生物科學專業分子生物學實驗教學改革與探索

[摘要]分子生物學實驗是培養生物學專業學生的必修課程之一，也是培養學生動手能力的重要平臺。對于生物科學專業學生來說，分子生物學實驗課程能夠為他們以后的教師之路打下堅實的理論基礎。本文結合生物科學專業分子生物學實驗課程培養方案，以及在實驗教學中出現的問題，從課程設計、實驗內容、考核方式等方面進行改革與探索，來提升學生的自驅力和實際動手能力，取得了一定的效果。

[關鍵詞]生物科學專業；分子生物學實驗；教學改革

[中圖分類號]G40-056""""" [文獻標識碼]A

[DOI]：10.20122/j.cnki.2097-0536.2023.10.039

生物科學專業作為師范類專業，主要任務是為中小學培養生物教師，實驗教學是高等院校生物類專業本科教學的重要組成部分，也是學生全面掌握理論知識、鍛煉科學思維、培養應用能力和建立創新意識的重要環節 ^[1]，分子生物學是從分子水平上研究生命現象、生命本質、生命活動及其規律的科學，是當前生命科學中發展最快并與其他學科交叉滲透最廣泛的前沿學科之一 ^[2]，因此，掌握扎實的分子生物學技能是培養生物科學專業類人才的重要目標之一。

傳統分子生物學實驗以“教”為主，在老師介紹完背景知識、實驗目的、實驗原理之后，再逐步講解實驗過程以及每一步實驗所需的注意事項，學生只要按照老師說的去做就能獲得既定的數據或圖片，然后按照學校要求寫完實驗報告即完成了該課程的學習任務，并獲得相應學分。在整個過程中，大部分學生只是機械的完成老師交于的任務，這種教學形式不僅扼殺了學生的學習積極性，而且限制了同學們的思維發展，與培養目標不符 ^[3]。針對生物科學專業的學生，我們的主要培養目標是提升學生的實驗技能和專業素養，為他們以后走上教師的職業道路奠定扎實的專業基礎。本文針對生物科學專業學生的培養目標，從課程設計、實驗內容、考核方式等方面進行探索，實現了分子生物學從驗證性的被動實驗到創新性的主動探索，同學們從關注實驗結果的被動接受到專注于實驗過程的主動參與，有效提升了教學效果。

一、實驗教學改革內容

實驗教學在生物科學專業本科生培養過程中占據重要地位，關系著教學質量的高低，也直接影響人才培養質量的優劣，是實現培養目標的重要組成部分 ^[4]。分子生物學實驗過程主要包括實驗背景知識介紹，實驗目標分析，實驗內容設計，實驗數據獲得及分析整理，實驗報告或論文的撰寫。

（一）課程定位及設計改革

分子生物學理論和技術自20世紀90年代以來獲得了突飛猛進的發展，近年來，被廣泛應用于生物相關各個領域科學研究。在高等院校生物科學專業的本科生培養過程中，對分子生物學實驗教學也越來越重視，分子生物學實驗課程的開展不僅提供給學生參與實驗的機會，也有利于加深學生對相關理論知識的理解 ^[5]，這大大提升了同學們對分子生物學的理解，對生命的認知以及對科學研究的興趣。

順應生物科學專業培養目標的基本要求，根據本科生的知識體系和理論背景，實驗內容循序漸進，以鼓勵參與和創新為原則，強調實驗的綜合性、探索性以及實用性，選擇生活中或者校園里常見的植物為實驗材料，系統介紹樣品保存、核酸（DNA/RNA）提取、核酸質量檢測、引物設計、PCR擴增等實驗原理、操作方法和注意事項，通過基本技能的訓練，學生會對分子生物學實驗課程使用的常規儀器設備和基本技能有一個初步的理解，并在此基礎上開展綜合性、創新性實驗，如TA克隆、質粒DNA提取、酶切、連接、大腸桿菌感受態細胞的轉化和培養、轉化菌的篩選及鑒定等連續性較強的實驗。

