本科生分子生物学实验教学改革探讨

张在宝 刘慧娟

摘 要 本文结合分子生物学技术的发展和近几年在本科生实验课堂中积累的教学经验，总结梳理了学生在对分子生物学实验原理及相关的实验技术掌握过程中所遇到的问题，从教学内容、教学方法和考核方式上对分子生物学实验课程进行了改革和探索。具体内容主要包括筛选代表性实验用作实验教学、通过各实验间的联系培养学生的科研思路、引导学生主动学习和考核方式多元化等多个方面。通過此次教学改革，学生的专业技能得到了很大提升，取得了很好的教学效果。

关键词 分子生物学 本科生 实验教学改革 专业竞争力

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.09.028

Abstract This article combines the development of molecular biology technology and the teaching experience accumulated in undergraduate experimental classrooms in recent years， summarizing the problems encountered by students in the process of molecular biology experimental principles and related experimental techniques， from teaching content， teaching methods and assessment methods have been reformed and explored in molecular biology experimental courses. The specific content mainly includes screening representative experiments for experimental teaching， cultivating students' scientific research ideas through the connection between experiments， guiding students to actively learn and diversifying assessment methods. Through this teaching reform， the students' professional skills have been greatly improved， and a good teaching effect has been achieved.

Keywords molecular biology； undergraduate； experiment teaching reform； professional competitiveness

分子生物学是当今生命科学领域最重要的分支学科之一，也是生物类专业的核心课程，主要是在分子水平上研究核酸、蛋白等生物大分子的结构与功能，是一门以实验为主的基础学科。自20世纪50年代沃森和克里克发现DNA的双螺旋结构以来，分子生物学及其相关的实验技术一直都在蓬勃地发展着。因此，对于当代生物类专业大学生，必须要熟练地掌握相关的分子生物学实验原理及技术。就现实而言，由于分子生物学实验大多时间长、内容多，而学生的实验课时又相对较短，要想使学生在最短的时间学到最多的知识和得到最好的锻炼，分子生物学实验亟待改革。笔者就传统的实验教学进行了研究和思考，结合我校生物科学与生物技术专业的培养目标，重新调整教学内容、完善教学方法以及采用科学合理的考核方式。旨在通过教学改革的方式提高学生的动手操作能力、解决问题的能力和科学素养。

1 对传统教学的思考

1.1 教学模式单一，无法激发学生学习兴趣

在以往的教学实践中，授课老师一般先在实验前给学生讲解实验目的、原理、材料、步骤、结果和讨论等固定模式，注明实验过程中可能出现的问题，有的教师为了方便，甚至为学生提供结果和讨论题的答案以帮助其完成实验报告。此外，部分分子实验时间较长，如感受态细胞的制备就需要先将大肠杆菌培养过夜，但囿于实验学时的限制，实验教师往往是提前做好一切准备工作，待实验课开始时，学生只需按照既定步骤实施并完成实验即可。这些无疑会导致学生眼高手低，表面上看是完成了实验，但一离开书本上的实验步骤，便又会无所适从。而对于每一实验步骤背后原理的理解，也常常无从谈起。长此以往，学生“做多思少”，自主能力下降，实验课形同虚设。

1.2 传统教学内容系统性差，缺乏连贯性

在传统分子生物学实验实践中，各实验课程内容上虽有联系，但实验教师却多按照独立的实验来教学。此外，部分老师只注重实验过程，认为学生只要了解具体的实验步骤即可，结果的好坏并不重要。教师的这种思想往往会造成学生在实验过程中不注重细节，如应该在超净台上挑取单菌落培养细菌时，学生则在普通实验台上完成。这些教授方法虽然能够提高学生的实验操作能力，但是具体的科研思路没有建成，甚至会对学生基本的科学素养造成极其严重的影响。“授人以鱼不如授人以渔”，实验技能的锻炼固然重要，但科研思路的培养则应是重中之重。

2 教学内容的调整

2.1 筛选代表性实验用作实验教学

为了充分体现分子生物学实验在科学研究中的重要性，我们认真地筛选了不同方面具有代表性的重要实验。具体的实验有利用PCR扩增目的基因、目标产物的回收与纯化、感受态细胞的制备、PCR产物与载体的连接及连接产物的转化、阳性克隆的筛选与鉴定及质粒DNA的提取、克隆片段的鉴定、双脱氧末端终止法测序的原理及目标基因cDNA序列拼接和分析、mRNA表达量水平分析、酵母表达载体的构建、酵母的转化和筛选、利用酵母双杂交技术筛选互作蛋白等11个实验。这些实验基本上涵盖了当今科学研究所需要的基础实验，具有较强的代表性。在提升学生基本实验技能和深化理解实验原理的同时，还能够进一步诱导学生发现问题，进而促使其分析和解决问题，提高学习的积极性。

2.2 注重实验联系，培养科研思路

我们选择教学的实验基本涵盖了分子实验的基本点，同时各实验之间又有一定的联系，比如利用PCR技术扩增的DNA和感受态细胞的制备为后期重组基因体系的构建提供了材料。我们着重关注了实验间的联系性，并经过科学地分析研究，最终制定了由浅及深、由基因到蛋白的实验顺序，为学生建构一个脉络清晰、系统性強的分子生物学实验知识体系。并充分利用有限的时间在提高基本实验技能的基础上，初步培养学生的科学研究思路。

