生物科學(xué)專業(yè)應(yīng)用綜合大實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

王晗 許曄 高學(xué)林

摘要：專業(yè)應(yīng)用綜合大實(shí)驗(yàn)是生物科學(xué)開設(shè)的專業(yè)課程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。文章結(jié)合我校專業(yè)和學(xué)生特點(diǎn)，對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)方式等進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)踐，旨在探索構(gòu)建綜合性實(shí)驗(yàn)課程的體系，為提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)現(xiàn)代社會(huì)需求的高素質(zhì)人才提供參考。

關(guān)鍵詞：綜合實(shí)驗(yàn);生物科學(xué);創(chuàng)新能力;考核方式

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）50-0171-02

生物科學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性和應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)工作的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾緩絒1]。綜合能力包括傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能、技術(shù)操作，以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、發(fā)現(xiàn)和分析解決問題的能力[2]。加強(qiáng)大學(xué)生綜合素質(zhì)教育，培養(yǎng)科研創(chuàng)新實(shí)踐能力，有利于大學(xué)生的全面發(fā)展，也是實(shí)踐教學(xué)改革的重要內(nèi)容[3]。

傳統(tǒng)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)往往以驗(yàn)證型為主，學(xué)生依據(jù)教科書中內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)興趣不高;實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)陳舊，制約了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[4]。不同課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，缺少學(xué)科間的聯(lián)系和銜接，不利于學(xué)生的綜合訓(xùn)練[5]。如何促使各學(xué)科緊密銜接，將相關(guān)聯(lián)課程的教學(xué)內(nèi)容整合為一套綜合實(shí)踐課程體系，已經(jīng)成為實(shí)踐教學(xué)改革的重要目標(biāo)之一[6]。為更好優(yōu)化人才培養(yǎng)模式，我校生物科學(xué)專業(yè)增設(shè)了專業(yè)應(yīng)用綜合大實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行綜合訓(xùn)練。本文就課程實(shí)施中的方案設(shè)計(jì)、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)方式等進(jìn)行探討，以期培養(yǎng)社會(huì)需求的創(chuàng)新人才。

一、實(shí)驗(yàn)總體規(guī)劃

專業(yè)應(yīng)用綜合大實(shí)驗(yàn)開設(shè)在大四學(xué)年，需要學(xué)生在掌握一定的生物學(xué)理論知識(shí)和基本操作技能的基礎(chǔ)上，運(yùn)用本專業(yè)多門課程知識(shí)，將相互獨(dú)立的單元實(shí)驗(yàn)和技術(shù)有效結(jié)合。生物綜合大實(shí)驗(yàn)涉及范圍比較廣泛，可按照學(xué)科體系圍繞某一研究領(lǐng)域或方向組建模塊，適當(dāng)增加前沿或熱點(diǎn)領(lǐng)域內(nèi)容，并且充分考慮實(shí)驗(yàn)的連貫性、全面性和綜合性。

我院專業(yè)應(yīng)用綜合大實(shí)驗(yàn)以植物為試驗(yàn)材料，圍繞“鹽脅迫下水稻生理生化變化及基因特異性表達(dá)”這一主題，設(shè)置一系列相關(guān)實(shí)驗(yàn)，共計(jì)36課時(shí)，包括水稻種植、不同鹽濃度的脅迫處理、水稻形態(tài)觀察及基本生理指標(biāo)檢測(cè)、超氧化物歧化酶、過氧化物酶等活性檢測(cè)、丙二醛含量測(cè)定、可溶性蛋白含量測(cè)定、水稻鹽脅迫響應(yīng)基因的檢索和引物設(shè)計(jì)、鹽脅迫響應(yīng)基因的PCR擴(kuò)增及表達(dá)量檢測(cè)等，最終形成一整套完整的教學(xué)體系。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及植物學(xué)、植物生理學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、生物信息學(xué)、文獻(xiàn)檢索等課程的原理與方法，卻又避免與常規(guī)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的重復(fù)。雖然實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目各不相同，但通過合理設(shè)計(jì)和有機(jī)結(jié)合，圍繞一個(gè)主題思想，所有內(nèi)容相互聯(lián)系又逐步深入，使系統(tǒng)訓(xùn)練與探索研究相結(jié)合。

綜合實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了學(xué)生為主、教師為輔的教學(xué)模式，注重實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性、探究性、綜合性。教師在實(shí)驗(yàn)過程中給予學(xué)生足夠的空間進(jìn)行自學(xué)、選擇和嘗試，確保學(xué)生從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到討論都參與其中。針對(duì)探究中遇到的問題，教師積極引導(dǎo)學(xué)生思考并提出合理有效的解決方案，培養(yǎng)學(xué)生理論結(jié)合實(shí)踐的能力。

二、教學(xué)形式的多樣性

教學(xué)初期，教師講解課程目標(biāo)和總體思路，學(xué)生以小組為單位，自主查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)具體實(shí)驗(yàn)方案，比如水稻種植方法、鹽濃度的選擇和處理方法等。學(xué)生自己準(zhǔn)備和操作實(shí)驗(yàn)，遇到問題時(shí)要主動(dòng)思考并提出解決辦法。研究材料和對(duì)象不拘泥于固定一種：教師提供4種水稻品種，各小組可選擇其一進(jìn)行研究，并與其他不同材料組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行橫向比較;學(xué)生可自主選擇某一基因設(shè)計(jì)引物，不同學(xué)生的PCR條帶有所不同。

