省屬高校分子生物學(xué)實驗教學(xué)思考與改革

楊 升，甘 翔，蔣思婧，張海謀

(湖北大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，武漢 430062)

分子生物學(xué)是一門研究核酸、蛋白等生物大分子的功能、形態(tài)結(jié)構(gòu)及其特征的科學(xué)［1］。建立科學(xué)的分子生物學(xué)實驗教學(xué)體系和多元化的教學(xué)方式［2－3］，培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神，提高自主學(xué)習(xí)和獨立研究的能力，是當(dāng)代高校本科教學(xué)面臨的重大課題［4－7］。面對這一重大課題，針對湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院分子生物學(xué)實驗教學(xué)存在的不足，從優(yōu)化資源配置、改革教學(xué)內(nèi)容、更新教學(xué)方式等方面入手，對分子生物學(xué)實驗教學(xué)提出一系列改革措施，取得令人滿意的效果。文章提出的對分子生物學(xué)實驗教學(xué)的思考和相應(yīng)的改革措施，旨在為高等院校的相關(guān)課程和專業(yè)建設(shè)提供一定的參考。

1 傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在問題的思考

1.1 實驗建設(shè)資金投入不足，資源配置不合理

由于分子生物學(xué)是20 世紀(jì)中期才誕生的一門新興學(xué)科，其實驗室建設(shè)的時間遠不及其他經(jīng)典學(xué)科，因此基礎(chǔ)建設(shè)薄弱;由于分子生物學(xué)的研究對象均為核酸及蛋白質(zhì)分子，對實驗條件要求很高，實驗儀器與實驗耗材大多價格昂貴;此外，對于實驗課學(xué)校沒有引起足夠重視，投入資金不能滿足實驗的需求;另外，實驗課依附于理論課的教學(xué)模式，往往造成各個實驗室條塊分割嚴(yán)重，資源不能合理配置，從而造成實驗用房和實驗設(shè)備利用率低、設(shè)備配套性差、功能單一［8－9］。這些問題都造成老師因為經(jīng)費緊張、儀器設(shè)備不足，而采取單純示教的方法進行教學(xué)，學(xué)生不能親自動手做實驗，無法真正達到實驗訓(xùn)練效果。

1.2 實驗體系的不科學(xué)性

目前國內(nèi)多數(shù)分子實驗教材包括若干單元操作，每個單元操作單獨設(shè)置實驗，如質(zhì)粒DNA 的提取、PCR 基因擴增、聚丙烯酰胺凝膠電泳等［10］。各實驗項目之間關(guān)聯(lián)不夠密切，忽略實驗項目之間的有機結(jié)合性和連貫性，存在實驗項目之間相對孤立、缺乏內(nèi)在聯(lián)系的缺陷，大多數(shù)學(xué)生不能將前后知識聯(lián)系起來系統(tǒng)掌握，達不到很好的教學(xué)效果。另外，相關(guān)課程的實驗內(nèi)容部分重復(fù)，如電泳技術(shù)在生物化學(xué)實驗和分子生物學(xué)實驗中重復(fù)出現(xiàn)，既浪費藥品又浪費時間，學(xué)生很無奈，老師也頭疼。

1.3 教學(xué)方式的單一

長期以來，分子生物學(xué)實驗教學(xué)重點在于驗證性實驗，老師按照實驗教材把設(shè)計好的內(nèi)容、步驟寫給學(xué)生，學(xué)生只按照老師和教材的指導(dǎo)去操作、驗證，老師對于實驗教學(xué)的要求也僅限于實驗數(shù)據(jù)和實驗報告的完成，這種填鴨式教學(xué)方式限制了學(xué)生的思維發(fā)展，扼殺了學(xué)生的創(chuàng)造性和積極性，違背了培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力和創(chuàng)新精神的教學(xué)目標(biāo)［11］。

2 分子生物學(xué)實驗教學(xué)的改革

2.1 提高對實驗教學(xué)的認識，優(yōu)化資源配置

實驗教學(xué)是高校培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實踐能力、提高科學(xué)素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)，一流大學(xué)必須建設(shè)一個強大的實驗體系。秉承著這種理念，學(xué)校加強了對實驗教學(xué)的重視。2005 年湖北大學(xué)生科院正式被省教育廳掛牌授予“湖北省生物學(xué)實驗教學(xué)示范中心”。教育廳和學(xué)校加大了對生科院實驗室建設(shè)的投入，增加了每年實驗教學(xué)的經(jīng)費。在此契機下，分子生物學(xué)實驗作為實驗教學(xué)改革中一個重要的組成部分，實驗經(jīng)費的投入也得到大幅度提高，實驗室更新了一批新的儀器。同時，實驗學(xué)時數(shù)由原來的18 個學(xué)時變?yōu)?0 學(xué)時。實驗?zāi)K也更加豐富，增設(shè)了綜合實驗和設(shè)計實驗，授課老師也都由具有博士學(xué)位且有高級職稱的教師擔(dān)任。

