“植物分子生物學”課程實驗教學改革的探討

趙振利

摘要：“植物分子生物學”是培養我國林業科研人才的重要課程之一。在河南農業大學“植物分子生物學”課程本科實驗教學中存在內容設置不科學、教學資源不足、實驗教學交流渠道狹窄等問題，影響了林學專業技術人才的培養。針對這些問題，作者從優化實驗教學內容、創新教學形式、改善實驗教學條件、拓寬交流平臺和撰寫實驗教學指導書等方面對“植物分子生物學”課程實驗教學進行了改革性探討。從教學改革的反饋結果看，新的實驗教學模式激發了學生學習“植物分子生物學”課程的積極性，取得了良好的教學效果，為培養林學專業技術人才奠定了基礎。

關鍵詞：植物分子生物學;實驗教學;課程改革

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）39-0272-03

“分子生物學”是一門從分子水平研究生命本質及其規律的科學，在生物學基礎理論知識的學習中占據重要位置，也是高校本科生的專業基礎課或專業主干課[1，2]。“植物分子生物學”課程作為“分子生物學的重要分支”，是林學專業的必修課程。隨著社會經濟的快速發展，企事業單位對高校畢業生的實踐能力和綜合素質要求越來越高，傳統的教學模式已難以滿足社會對實踐能力型人才培養的需要。課程教學過程中，實驗教學是鞏固理論知識和掌握知識難點要點的重要環節，也是培養專業技術人才的重要途徑[3，4]。在河南農業大學林學專業的實際教學過程中，“植物分子生物學”課程存在實驗教學內容設置不科學、教學形式滯后和教學資源不足等問題，已不能滿足現代林業專業技術人才培養的需求。為了提高“植物分子生物學”課程實驗教學的效果，筆者對現有實驗教學模式進行了改革，從而構建合理的課程體系，提高學生的林學專業素質。

一、“植物分子生物學”課程實驗教學存在的問題

1.實驗教學內容設置不科學。“植物分子生物學”課程實驗教學內容目前主要涉及DNA和蛋白質的提取以及PCR擴增等。其中蛋白質凝膠電泳實驗依然是教導學生學習聚丙烯酰胺凝膠電泳，而對iTRAQ等先進的蛋白質組學研究技術均未涉及，造成學生不能系統掌握相關知識的結果。此外，開設的實驗內容相對孤立，使學生不能系統地將實驗進行連貫性分析，從而影響了培養學生系統性、邏輯性的實驗技能，導致了邏輯思維能力訓練的不足。隨著科學技術的不斷發展，基因表達載體構建、植物轉基因體系建立、組學研究等實驗已成為實驗室基本的研究手段，若在背景知識極為缺乏的本科生階段不能學習相關知識的話，將對他們畢業后的研究生學習階段的自我發展產生嚴重障礙。因此，“植物分子生物學”課程實驗教學內容設置存在內容老化、關聯性差和知識面狹窄等不科學的地方。

2.實驗教學形式滯后。“植物分子生物學”課程實驗教學體現的傳統教學方式尤為明顯。具體教學過程中，教師先將課程涉及的實驗內容按照實驗原理、實驗設備及試劑、實驗步驟、實驗結果和可能存在的問題先通過多媒體形式展示出來，進一步教導學生注意實驗過程中的具體細節和注意事項，之后由學生分組進行實驗。這種教學方式是理論教學模式的延伸，使得許多學生被動參與實驗，不能激發學生的做實驗積極性，久而久之，學生失去了學習的興趣，從而達不到實驗教學的目的。

3.實驗教學資源不足。河南農業大學作為地方性農業院校，“植物分子生物學”課程實驗教學主要由理論課教師兼任，沒有相應的專業實驗教師。此外，沒有本科生的“植物分子生物學”教學實驗室，有些分子生物學相關實驗室也主要用以培養研究生，由于實驗儀器設備和研究材料的側重方向不同，使得許多實驗不能按照本科生教學設置進行。此外，有限的實驗室空間導致一部分學生不能親自參與到具體實驗中去，導致了實驗效果較差的結果。

4.實驗教學交流渠道狹窄。“植物分子生物學”課程實驗教學主要以制定的實驗教學大綱進行，因此學生在規定的上課時間內做完實驗后就脫離了教師的視線，教師和學生的再次見面就是幾天后的課堂上，這種情況使得學生在具體實驗過程中遇到的問題難以得到及時的解答，學生的興趣點和創新性思維會被時間輕易地抹殺，從而阻滯了學生實驗操作水平的提高。

