生科研創新能力的培養尤為關鍵。為了更好地培養學生的創新能力，筆者將最新的科學研究融入課堂教學和課程設計中[13]，組織科研興趣小組，引導學生積極參與筆者承擔的科研項目，通過該方式促進教師與學生的互動，拓寬學生的專業視野，加深學生對理論知識的理解，同時使學生盡快把握學科發展的前沿，培養學生的科研能力和創新思維，而且有助于盡早挖掘有科研天賦的學生加入科學研究。

2.5 優化考核方式

為了加強學生對分子生物學實驗課程的重視，筆者在優化教學內容和教學方式的同時，對考核方式也進行了優化。傳統的考核方式以學生上交的實驗報告為評判標準，但傳統的考核方式無法體現學生的創新能力、科研思維等綜合能力。優化后的考核方式更加注重考查學生運用所學知識，對未知問題的綜合分析和解決問題的能力。優化后的考核方式包括平時課堂實驗動手操作能力和實驗報告的撰寫（20%）及實驗室的開放性實驗設計和操作（80%），借用實驗室的平臺，既可進行考核和評定，又可加強學生對于實驗室的了解和認識。例如設計實驗驗證未知基因是否為非編碼RNA；基于某個已知功能的非編碼RNA，利用收到的患者的血清樣本，設計實驗對該患者樣本進行檢測，判斷其是否是糖尿病患者等開放性實驗，提高學生對所學理論知識的應用能力。

以上是筆者近年來在分子生物學實驗課程改革方面的嘗試和總結。分子生物學是當今最具活力的生命科學領域學科[14]，隨著這些年的努力，分子生物學實驗課程的改革也取得了一定的進展，但是還存在許多需要改進的地方，筆者基于多年的教學和科研經歷，對分子生物學實驗課在教學中存在的問題進行分析，并提出以上5條優化改革方案，希望這些意見可以對培養具有科研思維和實踐能力的高素質人才起到積極促進作用，為學生的培養和未來科研人才的儲備盡綿薄之力。但本科生的教學改革是一項需要長期努力和付出的工作，需要任課教師在教學工作中不斷探索、實踐、創新和總結，只有這樣，才能提高教學質量，激發學生的學習積極性，培養良好的科研思維習慣，培養出全面發展的高素質藥學人才。