自實驗中心成立以來，先后建設(shè)了一批功能實驗室平臺，如分析分離室、超凈工作室、培養(yǎng)室等。伴隨著這些平臺的建立，學(xué)院的儀器設(shè)備得到很好的規(guī)劃與配置，使用率也大大提高，同時各個實驗室也加強了交流和融合。資源配置優(yōu)化后，分子生物學(xué)實驗得到極大發(fā)展，很多實驗不再是單純演示過程，學(xué)生親自動手機會大大增多，實驗效率也大幅度提高。例如，原實驗室只有兩臺超凈工作臺，每次在“大腸桿菌感受態(tài)細胞的制備”過程中，儀器總是不夠用，實驗效率低、學(xué)生積極性不高。中心成立后，學(xué)院將所有本科教學(xué)實驗室的超凈工作臺集中，建立了超凈工作室。該平臺擁有15 臺超凈工作臺，基本保證每次實驗2 人/臺，教學(xué)效果得到極大改善。

2.2 改革實驗教學(xué)內(nèi)容，建立合理的實驗教學(xué)體系

針對學(xué)校傳統(tǒng)分子生物學(xué)實驗教學(xué)方式中，實驗各項目之間存在缺乏內(nèi)在聯(lián)系的缺陷，我們對分子生物學(xué)實驗內(nèi)容進行了更新和重組。結(jié)合老師的研究課題“基因工程甘露聚糖酶開發(fā)和工業(yè)應(yīng)用”，充分利用該酶蛋白基因重組子篩選方便且經(jīng)濟等特點，將其移植到實驗教學(xué)中，使之適合本科生的教學(xué)需要。在有限的教學(xué)時間內(nèi)將幾個基礎(chǔ)性實驗有機地整合為一個綜合性的分子生物學(xué)實驗，如圖1所示。各實驗之間具有很強的邏輯性和連貫性，前一個實驗的結(jié)果就是下一個實驗的原料。實驗內(nèi)容由單一、孤立的驗證性實驗向綜合性、設(shè)計性、應(yīng)用性實驗轉(zhuǎn)變，既達到了訓(xùn)練學(xué)生基本實驗技能的教學(xué)要求，又激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)知識和科學(xué)研究的熱情。

圖1 分子生物學(xué)實驗教學(xué)改革方案圖

此外，我們增設(shè)了設(shè)計實驗，將學(xué)生分為幾個實驗小組，鼓勵學(xué)生親身體驗從文獻查閱、實驗安排、實驗操作、圖片和數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析到撰寫報告等各個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和團隊合作精神［12］，進行了一次較為全面的科研思維和方法的訓(xùn)練，實施了實驗教學(xué)的個性化教育。同時在設(shè)計實驗中，加強了各個實驗室實驗內(nèi)容的交叉與融合，如蛋白誘導(dǎo)表達后，利用生物化學(xué)實驗中離子交換層析技術(shù)進行分離;在Western 印跡實驗前，利用免疫學(xué)實驗中抗體制備技術(shù)等，這些都進一步加強了學(xué)生對學(xué)科知識的系統(tǒng)掌握。

2.3 實驗教學(xué)方式的多元化

實驗教學(xué)的最終目的是讓學(xué)生真正掌握知識，技能，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。為此，我們對教學(xué)方式進行了改革。

2.3.1 教學(xué)方法多樣化

(1)啟發(fā)式教學(xué)。在授課過程中，注重調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。要求學(xué)生能直接參與到教學(xué)中來，讓學(xué)生講述所預(yù)習(xí)實驗課的內(nèi)容，或談?wù)剛€人對實驗原理、實驗設(shè)計方案的看法等。同時經(jīng)常啟發(fā)學(xué)生不要墨守成規(guī)，要敢于挑戰(zhàn)，要多從不同的角度考慮問題。例如，在進行質(zhì)粒DNA 的提取實驗時，啟發(fā)學(xué)生采用不同的方法純化:酚氯仿法、亞精胺等。