3 教学方法的完善

3.1 引导学生“自主式”学习

任何教学都是双向的活动，既要教师的引导，又要学生的积极参与（姜立春etal.，2015）。每2个学生为一个实验组，给每个组分配具体的任务，促使学生课前主动收集资料，提出问题；课中亲自动手操作，试着解决自己提出的问题；课后通过实验报告的撰写，巩固实验原理和实验步骤。将以学生为主的“自主式”学习和以教师为辅的“引导式”教学相结合的方法，大大地提升了教学质量，点燃了学生们的学习热情，并使学生成为学习的主题，锻炼并提高了学生的科研思路和能力。

3.2 采用理论和实践紧密结合的教授方法

理论与实践是密不可分的，两者缺一不可。我们为了让学生既要立足于实践，又要理解实验原理，所以采取了开放式的实验教学。我们要求学生利用网站资源提前预习，实验课前提交预习报告；建立新型教学实验室，利用各种资源如网络课件、电子教案和实验视频等多种现代教学手段辅助教学。为了确保每个学生都有机会亲自动手操作，我们将原来的4人一组变为2人一组，并对每个小组分配有具体的实验任务以促使每个人都参与到实验中来。这些改变大大提高了学生的参与度，激发了学生的学习兴趣，深化了对实验原理的理解，有助于加强每个学生的专业技能，增强专业竞争力。

3.3 根据不同教师的研究领域，多个教师分别授课

分子生物学实验涉及面广，涵盖了分子生物学、分子遗传学、生物信息学和微生物学等多种学科（邢晓为and邓昊，2015）。隔行如隔山，每个教师都有其专一的研究领域，以往的教学效果表明，跨专业教学带来的效果不是十分理想。教师遇到关于自己研究领域的实验课程，传授的内容会更全面、更有深度，然而对于自己所不熟悉的实验课程，往往只是根据实验步骤“读一遍”而已，这样的效果无疑很差。因此，根据不同教师所侧重的科研领域，我们安排了研究植物功能基因、生物信息学和微生物学等3个不同领域的教师来教授不同的实验。这样一来，不同的实验由相关领域的专业教师授课，专业教师通过以往的学习积累，对实验中的经典和前沿知识进行整合并引导学生熟练掌握。此外，教师还可以以自己发表的或本领域的经典论文为模板，为学生建构科研思路，拓宽学生眼界，从而提升学生的科研能力。

3.4 实验“战线”不宜太长

分子生物学实验周期长，系统性强，综合性高，内容涉及面广，对其原理的理解和掌握需要一个长期、反复的学习过程（张英etal.，2017）。我们安排的11个分子生物学实验联系性强，需要在一个相对较短的时间内完成实验课程。我校每学期的时间跨度一般为20周，因此，为了突出各实验之间的联系性，锻炼学生的科研思路，我们将实验课程时间安排在6周以内，每周安排8个学时，分两次进行。实验前2周，让学生先查找相关资料，写出预习报告；实验过程中，学生初步完成实验报告；实验课程全部结束后的2周时间内，学生自主地查漏补缺，完善实验报告。之后为了避免学生对实验课程生疏，我们根据各个实验的重要性，每周选择性地安排了1个实验以让学生温故知新。

4 科学合理的考核方式的探索

本科生阶段是学生积累专业知识的最好时期。分子生物学实验开展的目的是为了让学生更好地掌握和理解理论知识、提高学生基本的实验操作技能、培养初步的科研思维以及锻炼他们分析和解决问题的能力（文静etal.，2013；赵欢，2016；张英etal.，2017）。因此，为了多方面测试学生的学习效果，我们采用了多元的考核方式。分子生物学实验最终成绩由4部分组成：第一，平时成绩20%，其中考勤占10%，实验态度和操作占10%；第二，预习报告占10%，实验报告占15%；第三，实验操作考试占25%，包括常用仪器的使用、常用实验技术操作的熟悉程度；第四，实验闭卷考试占30%，内容涉及实验原理、实验问题分析和实验心得等。

科学有效地评估学生的学习效果，是提高实验教学质量的有力方法。通过这种科学的考核方式，准确全面地评估了学生的学习效果，为学生进一步有目的地提升自己的专业能力提供了科学的参考依据。

5 总结

有人预言21世纪是生物科学的世纪，但不是生物类专业学生的世纪。归根结底还是生物类专业毕业生的专业知识薄弱、实验技能生疏以及科研能力低下。分子生物学是当今生命领域的前沿学科，通过分子实验学实验的教学改革来培养学生的科研能力，从而提高专业竞争力，无疑是一种非常好的途径。按照这个目的，笔者经过多年的科研和教学经验，探索出一套适合本科生的分子生物学实验课程，以期为我国生物类专业人才的培养事业添砖加瓦。在今后的教学实践中，我们还会不断地推陈出新，与时俱进，具体问题具体分析，不断地完善分子生物学实验的教学蓝图，使学生在新时代具有不可替代的专业竞争力。

参考文献

[1] 姜立春，游章强，李俊刚，陈希文，闫秋洁.《分子生物学》教学改革与实践新探.绵阳师范学院学报，2015：131-134.

[2] 文静，申玉华，赵冰.高等学校分子生物学教学改革初探.吉林农业（学术版），2013：92-93.

[3] 邢晓为，邓昊.分子实验技能课程教学模式初探.现代生物医学进展，2015.15：6567-6568.

[4] 张英，黎宏宇，林大专.分子生物学实验教学改革与探索.黑龙江畜牧兽医，2017：269-271.

[5] 赵欢.浅谈分子生物学课程教学改革.当代教育理论与实践，2016.8：82-84.