生物科學(xué)專業(yè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索

[摘要]分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)生物學(xué)專業(yè)學(xué)生的必修課程之一，也是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的重要平臺(tái)。對(duì)于生物科學(xué)專業(yè)學(xué)生來說，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程能夠?yàn)樗麄円院蟮慕處熤反蛳聢?jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。本文結(jié)合生物科學(xué)專業(yè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程培養(yǎng)方案，以及在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的問題，從課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、考核方式等方面進(jìn)行改革與探索，來提升學(xué)生的自驅(qū)力和實(shí)際動(dòng)手能力，取得了一定的效果。

[關(guān)鍵詞]生物科學(xué)專業(yè)；分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)]G40-056""""" [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[DOI]：10.20122/j.cnki.2097-0536.2023.10.039

生物科學(xué)專業(yè)作為師范類專業(yè)，主要任務(wù)是為中小學(xué)培養(yǎng)生物教師，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校生物類專業(yè)本科教學(xué)的重要組成部分，也是學(xué)生全面掌握理論知識(shí)、鍛煉科學(xué)思維、培養(yǎng)應(yīng)用能力和建立創(chuàng)新意識(shí)的重要環(huán)節(jié) ^[1]，分子生物學(xué)是從分子水平上研究生命現(xiàn)象、生命本質(zhì)、生命活動(dòng)及其規(guī)律的科學(xué)，是當(dāng)前生命科學(xué)中發(fā)展最快并與其他學(xué)科交叉滲透最廣泛的前沿學(xué)科之一 ^[2]，因此，掌握扎實(shí)的分子生物學(xué)技能是培養(yǎng)生物科學(xué)專業(yè)類人才的重要目標(biāo)之一。

傳統(tǒng)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)以“教”為主，在老師介紹完背景知識(shí)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理之后，再逐步講解實(shí)驗(yàn)過程以及每一步實(shí)驗(yàn)所需的注意事項(xiàng)，學(xué)生只要按照老師說的去做就能獲得既定的數(shù)據(jù)或圖片，然后按照學(xué)校要求寫完實(shí)驗(yàn)報(bào)告即完成了該課程的學(xué)習(xí)任務(wù)，并獲得相應(yīng)學(xué)分。在整個(gè)過程中，大部分學(xué)生只是機(jī)械的完成老師交于的任務(wù)，這種教學(xué)形式不僅扼殺了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且限制了同學(xué)們的思維發(fā)展，與培養(yǎng)目標(biāo)不符 ^[3]。針對(duì)生物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生，我們的主要培養(yǎng)目標(biāo)是提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和專業(yè)素養(yǎng)，為他們以后走上教師的職業(yè)道路奠定扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。本文針對(duì)生物科學(xué)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，從課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、考核方式等方面進(jìn)行探索，實(shí)現(xiàn)了分子生物學(xué)從驗(yàn)證性的被動(dòng)實(shí)驗(yàn)到創(chuàng)新性的主動(dòng)探索，同學(xué)們從關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果的被動(dòng)接受到專注于實(shí)驗(yàn)過程的主動(dòng)參與，有效提升了教學(xué)效果。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在生物科學(xué)專業(yè)本科生培養(yǎng)過程中占據(jù)重要地位，關(guān)系著教學(xué)質(zhì)量的高低，也直接影響人才培養(yǎng)質(zhì)量的優(yōu)劣，是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的重要組成部分 ^[4]。分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)過程主要包括實(shí)驗(yàn)背景知識(shí)介紹，實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)分析，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得及分析整理，實(shí)驗(yàn)報(bào)告或論文的撰寫。

（一）課程定位及設(shè)計(jì)改革

分子生物學(xué)理論和技術(shù)自20世紀(jì)90年代以來獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，近年來，被廣泛應(yīng)用于生物相關(guān)各個(gè)領(lǐng)域科學(xué)研究。在高等院校生物科學(xué)專業(yè)的本科生培養(yǎng)過程中，對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也越來越重視，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的開展不僅提供給學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，也有利于加深學(xué)生對(duì)相關(guān)理論知識(shí)的理解 ^[5]，這大大提升了同學(xué)們對(duì)分子生物學(xué)的理解，對(duì)生命的認(rèn)知以及對(duì)科學(xué)研究的興趣。

順應(yīng)生物科學(xué)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的基本要求，根據(jù)本科生的知識(shí)體系和理論背景，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容循序漸進(jìn)，以鼓勵(lì)參與和創(chuàng)新為原則，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的綜合性、探索性以及實(shí)用性，選擇生活中或者校園里常見的植物為實(shí)驗(yàn)材料，系統(tǒng)介紹樣品保存、核酸（DNA/RNA）提取、核酸質(zhì)量檢測(cè)、引物設(shè)計(jì)、PCR擴(kuò)增等實(shí)驗(yàn)原理、操作方法和注意事項(xiàng)，通過基本技能的訓(xùn)練，學(xué)生會(huì)對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程使用的常規(guī)儀器設(shè)備和基本技能有一個(gè)初步的理解，并在此基礎(chǔ)上開展綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，如TA克隆、質(zhì)粒DNA提取、酶切、連接、大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化和培養(yǎng)、轉(zhuǎn)化菌的篩選及鑒定等連續(xù)性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)。

