生物技術大實驗教學模式改革

馬細蘭，周立斌，黃 雁

生物技術大實驗是為生物技術專業高年級學生開設的一門重要的實驗技能課程，它是在微生物學實驗、細胞生物學實驗、生物化學實驗、分子生物學實驗、基因工程實驗等基礎上開設的一門綜合性實驗課程。生物技術是一門實驗性很強的學科，實驗教學在專業學習中占有非常重要的地位，為了加強生物技術學生綜合能力的培養，實驗課與理論課的課時比例已經大幅提高。但對于一些地方院校來說，實驗教學的改革只是課時數量的增加，實驗模式、實驗內容、實驗方法并未做本質的改變[1]。改革前，我系的生物技術大實驗課程教學內容陳舊，演示性、驗證性實驗項目過多，學生完全處于被動狀態，學習興趣不高；教學方法過于單一，老師講，學生按老師講的要求和實驗講義一步一步做下去，最后得出實驗結果，在實驗過程中學生無獨立思考，只是機械的按部就班，學生能力的培養得不到實現。

本文針對目前地方院校生物技術實驗教學的不良現狀，對生物技術大實驗課程的教學理念、實驗內容、教學方法、管理方式和評價方式進行改革探討，以使學生能夠由被動學習到主動求知，同時接受先進的生物技術，掌握規范的實驗操作，以培養學生獨立思考問題、分析問題和解決問題的能力。

一、改進教學方法

我系由于學生人數較多，實驗設施不足，大部分實驗由教師在前臺做講解、演示，下面每小組1個同學跟著在操作（有的實驗可能只有1-2個同學有機會操作），其余同學旁觀，旁觀的同學積極性沒有得到激發，有的甚至整個實驗課程都沒有操作過一次，實驗報告就是抄，上實驗課對他們而言是浪費時間。從2010年開始，我們在實驗課程中安排了學生專題報告與自主設計實驗的前期訓練環節，學生通過教材、期刊文獻、電子文獻，特別是充分利用信息技術和網絡資源，廣泛收集所選專題的相關文獻，進行實驗設計的訓練。培養了學生興趣，并從文獻中借鑒實驗方法，提高了自己設計實驗內容和實驗計劃的能力，為本科畢業論文的開展打下基礎[2]。從2010年開始，我系生物技術大實驗改革為綜合性、設計性和開放性教學模式。首先由相關教師設定幾個大實驗模塊，如基因克隆模塊、天然活性物質提取純化模塊、酶工程模塊等。之后同學們可以自主從中選擇自己感興趣的模塊，跟相應模塊的指導老師相溝通，自行設計實驗方案，經指導老師商量通過后，則可自行安排實驗時間。每個學生必須親自動手完成自己實驗的全過程，包括試劑的配備、取材、實驗操作、取得實驗結果及對實驗結果的分析、實驗報告（論文）的撰寫。這種新的教學模式大大地激發了每個同學的積極性，每個同學都必須親身參與到整個實驗過程，這很好地培養了學生獨立思考、認真操作、善于總結的良好習慣。同時，分散實驗模塊和實驗時間，也很好地緩解了實驗室設施不足的難題。

二、改革實驗內容

生物技術專業學生從低年級到高年級，要經歷從以驗證性實驗、綜合性實驗為主過渡到以設計性、創新性實驗為主的教學過程。生物技術大實驗作為一門創新性、設計性實驗，專對大三下學期學生開設。我們還與大學生創新項目、本科生畢業論文相結合，加強學生獨立科研能力及創新能力的培養。自2010年開始，我系生物技術綜合大實驗改變以住實驗內容單一的設置，同時開設了天然活性物質提取、基因克隆、酶工程三大模塊。學生自主選擇感興趣的模塊，然后自己上網查閱文獻，自行選擇實驗對象，通過與指導老師討論后定下實驗內容，再根據實驗條件，獨立設計實驗計劃和步驟，獨立完成整個實驗，這大大地激發了學生的積極性。

在cDNA克隆的實驗中，引物的設計極為重要。實驗開始前兩周，要求每個學生都選一種自己感興趣的物種、感興趣的新基因進行cDNA克隆。首先教學生如何正確利用NCBI（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/）數據庫資源，把感興趣物種待克隆基因的名稱在數據庫中搜索，若無此基因的相關數據，剛可初步確定這是一個新的未克隆的cDNA，可進行克隆。確定要克隆某個基因后，先讓學生在NCBI數據庫中搜索已有相近物種該基因的序列，然后用Clustal X軟件進行序列比對，找出同源區，再根據同源區序列設計引物，用Primer Premer軟件篩選出最佳引物，交給老師評定。在整個引物設計的過程中，學生自主摸索各種生物軟件的使用方法，大大提高了學生的自主學習能力。學生各自提交實驗方案、領取實驗藥品，配制實驗試劑，實施實驗方案，全部實驗過程由學生獨立完成，每人均參加實際操作。這種實驗改革提高了學生實驗的自主性，訓練了學生統籌安排實驗、分析問題和解決問題的綜合能力。

