工科专业学生生物科学相关实验课教学方式的研究

谢 青，周爱文，杨广笑

（华中科技大学 生命科学与技术学院，湖北 武汉 430074）

随着生命科学研究的不断发展，生命科学关注的范围越来越大，涉及的问题越来越复杂，采用的技术越来越高。这一切使得科学界兴起了一个数学、物理、化学、工程学、计算机科学等非生物学学科与生命科学相互交叉、融合、共同发展的新时代[1]。由于学科交叉的复杂化和科技知识更新的频繁化，对交叉学科学生如何掌握专业知识和实践能力提出了新的要求[2－4]。我校是一所有较强工科背景的学校，生命科学与技术学院设有4个专业，其中的生物医学工程和生物信息学专业属于工科专业。这2个专业学生对数学和物理等相关学科要求较高，而化学及其相关课程的实验技能训练较少，而且没有开设微生物学及其实验课，学生生物学方面的基础较弱[5]。在如何结合工科专业学生和学科特点，让学生通过生物科学相关实验课的学习加强对生物科学相关理论知识的理解、掌握基本的生物实验技能，并结合学生较强的工科知识及计算机应用能力，提升学生的学习兴趣，按照专业培养计划，培养出合格的具有生物科学和工科交叉知识结构的复合型人才，我们经过多年的工作实践总结出了一套行之有效的实验教学方式 。

1 根据专业特点安排实验内容

针对不同专业的学生，充分考虑到学生有关化学和生物学基础知识与技能比较薄弱的问题，在实验学时和内容顺序的安排上做了调整。由于学生要学习的知识比较多，课程安排很紧张，因此将“生物化学”与“分子生物学”两门课合并为“生物化学分子生物学”一门课，实验课也做了相应的合并。这门课的实验课安排有48学时。第1学期24学时，主要是学习生物化学方面的相关知识和实验技能，第2学期的24学时是学习分子生物学的相关知识和实验内容。我们针对每个实验内容都做了视频录像，这对实验教学很有帮助。

在生物化学实验内容中，我们第1个实验安排了“3，5二硝基水杨酸法测定还原糖和总糖”的实验内容。由于学生化学实验做得少，我们就安排了4个学时的时间，让学生有充分的时间学习移液管和分光光度计的使用，以及一些基本的实验技能。经过反复练习，学生的实验技能普遍得到提高，为后续实验内容的顺利开展打下了很好的基础。第2个实验我们安排了一些有关蛋白质和氨基酸性质方面的实验内容。蛋白质和氨基酸是生物化学中的重点和难点内容，通过这些定性的实验内容，学生对蛋白质和氨基酸的性质印象深刻，而且实验材料都是学生自己的指甲、头发，以及蛋清等熟悉的物质，学生学习兴趣很高。经过几次严格的训练，学生完成以后的酶的性质、核酸分离以及酶活性测定方面的实验就比较容易了[6]。

第2个学期的分子生物学实验教学中，由于学生没有学习过微生物的实验技能，我们借助教学视频从移液枪的原理、使用方法以及注意事项开始介绍，全面细致地介绍了实验原理、每一步的操作规范、会得到怎样的结果，以及将会观察到什么样的实验现象等，重点强调实验中的关键步骤，例如质粒提取过程中添加溶液二和溶液三后应小心混匀，不要用力振动等。在分子生物学实验中有些步骤需要无菌操作，而学生又没有受过相关训练，这就要求教师做耐心细致的讲解，配合多媒体教学演示，让学生掌握基本的操作要领。这样让学生在动手前对即将开展的实验过程有一个大致的了解，特别是对关键操作步骤有足够的重视。

教师在讲解实验的过程中，注意同时引导学生思考，让学生结合所学过的相关理论知识来思考实验设计思想以及有关步骤的注意事项。实际完成后，让每位学生根据实验课上教师的讲解和所学的理论知识，对自己的实验结果进行总结分析，并写出详细的实验报告。在多媒体技术的配合下，不但可以使学生能够更好地掌握实验原理、正确操作每一个实验步骤，而且还可以锻炼和培养学生分析问题、解决问题的能力。

2 加强实验内容的完整性和连贯性

根据教学大纲的要求，将学生感兴趣的研究性课题作为实验内容，努力在教学中营造一种让学生充分发挥创新潜能的宽松环境，在实验的整个过程中贯穿以学生为主体、教师为主导的教学思想[7－9]，培养和锻炼学生的思维能力、实验设计能力、分析和解决问题能力，提高教学质量。为了较好地完成实验教学，克服学生相关知识和基本技能的不足，在安排实验时，我们充分考虑到实验内容的连贯性和未知性，增强对学生的吸引力，激发学生的创新精神和创新能力，不仅让学生掌握生物学相关的实验技术、学会将这种现代技术应用到以后的科研实践中，而且提高学生的创造能力。

分子生物学实验就是一个连贯的实验体系，实验内容包括质粒提取、感受态细胞的制备及其转化、质粒的酶切和电泳、基因重组、阳性克隆筛选、PCR扩增等。我们在“细胞生物实验”中安排了“植物组织培养”的实验内容。学生对这种综合性实验课很感兴趣，操作非常认真，大部分学生的愈伤组织都能发育成幼苗。在整个过程中，学生觉得其乐无穷，参与性极高。我们发现学生经过这种实验过程完整、前后衔接自然的大实验训练后，不仅能掌握科学研究的基本程序和技术，形成完整的科研概念，而且由于实验的连贯性，可以培养学生的求知欲。学生希望通过自己的亲手实践得到最终结果，因而有极大的兴趣参与实验。有些学生通过实验课对生物科学产生了极大的兴趣，转到了我院生物科学或生物技术专业来继续深造。

