浅析本科分子生物学实验教学学生自主创新能力的培养

胡志刚

（南京师范大学 生命科学学院，江苏 南京 210023）

摘要：培养学生的自主创新能力是当前大学教育的一个主要任务。分子生物学实验教学的目标除了培养学生的分子生物学实验操作技能外，同样是培养学生创新能力和创造性思维的有力手段。本文总结分析我们多年来在分子生物学实验教学中的一些改革和尝试，并探讨了多种教学方法对培养学生自主创新能力的应用，从而更好的提高学生的整体素质，以适应当前社会发展需要。

关键词：分子生物学；创新能力；实践教学

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）52-0275-03

随着世界经济发展进入“互联网+”时代，李克强总理在2015年两会政府工作报告中首次提出要实施“中国制造2025”，并表示“坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，加快从制造大国转向制造强国”。在2016年博鳌亚洲论坛开幕式上的演讲中，李克强总理再次提到要大力实施“中国制造2025”，激发创新活力，共享创新经验[1]。科技创新，模式创新，结构创新，人才创新在我国新时期经济转型及工业4.0背景下的制造业再发展中将起决定性作用。而创新发展，归根结底是人才的创造性思维和创新性能力的培养和发展。习近平主席2014年在中国科学院第十七次院士大会、中国工程院第十二次院士大会上的讲话中指出，“中华民族是富有创新精神的民族。创新精神是中华民族最鲜明的禀赋。人是科技创新最关键的因素。创新的事业呼唤创新的人才。”高等学校教育承担着培养高级专门人才和知识创新、科技创新的重要任务。“为创造性而教”是当前和今后我国高等教育教学改革和发展的基本信念，培养大学生的创造性思维和创新能力是高等教育的一个重要功能和主要任务[2]。

随着生命科学的不断进步，人们在细胞和分子水平上的生物学研究不断深入。分子生物学作为生命科学的四大基础学科已成为当前各个高校生命科学相关专业的主干课程之一[3]。作为一门实验科学，分子生物学在本科教学中具有举足轻重的地位。分子生物学是一门快速发展的科学，其他学科理论和技术的创新和进步同时推动着分子生物学理论的快速发展。因此，分子生物学实验的教学一方面是理论知识的补充和验证，同时也是学生获取知识的主要渠道。另外，实验教学还培养了学生理论与实践相结合的，掌握基本技术，提高科学分析思维能力和创新能力[4]。我院生命科学实验教学中心多年来对学生进行“基础技能、综合拓展、实践实习、创新训练”分层递进式培养，为我国培养和造就了一大批具有宽厚生物学基础与较强实验动手能力的生命科学科研和教学人才，于今年3月获批为“国家级实验教学示范中心”。在分子生物学实验教学中针对如何培养学生科研技能和创新能力，我们通过多年的探索与实践，积累了一些经验，并取得了良好的成效。

一、合理设计实验内容，理论知识和实验操作相结合

实验教学的目的是在实践中加强、拓新理论知识，训练学生严谨的科研作风，熟练的操作能力，敏锐的观察力及进行科学探究的创新能力[5]。分子生物学本身就是一门实验科学，因此如何合理安排好分子生物学实验课的教学内容和教学模式就显得尤为重要。传统的分子生物学实验课往往是在教师的指导下，安排学生验证某个实验结果，单纯的培养学生的某项操作技能，对教师和教材依赖性强，按部就班的操作实验，缺失系统性。不利于发挥学生的主观能动性，导致学生思维定式，机械操作，更加没有培养学生的思维创新能力。

我们设计的分子生物学实验课内容以掌握基本的分子生物实验方法为基础，以培养学生科研自主能力为目标，在分子生物学理论教学的基础上，构建了新的实验教学体系。我们整体的实验教学安排摒除以往分子生物学实验教学中验证型实验较多的弊端，将实验教学内容进行重新整合、归类。实验体系整体以EGFP基因的克隆为主线，从引物设计，PCR扩增，质粒提取，酶切，质粒构建到感受态制备和细胞转化等一系列的实验，前后衔接。即考虑了基础实验技能培训的需要，又把本科生分子生物学实验的基本内容贯穿始终，引导学生逐步深入的了解和探索基因克隆等分子生物学的奥秘。

