分子生物學實驗課程的改革探索

吳傳芳　李圓圓　王甜　趙云　王茂林

摘要：分子生物學課程是現代生物科學的前沿和交叉學科。實驗課程是培養學生將理論知識運用到實際科研中的重要的訓練平臺，能更好地啟迪學生的科學創新思維，加強分析問題、解決問題的能力，推動人才的培養。分子生物學實驗課程通過加大對分子生物學實驗課程的投入，改變教學方法和內容，改進考核方式等形式進行了改革，并取得良好效果。

關鍵詞：分子生物學實驗；教學改革；教學手段

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）37-0272-03

分子生物學課程是現代生物科學的前沿和交叉學科。分子生物學實驗是分子生物學研究的重要手段和組成部分，是分子生物學教學的有力補充，學好分子生物學實驗課程對于培養學生的動手能力，強化理論教學效果具有重要作用。分子生物學與其他學科的交叉也主要體現為分子生物學實驗技術的應用[1]。分子生物學實驗技術涉及很多現代生物技術中的核心技術，掌握分子生物學實驗技術已成為農學、林學、醫學、生物學等各學科的基本需要[2-5]，因此各個高校一般都將分子生物學實驗課程作為生物類專業學生的專業基礎課，緊抓教學質量，以期培養出更適應社會需求的人才。我國也早在2007年1月，由教育部財政部下發了教高[2007]1號《關于實施高等學校本科教學質量與教學改革工程的意見》、教高[2007]2號《關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》等相關文件，明確提出要高度重視實踐環節，提高學生實踐能力，加強實驗、實習等教學環節，著力培養學生創新精神和創新能力[6]。四川大學作為全國最早開設分子生物學實驗課程的學校之一，對該課程一直非常重視，每年投入大量的經費

改善實驗室的教學條件，為了適應新時代的需求，經過多年的教學實踐，分子生物學實驗課程也不斷在教學內容，教學方法、考核方式等方面進行大力的改革。

一、分子生物學實驗教學改革前現狀分析

（一）教學內容系統性、完整性不夠強

分子生物學實驗課程改革前實驗教學內容多為驗證性實驗，如：植物基因組DNA、總RNA及質粒的提取、瓊脂糖凝膠電泳、目的基因的PCR擴增、目的基因的酶切及與載體的連接、感受態細胞的制備、重組子的轉化與鑒定等實驗，實驗內容雖然都是現代生物前沿基礎技術，而且具有一定的連貫性，但每次實驗都是單獨授課，學生只需按照步驟完成實驗即可。這樣授課的弊端就是學生上完課后并不能把理論知識與實驗技術有機結合，缺乏思考，遇到實際科研問題時不能運用所學技能解決，缺乏拓展性、創新性思維的訓練。

（二）教學手段簡單，學生學習積極性差，教學效果不明顯

改革前實驗課程采用的教學形式單一，很難調動學生學習的積極性。一般是教師確定實驗的目的和方案，實驗員準備好實驗所需試劑和儀器，學生只需在規定的時間內進行操作，完成實驗方案，上交實驗報告。這種程序化、被動式的教學導致學生對分子生物學實驗課程教學目的不明、學習興趣不高，產生學習上的倦怠心理。

分子生物實驗課程開設在本科二年級下學期，實驗操作中用到的儀器精密度較高，價格昂貴，實驗試劑加入的量均為微量級別，這與學生在此之前所做的實驗完全不同。雖然在上課時教師反復強調實驗的操作步驟和注意事項等方面，但很多細節學生不能及時掌握，實驗中容易出現試劑種類加錯，試劑加入量不準確或錯誤操作儀器等，導致實驗失敗甚至儀器損壞等問題。此外，實驗課程一般設置是每周一次或隔周一次，學生不能經常練習，鞏固加深實驗技術，有些知識剛學會，還沒完全掌握，到下一次實驗時已記不清如何操作，導致教學效果不明顯。

（三）考核方式相對單一，不能全面反映學生學習的真實情況。

改革前該課程的學生學習成績的評定標準為課堂上實驗操作考核只占總成績的20%，考勤占10%，實驗報告占70%。但教師在對學生成績評定過程的研究中發現由于分子生物學實驗課程是生命科學學院全體學生的專業必修課，開設的班級多，每次課學生人數較多，課堂上老師并不能關注到每個學生，學生成績的評定主要還是根據實驗報告中結果的好壞與報告的質量來定，以至于學生中形成一種思維：只要實驗報告寫的頁數多，圖片精美，討論深刻就能得高分，實驗過程中操作是否規范，是否動作標準并不重要。這使得很多學生對實驗技術的學習流于應付，不能達到學習該課程的目的。