（二）課程模式改革

在教學過程中，注重學生的學習興趣、應變能力和創新思維的培養，以問題為導向的教學、案例分析、自主式學習、討論式學習等多樣化的教學組織形式和方法。改變以往單一的“教”為主的形式，充分激發同學們的科研熱情，以學生為主導的教學模式，注重自主學習和討論式教學等多元化方式方法，將興趣與創新理念帶入實驗教學中，以問題為導向，根據不同團隊，不同個人的實驗進度以及實驗過程中遇到的問題，提供個性化、差異化指導，這種改革能夠讓生物科學專業的學生提前由“學生”思維轉為“教師”思維，這種改變對于生物科學專業的學生們具有積極意義。

1.教學與科研相結合

在實驗教學過程中，依托科研平臺，將科研課題中的分子生物學相關知識、擬采用的分子生物學技術和擬解決的問題等作為背景知識講解，以激發同學們的學習興趣，在提升分子生物學技術的同時，也增加了他們解決問題的興趣和能力，另外可以通過講解參考文獻的形式讓大家對其他實驗提升性技能進行進一步了解，如實時熒光定量PCR、基因walking等。

2.根據實際情況調整實驗內容

實驗教學不是一成不變的，在分子生物學實驗教學過程中，老師要善于發現問題，并有針對性的調整實驗內容，引導并激發他們的學習熱情。我們可以根據實際情況，開展綜合性、創新性實驗。通過與科研老師合作，選取1-2個現有基因，讓同學們去查閱文獻、設計實驗，再通過實驗課獲得實驗數據。在這個過程中，不僅可以傳授更多的專業知識，同時也通過這種改變提前給生物科學專業的同學們展現一個靈活、生動有趣的課堂狀態。

（三）考核方式改革

考核的目的就是檢驗學生掌握實驗技能、科研方法和理論聯系實際的能力，通過考核使學生在實踐能力、創新能力等方面得到全面提升。分子生物學實驗課程注重考察學生的綜合素質，考察內容不僅包括對分子生物學基本儀器設備和基礎技能的掌握，還包括對分子生物學知識的運用能力以及嚴謹的科研精神。實驗教學考核過程中，從“結果導向”轉變為提升學生內驅力的實驗教學理念，更多的引導同學們去思考、學習和解決問題。

在現有考核制度下，很多同學只是被動的等待其他同學的實驗結果，針對這種學生參與度不高，積極性不大的現狀，我們提出了不同性質實驗的多區塊評價體系，其中基礎性實驗和綜合性實驗的考察要求相對降低，僅用于提升大家對分子生物學實驗基本儀器設備的使用能力，對于創新性實驗的考核，則側重于實驗方案的制定、實驗過程中解決問題的能力以及論文撰寫，這不僅激發了學生對創新性實驗的積極性，而且為了更好的完成創新性實驗，學生也積極通過基礎性實驗來提升基本技能。

二、硬件設備投入

很多高校的設備投入重點都放在了科研上，以至于教學設備相對落后，有些提高性實驗無法開展，如因沒有熒光顯微鏡無法直觀的展現熒光蛋白的表達，沒有熒光定量PCR儀，不能進行q-PCR實驗等。作為生物科學專業的學生，未來的職業是老師，因此在本科階段接受的教育應該是較為全面的，學習的實驗技能等應該是比較前沿的，所以基礎性和提升性實驗對于生物科學專業的學生都至關重要。針對這種情況我們積極尋求改變，在教學內容改革的基礎上，就目前存在的問題和困難積極與學校有關部門溝通。

為滿足生物科學專業學生綜合性、創新性和提升性實驗的需求，我校積極尋求改變，努力滿足一線教學需求。近年來，投入了大量經費用于購買新的儀器設備，不但替換了陳舊設備，而且新增了一批高精度設備，如精密酸度計，酶標儀，熒光顯微鏡，CryaCube F570超低溫冰箱，熒光定量PCR儀等，以滿足生物科學專業學生的培養要求，在儀器設備方面，為生物科學專業學生在分子生物學實驗課程上提供了創新和提升的設備保障。