二、采用多元教学模式，提高改善教学方法

1.合理利用教学资源，加强教师队伍建设。实验教学与理论课堂的教学方式并不完全相同，除了老师的讲课之外，在实验课的教学过程中，学生的主动参与更加的强。在这个过程中，如何的引导和指导学生做好实验，思考实验便显得尤为重要。多年来，我们逐渐形成了主讲教师、实验技术人员、研究生助教等多梯队的教学团队，围绕实验教学核心，通过提前預实验、集体备课等形式，研究实验教学问题，并研究实验教学评价体系。我们坚决的将教授、博导等高水平的教学和科研人员投放到本科实验教学的一线当中。在我们分子生物学实验课的主讲教师中，除了专职的实验中心老师外，还有包括国家青年973项目主持人、国家优秀青年基金获得者、海外归国青年教师及具有多年丰富教学经验的老教授等多层次的教师人员。高水平的教学队伍，对于激发引导学生的科研兴趣，更系统的指导学生实验以及开拓学生思维都有非常大的帮助。在邀请高水平的教师之外，我们也对各个讲课老师进行相关的培训，以老带新，加强团队协作和互相学习指导，更好的上好分子生物学实验课程。

2.开放式教学方法，培养创新能力。在我们的实验教学过程中，我们利用多种教学媒体和教学方式，充分调动学生的兴趣和积极主动性。课堂上，我们利用多媒体教学资源在讲授实验原理及基本操作过程外，还安排一些提问、讨论、讲解等教学方式，通过声、形、动、思的合理调节来活跃教学气氛，不断激发学生的学习兴趣，达到了理论教学与实验教学的相互渗透。课堂外，我们安排一些跟实验教学相关的预习及思考题，让学生利用网络资源如QQ群、微信群等充分参与讨论，拓展学生对课堂实验的广度和深度，激发其自主思考的能力。同时，利用网络上的微课资源及我们中心自己老师录制的微课，向学生介绍讲解分子生物学实验的知识。

3.设立学生导师，提高自主学习能力。在分子生物学实验教学过程当中，为了确保教学质量，我们多年来坚持小班实验教学，每班学生在25人左右。小班实验教学使教师对学生的指导更加到位，师生交流充分。在一些基本的实验操作课程中，我们让每个学生都独立完成实验操作，培养了学生的动手能力。同时，在一些复杂的实验设计时，我们安排学生两人或四人一个小组，设立小组长，进行团队实验，充分发挥学生的团队合作能力。在小组实验中，我们要求小组团队推荐各自的“首席”，提前预习实验内容，对实验从设计到操作对整个团队进行负责和指导。

4.引导学生走进实验室，培养“青年科学家”。课外学习如同课堂学习一样，都是课程教育的重要组成部分。在课堂学习之外，我们同时注重学生的课外学习和训练。在请高水平的主讲老师指导学生实验之外，我们结合本学院多年来在国家理科基地班建设过程中的经验，向分子生物学实验课的学生发起邀请，引导学生走进教授们的实验室，在实验室的环境中，在研究生的指导下，更好的接收分子生物学实验课程相关的训练和指导。同时，让学生直面接触教授们的在研课题，开阔他们的科研思路和研究思维。结合分子生物学实验课的开展，我们的很多本科学生，从大二开始，就进入到学院各个研究所的实验室中，一方面训练了学生的动手能力和科研能力，同时也为各个实验室带来了新鲜血液。逐渐让本科生成为了实验室科学研究的一支生力军，从而培养他们科研兴趣和热情，努力培养成有所作为的“青年科学家”。

5.培养学生文献搜集、阅读和整理素质。当今生命科学飞速发展，在每一个生命科学的研究领域，每年都发表了大量的科技文献。如何更好地把握科技研究的前沿，了解最新的科研动态和科技发展成果，对文献的搜集、阅读和整理成了必不可少的技能。因此，培养学生的文献阅读能力，也成为了我们在实验教学中的一个方向和内容。结合分子生物学理论课程和南京师范大学的博雅大讲堂等，我们在上分子生物学实验课程的时候，结合各个不同的实验，教师都会给学生们推荐一些经典实验书籍和学术水平较高的中外文杂志以及论文，让学生全面、系统地了解一些经典实验的设计和最新的研究动态。从而，在一方面巩固学生所学的基础理论知识，同时能够根据学生自己的兴趣了解在本领域内，一些实验的最近技术和研究进展。通过对文献资料的搜集、阅读和整理，对学生的培养不但在知识上起到更新作用，更加培养了学生的逻辑思维能力，同时还拓展了学生的思想空间，从而为其更快、更准确地定位一个新的课题和新的科学研究提供了指引和方向。