這些問題嚴重影響了分子生物學實驗課程的教學質量，也使得學生忽視實驗技能的提高，思維趨于懶惰，缺乏科研的自主性、創新性。分子生物學實驗課程作為一門實踐性的專業基礎學科，教師不只要注重學生動手能力的鍛煉，也要培養學生勤于思考的習慣和分析處理問題的能力。

二、分子生物學實驗教學改革方式

為了改變以上的缺點，改進教學模式，提升教學質量，提高學生學習的積極性、主動性和創造性，達到分子生物學實驗課程的學習目的，在學校及學院的支持下我院分子生物學實驗課程組對本門課程進行了全面改革，以學生為本，開發多樣化學習方式[7]，學生由被動式學習轉為自主探究性學習[8]，改進課程考核方式等。經過近兩年的試驗，效果明顯。實驗課程的主要改革內容如下：

（一）學校加強經費投入和師資力量建設，提高教師教學能力

四川大學生命科學學院歷來重視實驗中心的建設，目前分子生物學實驗室設備固定資產達到300多萬元，實驗教師均具有博士學位，教輔人員的學歷也在碩士研究生及以上。學院鼓勵教師積極參加國際、國內各種教學研討會，與全國的同行進行教學交流，學習其他兄弟院校的先進經驗，提高教學能力。此外，該課程每年還給教師配備了研究生助教，多人同時在課堂上進行指導，及時發現并糾正學生實驗操作中的錯誤，幫助其形成良好的實驗習慣，掌握正確的實驗操作方式。

（二）拍攝實驗操作視頻，便于學生課前課后反復學習

為了讓學生更清楚實驗操作的方式及儀器的正確使用方法，教師將分子生物學實驗中涉及的實驗內容和儀器使用按照模塊化的方式分別進行視頻拍攝，并結合多年教學經驗，在視頻中增加了學生實驗中易錯環節的提示，對初學者進行指導。學生在上課前就能清楚知道每個實驗的正確操作方法及注意事項，上課時有意識地加強學習，降低實驗失敗率，提高課程訓練效率。

（三）建立課程網站和虛擬實驗室，加強師生間及學生間的聯系，提高學習的積極性

為了有效整合教學資源，拓展教師的教學方式、教學空間，提升教學質量，提高學生的學習興趣和自主學習能力，培養學生的獨立能力及科研素質，加強師生之間的互動，使課程教學內容與教學活動完整呈現，我們建立了分子生物學實驗的課程網站，將實驗操作視頻、動畫、圖片、PPT等資料放置其上，供學生自由學習。此外，我們還注重師生間課后的聯系與互動，利用網絡平臺收集和批改學生作業，對學生學習中遇到的問題及時在網上作答，方便學生的學習，促進其對相關知識的理解與把握。

隨著社會新形勢的發展對人才要求的提高，傳統的實驗教學受課程開設的時間、地點、人力和財力等問題的限制，不能顯著提高教學質量，設計型和探究型實驗更難以開展。為解除此類限制課程教師還建立了虛擬實驗室，提供可操作的虛擬實驗儀器和試劑，學生既可通過實驗仿真平臺動手操作，又可自己設計實驗，利于培養學生的實驗設計能力，分析解決問題的能力，科學探究精神和創新意識，學生對于科學知識的學習、探究、運用更有自主性[9，10]。

（四）重視實驗內容的系統性，提高大學生的創新能力

教學內容上整合原有的分子生物學課堂小實驗，創建系統分子生物學綜合大實驗[11]，給定選擇題目后由學生自行選擇并設計綜合大實驗流程。第一次上課教師只需要講解進入實驗室的要求與注意事項，給定幾個備選大實驗題目，提供模塊化實驗視頻，由學生課后學習視頻，自行選擇題目并設計大實驗流程。第二次課程為實驗設計的展示，學生分別用PPT展示、講解自己的設計，由其他同學對其設計的流程進行提問，討論其設計是否合理，是否能繼續優化，最后確定最終流程。第三次課程開始動手能力的培養，是前期課程知識的應用與實踐。對于實驗中出現的問題，首先要學生自己設法提出解決方案，并于實驗完成后師生共同討論實驗中的得失與感悟。實驗內容的系統化后整個過程學生都參與其中，將學到的理論知識運用到實際的科研問題中，充分強調學生在實驗中的主體地位，不僅使學生養成總結和反思的習慣，也大大提高學生的創新能力。因此，綜合大實驗能夠充分挖掘學生的潛能，對培養學生獨立思考能力，實驗動手能力以及解決實際問題的能力具有重要的意義。

