分子生物學創新實驗教學模式的實踐

劉忠淵　李軼杰

【摘 要】分子生物學是一門實踐性很強的學科。分子生物學實驗是理論和實踐相結合的典型課程。本文通過基礎性實驗、綜合性實驗、創新設計性實驗教學模式的改革與探索，提高了分子生物學實驗教學質量，增強了學生學習的主動性與創新能力。

【關鍵詞】分子生物學實驗；基礎性實驗；綜合性實驗；創新設計性實驗

【Abstract】Molecular Biology is a discipline full of experiments. The experiment of molecular biology is a typical course combining theory with practice. In this paper， to improve the teaching quality of molecular biology experiments and to increase students creativity and active learning ability， the innovating experimental teaching system of molecular biology was performed by employing basal experiments， establishing integrated experiments， applying innovation experiment.

【Key words】Molecular biology experiment； Basal experiments； Integrated experiments； Innovation experiments

分子生物學是在分子水平上研究蛋白質、核酸等生物大分子形態、結構及其規律性和相互關系的科學。分子生物學是一門實踐性很強的科學，它不但是人們認識生命的有利工具，而且滲透到醫學、農業、工業等科學的各個領域[1]。在分子生物學教學中，實驗教學占有舉足輕重的地位，是學生理解和掌握分子生物學基本原理的重要環節。它不僅是培養學生掌握基本理論、基本知識和基本技能的重要手段，而且對培養學生的創新能力和科學作風都是十分重要的。相對其他學科的實驗而言，分子生物學實驗復雜而貫通，技術性很強，是理論和實踐相結合的典型課程[2]。

在分子生物學本科實驗教學中，如何深化改革，構建科學合理、切實可行的實驗教學創新體系，充分有效地提高學生的實踐能力和創新能力，對培養21世紀生命科學發展所需的高素質人才是十分必要的。

近年來，根據創新人才培養的需要，我院結合生物技術專業的特點，對實驗教學進行了模塊式教學模式的改革，本文僅以生物化學與分子生物實驗教學模塊中的分子生物學實驗教學模式進行了探索，建立并完善“基礎性實驗—綜合性實驗—創新設計性實驗”的多層次和多模塊化的實驗體系。基礎性實驗共32學時，利用4-5周的時間集中進行實驗教學，避免實驗課教學占用太多的教學周數；綜合性實驗16學時；創新設計性實驗20學時，在生物化學與分子生物實驗教學模塊的統領下，遵循著“理論-實踐-理論-綜合實踐”的教學、認知的螺旋式上升規律。

改革目的是改變學生的學習結構，激發學生學習的主動性，使其在整個課程學習過程中，將建立完善的學科知識體系、培養思維和學習能力、提高創新精神和綜合素質三大目標融為一體。這一模式經分子生物學課程實驗實踐，取得了很好地教學效果。

1 堅持基礎性實驗，強化實驗技能

基礎性實驗，是在指定時間內由教師直接講授、指導的相對獨立內容的實驗。通過實驗操作，使學生掌握分子生物學基本實驗技能，培養學生基本的科研動手能力。

1.1 建立課堂理論講授與實驗教學分離的體系

分子生物學是實踐性很強的學科，要使學生切實掌握該學科的各種能力，必須打破傳統的實驗課附屬于理論課教學的教學模式，適當增加實驗教學課時。當前，大多數學校分子生物學實驗課教學受學時、時間安排等方面的影響，沒有更多的課時安排基礎性實驗，而我們在堅持實踐認知的原則下，學院改革實驗教學體系，保證合理安排學時，強化基礎性實驗，該課程安排在沒有開設基礎理論課前的大學二年級上學期，課時為32學時，利用4-5周的時間集中進行實驗教學。

