淺析本科分子生物學實驗教學學生自主創新能力的培養

胡志剛

（南京師范大學 生命科學學院，江蘇 南京 210023）

摘要：培養學生的自主創新能力是當前大學教育的一個主要任務。分子生物學實驗教學的目標除了培養學生的分子生物學實驗操作技能外，同樣是培養學生創新能力和創造性思維的有力手段。本文總結分析我們多年來在分子生物學實驗教學中的一些改革和嘗試，并探討了多種教學方法對培養學生自主創新能力的應用，從而更好的提高學生的整體素質，以適應當前社會發展需要。

關鍵詞：分子生物學；創新能力；實踐教學

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）52-0275-03

隨著世界經濟發展進入“互聯網+”時代，李克強總理在2015年兩會政府工作報告中首次提出要實施“中國制造2025”，并表示“堅持創新驅動、智能轉型、強化基礎、綠色發展，加快從制造大國轉向制造強國”。在2016年博鰲亞洲論壇開幕式上的演講中，李克強總理再次提到要大力實施“中國制造2025”，激發創新活力，共享創新經驗[1]。科技創新，模式創新，結構創新，人才創新在我國新時期經濟轉型及工業4.0背景下的制造業再發展中將起決定性作用。而創新發展，歸根結底是人才的創造性思維和創新性能力的培養和發展。習近平主席2014年在中國科學院第十七次院士大會、中國工程院第十二次院士大會上的講話中指出，“中華民族是富有創新精神的民族。創新精神是中華民族最鮮明的稟賦。人是科技創新最關鍵的因素。創新的事業呼喚創新的人才。”高等學校教育承擔著培養高級專門人才和知識創新、科技創新的重要任務。“為創造性而教”是當前和今后我國高等教育教學改革和發展的基本信念，培養大學生的創造性思維和創新能力是高等教育的一個重要功能和主要任務[2]。

隨著生命科學的不斷進步，人們在細胞和分子水平上的生物學研究不斷深入。分子生物學作為生命科學的四大基礎學科已成為當前各個高校生命科學相關專業的主干課程之一[3]。作為一門實驗科學，分子生物學在本科教學中具有舉足輕重的地位。分子生物學是一門快速發展的科學，其他學科理論和技術的創新和進步同時推動著分子生物學理論的快速發展。因此，分子生物學實驗的教學一方面是理論知識的補充和驗證，同時也是學生獲取知識的主要渠道。另外，實驗教學還培養了學生理論與實踐相結合的，掌握基本技術，提高科學分析思維能力和創新能力[4]。我院生命科學實驗教學中心多年來對學生進行“基礎技能、綜合拓展、實踐實習、創新訓練”分層遞進式培養，為我國培養和造就了一大批具有寬厚生物學基礎與較強實驗動手能力的生命科學科研和教學人才，于今年3月獲批為“國家級實驗教學示范中心”。在分子生物學實驗教學中針對如何培養學生科研技能和創新能力，我們通過多年的探索與實踐，積累了一些經驗，并取得了良好的成效。

一、合理設計實驗內容，理論知識和實驗操作相結合

實驗教學的目的是在實踐中加強、拓新理論知識，訓練學生嚴謹的科研作風，熟練的操作能力，敏銳的觀察力及進行科學探究的創新能力[5]。分子生物學本身就是一門實驗科學，因此如何合理安排好分子生物學實驗課的教學內容和教學模式就顯得尤為重要。傳統的分子生物學實驗課往往是在教師的指導下，安排學生驗證某個實驗結果，單純的培養學生的某項操作技能，對教師和教材依賴性強，按部就班的操作實驗，缺失系統性。不利于發揮學生的主觀能動性，導致學生思維定式，機械操作，更加沒有培養學生的思維創新能力。

我們設計的分子生物學實驗課內容以掌握基本的分子生物實驗方法為基礎，以培養學生科研自主能力為目標，在分子生物學理論教學的基礎上，構建了新的實驗教學體系。我們整體的實驗教學安排摒除以往分子生物學實驗教學中驗證型實驗較多的弊端，將實驗教學內容進行重新整合、歸類。實驗體系整體以EGFP基因的克隆為主線，從引物設計，PCR擴增，質粒提取，酶切，質粒構建到感受態制備和細胞轉化等一系列的實驗，前后銜接。即考慮了基礎實驗技能培訓的需要，又把本科生分子生物學實驗的基本內容貫穿始終，引導學生逐步深入的了解和探索基因克隆等分子生物學的奧秘。

