本科分子生物學綜合實驗教學模式改革與實踐

程春紅 蔡兆明

（長江師范學院生命科學與技術學院，四川重慶 408000）

分子生物學是在分子水平上研究生命現象的科學，通過研究生物大分子（核酸、蛋白質）的結構、功能和生物合成等方面來闡明各種生命現象的本質[1-4]。分子生物學綜合實驗是生命科學研究領域中融技術前沿性、創新性、挑戰性于一體的專業實驗課程，引導學生接受分子生物學的基本技能和前沿技術訓練，培養學生科研技能、科研思維，進而提升學生的科研素質[5-6]。分子生物學綜合實驗是生物科學專業的一門專業能力實踐課，為必修課程。

1 現有教學體系中存在的主要問題

現有的教學體系存在以下不足：教學內容不連續，為多個相互獨立的實驗單元，實驗之間邏輯性差，不連續；教學模式以教師講授和實驗演示為主，教學模式單一，對學生的學習積極性調動不高，未體現出學生主體地位；課堂互動較差，學生提問不積極，課堂學習氛圍不活躍，學習效率不高；教學中教師制定實驗方案，學生參照實驗方法進行簡單的重復操作，不能很好地鍛煉學生的實驗設計能力和思考能力；考核體系模式單一，僅根據實驗報告、預習報告與原始記錄來計算學生成績，考核評價不全面。

2 分子生物學綜合實驗課程內容優化

課程內容從最初的多個相互獨立的實驗單元，改為由若干個綜合實驗組成的完整體系。目前的課程內容依據遺傳信息傳遞的規律及教師的科研內容進行設置，并進一步整合成為系統的綜合性實驗，主要內容包括植物基因組DNA的提取、核酸的電泳檢測、基因序列查找及PCR引物設計、PCR擴增基因特異片段、DNA 片段的回收與純化、植物轉基因操作、質粒DNA的提取、大腸桿菌感受態細胞的制備以及DNA 酶切和連接反應等實驗項目。實驗類型為綜合型，研究型和基礎型實驗，選做和必做相結合，教師演示性實驗和學生探究性實驗相結合（表1）。基于上述實驗結構體系進行教學，有助于學生系統地掌握分子生物學研究相關的基本技能和實驗技術，為學生今后從事生物實驗教學、分子生物學相關研究或相關工作等打下堅實的基礎。

表1 分子生物學綜合實驗課程內容設計

3 分子生物學綜合實驗教學模塊改革

3.1 基于翻轉課堂教學模式的教學準備及實施

翻轉課堂是指重新調整課堂內外的時間，將學習的決定權從教師轉移給學生。筆者通過翻轉課堂教學模式，課前讓學生通過觀看實驗操作視頻，查閱相關文獻進行自主學習實驗知識點及操作要點，并設計實驗方案，課堂上與同學、老師探討實驗方案的可行性，共同進行實驗方案的優化，增強學生自主學習、設計實驗方案、合作探究與反思總結的能力，從而達到更好的教學效果。

3.2 基于雨課堂的考勤及課堂問答

雨課堂是清華大學和學堂在線共同推出的新型智慧教學解決方案，是教育部在線教育研究中心的最新研究成果，科學地覆蓋了課前—課上—課后的每一個教學環節，致力于快捷為所有教學過程提供數據化、智能化的信息支持。為了充分調動學生學習的積極性，增強師生互動溝通，提高課堂學習效率，筆者采用基于雨課堂的考勤及課堂答問模式，即課前通過雨課堂“信息發布”功能布置學習任務，督促學生進行課前預習和準備；課堂上通過輔助完成課堂講解與討論，學生可通過雨課堂APP觀看課件、進行討論，完成課程學習；課后學生可通過雨課堂隨時提問，通過其他同學答疑，老師補充的方式共同探討，培養學生提出問題，分析問題和解決問題的能力。

3.3 基于研討匯報的實驗結果分析及討論

每次實驗課結束后，要求學生對實驗結果進行系統分析，學生以小組形式分析實驗結果，對于實驗結果不理想的，要分析原因，并制定解決方案，最終形成總結報告，通過對學習收獲以及不足之處進行總結反思，鍛煉學生發現問題、分析問題、解決問題以及總結反思的能力。