（二）課程模式改革

在教學(xué)過程中，注重學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、應(yīng)變能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，以問題為導(dǎo)向的教學(xué)、案例分析、自主式學(xué)習(xí)、討論式學(xué)習(xí)等多樣化的教學(xué)組織形式和方法。改變以往單一的“教”為主的形式，充分激發(fā)同學(xué)們的科研熱情，以學(xué)生為主導(dǎo)的教學(xué)模式，注重自主學(xué)習(xí)和討論式教學(xué)等多元化方式方法，將興趣與創(chuàng)新理念帶入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以問題為導(dǎo)向，根據(jù)不同團(tuán)隊(duì)，不同個(gè)人的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度以及實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，提供個(gè)性化、差異化指導(dǎo)，這種改革能夠讓生物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生提前由“學(xué)生”思維轉(zhuǎn)為“教師”思維，這種改變對(duì)于生物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生們具有積極意義。

1.教學(xué)與科研相結(jié)合

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，依托科研平臺(tái)，將科研課題中的分子生物學(xué)相關(guān)知識(shí)、擬采用的分子生物學(xué)技術(shù)和擬解決的問題等作為背景知識(shí)講解，以激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，在提升分子生物學(xué)技術(shù)的同時(shí)，也增加了他們解決問題的興趣和能力，另外可以通過講解參考文獻(xiàn)的形式讓大家對(duì)其他實(shí)驗(yàn)提升性技能進(jìn)行進(jìn)一步了解，如實(shí)時(shí)熒光定量PCR、基因walking等。

2.根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)教學(xué)不是一成不變的，在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，老師要善于發(fā)現(xiàn)問題，并有針對(duì)性的調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，引導(dǎo)并激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。我們可以根據(jù)實(shí)際情況，開展綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。通過與科研老師合作，選取1-2個(gè)現(xiàn)有基因，讓同學(xué)們?nèi)ゲ殚單墨I(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，再通過實(shí)驗(yàn)課獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在這個(gè)過程中，不僅可以傳授更多的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也通過這種改變提前給生物科學(xué)專業(yè)的同學(xué)們展現(xiàn)一個(gè)靈活、生動(dòng)有趣的課堂狀態(tài)。

（三）考核方式改革

考核的目的就是檢驗(yàn)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)技能、科研方法和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，通過考核使學(xué)生在實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力等方面得到全面提升。分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程注重考察學(xué)生的綜合素質(zhì)，考察內(nèi)容不僅包括對(duì)分子生物學(xué)基本儀器設(shè)備和基礎(chǔ)技能的掌握，還包括對(duì)分子生物學(xué)知識(shí)的運(yùn)用能力以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲芯瘛?shí)驗(yàn)教學(xué)考核過程中，從“結(jié)果導(dǎo)向”轉(zhuǎn)變?yōu)樘嵘龑W(xué)生內(nèi)驅(qū)力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，更多的引導(dǎo)同學(xué)們?nèi)ニ伎肌W(xué)習(xí)和解決問題。

在現(xiàn)有考核制度下，很多同學(xué)只是被動(dòng)的等待其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)這種學(xué)生參與度不高，積極性不大的現(xiàn)狀，我們提出了不同性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的多區(qū)塊評(píng)價(jià)體系，其中基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)的考察要求相對(duì)降低，僅用于提升大家對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)基本儀器設(shè)備的使用能力，對(duì)于創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的考核，則側(cè)重于實(shí)驗(yàn)方案的制定、實(shí)驗(yàn)過程中解決問題的能力以及論文撰寫，這不僅激發(fā)了學(xué)生對(duì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的積極性，而且為了更好的完成創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也積極通過基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)來提升基本技能。

二、硬件設(shè)備投入

很多高校的設(shè)備投入重點(diǎn)都放在了科研上，以至于教學(xué)設(shè)備相對(duì)落后，有些提高性實(shí)驗(yàn)無法開展，如因沒有熒光顯微鏡無法直觀的展現(xiàn)熒光蛋白的表達(dá)，沒有熒光定量PCR儀，不能進(jìn)行q-PCR實(shí)驗(yàn)等。作為生物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生，未來的職業(yè)是老師，因此在本科階段接受的教育應(yīng)該是較為全面的，學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)技能等應(yīng)該是比較前沿的，所以基礎(chǔ)性和提升性實(shí)驗(yàn)對(duì)于生物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生都至關(guān)重要。針對(duì)這種情況我們積極尋求改變，在教學(xué)內(nèi)容改革的基礎(chǔ)上，就目前存在的問題和困難積極與學(xué)校有關(guān)部門溝通。