1.2 優化實驗內容體系

實驗內容的選擇是實驗教學環節的基礎，我們通過對原有實驗課程的整合，實現實驗教學內容體系的整體優化，并且獨立設課。在基礎性實驗中，我們圍繞基因工程的流程“分離、切割、連接、轉化、篩選”的過程[3]，設計了以綠色熒光蛋白（GFP）基因為研究對象，進行質粒DNA的提取、酶切與定量分析，PCR擴增目的基因及其產物的回收，DNA重組（綠色熒光蛋白基因亞克隆到質粒載體pET28a），大腸桿菌（DH5α）感受態細胞的制備與轉化，轉化子的篩選與鑒定。這些實驗內容緊密相關，涉及到基因克隆的整個過程。因此，在實驗過程中向學生強調實驗的連貫性和整體性，使大家認識到前一實驗內容是后一實驗內容的基礎，前一實驗的結果為后一實驗提供實驗材料，充分認識到每個實驗的重要性，為創新設計性實驗打好基礎。參考教材是我們自行編寫的“分子生物學實驗指導”。

1.3 基礎性實驗授課方式

基礎性實驗的授課方式是“授之以魚”，即以每一個實驗為單位，實驗與實驗之間相對獨立。教師在教學大綱規定的實驗學時內直接講授的基礎性實驗，該授課方式能突出實驗技術本身的特點，旨在使學生掌握本課程的基本要求、實驗技能、實驗方法和儀器的規范操作。實驗過程中，要求同學們認真觀察實驗現象，做好實驗數據記錄與保存工作，培養同學們嚴謹的科學態度和實事求是的精神。并且，重視思維訓練，養成學生細心觀察、周密思考的習慣，為今后進行科研活動打下良好的基礎。

此外，由于分子生物學是從分子水平來研究生命現象。充分利用現代網絡資源，借鑒有關原理的Flash動畫，以PPT方式將預實驗過程中的步驟拍成照片展示給學生，例如PCR的原理，通過Flash動畫方式展示給學生，講解時既形象又生動，使實驗全過程變得具體化、形象化，從而化難為易起到事半功倍的效果。

2 完善綜合性實驗，提高學生綜合動手能力

綜合性實驗是指實驗內容涉及本課程的綜合知識或與本課程相關課程知識的實驗，綜合性實驗不僅是課程內實驗內容的綜合，而且是相關課程內容的綜合。內容一般涉及一門課程的多個知識點或系列課程多個知識點，或組合多項單元實驗。實驗內容的復合性是綜合性實驗的重要特征，旨在培養學生知識的綜合能力和綜合知識的應用能力[4]。該課程安排在大學二年級下學期，課時為16學時，集中時間授課。

2.1 綜合性實驗的內容

在基礎性實驗過程中，綠色熒光蛋白基因主要是亞克隆到質粒載體上，并實現了基因的克隆與擴增。綜合性實驗是在教師的講授、指導下，從大腸桿菌（DH5α）中提取重組的pET28a-gfp，核酸電泳檢測，轉化大腸桿菌（BL21），誘導表達，蛋白電泳檢測。其中涉及到綜合運用分子生物學基礎的DNA提取技術、瓊脂糖凝膠電泳技術、微生物培養、外源DNA的導入、重組體的篩選、原核表達條件優化、SDS-PAGE電泳檢測技術等。綠色熒光蛋白基因的選擇是便于直觀地觀察表達效果。

2.2 改進綜合性實驗成績考核方式

基礎性實驗成績主要以學生的實驗報告完成情況和數據處理等來評定。而綜合性實驗是按照平時成績與綜合性實驗分析報告各占50%來考核。平時成績考評包括包括實驗技能、實驗態度（如出勤、紀律等）、實驗室常識等的掌握。綜合性實驗分析報告是指綜合分析整個實驗的成功與失敗的經驗教訓，注重學生的創新性思維及獨立分析問題、解決問題能力的提高。

3 開設創新設計性實驗，鍛煉學生科研思維

創新設計性實驗是打破以課堂為中心、教師為中心的實驗教學模式。由教師指導學生進行科研課題的設計，由學生自由組合、自選題目，在教師指導下選擇性地進行創新設計實驗，最終撰寫成實驗論文，啟發學生如何完成一個科研工作。激發出學生探索生命奧秘的熱情，拓寬視野，增長知識，有利于學生創新能力與綜合素質的培養[5]。創新設計性實驗共20學時，在大四上學期開設。