4 分子生物學綜合實驗考核標準改革

分子生物學綜合實驗考核內容包括課后思考題、實驗講解、實驗報告、實驗操作、實驗態度、參與度與貢獻度以及總結反思報告7 個部分，其中課后思考題占10%、實驗講解（備課及講課）占20%、實驗態度10%、實驗操作占10%、實驗報告占30%、參與度與貢獻度占10%、總結反思報告占10%。實驗成績總分100分。

4.1 基于考勤及課堂問答的實驗態度評價

考察學生實驗過程的認真情況，遵守實驗紀律的情況，實驗課遲到、早退及曠課情況，課堂回答問題情況，由任課教師根據學生情況綜合評定。0～59分：實驗興趣低，從不問問題；上課討論從未發言；回答問題基本都不正確；不遵守紀律，有遲到、早退或缺勤現象。60～69 分：實驗興趣不夠濃厚，很少問問題；上課討論從未發言；回答問題基本正確；遵守紀律，但有遲到或早退現象；無缺勤。70～79分：有實驗興趣，有時會問問題；上課討論有過發言，且價值觀正確；回答問題正確；遵守紀律，無遲到、早退、缺勤情況。80～89分：實驗興趣較濃厚，經常問問題；上課討論發言較積極，且價值觀正確；回答問題正確；遵守紀律，無遲到、早退、缺勤情況。90～100分：實驗態度端正，實驗興趣濃厚，經常問問題；上課討論發言積極，且價值觀正確；回答問題正確；遵守紀律，無遲到、早退、缺勤情況。

4.2 實驗講解評價

學生分小組講解實驗原理，每個小組7～10人，制作PPT。教師根據學生PPT制作及講解情況給予成績評定。0～59 分：PPT 制作不合格，實驗講解不到位，實驗原理或方法錯誤。60～69分：PPT制作合格，無創新且有少部分照搬現象，實驗講解不夠全面。70～79 分：PPT 制作基本合格，實驗講解較全面，講解不夠細致。80～89 分：PPT 制作合格，實驗講解全面，講解細致。90～100分：PPT制作合格，有創新和應用價值，實驗講解全面、細致、到位、有深度，實驗內容及原理的講解有擴展。

4.3 實驗操作評價

通過平時實驗操作的規范性及實驗結果給予計分。0～59 分：操作不準確、不規范，結果錯誤。60～69分：操作存在較多不準確、不規范，結果部分正確。70～79 分：操作較準確、規范，動作較嫻熟，結果大部分正確。80～89分：操作準確、規范，動作較嫻熟，結果正確。90～100分：操作正確、規范，動作嫻熟有美感，結果正確。

4.4 實驗參與度與貢獻度評價

根據學生在實驗操作及實驗講解中的具體表現（提出問題能力、解決問題能力、實驗操作能力、實驗講解能力及對團隊的貢獻度）進行評分，由小組互評及組間互評組成。0～59分：不服從團隊分工，沒有參與PPT 制作及實驗講解過程，實驗過程中不進行操作，對團隊的貢獻度極低。60～69 分：服從團隊分工，參與PPT制作及實驗講解工作較少，實驗過程中進行操作，對團隊的貢獻度較低。70～79 分：服從團隊分工，參與PPT制作及實驗講解過程，實驗過程中進行操作，對團隊有一定的貢獻度。80～89分：積極參與團隊分工，參與PPT制作及實驗講解過程，實驗過程中進行操作，對團隊貢獻度較高。90～100 分：作為團隊負責人，積極參與團隊工作，積極參與PPT 制作及實驗講解過程，實驗過程中積極進行操作，對團隊的貢獻度高。