二、采用多元教學模式，提高改善教學方法

1.合理利用教學資源，加強教師隊伍建設。實驗教學與理論課堂的教學方式并不完全相同，除了老師的講課之外，在實驗課的教學過程中，學生的主動參與更加的強。在這個過程中，如何的引導和指導學生做好實驗，思考實驗便顯得尤為重要。多年來，我們逐漸形成了主講教師、實驗技術人員、研究生助教等多梯隊的教學團隊，圍繞實驗教學核心，通過提前預實驗、集體備課等形式，研究實驗教學問題，并研究實驗教學評價體系。我們堅決的將教授、博導等高水平的教學和科研人員投放到本科實驗教學的一線當中。在我們分子生物學實驗課的主講教師中，除了專職的實驗中心老師外，還有包括國家青年973項目主持人、國家優秀青年基金獲得者、海外歸國青年教師及具有多年豐富教學經驗的老教授等多層次的教師人員。高水平的教學隊伍，對于激發引導學生的科研興趣，更系統的指導學生實驗以及開拓學生思維都有非常大的幫助。在邀請高水平的教師之外，我們也對各個講課老師進行相關的培訓，以老帶新，加強團隊協作和互相學習指導，更好的上好分子生物學實驗課程。

2.開放式教學方法，培養創新能力。在我們的實驗教學過程中，我們利用多種教學媒體和教學方式，充分調動學生的興趣和積極主動性。課堂上，我們利用多媒體教學資源在講授實驗原理及基本操作過程外，還安排一些提問、討論、講解等教學方式，通過聲、形、動、思的合理調節來活躍教學氣氛，不斷激發學生的學習興趣，達到了理論教學與實驗教學的相互滲透。課堂外，我們安排一些跟實驗教學相關的預習及思考題，讓學生利用網絡資源如QQ群、微信群等充分參與討論，拓展學生對課堂實驗的廣度和深度，激發其自主思考的能力。同時，利用網絡上的微課資源及我們中心自己老師錄制的微課，向學生介紹講解分子生物學實驗的知識。

3.設立學生導師，提高自主學習能力。在分子生物學實驗教學過程當中，為了確保教學質量，我們多年來堅持小班實驗教學，每班學生在25人左右。小班實驗教學使教師對學生的指導更加到位，師生交流充分。在一些基本的實驗操作課程中，我們讓每個學生都獨立完成實驗操作，培養了學生的動手能力。同時，在一些復雜的實驗設計時，我們安排學生兩人或四人一個小組，設立小組長，進行團隊實驗，充分發揮學生的團隊合作能力。在小組實驗中，我們要求小組團隊推薦各自的“首席”，提前預習實驗內容，對實驗從設計到操作對整個團隊進行負責和指導。

4.引導學生走進實驗室，培養“青年科學家”。課外學習如同課堂學習一樣，都是課程教育的重要組成部分。在課堂學習之外，我們同時注重學生的課外學習和訓練。在請高水平的主講老師指導學生實驗之外，我們結合本學院多年來在國家理科基地班建設過程中的經驗，向分子生物學實驗課的學生發起邀請，引導學生走進教授們的實驗室，在實驗室的環境中，在研究生的指導下，更好的接收分子生物學實驗課程相關的訓練和指導。同時，讓學生直面接觸教授們的在研課題，開闊他們的科研思路和研究思維。結合分子生物學實驗課的開展，我們的很多本科學生，從大二開始，就進入到學院各個研究所的實驗室中，一方面訓練了學生的動手能力和科研能力，同時也為各個實驗室帶來了新鮮血液。逐漸讓本科生成為了實驗室科學研究的一支生力軍，從而培養他們科研興趣和熱情，努力培養成有所作為的“青年科學家”。