3.1 建立完善的開放實驗平臺

學院的生物技術中心實驗室，在正常工作日對研究生和本科生全天開放。因此，利用這個實驗平臺，對于創新設計性實驗采用開放教學模式，實現學生主體的教學模式。使學生不受實驗室、實驗學時和實驗項目的限制，完成從實驗方案設計到實驗測試、實驗論文編寫等全過程，提高學生分析問題和解決問題的能力。

3.2 靈活多樣的創新設計性實驗教學形式

第一，成立創新設計性實驗“導師組”。由“導師組”立足從基因到蛋白的過程擬就若干個實驗題目或方向，由學生以小組（2-3人）為單位、選取實驗項目。然后自行查閱文獻，寫出實驗方案。實驗方案確定后，交由“導師組”進行嚴格的審查。審查實驗方案的可行性和安全性，以及實驗室條件是否能滿足其要求等。在老師幫助下完善實驗方案，然后學生自行備齊所需設備和試劑，由學生獨立完成實驗。要求學生在創新設計性實驗的過程中，利用基礎性實驗所學到的實驗技能自主完成基因克隆與表達的整個過程。

第二，以科研促進實驗教學。科研課題可以是老師現有科研課題的延伸，也可以是學生通過其他途徑所獲得的信息或者是自己的設想。科研課題與實驗教學緊密結合，能使學生們及時了解最新科研動態，了解最新科研成果，提高學生對科研的興趣。使學生參與到科研中，能發揮學生的主觀能動性，掌握實驗技巧以及本實驗以外的其它知識技能。鍛煉學生的實踐能力、激發學生探索的興趣、培養學生的創新精神。

第三，以實驗論文形式考核成績。生命科學的學生在學校學習期間應當學會撰寫科研論文。傳統實驗課中的實驗大多屬于驗證性實驗，實驗報告中體現學生獨特見解的論述較少。而在創新設計性實驗的完成過程中凝聚了學生自己的準備、分析、思考、實驗等創新能力。要求學生完成實驗后以實驗論文形式報告結果，在實驗論文的撰寫過程中能對實驗過程、思維方式等再認識提高。通過這些基本技能的訓練，使學生全面掌握好現代分子生物學技術，為即將開展的本科畢業實習及將來從事科研工作打下良好的基礎。

4 結束語

順應教學改革形勢的需要，我們學院根據自己的實際情況進行相應的教學內容和教學模式的改革，提出了分子生物學基礎性實驗、綜合性實驗、創新設計性實驗教學模式的改革，這種實驗教學模式既能充分利用實驗室的空間和資源，又能充分調動和激發學生學習的主動性和積極性，進一步提高學生實際動手操作技能，對培養具有創新能力、高素質綜合型人才起到了積極的作用。

【參考文獻】

[1]何鋼，葉翠層，王義強，李樊，劉賢桂，袁靖.分子生物學綜合實驗教學改革研究[J].實驗室研究與探索，2006，25（11）：1401-1404.

[2]蔣曹德，廖志華，楊應斌，曾令江，楊春賢，李娟.分子生物學創新實驗教學模式的探索[J].西南農業大學學報：社會科學版，2009，7（2）：200-202.

[3]楊海靈.分子生物學實驗教學改革的探索與實踐[J].成都大學學報，2008，22（4）：70-71.

[4]何鋼，葉翠層，王義強，李樊，劉賢桂，袁靖.分子生物學綜合實驗教學改革研究[J].實驗室研究與探索，2006，25（11）：1401-1404.

[5]陳思禮，袁媛，陳強，李俊莉，周雨絲，張喜紅，劉輝.設計性分子生物學實驗教學研究[J].高等理科教育，2005，4：99-101.

[責任編輯：湯靜]