三、优化考核体系，全面评价学生

传统的实验考核成绩是以学生的考勤、实验报告完成情况和考试成绩来进行评分，不能真实反映学生实际的动手操作能力和实验准备情况，容易重新回到理论教学考核模式。从而使得学生对实验教学缺少重视，无法激发他们对实验探索的兴趣，更谈不上有积极性，这在一定程度上严重影响实验教学的质量。因此我们结合多年的教学经验，总结了一套全新的、多元化的考核体系。一方面考核学生的平时成绩，包括实验预习情况、实验动手操作能力、实验结果分析，课堂问答讨论情况等。另一方面在期末考试试题设计方面，加强考核学生实验设计能力，注重对学生的创新性思维及独立分析问题、解决问题能力的考核。总之，既考查了学生理论知识水平，又考查了学生基本操作水平。在设计合理的考核方式后，我们对相关考核方式的成绩分配进行制度化，并结合实际教学进行优化调整。考核中，我们将考核分为实验积极性（包括预习，考勤，课堂纪律，动手积极性等）（15%），实验操作技能（30%），课堂问答（5%），实验报告撰写（10%），理论知识和实验设计及问题解决能力考核（40%）。在课堂问答设计时，我们尽量做到以培养学生的创新能力为导向，综合理论知识和实践教学。例如，在讲解PCR原理的时候，我们同时将DNA复制，转录等一系列的知识点串起来，向学生提出问题，分析其中的关联性和涉及到的知识点等，扩大学生的思维发散性和联想性。实验报告的撰写方面，除了要求传统的实验原理、步骤及实验结果外，加大对实验结果分析的考核，同时我们会提出一些思考题作为实验报告的一个部分，比如实验课学到的技术在生活中有哪些实际应用等。期终考试的考核题目设计同样体现了创新能力的培养。更加注重考核学生的实验设计能力和问题解决能力。我们的这些综合实验和考核不但培养了学生动手动脑的能力，更有利于培养他们的独立思考能力、归纳分析能力、综合能力和创新能力，这些都使学生们终身受益。

总之，21世纪是生命科学的世纪，更是创新的世纪。作为生命科学四大主干课程之一的分子生物学在生命科学领域的应用不断深入，同时伴随着其他学科的发展而飞速的发展。熟练地掌握分子生物学实验技能和充分运用分子生物学技术在生物科學等研究领域中发挥着越来越重要的作用。与其他学科的实验相比较，分子生物学实验更系统复杂，并且相对缺少预测性，需要的更细致更强的实验操作技能。更好的设计分子生物学实验课程，将会整体提高学生的理论知识和实际操作素养，更好的发挥理论与实践相结合的特点。因此，在教学实践中不断的改良教学和考核体系，使得学生从实践到思维都得到充分的锻炼，对于培养21世纪创新型高级人才具有十分重要的作用和意义。

参考文献：

[1]李克强.共绘充满活力的亚洲新愿景——在博鳌亚洲论坛2016年年会开幕式上的演讲[EB/OL].新华网，2016-03-24.http：//news.xinhuanet.com/fortune/2016-03/24/c_128830171.htm.

[2]谭顶良.高等教育心理学[M].南京：河海大学出版社，南京师范大学出版社，2006：135-141.

[3]翟中和.面向21世纪的生命科学[J].生物学通报，1994，（8）：1-4.

[4]王兴亮.实验教学中学生能力培养的思考和实践[J].读写算：教育教学研究，2015，（21）：137.

[5]曹华，裴鹏，王松梅，高红阳，潘銮凤.子生物学实验教学中创新能力的培养[J].医学教育探索，2006，5（1）：59-60.