4.5 實驗報告質量評價

實驗報告應包括實驗過程描述（較詳細地描述實驗過程）、實驗結果及分析（表述并分析實驗結果，針對實驗過程中存在的問題、不足進行分析）。教師根據實驗報告過程表述是否詳細、完整，語言表達是否準確；實驗結果是否正確；對實驗過程中存在的問題分析是否詳細透徹、全面給予成績評定。0～59分：實驗報告書寫不規范，或內容不全面；實驗注意事項、成功關鍵基本都不對；實驗內容不規范；實驗步驟、現象抄書；實驗結果、數據不正確，無結果分析；思考題有不止一處錯誤，或有明顯抄襲現象。60～69分：實驗報告書寫不夠規范，或內容不全面；實驗注意事項、成功關鍵漏掉多數；實驗內容不夠規范；實驗步驟、現象抄書；實驗結果、數據分析不夠正確，結果分析有錯誤；思考題有錯誤。70～79分：實驗報告書寫較規范，內容全面；實驗注意事項、成功關鍵漏掉少數；實驗內容較規范；實驗結果、數據分析正確，但結果分析不夠深刻；思考題基本正確。80～89 分：實驗報告書寫較規范，內容全面；實驗注意事項、成功關鍵漏掉少數；實驗內容較規范；實驗步驟、現象較簡明扼要；實驗結果、數據分析正確，但結果分析不夠深刻；思考題基本正確。90～100分：實驗報告書寫規范，內容全面；實驗注意事項、成功關鍵總結全面、正確；實驗內容規范；實驗步驟、現象簡明扼要；實驗結果、數據分析正確，且結果分析深刻；思考題完全正確。

4.6 思考題質量評價

閱讀實驗指導書，查閱相關文獻以及參考資料，回答課后思考題。0～59分：題目回答不得當，沒有圍繞主題。60～69分：題目回答不夠準確，不深入，沒有緊密圍繞主題進行討論。70～79分：題目回答較準確，能圍繞主題進行討論。80～89 分：題目回答準確，能緊密圍繞主題。90～100分：題目回答準確，能緊密圍繞主題，并對題目內容能表述自己的看法見解。

4.7 總結反思報告

學生根據分子生物學實驗訓練制作PPT，講解實驗原理步驟等過程，寫一份總結反思報告，匯報本實踐周學到的內容，以及自己的收獲和心得體會，由任課教師根據學生匯報情況綜合評定給分。0～59分：未反思實驗的完成情況，實驗進展及實驗講解過程中的不足，未反思本次實踐周的收獲及對不足之處的改進策略。60～69 分：未反思實驗的完成情況，實驗進展及實驗講解過程中的不足或未反思本次實踐周的收獲及對不足之處的改進策略。70～79分：反思實驗的完成情況，實驗進展及實驗講解過程中的不足較少，反思本次實踐周的收獲及對不足之處的改進策略內容較少，文理較通順，層次清晰，語言較簡練。80～89分：能夠較全面反思實驗的完成情況，實驗進展及實驗講解過程中的不足，反思本次實踐周的收獲及對不足之處的改進策略，文理較通順，層次清晰，語言較簡練。90～100分：能夠深刻反思實驗的完成情況，實驗進展及實驗講解過程中的不足，反思本次實踐周的收獲及對不足之處的改進策略。文理通順，層次清晰，語言簡練。

5 教學效果評價及改進

通過對分子生物學綜合實驗教學模式進行改革，優化了課程內容、課程設置和評分標準。課程內容共設置17 項，選修和必修相結合，探究性實驗和驗證性實驗相結合，實驗項目從多個相互獨立的實驗單元，改為由若干個綜合實驗組成的完整體系。通過課程實驗教學的學習，使學生獲得核酸物質提取、分離、純化與鑒定、電泳技術、引物設計、PCR 擴增、基因克隆等方面的獨立實驗能力或職業技能。

在實際教學過程中還存在一些問題，例如教師對課外學習資源引導不夠，實驗技術與應用聯系指導不足等，在今后教學過程中將進一步優選課程資源庫，幫助學生利用網站、課程資源庫加強理論與操作學習，課堂上引入實際科研過程中相關案例，加強學生利用分子生物學技術解決科研中問題的能力，加強學生對知識的應用能力，積極為學生聯系項目指導教師，開展分子生物學研究實踐活動，提高學生的應用能力、實驗動手能力。