工科專業學生生物科學相關實驗課教學方式的研究

謝 青，周愛文，楊廣笑

（華中科技大學 生命科學與技術學院，湖北 武漢 430074）

隨著生命科學研究的不斷發展，生命科學關注的范圍越來越大，涉及的問題越來越復雜，采用的技術越來越高。這一切使得科學界興起了一個數學、物理、化學、工程學、計算機科學等非生物學學科與生命科學相互交叉、融合、共同發展的新時代[1]。由于學科交叉的復雜化和科技知識更新的頻繁化，對交叉學科學生如何掌握專業知識和實踐能力提出了新的要求[2－4]。我校是一所有較強工科背景的學校，生命科學與技術學院設有4個專業，其中的生物醫學工程和生物信息學專業屬于工科專業。這2個專業學生對數學和物理等相關學科要求較高，而化學及其相關課程的實驗技能訓練較少，而且沒有開設微生物學及其實驗課，學生生物學方面的基礎較弱[5]。在如何結合工科專業學生和學科特點，讓學生通過生物科學相關實驗課的學習加強對生物科學相關理論知識的理解、掌握基本的生物實驗技能，并結合學生較強的工科知識及計算機應用能力，提升學生的學習興趣，按照專業培養計劃，培養出合格的具有生物科學和工科交叉知識結構的復合型人才，我們經過多年的工作實踐總結出了一套行之有效的實驗教學方式 。

1 根據專業特點安排實驗內容

針對不同專業的學生，充分考慮到學生有關化學和生物學基礎知識與技能比較薄弱的問題，在實驗學時和內容順序的安排上做了調整。由于學生要學習的知識比較多，課程安排很緊張，因此將“生物化學”與“分子生物學”兩門課合并為“生物化學分子生物學”一門課，實驗課也做了相應的合并。這門課的實驗課安排有48學時。第1學期24學時，主要是學習生物化學方面的相關知識和實驗技能，第2學期的24學時是學習分子生物學的相關知識和實驗內容。我們針對每個實驗內容都做了視頻錄像，這對實驗教學很有幫助。

在生物化學實驗內容中，我們第1個實驗安排了“3，5二硝基水楊酸法測定還原糖和總糖”的實驗內容。由于學生化學實驗做得少，我們就安排了4個學時的時間，讓學生有充分的時間學習移液管和分光光度計的使用，以及一些基本的實驗技能。經過反復練習，學生的實驗技能普遍得到提高，為后續實驗內容的順利開展打下了很好的基礎。第2個實驗我們安排了一些有關蛋白質和氨基酸性質方面的實驗內容。蛋白質和氨基酸是生物化學中的重點和難點內容，通過這些定性的實驗內容，學生對蛋白質和氨基酸的性質印象深刻，而且實驗材料都是學生自己的指甲、頭發，以及蛋清等熟悉的物質，學生學習興趣很高。經過幾次嚴格的訓練，學生完成以后的酶的性質、核酸分離以及酶活性測定方面的實驗就比較容易了[6]。

第2個學期的分子生物學實驗教學中，由于學生沒有學習過微生物的實驗技能，我們借助教學視頻從移液槍的原理、使用方法以及注意事項開始介紹，全面細致地介紹了實驗原理、每一步的操作規范、會得到怎樣的結果，以及將會觀察到什么樣的實驗現象等，重點強調實驗中的關鍵步驟，例如質粒提取過程中添加溶液二和溶液三后應小心混勻，不要用力振動等。在分子生物學實驗中有些步驟需要無菌操作，而學生又沒有受過相關訓練，這就要求教師做耐心細致的講解，配合多媒體教學演示，讓學生掌握基本的操作要領。這樣讓學生在動手前對即將開展的實驗過程有一個大致的了解，特別是對關鍵操作步驟有足夠的重視。

