开放式实验教学的组织与探索
——以高校分子生物学课程教学为例

河南科技大学动物科技学院 李银聚

开放式实验教学的组织与探索
——以高校分子生物学课程教学为例

河南科技大学动物科技学院 李银聚

生物技术是指对有机体的操作技术。自从我们的祖先有意识地把第一粒种子埋在地下，便宣告了这一技术的诞生。分子生物学的兴起，为古老的生物技术发展成为高新技术奠定了一方基石。目前，高等农业院校普遍开设了分子生物学课程，以推动这项既有古老的根基又有巨大发展潜力的高新生物技术能够普遍、持续、更深入地发展。

长期以来，分子生物学的实验教学是以理论为基础的验证性、设计性和创新性实践教学，目的是通过实验加深学生对抽象理论的理解，将理论与实践相结合，掌握基本的分子生物学技术，培养科学思维和创新能力。但是，分子生物学实验教学中也面临着一些问题：一是试剂种类繁多，准备工作大部分由教师完成，而且有部分实验是用试剂盒，实验课学生操作的内容却相对简单，教师对学生的理论和操作的指导性不强；二是实验仪器精密且价格昂贵，本科生实验教学所用的设备台（套）数相对较少，设备资源紧张；三是单个实验持续时间长，在规定的实验学时难以观察到结果。针对这些问题，笔者所在学校在大纲框架内，对动物医学专业分子生物学实验教学采用开放式实验教学方法，并对开放条件下的实验室管理进行了探索。经过精心的教学组织和6届本科生的实践，取得了良好效果。

一、开放式实验教学的组织

开放式实验教学，是利用分子生物学实验室现有的仪器设备，面向在校的学生开放，在教师的指导下，完成大纲框架内的自主设计性、综合性的实验的教学过程。

1.开放式实验教学的内容设计。实验内容的选择是学生创新能力培养的一个重要环节。不同版本的实验教材各有自己的特点，一般注重内容的系统性和全面性，每个实验相对独立。由于分子生物学实验样品多数是由教师提供，实验操作步骤程序化，实验结果基本一致，达不到具体问题具体分析的实验要求。鉴于此，笔者所在学校针对动物医学专业的自身特点，探索出一条以病毒目的基因的克隆和表达检测为主线的综合性实验，即以教师科研构建的重组质粒为基础原材料，实验内容涉及“质粒的提取和酶切”、“DNA连接”、“质粒转化（转染）”、“转化子的酶切鉴定和PCR鉴定”、“琼脂糖凝胶电泳”、“表达检测”（mRNA水平检测和蛋白质的SDS-PAGE电泳）等，将原来相对独立的实验联系在一起，形成一个系列性、综合性实验。整个实验过程完整，前后衔接自然。学生通过完整的实验过程，能够掌握科学研究的基本程序和技术。

2.开放式实验教学的组织和实施。在学生正式进入实验室之前，教师要对实验室概况和实验室规则进行介绍，对仪器的功能、使用和使用时应注意的事项进行讲解和示范。基本技能训练的内容包括：仪器的正确使用和保养，离心管、移液器吸头的清洗、消毒和灭菌，常规试剂及LB培养基的配制、灭菌，等。

在第一次实验课的前一周，要把各班学生合理分组。教师将科研中克隆的含目的基因（如减蛋综合征病毒的六邻体蛋白基因、鸡传染性法氏囊病毒的VP2基因等）重组质粒的结构背景、目的基因序列等资料分发给各组，并有针对性的讲解质粒构建的目的、原理和构建策略。要求每个学生自行设计实验步骤，包括重组质粒转化感受态细胞、质粒的提取和酶切位点的选择、PCR鉴定的引物设计、PCR循环参数、目的基因与原核表达载体的连接策略及原核表达检测等。每个学生的实验设计完成后交实验小组共同讨论，最后拟定本组的设计方案。方案要求有详细的操作路线图、所用仪器设备及数量、试剂种类和剂量、每个实验小组的负责人及时间安排等。经教师审定批准后，由学生独立完成整个实验操作过程，直至取得预期实验结果并对实验结果进行分析和讨论。在整个实验过程中，教师针对每个学生所遇到的具体问题进行具体解决，力争使每个学生都能够充分发挥自己的主观能动性，在解决问题的同时启发创新思维能力，加深对实验内容的理解。