(2)研究、創(chuàng)新式教學(xué)。在教學(xué)中，組織學(xué)生為解決新問題而進行探索性和創(chuàng)造性活動，其主要目的是讓學(xué)生學(xué)會獲得知識，學(xué)會研究事物或現(xiàn)象，學(xué)會作結(jié)論。例如，在設(shè)計實驗中，要求學(xué)生根據(jù)自己掌握的知識并結(jié)合實際情況確定一個研究題目，然后自己收集資料、閱讀文獻、設(shè)計實驗方案，并延伸到分子生物學(xué)實驗課程之外的科學(xué)訓(xùn)練研究課程中實施自己的實驗方案，而本課程的老師跟蹤指導(dǎo)，使研究、創(chuàng)新型教學(xué)得到更充分的體現(xiàn)。

(3)集中式教學(xué)。傳統(tǒng)教學(xué)中實驗項目開設(shè)的時間間隔長，基本上按照一周開設(shè)一次實驗的模式進行分散式教學(xué)，這不利于對學(xué)生進行分子生物學(xué)技術(shù)的系統(tǒng)訓(xùn)練。此外，分子實驗之間的連續(xù)性、關(guān)聯(lián)性很強，相鄰實驗要求必須在較短時間間隔內(nèi)完成。這就需要將以前的分散式教學(xué)改為集中式教學(xué)，使得各個模塊集中在一個時間段里完成。這種集中式教學(xué)除了能使學(xué)生獲得較好的實驗結(jié)果，更為重要的是使學(xué)生能熟練、系統(tǒng)地掌握分子生物學(xué)技術(shù)和方法。

2.3.2 設(shè)立助教以教促學(xué)

實驗教學(xué)以往總是教師在上面教，學(xué)生在下面學(xué)，老師的引導(dǎo)作用固然不可缺少，但如何讓學(xué)生在實驗教學(xué)中發(fā)揮更大的積極性與主觀能動性，同樣有著至關(guān)重要的作用，讓學(xué)生輪流成為助教，充分實現(xiàn)了這一點［13］。每次實驗課前，助教與實驗老師一起配制實驗試劑準(zhǔn)備實驗，并完成預(yù)備實驗，這使得每個助教能夠充分了解實驗原理、實驗操作以及實驗的整個過程。授課時，助教主動上講臺講解自己對實驗的理解以及實驗操作中需要注意的問題，配以老師的引導(dǎo)和總結(jié)，能夠讓學(xué)生更深刻地掌握實驗授課內(nèi)容，同時也拉近學(xué)生與老師的距離。這種以教促學(xué)的方式能讓學(xué)生切身體驗實驗教學(xué)過程，調(diào)動學(xué)生的積極性與主觀能動性，極大地增強了實驗教學(xué)效果。

2.3.3 建立科學(xué)的實驗考核體系

長期以來實驗成績往往以學(xué)生的實驗報告完成情況和數(shù)據(jù)處理等來評價，平時的實驗操作和實驗過程在最終的總成績中體現(xiàn)得很少，或基本沒有體現(xiàn)，造成學(xué)生只重視實驗報告的完成，忽略了實驗操作和實驗過程的學(xué)習(xí)［14］，讓一些學(xué)生養(yǎng)成抄寫實驗報告和編寫實驗數(shù)據(jù)的壞習(xí)慣。實驗考核改革后，對學(xué)生評價更多樣化和全面化:實驗操作占總分的15，課堂提問和討論占10，實驗結(jié)果占15，實驗報告占25，實驗習(xí)慣和考勤占5，實驗創(chuàng)新占10，最后的實驗考試占20。更加注重實驗中的探索過程，教導(dǎo)學(xué)生在實驗過程中不要害怕犯錯和失敗，科學(xué)研究就是從失敗中一步一步走向成功的，實驗即使失敗，也要在報告中如實反映，并針對自己的失敗做出有理有據(jù)的原因分析?？己酥凶龅娇陀^公正地衡量每一名學(xué)生的實驗成績，并在實驗教學(xué)中養(yǎng)成學(xué)生良好的實驗習(xí)慣，讓學(xué)生在實驗過程中真正得到鍛煉和培養(yǎng)。

3 結(jié)束語

分子生物學(xué)實驗課已經(jīng)是高等學(xué)校生命科學(xué)領(lǐng)域中一門十分重要的實驗課程。針對傳統(tǒng)教學(xué)中出現(xiàn)的問題，如何教好這門課程，努力激發(fā)和鼓舞學(xué)生創(chuàng)新意識，最大限度地發(fā)揮教學(xué)效果，是擺在我們所有分子生物學(xué)實驗教學(xué)工作者面前的一個共同課題［15－16］。伴隨我校實驗示范中心的建立、資源配置的優(yōu)化、合理實驗教學(xué)體系的設(shè)置以及教學(xué)方式的豐富多元化，這些改革措施的實施極大地提高了學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新意識，得到學(xué)生和老師的大力支持和贊同，并對分子生物學(xué)的實驗教學(xué)效果產(chǎn)生積極而深遠的影響。

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