教師在講解實驗的過程中，注意同時引導學生思考，讓學生結合所學過的相關理論知識來思考實驗設計思想以及有關步驟的注意事項。實際完成后，讓每位學生根據實驗課上教師的講解和所學的理論知識，對自己的實驗結果進行總結分析，并寫出詳細的實驗報告。在多媒體技術的配合下，不但可以使學生能夠更好地掌握實驗原理、正確操作每一個實驗步驟，而且還可以鍛煉和培養學生分析問題、解決問題的能力。

2 加強實驗內容的完整性和連貫性

根據教學大綱的要求，將學生感興趣的研究性課題作為實驗內容，努力在教學中營造一種讓學生充分發揮創新潛能的寬松環境，在實驗的整個過程中貫穿以學生為主體、教師為主導的教學思想[7－9]，培養和鍛煉學生的思維能力、實驗設計能力、分析和解決問題能力，提高教學質量。為了較好地完成實驗教學，克服學生相關知識和基本技能的不足，在安排實驗時，我們充分考慮到實驗內容的連貫性和未知性，增強對學生的吸引力，激發學生的創新精神和創新能力，不僅讓學生掌握生物學相關的實驗技術、學會將這種現代技術應用到以后的科研實踐中，而且提高學生的創造能力。

分子生物學實驗就是一個連貫的實驗體系，實驗內容包括質粒提取、感受態細胞的制備及其轉化、質粒的酶切和電泳、基因重組、陽性克隆篩選、PCR擴增等。我們在“細胞生物實驗”中安排了“植物組織培養”的實驗內容。學生對這種綜合性實驗課很感興趣，操作非常認真，大部分學生的愈傷組織都能發育成幼苗。在整個過程中，學生覺得其樂無窮，參與性極高。我們發現學生經過這種實驗過程完整、前后銜接自然的大實驗訓練后，不僅能掌握科學研究的基本程序和技術，形成完整的科研概念，而且由于實驗的連貫性，可以培養學生的求知欲。學生希望通過自己的親手實踐得到最終結果，因而有極大的興趣參與實驗。有些學生通過實驗課對生物科學產生了極大的興趣，轉到了我院生物科學或生物技術專業來繼續深造。

3 為學生發揮特長提供良好的平臺

我們在實驗內容的安排上，還盡量考慮到學生的專業所長。例如在面向生物信息專業的“系統生物學實驗課”中“利用雙向電泳技術分離蛋白質”這一實驗內容中，我們就安排了學生將自己的實驗結果用計算機掃描、畫圖再進行分析這一選修實驗內容[10]，還在有關分子生物學實驗的“PCR實驗”中鼓勵學生上網檢索特定生物材料的保守序列，并學會利用計算機程序自行設計引物。

生物醫學工程和生物信息專業都有一部分學生對生物學科很感興趣，我們就鼓勵他們報名擔當實驗課的“小老師”。我們每年從生物醫學工程和生物信息學專業選拔“小老師”，并和他們一道在實驗課開始前做多次的預備實驗，讓“小老師”充分了解實驗的每一個細節，這樣，這批學生不僅自己掌握了該門實驗課的實驗技術，還可以作為教師的助手，協助教師完成實驗課的教學。這種教學模式為對生物科學有濃厚興趣的學生提供了一個很好的學習和實踐的平臺。

“小老師”培養方法和制度是我院在多年的“生物化學”實驗教學改革中探索出的一種實驗教學模式，該制度有利于培養學生的獨立思考能力、創新能力和實驗技能。多年的實踐結果充分證明“小老師”教學模式有利于學生創新能力的培養和科研素質的養成[11－12]。