為滿足生物科學(xué)專業(yè)學(xué)生綜合性、創(chuàng)新性和提升性實(shí)驗(yàn)的需求，我校積極尋求改變，努力滿足一線教學(xué)需求。近年來，投入了大量經(jīng)費(fèi)用于購(gòu)買新的儀器設(shè)備，不但替換了陳舊設(shè)備，而且新增了一批高精度設(shè)備，如精密酸度計(jì)，酶標(biāo)儀，熒光顯微鏡，CryaCube F570超低溫冰箱，熒光定量PCR儀等，以滿足生物科學(xué)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)要求，在儀器設(shè)備方面，為生物科學(xué)專業(yè)學(xué)生在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程上提供了創(chuàng)新和提升的設(shè)備保障。

三、增加上課時(shí)間的靈活性

一般實(shí)驗(yàn)課每周一次，和理論課一樣安排在上午、下午甚至晚上連續(xù)的三節(jié)課，這對(duì)于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)時(shí)間充足，但是對(duì)于分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的提升性或創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)則無法完成，如綠色熒光蛋白基因（GFP）的克隆與表達(dá)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括外源GFP基因PCR擴(kuò)增、瓊脂糖凝膠電泳、PCR產(chǎn)物純化、TA鏈接、感受態(tài)細(xì)胞制備、轉(zhuǎn)化、陽性菌篩選、陽性菌培養(yǎng)、外源GFP蛋白誘導(dǎo)表達(dá)、觀察熒光蛋白等。如果將這些實(shí)驗(yàn)拆分成若干個(gè)小實(shí)驗(yàn)就需要取舍，部分實(shí)驗(yàn)學(xué)生無法參與，不能對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)形成系統(tǒng)，但是如果糅合成一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，即使放在周末連續(xù)兩天也無法完成。

針對(duì)這種情況我們提出，生物科學(xué)專業(yè)學(xué)生在學(xué)期結(jié)束之前留出一周的空白時(shí)間，專門用于開展分子生物學(xué)綜合提升性實(shí)驗(yàn)，這樣學(xué)生不僅有自由發(fā)揮的空間，也有自由發(fā)揮的時(shí)間。在綜合性實(shí)驗(yàn)開展之前，同學(xué)們查閱參考文獻(xiàn)，制定實(shí)驗(yàn)方案，做好充分準(zhǔn)備。一周的空白時(shí)間，大家心無旁騖的投入到科學(xué)研究中，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、解決實(shí)驗(yàn)問題、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等。這對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)基本技能的掌握和對(duì)理論知識(shí)的鞏固與運(yùn)用都是一個(gè)系統(tǒng)的提升，同時(shí)也極大的激發(fā)了同學(xué)們學(xué)習(xí)的熱情以及對(duì)科學(xué)研究探索的積極性。

四、改革效果與體會(huì)

生物科學(xué)專業(yè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程經(jīng)過探索與改革，將科研與教學(xué)有效結(jié)合，獲得了良好的反饋，且針對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革也有效提升了同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中“我”的意識(shí)，這對(duì)他們畢業(yè)論文的完成已經(jīng)成為老師，作為課堂的引導(dǎo)者都具有較為積極的意義。同時(shí)，綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的開展也提升了大家查閱文獻(xiàn)的能力，以及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和自主解決實(shí)驗(yàn)過程中遇到問題的能力，在這種教學(xué)模式下，學(xué)生從被動(dòng)的填鴨式學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)探索，這也是對(duì)分子生物學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行進(jìn)一步鞏固的過程。

通過改革還培養(yǎng)了同學(xué)們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，在新的教學(xué)模式下，大家集思廣益，一起探索，這種氛圍下同學(xué)們的消極情緒也蕩然無存，大家在共同努力下，一起去完成實(shí)驗(yàn)，獲得科研數(shù)據(jù)。這個(gè)過程中他們不僅可以相互幫助，還能彼此鼓勵(lì)，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，同時(shí)通過查閱文獻(xiàn)提升大家對(duì)科研的理解和對(duì)背景知識(shí)的拓展，也有利于論文撰寫能力的提升，而這些綜合知識(shí)和能力的提升對(duì)于生物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生們從學(xué)生到老師的轉(zhuǎn)變又邁出堅(jiān)實(shí)的一步。

五、結(jié)語

在生物科學(xué)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)過程中，動(dòng)手能力的提升和科研思維的形成是人才培養(yǎng)的最主要目標(biāo)，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是生物科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)好分子生物學(xué)基本技能也為以后的畢業(yè)論文及職業(yè)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。通過對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的改革，能夠有效提升學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握和運(yùn)用能力，這種教學(xué)模式極大的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和實(shí)驗(yàn)參與度，有效提升了教學(xué)效果。

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作者簡(jiǎn)介：陳桂敏（1982.7-），女，漢族，安徽界首人，講師，碩士，研究方向：分子生物學(xué)與基因工程。