3.开放式实验成绩的评定。长期以来，分子生物学实验课依附于理论课，实验课一般穿插在理论课的授课期间进行，理论课讲到哪个章节，实验课做哪部分实验，且实验成绩只占总成绩的20%～30%，实验成绩的评定又是以学生的实验报告为基础，致使学生只注重理论，不重视实验，参与实验的积极性不高。采用开放式实验教学，实验课安排在理论课的后期进行，使学生有基本的理论知识和综合设计能力。在开放式实验教学中：教师注重学生的理论知识掌握程度和设计应用能力、实验过程、实验技能和实验态度，并结合实验结果和实验报告，综合评定实验成绩，而不单以实验报告定分数；实验报告注重实验数据处理和实验结果的分析和讨论，鼓励学生多向思维，树立勇于创新、敢于挑战的创新精神。

二、开放式实验教学的实验室管理

由于分子生物学实验涉及的仪器设备种类多，设备精密且价格昂贵。因此，开展开放式实验教学，实验室管理水平也要同步提高。

1.建立健全实验室规章制度。要求学生进入实验室，必须严格遵守实验室的各项规章制度，违抗规章制度或损坏仪器设备的，按实验室规章制度和学校有关规定处理。

2.认真填写预约申请表。为防止各组学生实验时间和设备使用上的冲突，每组要有详细的实验计划和时间安排，由实验室教师统一调配后填写预约申请表，由小组负责人具体安排实施。根据分子生物学实验的特点，一般每周一个实验单元，每次完成一项实验内容，教师在每周实验结束时对实验作总结和点评，和学生一起讨论实验结果，解决学生在实验中遇到的问题，以保证学生在一周内完成一个基因工程的单元操作流程，形成一个相对完整的实验概念；同时，学生又有充足的时间思考和解决问题，加深对实验的印象，逐步提高对分子生物学的学习和实验兴趣。

3.认真填写实验室记录。实行开放式实验教学，由于学生的操作水平参差不齐，对仪器设备的操作熟练程度不一，使用时出现的问题可能较多，为仪器设备的管理和维护带来了一定的困难。因此，要教育学生有责任意识，珍惜公共财产。针对实验方案中列出的设备，认真填写设备使用记录，包括使用前状态和使用后状态、使用时间和使用人等，用后规整到位。

4.强化实验室安全。开放式实验教学大部分时间是由学生自行实验，实验中常接触水、电、火和易燃易爆或具腐蚀性、毒性的试剂。因此，严加管理、保证安全特别重要。在开放式实验教学中，要求每组推选一名大胆心细、责任心强的学生作为安全员，在实验结束时，统一检查门、窗、水、电、试剂和实验动物处理等，以确保实验室安全。

三、教学效果

1.实现了学生由被动学习到自主学习的转变。在以往的实验教学中，大都采用学生课前预习、教师课堂讲解原理并示范操作、之后由学生自行操作、教师具体指导并现场答疑的教学方法。事实上只有部分学生事先预习，实验课上也只有部分学生动手，个别学生只看他人操作，课后照抄实验报告，实验能力和分析问题能力得不到锻炼。采用开放式实验教学，学生自主设计、自行操作，增加了学习兴趣，许多学生还学会了运用生物学软件进行分析和设计，实现了由被动学习向自主学习的转变。

2.学生严谨的实验态度和科研意识得到了强化。开展开放式实验教学，随着学生学习态度的转变和自主设计能力的提高，理论和实验脱节的现象逐渐得到弥合。实验前，学生根据学习的理论知识系统设计实验、小组论证；在实验中，发现问题又从理论设计和操作中寻找原因，共同商讨解决问题的办法。学生严谨的实验态度和科研团队意识得到了加强。

3.学生的综合实验能力得到了提升。开展开放式实验教学，学生的综合实验能力和发现问题、分析问题、解决问题的能力得到了加强：后续专业课教师普遍反映，这6届动物医学专业的学生对实验的兴趣较强，思维比较活跃；在毕业论文设计中，学生普遍反映分子生物学实验提升了他们的实验技能和分析能力，对实验的开展和论文撰写有很大的帮助；毕业论文指导老师也反映学生进入科研角色快，分析问题、解决问题的能力有所提高。尤其是考上研究生的学生，课题设计的敏捷思路使其可以无过渡地进入课题的研究实施中。

综上，在分子生物学教学中开展开放式实验教学，是培养学生创新能力、拓宽学生知识面、增加学生学习积极性和主动性的有效途径，有力地促进了学生的个性发展，提高了学生的综合素质。实践证明，在高等农业院校开展分子生物学开放式实验教学，是一个切实可行的实验教学模式。