因為每個學生都必須獨立完成自己的實驗設計和實驗實施，學生們的實驗積極性和主動性大大增加，最后的實驗成果也是有目共睹的，生物技術專業的學生最后在選擇本科畢業論文時大都選擇了與生物技術大實驗相應模塊的內容。經過生物技術大實驗的鍛煉，大部分學生都提高了實驗設計能力和相應的實驗技能，這對他們畢業論文的開展極為有利，有些同學甚至是沿著生物技術大實驗的內容繼續深入，最后把它轉化成自己的畢業論文。通過大實驗的訓練，部分同學的主動性增強，實驗踐能力提高，自信心也增強了，開始積極報名參加省生物化物實驗技能大賽，積極申報省級、校級的大學生創新實驗項目，2010-2013年我系學生在以上大賽中均取得了較好成績。

三、開放實驗室

開放實驗室是提高學生綜合素質的一種新型實驗室管理方法，是提高學生素質、培養學生實踐能力和創新能力的有效途徑[3]。我系對應于生物技術大實驗的三大實驗模塊，分別開放了生化實驗室、分子與遺傳實驗室和工程實驗室，對這三大實驗室進行新的管理模式。首先在管理制度方面，為確保實驗室的安全有效管理，選定模塊的學生先在相應開放實驗室里登記備案，并在實驗前提交自己的實驗設計及大致的實驗時間安排表，由本實驗室管理員建立一系列相配套的管理規章制度，保證正常教學進度的同時又對學生開放，提高實驗室的使用效率。其次在儀器設備的管理上，每臺儀器設備旁邊放有儀器使用情況登記本，嚴格要求學生自覺登記，若儀器出現故障要第一時間上報給本實驗室的實驗員，以便及時解決。對重大儀器設備則由專人負責管理和維護，重大儀器的使用一定要由管理專人親自教會后才能自主使用；小儀器、小工具由實驗員借用和管理。最后在藥品管理方面更需加強，特別是一些毒性藥品的管理上要嚴格控制。在開放式實驗室里，藥品應該?？顚Ｓ茫锛夹g大實驗開始之前，負責每個模塊的老師可根據選題學生的人數，申購相應的實驗試劑和藥品，這部分試劑和藥品作為生物技術大實驗課程專用，有登記備案的學生可以領用。學生參加教師科研或做本科畢業論文所需藥品應由指導教師或其他專項經費支持。實驗室藥品數量、價格、廠家、生產日期、庫存量及使用效果等資料應建立電子檔案，方便查找，科學管理，以免造成浪費。實驗室的開放很大程度上加強了實驗員的工作量，特別有時學生為了不與正常實驗課的沖突會選擇在周末或晚上進入開放實驗室做實驗，使得開放實驗室的實驗員需加班加點，這部分則需由系里給予補貼辛苦費。

四、改變評價方式

為了全面客觀地考核學生各方面的能力，采取理論與操作并重的考評方法?？荚u的內容包括學生的選題、實驗方法方案設計、實驗操作能力、實驗現象觀察和實驗結果分析等，還特別需要注意的學生實驗安全意識和實驗良好習慣。為此，我們制定了生物技術大實驗的評分標準，將學生各方面的表現以分數形式量化。具體包括，①專題報告與實驗設計，占總成績的30%，主要考察學生文獻查閱、歸納能力及實驗設計能力；②實驗實施，占總成績的70%，其中實驗態度(出勤、實驗記錄、實驗習慣)20%，實驗室安全常識和實驗準備10%，具體實驗操作和結果記錄25%，實驗結果分析和實驗報告（論文）撰寫15%。

通過三屆（2010-2012屆）生物技術專業學生的教學實踐證明，新的生物技術大實驗教學模式得到了學生們的認可，該課程的教學質量明顯提高，學生的實驗技術和實踐技能也普遍提高。并且由于實驗是學生獨立設計和單獨完成，使理論知識得到實踐強化，大大提高了學生的實驗設計能力、動手能力及分析解決問題的綜合素質。當然，在這三年的改革實踐中也還存在不完善的地方，比如由于實驗經費、實驗儀器的限制，學生一些好的實驗設計無法實施，學生必須根據實驗室的現有條件進行設計，這在一定程度上打擊了學生跟蹤最新研究熱點和最新技術方法的積極性。

本文系惠州學院教改項目

[1]鄭世英.生物技術專業實驗教學模式探索[J].衡水學院學報，2009，11(1)：109-111.

[2]陳曉玲，劉勝洪，梁佳勇.生物技術實驗教學與管理模式的實踐與探索[J].陜西教育，2009(5)：48-49.

[3]高小霞.關于“開放式”實驗教學的幾點思考[J].實驗室科學，2008，1：61-63.