4 以學生為主，保證實驗教學的效果

生物學相關實驗采取小班教學方式，每批學生人數不超過24名，這樣就可以保證學生能夠獨立完成每個實驗。

指導工科專業的學生完成生物科學相關實驗課的學習，的確難度要大些，這就需要教師在實驗指導過程中要做到腿勤、嘴勤、手勤。首先要腿勤。在學生做實驗過程中，要不停地巡視每一個實驗小組，邊走邊觀察，以便及時發現學生實驗中出現的問題并及時解決。其次還要做到嘴勤，嘴要不停地說。實驗中學生經常會向教師詢問實驗過程中遇到的一些問題，教師要及時給予解答，回答的方式盡量避免直截了當地說出答案，而是采取誘導啟發的方式。同時我們也會就實驗中的一些問題向學生提問，了解學生對該實驗從原理到操作步驟的掌握程度，并記下學生回答的情況，作為實驗成績的參考。同時，見到學生實驗中操作不規范的情況，要不厭其煩地及時提醒。

5 結束語

盡管我們在我院工科專業生物學實驗教學改革的實踐中積累了一些經驗，也取得一定的成績，但我們的實驗教學工作還有待進一步的改進。

（1）進一步深化實驗教學改革和課程建設。隨著生命科學與技術的發展和教育理念的更新，我們將不斷深化實驗教學改革，進一步培養學生參與實驗的興趣，增加生物學與其他學科相交叉的實驗內容，擴大設計性及創新性實驗的比例，同時以選修課或二課的方式提供一些自選實驗，培養學生的科學探索精神和創新能力。

（2）進一步加強實驗教學隊伍建設。實驗教師是承擔實驗課程教學、改革和建設的主體，因此制定相關的政策要充分調動和發揮廣大實驗教師的積極性、主動性和創造性。

（3）加強教材建設。在不斷實踐的基礎上，修訂現有的實驗教材，重新編寫新的適用于工科專業的生物學相關實驗教材，通過教材建設凝練與推廣教學成果，提高人才培養的質量。

（4）通過我院工科專業學生的生物學相關實驗課教學實踐，總結并摸索出一套比較完整的實驗教學方法，將某些生物學及其實驗課作為全校的公共平臺課，面向全校其他工科專業的學生開放，同時通過各種培訓和交流活動，積極推廣我們的實驗教學經驗和成果，為國家培養高素質的具有創新能力的合格人才。

（References）

[1]吳家睿.后基因組時代的交叉科學：從“Bio-X”到“X Biology”[J].物理通報，2002（3）：1-2.

[2]諸曉銳，錢波.基于工科學生科技創新能力培養的開放性實驗教學平臺的構建[J].實驗技術與管理，2011，28（10）：15-18.

[3]籍亞玲，吳成東，張偉宏，等.四層次實驗教學體系的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2009，26（4）：141-143.

[4]彭志廣，楊大鵬.實驗教學體系創新與實踐[J].實驗技術與管理，2006，23（8）：16-18.

[5]謝青，劉幸福，肖靚，等.分子生物學實驗教學改革初探[J].實驗科學與技術，2008（2）：92-94.

[6]張永云，高士爭，趙素梅，等.動物生物化學實驗教學改革探索與實踐[J].實驗技術與管理，2011，28（10）：115-121.

[7]謝青，吳元喜，楊廣笑.用研究性學習理念指導系統生物學實驗教學[J].實驗室研究與探索，2008，27（9）：106-107.

[8]謝青，肖靚，楊廣笑.分子生物學創新性實驗教學的實踐與探索[J].實驗室科學，2008（5）：65-66.

[9]謝青，吳元喜，楊廣笑.構建模塊式實驗課程體系提高學生科研技能[J].實驗科學與技術，2008，6（5）：40-41.

[10]謝青，吳元喜，劉筆鋒，等.蛋白質雙向電泳實驗課的建設與實踐[J].實驗科學與技術，2009（6）：99-101.

[11]劉幸福，吳元喜，余龍江，等.論生化實驗教學改革中的“小老師”自身的能力培養[J].實驗技術與管理，2005，22（2）：102-105.

[12]謝青，楊廣笑，劉幸福，等.探索構建以能力培養為主線的生物科學專業學生實驗課教學體系[J].實驗技術與管理，2012，29（8）：161-163.