3 为学生发挥特长提供良好的平台

我们在实验内容的安排上，还尽量考虑到学生的专业所长。例如在面向生物信息专业的“系统生物学实验课”中“利用双向电泳技术分离蛋白质”这一实验内容中，我们就安排了学生将自己的实验结果用计算机扫描、画图再进行分析这一选修实验内容[10]，还在有关分子生物学实验的“PCR实验”中鼓励学生上网检索特定生物材料的保守序列，并学会利用计算机程序自行设计引物。

生物医学工程和生物信息专业都有一部分学生对生物学科很感兴趣，我们就鼓励他们报名担当实验课的“小老师”。我们每年从生物医学工程和生物信息学专业选拔“小老师”，并和他们一道在实验课开始前做多次的预备实验，让“小老师”充分了解实验的每一个细节，这样，这批学生不仅自己掌握了该门实验课的实验技术，还可以作为教师的助手，协助教师完成实验课的教学。这种教学模式为对生物科学有浓厚兴趣的学生提供了一个很好的学习和实践的平台。

“小老师”培养方法和制度是我院在多年的“生物化学”实验教学改革中探索出的一种实验教学模式，该制度有利于培养学生的独立思考能力、创新能力和实验技能。多年的实践结果充分证明“小老师”教学模式有利于学生创新能力的培养和科研素质的养成[11－12]。

4 以学生为主，保证实验教学的效果

生物学相关实验采取小班教学方式，每批学生人数不超过24名，这样就可以保证学生能够独立完成每个实验。

指导工科专业的学生完成生物科学相关实验课的学习，的确难度要大些，这就需要教师在实验指导过程中要做到腿勤、嘴勤、手勤。首先要腿勤。在学生做实验过程中，要不停地巡视每一个实验小组，边走边观察，以便及时发现学生实验中出现的问题并及时解决。其次还要做到嘴勤，嘴要不停地说。实验中学生经常会向教师询问实验过程中遇到的一些问题，教师要及时给予解答，回答的方式尽量避免直截了当地说出答案，而是采取诱导启发的方式。同时我们也会就实验中的一些问题向学生提问，了解学生对该实验从原理到操作步骤的掌握程度，并记下学生回答的情况，作为实验成绩的参考。同时，见到学生实验中操作不规范的情况，要不厌其烦地及时提醒。

5 结束语

尽管我们在我院工科专业生物学实验教学改革的实践中积累了一些经验，也取得一定的成绩，但我们的实验教学工作还有待进一步的改进。

（1）进一步深化实验教学改革和课程建设。随着生命科学与技术的发展和教育理念的更新，我们将不断深化实验教学改革，进一步培养学生参与实验的兴趣，增加生物学与其他学科相交叉的实验内容，扩大设计性及创新性实验的比例，同时以选修课或二课的方式提供一些自选实验，培养学生的科学探索精神和创新能力。

（2）进一步加强实验教学队伍建设。实验教师是承担实验课程教学、改革和建设的主体，因此制定相关的政策要充分调动和发挥广大实验教师的积极性、主动性和创造性。

（3）加强教材建设。在不断实践的基础上，修订现有的实验教材，重新编写新的适用于工科专业的生物学相关实验教材，通过教材建设凝练与推广教学成果，提高人才培养的质量。

（4）通过我院工科专业学生的生物学相关实验课教学实践，总结并摸索出一套比较完整的实验教学方法，将某些生物学及其实验课作为全校的公共平台课，面向全校其他工科专业的学生开放，同时通过各种培训和交流活动，积极推广我们的实验教学经验和成果，为国家培养高素质的具有创新能力的合格人才。

（References）

[1]吴家睿.后基因组时代的交叉科学：从“Bio-X”到“X Biology”[J].物理通报，2002（3）：1-2.

[2]诸晓锐，钱波.基于工科学生科技创新能力培养的开放性实验教学平台的构建[J].实验技术与管理，2011，28（10）：15-18.

[3]籍亚玲，吴成东，张伟宏，等.四层次实验教学体系的探索与实践[J].实验技术与管理，2009，26（4）：141-143.

[4]彭志广，杨大鹏.实验教学体系创新与实践[J].实验技术与管理，2006，23（8）：16-18.

[5]谢青，刘幸福，肖靓，等.分子生物学实验教学改革初探[J].实验科学与技术，2008（2）：92-94.

[6]张永云，高士争，赵素梅，等.动物生物化学实验教学改革探索与实践[J].实验技术与管理，2011，28（10）：115-121.

[7]谢青，吴元喜，杨广笑.用研究性学习理念指导系统生物学实验教学[J].实验室研究与探索，2008，27（9）：106-107.

[8]谢青，肖靓，杨广笑.分子生物学创新性实验教学的实践与探索[J].实验室科学，2008（5）：65-66.

[9]谢青，吴元喜，杨广笑.构建模块式实验课程体系提高学生科研技能[J].实验科学与技术，2008，6（5）：40-41.

[10]谢青，吴元喜，刘笔锋，等.蛋白质双向电泳实验课的建设与实践[J].实验科学与技术，2009（6）：99-101.

[11]刘幸福，吴元喜，余龙江，等.论生化实验教学改革中的“小老师”自身的能力培养[J].实验技术与管理，2005，22（2）：102-105.

[12]谢青，杨广笑，刘幸福，等.探索构建以能力培养为主线的生物科学专业学生实验课教学体系[J].实验技术与管理，2012，29（8）：161-163.