分子生物学实验教学模式改革探索

张科贵，戎 红，王顺昌(淮南师范学院生命科学系，安徽淮南232001)

分子生物学是生命科学专业的一门必修课，是在分子水平研究生命活动及其规律的科学，主要研究内容是核酸蛋白质等生物大分子的结构、功能及其相互作用。随着分子生物学日新月异的发展，分子生物学研究技术贯穿于生命科学的各个领域，成为重要的研究工具［1］。高等学校生命科学各专业的学生除学习分子生物学理论和分子生物学技术的基本知识以外，必须学习分子生物学实验技术，培养学生在分子生物学实验方面的基本素养和动手能力。淮南师范学院以往开设的分子生物学实验项目多以验证性实验为主，内容不连贯，各实验项目间不具备上下承接关系，学生被动地按照实验步骤进行操作，学习主动性和创造性的发挥受到较大的抑制，不利于培养学生的创新意识和对科学的兴趣［2］。考核方式的单一化也使部分学生实验参与度不高，实验教学质量受到极大影响。鉴于此种情况，根据淮南师范学院生命科学系的实验条件和科研情况，笔者在分子生物学实验教学项目设置、实验教学运行方式、实验教学考核评价体系等方面进行了改革，建立了分子生物学实验教学体系和评价体系。

1 优化完善实验教学项目

实验项目是实验教学的核心，实验教学项目的设置直接影响学生对分子生物学基本理论的理解程度，对激发学生的求知欲、培养科学作风和思维能力、建立研究问题解决问题的科学方法都具有重要的影响［3］。根据之前分子生物学实验教学中存在的问题，笔者对分子生物学实验项目进行了调整优化，改革后的分子生物学实验教学项目为完整的、系统的细菌16S rRNA基因的分子克隆实验。

该系在分子生物学实验开设初期的内容属经典的基础性验证实验，包括动植物及细菌基因组DNA的提取、质粒DNA的提取、琼脂糖凝胶电泳检测DNA、大肠杆菌感受态细胞的制备及质粒的转化等(表1)。这类实验能培养学生掌握基本的分子生物学实验原理和操作，但是由于实验项目之间的相对独立性，学生很难从整体水平上理解分子生物学研究技术在科研中的应用。因此，笔者剔除了一些简单重复的实验，例如植物及细菌基因组DNA的提取实验只保留细菌基因组DNA的提取;合并了一些实验项目，例如琼脂糖凝胶电泳检测DNA在整个分子生物学实验中会多次使用，不需要单独开设。调整后的分子克隆模块实验项目见表2。

表1 改革前的分子生物学实验项目

表2 改革后的分子生物学实验项目及运行方式

改革后的分子生物学实验是一个完整的分子克隆实验，前一个实验是后一个实验的基础，其产物用于后一个实验，后一个实验是前一个实验的延续，使学生明白只有把每一个实验做好，才能顺利完成整个实验。改革后的实验教学内容与改革前相比，课时增加了6个，实验项目设置更加合理，学生普遍反映，在这样的实验教学框架下，更容易理解分子生物学实验的原理，更容易把分子生物学理论课上学到的蓝白斑筛选、质粒、连接酶、限制性内切酶等知识点结合到实验中，更能从整体上理解分子克隆实验。

2 优化实验教学的运行方式

传统的实验教学运行采用每周几个实验小组平行、开设同一实验项目的模式，学生每周做一个实验，割裂了实验项目之间系统连贯的关系，学生不能从整体上理解实验目的和意义，不利于学生创新思维的开发和创新能力的培养。因此改变了传统的运行模式，根据研究生分子克隆实验的安排，结合实验教学内容，将实验教学过程中每组安排在周四至周日(表2)。每个实验项目连贯运行，每组学生按照教学计划安排教学时间做实验，运行中可根据实验进度做出适当调整。上一组学生连续的做完全部实验项目后，下一组的实验教学运行时间安排在下一周。

分子生物学实验经常有长达几个小时的等待时间，如PCR扩增实验、电泳实验、连接实验、酶切实验等，所以在传统的教学运行方式下，多个实验项目并不能在规定的课时内完成。而在改革后的连续运行模式下，可以合理的利用实验等待的时间。如做完“细菌基因组DNA的提取及琼脂糖凝胶电泳检测”时，利用电泳等待时间讲解PCR实验原理，做好实验准备，根据电泳结果选好样品做为PCR反应的DNA模板，晚上将PCR各体系分装好置于PCR仪中反应，结束第一天的实验安排;第二天早晨就可以电泳检测PCR产物，根据PCR的结果，安排PCR纯化实验。再如，最后2个质粒的验证实验的安排，可以先做PCR验证实验，在等待PCR结束的2个小时时间内安排酶切实验，最后PCR验证和酶切验证实验的材料统一做电泳检测。改革后的实验运行方式紧张有序，不仅能够提高学生对综合实验的理解，加强实验动手能力的锻炼，还能使学生领略科研工作的魅力，提高对科学研究的兴趣，受到学生一致好评。