5.培養學生文獻搜集、閱讀和整理素質。當今生命科學飛速發展，在每一個生命科學的研究領域，每年都發表了大量的科技文獻。如何更好地把握科技研究的前沿，了解最新的科研動態和科技發展成果，對文獻的搜集、閱讀和整理成了必不可少的技能。因此，培養學生的文獻閱讀能力，也成為了我們在實驗教學中的一個方向和內容。結合分子生物學理論課程和南京師范大學的博雅大講堂等，我們在上分子生物學實驗課程的時候，結合各個不同的實驗，教師都會給學生們推薦一些經典實驗書籍和學術水平較高的中外文雜志以及論文，讓學生全面、系統地了解一些經典實驗的設計和最新的研究動態。從而，在一方面鞏固學生所學的基礎理論知識，同時能夠根據學生自己的興趣了解在本領域內，一些實驗的最近技術和研究進展。通過對文獻資料的搜集、閱讀和整理，對學生的培養不但在知識上起到更新作用，更加培養了學生的邏輯思維能力，同時還拓展了學生的思想空間，從而為其更快、更準確地定位一個新的課題和新的科學研究提供了指引和方向。

三、優化考核體系，全面評價學生

傳統的實驗考核成績是以學生的考勤、實驗報告完成情況和考試成績來進行評分，不能真實反映學生實際的動手操作能力和實驗準備情況，容易重新回到理論教學考核模式。從而使得學生對實驗教學缺少重視，無法激發他們對實驗探索的興趣，更談不上有積極性，這在一定程度上嚴重影響實驗教學的質量。因此我們結合多年的教學經驗，總結了一套全新的、多元化的考核體系。一方面考核學生的平時成績，包括實驗預習情況、實驗動手操作能力、實驗結果分析，課堂問答討論情況等。另一方面在期末考試試題設計方面，加強考核學生實驗設計能力，注重對學生的創新性思維及獨立分析問題、解決問題能力的考核。總之，既考查了學生理論知識水平，又考查了學生基本操作水平。在設計合理的考核方式后，我們對相關考核方式的成績分配進行制度化，并結合實際教學進行優化調整。考核中，我們將考核分為實驗積極性（包括預習，考勤，課堂紀律，動手積極性等）（15%），實驗操作技能（30%），課堂問答（5%），實驗報告撰寫（10%），理論知識和實驗設計及問題解決能力考核（40%）。在課堂問答設計時，我們盡量做到以培養學生的創新能力為導向，綜合理論知識和實踐教學。例如，在講解PCR原理的時候，我們同時將DNA復制，轉錄等一系列的知識點串起來，向學生提出問題，分析其中的關聯性和涉及到的知識點等，擴大學生的思維發散性和聯想性。實驗報告的撰寫方面，除了要求傳統的實驗原理、步驟及實驗結果外，加大對實驗結果分析的考核，同時我們會提出一些思考題作為實驗報告的一個部分，比如實驗課學到的技術在生活中有哪些實際應用等。期終考試的考核題目設計同樣體現了創新能力的培養。更加注重考核學生的實驗設計能力和問題解決能力。我們的這些綜合實驗和考核不但培養了學生動手動腦的能力，更有利于培養他們的獨立思考能力、歸納分析能力、綜合能力和創新能力，這些都使學生們終身受益。

總之，21世紀是生命科學的世紀，更是創新的世紀。作為生命科學四大主干課程之一的分子生物學在生命科學領域的應用不斷深入，同時伴隨著其他學科的發展而飛速的發展。熟練地掌握分子生物學實驗技能和充分運用分子生物學技術在生物科學等研究領域中發揮著越來越重要的作用。與其他學科的實驗相比較，分子生物學實驗更系統復雜，并且相對缺少預測性，需要的更細致更強的實驗操作技能。更好的設計分子生物學實驗課程，將會整體提高學生的理論知識和實際操作素養，更好的發揮理論與實踐相結合的特點。因此，在教學實踐中不斷的改良教學和考核體系，使得學生從實踐到思維都得到充分的鍛煉，對于培養21世紀創新型高級人才具有十分重要的作用和意義。

參考文獻：

[1]李克強.共繪充滿活力的亞洲新愿景——在博鰲亞洲論壇2016年年會開幕式上的演講[EB/OL].新華網，2016-03-24.http：//news.xinhuanet.com/fortune/2016-03/24/c_128830171.htm.

[2]譚頂良.高等教育心理學[M].南京：河海大學出版社，南京師范大學出版社，2006：135-141.

[3]翟中和.面向21世紀的生命科學[J].生物學通報，1994，（8）：1-4.

[4]王興亮.實驗教學中學生能力培養的思考和實踐[J].讀寫算：教育教學研究，2015，（21）：137.

[5]曹華，裴鵬，王松梅，高紅陽，潘鑾鳳.子生物學實驗教學中創新能力的培養[J].醫學教育探索，2006，5（1）：59-60.