（五）加強課程考核方式改革，提高學習積極性，科學檢驗學習效果

實驗課程中提高學生的主動性和積極性，不僅需要教學內容和手段的提高，還要有科學合理的考核方式的配合[12]。為了充分檢驗學生的學習效果，改變學生“輕操作重報告”的觀念，避免出現“高分低能”的現象，我們將課程考核方式變為：實驗流程設計占總成績的30%，實驗操作占40%，實驗結果占10%，實驗報告占20%。實驗流程的設計充分考核了學生對實驗目的，原理等的認識及對整個課程系統性的把握，能正確地將分子生物學實驗涉及的方法有機結合，真正達到課前自學的目的。這部分內容是作為作業在第二次上課討論各自的實驗設計前上交，教師及時評定成績。討論后學生便清楚自己所獲得的分數，督促其后續工作認真努力，也有利于教師及時了解學生自學情況和對實驗整體的把握情況，可以有針對性地對學生進行輔導。

在實驗操作課程中，由于學生在課余時間自學教學視頻，因此在課堂上教師的主要角色由知識的傳授者轉變為實驗操作過程的監督者，實驗的講授時間縮短，有針對性地增加實驗技能的指導時間。為了公平評價每個學生，在實驗中教師為學生準備了胸牌，上面清楚地記錄了每個學生的姓名及學號，方便教師監督其操作過程是否符合規范，及時糾正錯誤。該過程成績由于在總成績中所占比例較重，激發了學生在課前的學習熱情，提高了學習效果。

在實驗完成后，分子生物學實驗課程還增設了實驗內容相關問題的討論和搶答環節，鼓勵學生積極思考，提升了學習的趣味性，鞏固學習效果。

三、分子生物學實驗教學改革效果

經過兩屆學生的實驗教學，分子生物學實驗教師對兩個年級349名學生進行了調查，學生的實驗技能與實驗素質普遍提高，科研能力明顯增強。學生普遍認為新的課程形式更能調動其實驗積極性，鍛煉其科研思維能力，提高實驗操作的動手能力，并改變其“做的好不如寫的好”的錯誤觀念，全面客觀體現學生的學習效果，學生在課程中收獲較多。

四、結束語

高等教育肩負著培養數以萬計的高素質專門人才和一大批拔尖創新人才的重要使命。提高高等教育質量，既是高等教育自身發展規律的需要，也是辦好讓人民滿意的高等教育、提高學生就業能力和創業能力的需要，更是建設創新型國家，構建社會主義和諧社會的需要。分子生物學發展迅速，為了培養高素質人才，適應社會需求，實驗課程的教學方法應不斷更新。改革是一個需要不斷摸索與改進的過程，希望在此基礎上我們不斷總結工作中的得失，開創新的方法，培養更多具備創新精神、科學思維及實踐動手能力的人才。

參考文獻：

[1]馬利剛，鄭曉珂，趙樂，武慧敏，黃睿.中醫院校研究生分子生物學課程實驗設計探討[J].中國西部科技，2014，13（11）：99-100.

[2]李博偉，酈和生.分子生物學技術在水環境微生物研究中的應用[J].綠色科技，2014，（4）：224-226.

[3]伏建國，劉金良，楊曉軍，安榆林，駱嘉言.分子生物學技術應用于木材識別的研究進展[J].浙江農林大學學報，2013，30（3）：438-443.

[4]龍華.分子生物學的發展[J].生物學通報，2005，40（5）：58-60.

[5]郭燕，柳小青，馬紅梅，陳海嬰.分子生物學在媒介生物研究中的應用[J].廣東農業科學，2013，（9）：155-158.

[6]中華人民共和國教育部“關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見”[Z].2007.

[7]曾文婕，黃甫全.課程改革與研究的新動向：彰顯學習為本[J].課程教材教法，2013，33（7）：3-10.

[8]劉智運.構建大學生研究性學習的新體系[J].教學研究，2006，29（5）：377-383.

[9]羅星凱.實施科學探究性學習必須正視的問題[J].全球教育展望，2004，33（3）：43-46.

[10]盧福芝.生物綜合性實驗教學研究與實踐[J].科教文匯，2012，（4）：106-108.

[11]高云，劉曉宇，孫銘娟，鐘山，盧小玲，魏善建，焦炳華.醫學生物技術綜合性分子生物學實驗課程設計[J].基礎醫學教育，2014，16（3）：182-184.

[12]韓春艷，劉志偉，張晨，章慶民，許衡，馮麗娜，肖迪.應用型本科院校“生物化學與分子生物學”課程群實驗教學改革探析[J].寧夏農林科技，2012，53（12）：236-237.