5.缺乏適宜的實驗教學指導書。由于缺乏正式出版的“植物分子生物學”實驗教學指導書，學生只能根據教師的指導和相關教材進行相關實驗。分子生物學實驗是嚴謹性、邏輯性和科學性都很高的技術方法的實施，當實驗目的、實驗材料發生些許變動的時候，相應的實驗方案就會出現比較大的改動，因此根據相關教材設計的實驗內容對植物分子生物學實驗缺乏針對性，達不到實驗教學的目的，而缺乏實驗過程中對可能出現的問題進行詳細解答的內容也影響了培養學生的實驗技能。

二、“植物分子生物學”課程教學改革的措施

1.實驗教學內容優化。針對“植物分子生物學”課程實驗教學內容存在的問題，筆者調整優化了具體實驗內容，在保留原有實驗的基礎上，設置了滿足目前高等院校在分子生物學課程方面對本科生要求掌握實驗技能的新的教學內容。主要有：實驗一，植物總DNA提取及凝膠電泳實驗;實驗二，蛋白質凝膠電泳及Western雜交實驗;實驗三，PCR擴增及實時定量PCR反應實驗;實驗四，基因表達載體構建及根癌農桿菌介導轉化實驗;以及根據河南農業大學林學院研究特色增加的實驗五，泡桐體外植株再生體系建立實驗。其中，實驗五則是筆者所在科研團隊較為成熟的研究成果，通過該實驗能使學生了解到林木組織培養相關的知識，學生在動手操作過程中對科學研究過程中的具體實驗有更直觀的感受，極大地提高了學生的實驗興趣并培養了學生的邏輯思維能力。新優化的實驗體系保證了學生學習的全面性，為學生將來從事研究生階段的學習和研究奠定了分子生物學方面的基礎。

2.實驗教學形式創新。實驗教學形式方面，改變過去教師事先講解實驗相關內容、再由學生進行實驗操作的方式。筆者改革的實驗教學形式是，首先讓學生按5—6人分成小組，每個小組事先對教學安排的實驗根據學習的理論知識及查閱的文獻資料等撰寫實驗方案，并通過多媒體形式向教師和其他小組講解，然后通過各小組的相互討論存優去劣，最后制訂出適宜的實驗方案。通過這種學生自主學習、自主設計實驗的方式有力地激發了學生的學習積極性，變被動為主動，能夠使學生真正把教學過程中學到的理論知識加以擴展并應用到具體實驗中，學生的動手操作能力和創新思維能力得到有效鍛煉。此外，“植物分子生物學”教師還鼓勵學生根據自己的興趣點選取與教學相關的實驗并完成，提高了學生的創新能力。

3.實驗教學條件改善。河南農業大學在原有實驗教學的基礎上也對該課程的實驗教學條件進行了改善：成立了專門的分子生物學本科教學實驗室，配備了專職的實驗教師，并投入大量資金對相關教學設備儀器進行了更新換代，實驗教學基礎設施明顯改善。此外，2015年度林學學科入選河南省優勢特色學科，“植物分子生物學”課程的本科生實驗教學條件有了進一步的明顯改善;“林木種質資源創新與生長發育調控”河南省高等學校重點開放實驗室、“園藝植物生理與遺傳改良”河南省重點實驗室、“林木生物技術”林學院實驗室等科研平臺相繼對本科生實驗教學實現共享，基本滿足了“植物分子生物學”課程實驗教學的需求。

4.實驗教學交流渠道拓寬。在當前教育環境下，師生之間在知識學習過程中缺乏必要的交流和溝通，導致了實驗教學過程中出現的問題不能得到及時解決，影響了學習效果的發揮。針對這些情況，筆者在教學過程中建立了“植物分子生物學”課程學習的QQ群和微信群，通過這些交流渠道，師生之間可以互相交流學習體會和心得，并能及時溝通一些最新的實驗專業技術和實驗成果，討論科研中感興趣的話題及共享林業領域研究的熱點和先進的實驗技術方法，尤其是可以轉發一些經典的實驗教學視頻，使學生對科學實驗有了更深入的認識并產生了濃厚的興趣。綜上所述，通過這些交流平臺的搭建，大大拓寬了實驗教學交流渠道。