3 改进实验教学手段

综合实验是一个以学生为主体、学生与教师互动的教学过程，其主要内容是设计性实验。以前实验课存在的学生参与度低、创新能力得不到训练等现象的重要原因是很多学生认为实验课就是“抄”教师提前写在黑板上的实验报告材料，“听”教师讲实验流程，“看”教师或其他同学做实验，不能参与到实验过程中，不能充分理解实验过程。实验教学改革后，在实验教学过程中突出学生的主体地位，放手让学生负责准备实验材料和配制试剂等工作，并独立完成整个实验操作，学习和体会实验中的每一个环节;教师的主要任务是监督实验过程、保障实验完成，形成以学生为中心的教学氛围。综合实验过程中，多留意观察学生实验过程中的操作细节，对于错误操作要及时辅导和纠正;实验中出现的类似对PCR扩增电泳检测无条带、转化涂平板后没有阳性菌落或者有杂菌生长等问题，教师仅做必要的启发，引导学生综合运用所学的知识改进实验方案，以获得理想实验结果。通过这些方式培养学生分析问题、解决问题的能力，以及创新思维和创新能力。

4 改革实验教学评价体系

实验考核是实验教学中不可缺少的环节，制定科学合理、客观公正的实验教学考核评价体系是分子生物学实验课程教学的重要环节之一，是实验教学改革得以健康有序运行的保障［4－5］。以前实行的以平时成绩(学生的考勤、实验报告的完成情况)和期末考试成绩进行评定的评价模式，对学生的实验操作能力没有系统的考核评价;实验改革后，实行的考评内容多样化和全面化，考核内容包括平时成绩、实验操作能力和期末考试，提高了对学生的实验基础理论、实验动手能力的考核比重。笔者建立的实验考核评价指标分为实验基本理论考试、实验基本操作、综合实验操作和平时成绩四个模块。

实验基本操作和综合实验操作是实验改革后增加的两个考核模块。实验基本操作主要考核学生的分子生物学实验基本操作的准确性和规范性，如移液器的使用、电泳点样操作、配制试剂、实验仪器操作等方面内容，考核比重占20%。综合实验操作考核学生独自完成一个实验项目的能力，考核比重占30%。将分子生物学实验的最后两个实验项目:酶切法验证重组质粒和PCR扩增方法验证重组质粒，作为综合实验的考核项目。从实验准备工作、实验操作技能、实验结果观察与分析、实验后实验用品整理等方面全面考核。实验基本理论考试形式上是实验改革前的期末考试，但考试内容做了较大的改动，改变以往学生直接抄实验报告即可完成考试的考试形式，主要考核内容包括实验原理、实验中试剂的作用、实验过程中出现的问题的解释、实验结果的解读等方面，考核比重占30%。平时成绩占实验考核的比重降低为20%，主要评价学生的实验态度、实验习惯和实验报告。实验态度是实验课中学生的参与度和出勤率;实验习惯是指学生对离心机、凝胶成像仪、电泳仪、移液器等仪器的使用保护情况以及实验后的卫生打扫情况;实验报告是指学生的实验数据的真实性、对实验现象的描述和实验结果的分析［6］。改革后的评价体系突出对实践能力、创新精神及综合能力的考核，培养学生求实意识和严谨治学的态度，调动了学生的主观能动性，激发了学生对实验技能训练的热情，提高了学生的动手能力和综合实验素质。

5 结语

经过连续两学年的改革与实践，分子生物学实验课程教学质量有了大幅的提高，培养了学生分析问题、解决问题的能力，提高了学生的创新能力和专业综合素质。首先，学生的实验积极性得到了充分发挥，能积极参与到实验过程中。统计结果表明，绝大部分学生都参与到实验方案设计和实验实施中，学生的实验参与度和实验成功率较改革之前有了大幅提高。例如以往学生独立做PCR扩增实验、转化实验等项目时经常得不到阳性结果，改革后实验的成功率达到80%以上。其次，全面科学的考核机制也使学生养成了积极的实验态度和良好的实验习惯，锻炼了学生独立查阅文献、设计实验方案、真实记录实验结果和分析实验现象、分析并解决实验中出现的问题的能力，培养了学生的创新思维。再次，近年来研究生复试越来越重视实验技能的考核，以前在复试阶段分子生物学实验操作是该系学生的短板，在2012年和2013年研究生复试中该系学生的分子生物学实验成绩较以往有了大幅的提高。

教学改革实践表明，不同的实验教学模式会得到截然不同的教学效果。虽然笔者在分子生物学实验教学模式中进行了有益的尝试，取得了一定的成绩，但是教学改革是一个长期过程，需要不断更新教育观念，提高自身素质，进一步改革实验教学内容、方法和手段，以提高分子生物学实验教学效果，培养创新型的高素质复合型人才。

［1］朱玉贤，李毅，郑晓峰.现代分子生物学［M］.北京:高等教育出版社，2007:11－15.

［2］楼盛华，戴文战，叶秉良.基于培养创新实践能力的高校实验教学体系改革探索［J］.高等理科教育，2008(3):109－113.

［3］张学军，王锁萍.全面改革实验教学培养学生创新能力［J］.实验室研究与探索，2005，24(1):4 －6.

［4］龙中儿，黄运红，付学琴.高校微生物学实验课考核内容和方法的创新研究［J］.微生物学通报，2007，34(3):595 －597.

［5］马景蕃，黄素华，刘喜明，等.分子生物学实验教学改革探索［J］.安徽农业科学，2012，40(12):7589 －7590.

［6］王小丽，钟有添，谢琼珺.实验教学改革条件下医学微生物学实验考核评价体系的构建与实践［J］.微生物学通报，2012，39(12):1817 －1824.