每次實(shí)驗(yàn)形成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師及時(shí)批閱，發(fā)現(xiàn)問題后立即予以糾正。所有實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生以小組為單位制作PPT匯報(bào)交流，并對(duì)問題進(jìn)行討論，最后由教師點(diǎn)評(píng)及指正。此外，教師提供相關(guān)的典型文獻(xiàn)讓同學(xué)提前閱讀，并鼓勵(lì)同學(xué)踴躍講解文獻(xiàn)中相關(guān)的圖表、數(shù)據(jù)和結(jié)論，教師最后進(jìn)行補(bǔ)充和講解，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)如何將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效匯總和分析，如何撰寫論文。課程結(jié)束后學(xué)生整理所有數(shù)據(jù)，按照科研論文的格式撰寫一篇簡(jiǎn)單的論文，鍛煉語言組織和表達(dá)能力、分析思考能力，以及科學(xué)論文的撰寫能力。

三、實(shí)驗(yàn)小組的合理安排

綜合大實(shí)驗(yàn)周期長，研究內(nèi)容復(fù)雜，教師需要合理安排實(shí)驗(yàn)小組，培養(yǎng)學(xué)生溝通協(xié)作能力和共同分析解決問題的能力。每小組3位同學(xué)，分工合作完成實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)施。實(shí)驗(yàn)中提供4個(gè)不同的水稻品種，每個(gè)品種由3個(gè)小組做平行實(shí)驗(yàn)。采用同一品種的不同小組之間可進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)的觀察，例如比較水稻培養(yǎng)的情況，而不同品種的小組成員之間也可互相觀察和比較，了解4個(gè)品種之間在鹽脅迫處理前后各項(xiàng)指標(biāo)的差異。對(duì)于單次實(shí)驗(yàn)中的生理生化指標(biāo)測(cè)量，每位學(xué)生均獨(dú)立完成，后期可根據(jù)小組內(nèi)的單個(gè)測(cè)量值計(jì)算其平均值，反映測(cè)量的差異程度。在引物設(shè)計(jì)及基因表達(dá)檢測(cè)方面，每位學(xué)生均獨(dú)立查詢、選擇感興趣的鹽脅迫響應(yīng)基因并自己設(shè)計(jì)引物，除去重復(fù)的引物序列，全班同學(xué)最終使用的引物數(shù)目達(dá)到10對(duì)。RT-PCR結(jié)果呈現(xiàn)多樣化，有未擴(kuò)增出條帶的，有擴(kuò)增出非特異條帶的，大多數(shù)有特異性條帶出現(xiàn)。這種綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)雖然難以保證每位學(xué)生都能獲得預(yù)期目標(biāo)條帶，但教師進(jìn)行指導(dǎo)和檢測(cè)，可確保最大限度地成功率。與普通實(shí)驗(yàn)課程教師提前驗(yàn)證，與提供特定的單一引物相比，學(xué)生自主設(shè)計(jì)更有利于提高其實(shí)踐動(dòng)手能力以及分析和解決問題的能力。

受時(shí)間和內(nèi)容限制，實(shí)驗(yàn)課中教師直接提供cDNA模板，而RNA的提取和反轉(zhuǎn)錄操作則作為補(bǔ)充內(nèi)容，由感興趣的同學(xué)在課余完成。這些同學(xué)較為熱愛分子生物學(xué)，或者立志于考研，希望多接觸些實(shí)驗(yàn)技術(shù)。班級(jí)四分之一同學(xué)加入興趣小組，利用周末學(xué)習(xí)相關(guān)原理和技術(shù)，拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容。

四、實(shí)驗(yàn)考核方式的多元化

科學(xué)、客觀的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系是檢查教學(xué)質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，并且能夠引導(dǎo)學(xué)生健康發(fā)展[7]。合理的成績?cè)u(píng)定需要建立多元化的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)機(jī)制。（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（20%）：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的可行性和實(shí)施情況。（2）平時(shí)成績（10%）：學(xué)生課堂表現(xiàn)和出勤情況，學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的熟練程度和操作能力。（3）實(shí)驗(yàn)報(bào)告及答辯（40%）：實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容是否完整，分析討論是否全面;答辯PPT制作是否美觀，圖表是否準(zhǔn)確規(guī)范，講解是否清晰，對(duì)答如流。（4）課程論文撰寫（30%）：論文結(jié)構(gòu)是否完整，圖表制作及文字書寫是否規(guī)范，分析是否到位，參考文獻(xiàn)是否合理引用。多元化的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系兼顧了實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高其綜合能力。

五、結(jié)語

專業(yè)應(yīng)用綜合大實(shí)驗(yàn)是學(xué)生本科畢業(yè)前的最后一門實(shí)驗(yàn)課程，擺脫了按部就班的機(jī)械性操作，拓展了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。學(xué)生能主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及實(shí)施，將所學(xué)知識(shí)和技能綜合應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，其主觀能動(dòng)性得到充分發(fā)揮，探索、分析和解決問題的能力都得到提升。該教學(xué)模式為培養(yǎng)全面發(fā)展的創(chuàng)新型人才奠定了基礎(chǔ)。

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