5.實驗指導書編寫。為保障“植物分子生物學”課程實驗教學內容的可操作性，分子生物學實驗室的實驗教師根據實驗內容和實際研究條件編寫了相應的“植物分子生物學”實驗指導書并制作了多媒體課件。實驗指導書的內容包括每個實驗的教學目的、實驗原理、實驗材料、實驗試劑和儀器設備、實驗具體步驟、實驗注意事項、實驗結果分析和實驗報告撰寫模板等。在“植物分子生物學”課程實驗教學前，讓學生小組認真學習實驗指導書的具體內容，特別是實驗過程中的注意事項。各小組通過討論制定具體的實驗實施步驟并開始相關實驗，實驗結束后分析實驗結果并撰寫實驗報告。實驗報告模板保證了學生撰寫實驗報告的一致性和規范性以及便于存檔。實驗指導書的編寫，為課程實驗教學的順利開展和培養學生良好的科研素養奠定了基礎。

三、“植物分子生物學”課程實驗教學改革的效果

1.課程實驗教學改革學生滿意度調查。“植物分子生物學”課程結束后，筆者對2015級林學專業的57名學生做了問卷調查，有效問卷率100%，具體調查內容和結果見表1。從表1中可以看出，96.49%的學生對改革后的“植物分子生物學”課程實驗教學內容表示滿意，認為課程內容能夠滿足本科生階段應掌握的分子生物學相關知識;89.48%的學生認為“植物分子生物學”實驗課程激發了他們的學習積極性，充分發揮了主觀能動性;在具體實驗操作中，有92.98%的學生表示能夠高興地、全身心地投入到實驗過程中，“能夠自己參與并完成實驗感覺太棒了”、“做實驗很有意思呀”、“看到自己滿意的實驗結果心情太好了”等學生的言論表明在自己的實驗動手操作能力提高方面表示滿意;87.72%的學生認為交流平臺能夠彌補與老師交流方面的不足，并對平臺發揮的作用表示滿意，通過平臺，學生學習到了很多課堂上學不到的知識，覺得在培養其系統、嚴謹的實驗意識方面起到了積極作用。

2.課程實驗教學內容設計完善、合理。“植物分子生物學”課程實驗教學經過改革后，筆者整合和精選了一些適合農業院校本科生的實驗教學實例，使得知識點覆蓋面進一步擴大，內容設計更加完善合理，此外，還將科研成果整合進實驗教學過程中，引導學生討論最新植物分子生物研究中存在的問題和發展前景。實驗教學改革后，課程的影響力也得到了提高，不僅提高了實驗教學質量，而且激發了學生學習的興趣以及投身科研工作的熱情。多名教師對改革后的“植物分子生物學”課程實驗教學內容進行了分析，一致認為新的實驗教學方案更加符合當前的本科生教學實際，滿足了當前我國“植物分子生物學”專業技術人才培養的需求。

總之，“植物分子生物學”課程實驗教學改革優化了實驗教學內容，充分利用現有的實驗室資源，創新了教學方式，調動了學生學習的積極性，促進了學生對理論知識的掌握和運用，提高了學生的邏輯思維、實驗操作、分析問題和解決問題的能力，達到了培養高素質專業人才的目標。

參考文獻：

[1]高清松，紀劍輝，周穎君.分子生物學課程教學改革探索[J].安徽農業科學，2015，43（26）：382-383+385.

[2]武曉英，喬宏萍，張猛，等.分子生物學課程教學改革初探[J].教育教學論壇，2016，（26）：128-130.

[3]謝劍波，張德強.“分子遺傳學”課程實驗教學改革的探索——以北京林業大學為例[J].中國林業教育，2017，35（3）：73-75.

[4]梁麗.構建分層次實驗教學體系 培養創新型人才[J].實驗室研究與探索，2014，33（1）：217-219.

Discussion on Experiment Teaching Reform of Plant Molecular Biology

—Taking the Forestry Major of Henan Agricultural University as an Example

ZHAO Zhen-li

（College of Forestry，Henan Agricultural University，Zhengzhou，Henan 450002，China）

Abstract："Plant Molecular Biology" is one of the important courses to train Chinese forestry researchers.There are issues such as unscientific content setting，insufficient teaching resources，narrow experimental teaching communication channels of "Plant Molecular Biology"course，and this has had a negative impact on the cultivation of the forestry professional technical personnel.To solve these problems，the reform of optimizing experiment teaching content，innovation of teaching form，improve the experimental teaching conditions，widen communication platform and writing experiment teaching instruction of "Plant Molecular Biology"course were discussed.The results from the feedback of teaching reform showed that the new experimental teaching mode has inspired the enthusiasm of students learning，achieved good teaching effect，which laid a foundation for cultivating forestry professional technical personnel.

Key words：Plant Molecular Biology;experiment teaching;curriculum reform