三、增加上課時間的靈活性

一般實驗課每周一次，和理論課一樣安排在上午、下午甚至晚上連續的三節課，這對于基礎實驗課程，做一個小實驗時間充足，但是對于分子生物學實驗課程的提升性或創新性實驗則無法完成，如綠色熒光蛋白基因（GFP）的克隆與表達，實驗內容包括外源GFP基因PCR擴增、瓊脂糖凝膠電泳、PCR產物純化、TA鏈接、感受態細胞制備、轉化、陽性菌篩選、陽性菌培養、外源GFP蛋白誘導表達、觀察熒光蛋白等。如果將這些實驗拆分成若干個小實驗就需要取舍，部分實驗學生無法參與，不能對分子生物學實驗技術形成系統，但是如果糅合成一個綜合性實驗，即使放在周末連續兩天也無法完成。

針對這種情況我們提出，生物科學專業學生在學期結束之前留出一周的空白時間，專門用于開展分子生物學綜合提升性實驗，這樣學生不僅有自由發揮的空間，也有自由發揮的時間。在綜合性實驗開展之前，同學們查閱參考文獻，制定實驗方案，做好充分準備。一周的空白時間，大家心無旁騖的投入到科學研究中，驗證實驗設計、解決實驗問題、整理實驗數據等。這對分子生物學實驗基本技能的掌握和對理論知識的鞏固與運用都是一個系統的提升，同時也極大的激發了同學們學習的熱情以及對科學研究探索的積極性。

四、改革效果與體會

生物科學專業分子生物學實驗課程經過探索與改革，將科研與教學有效結合，獲得了良好的反饋，且針對分子生物學實驗教學的改革也有效提升了同學們在實驗過程中“我”的意識，這對他們畢業論文的完成已經成為老師，作為課堂的引導者都具有較為積極的意義。同時，綜合性和創新性實驗的開展也提升了大家查閱文獻的能力，以及設計實驗和自主解決實驗過程中遇到問題的能力，在這種教學模式下，學生從被動的填鴨式學習變為主動探索，這也是對分子生物學理論知識進行進一步鞏固的過程。

通過改革還培養了同學們的團隊協作精神，在新的教學模式下，大家集思廣益，一起探索，這種氛圍下同學們的消極情緒也蕩然無存，大家在共同努力下，一起去完成實驗，獲得科研數據。這個過程中他們不僅可以相互幫助，還能彼此鼓勵，養成良好的實驗習慣，同時通過查閱文獻提升大家對科研的理解和對背景知識的拓展，也有利于論文撰寫能力的提升，而這些綜合知識和能力的提升對于生物科學專業的學生們從學生到老師的轉變又邁出堅實的一步。

五、結語

在生物科學專業學生的培養過程中，動手能力的提升和科研思維的形成是人才培養的最主要目標，分子生物學實驗課程是生物科學專業基礎課程，學好分子生物學基本技能也為以后的畢業論文及職業發展奠定良好的基礎。通過對分子生物學實驗課程的改革，能夠有效提升學生對所學知識的掌握和運用能力，這種教學模式極大的激發了學生的學習積極性和實驗參與度，有效提升了教學效果。

參考文獻：

[1]丁勇，龔秀會，劉小燭，等.林業院校分子生物學實驗教學改革與探索[J].實驗室研究與探索，2010，29（8）：106-108.

[2]李雅麗，趙秀娟，鞏東輝，等.研究生分子生物學實驗教學改革與實踐[J].實驗技術與管理，2016，33（6）：4-6.

[3]倫鏡盛，胡忠，鐘名其，等.基于整合思維的分子生物學實驗教學改革[J].實驗室研究與探索，2015，34（8）：173-178.

[4]魏志淵，孫健，毛一平.實驗教學環節對提高實驗教學質量的探索[J].實驗技術與管理，2005（9）：97-99．

[5]文瑩，李大偉，李穎.微生物專業研究生實驗課設計思路與特色[J].微生物學通報，2011，38（1）：123-126.

作者簡介：陳桂敏（1982.7-），女，漢族，安徽界首人，講師，碩士，研究方向：分子生物學與基因工程。