本科生分子生物学实验教学改革与探索

李惠敏, 秦新民, 邓婷

(广西师范大学 生命科学学院， 桂林 541004)

21世纪是生命科学发展最活跃的世纪，分子生物学作为实验性较强的一门年轻学科，也是生命科学中发展最为迅猛的学科之一，分子生物学的理论与相关技术已渗透生命科学的各个研究领域，现代分子生物学技术也随之成为生命科学、医学等相关领域广泛应用的技术手段[1]。实践教学一直以来是高校教学内容的重要组成部分，是进一步强化理论课堂教学的重要环节，是学生捕获、掌握知识的重要途径之一[2]。因此，在生物专业本科生分子生物学课程教学中，实验教学与理论教学处于同等重要的地位。通过实验教学，不但要使学生熟悉现代分子生物学实验的基本原理和应用，同时要掌握分子生物学的基本实验方法和操作技能技巧，进而培养学生观察、比较、分析、综合等科学思维能力[2-4]。高校开展教学改革其目的非常明确：提高教师教学水平，努力培养出专业基础知识扎实且具有应用型和开拓型的创新型人才。现如今教育发展新形势下，分子生物学在高等院校中受到了极高的重视，同时由于分子生物学新知识、新技术、新研究领域不断涌现，对分子生物学的理论授课和实验教学都提出了更高层次的要求，教学内容和方法都必须不断地进行革新。因此，开展分子生物学实验教学改革研究工作十分必要。

由于受抽象的分子生物学理论、有限的实验教学条件以及学生预设的将来就业岗位等方面的影响，大部分本科生对分子生物学实验学习的主动性和积极性较低，对待实验课堂上的操作常常是应付了事。基于此，结合在分子生物实验教学一线的多年经验，我们从课程建设、实验方法、课程考评等方面不断地进行了探索与实践，努力提高课程教学质量、强化学生实验技能和综合能力，培养具有独立思考和善于解决问题的生物学人才。

1 加强经费和师资投入，促进课程建设

2004年，我校生物专业课程设置进行了一次较大的改革，作为专业基础课之一的分子生物学也由之前的选修课更改为必修课程，与此同时，在分子生物学教学过程中增加了实验教学内容。这些年，随着我校对实验教学的重视，实验教学经费投入的增加，仪器设备的更新换代，我院的分子生物学实验室也逐步建立并不断完善，购置和更新了分子生物学实验过程中所需要的仪器设备，如BIO-RAD T100 Thermal Cyler、上海复日FR生物电泳图像分析系统、Thermo台式高速离心机、BECKMAN高速冷冻离心机、超净工作台、凝胶电泳系统、NPX数字可调微量移液器等。随着实验室条件的不断改善，为适应新形势下高等教育的发展要求，我院于2009年把分子生物学实验设立为36学时，1学分的一门独立课程。目前实验条件下，本实验室可以对本科生开设的分子生物学常规实验有：植物或动物基因组DNA的提取、植物组织RNA的提取、PCR技术扩增目的基因、琼脂糖凝胶电泳检测DNA、细菌质粒DNA的提取、大肠杆菌感受态细胞的制备及质粒的转化等。2015年，随着新校区的建成与理科实验中心的投入使用，分子生物学新实验室不但配备了多媒体设备辅助教学，而且学生教师比例也有所变化：实验班由原来的40人改为20人的实验小班开课模式。此外，该课程每学年开课时，任课教师都要求分子生物学专业的研究生作为助教参与课堂指导，这既是作为他们的教学实践活动，同时也缓解了任课教师在“一对多”的实验教学中对一些学生照顾不到的状况。

2 基于微课的教学方法改革，提高学生学习的主动性和积极性

学生的学习积极性直接影响着课程教学效果和学校人才培养目标的达成。因此，如何激发学生学习兴趣是高等教育教学改革中的一个重要的教学目标[5，7]。本课程多年的实验教学经验告诉我们分子生物学实验课课前预习是一个非常重要的环节，是学生做好实验的前提和保障。如果学生课前没有预习或者部分学生进行了实验课前预习，但由于预习仅仅借助于实验教材上的文字，大部分学生还是难以了解抽象的分子生物学实验原理、基本操作、仪器使用技巧等。因此，学生一旦进入实验室操作只能依赖于教师实验课堂上的讲解和演示，做起实验来常常顾此失彼、手忙脚乱，在很大程度上影响了实验操作的有效掌握以及实验完成的效果。即使实验能顺利完成，对于一些实验原理、实验方法、实验操作及数据分析等仍是模棱两可。2015年我们在申请的实验室建设经费的支持下，实验室配备了多媒体设备，同时在教改课题的资助下，我们基于PPT、Flash、屏幕录像专家等软件将分子生物学常规实验的基本原理、实验仪器的操作技巧等制作成5分钟以内的讲解微视频，这些视频不仅可以在教室借助于多媒体辅助教学，而且由于其短小精悍、只有十几到几十兆的容量[7-10]，深受学生喜欢，特别是在授课教师讲解完毕后，对实验原理还不十分了解而且又羞于向老师再次请教的学生，此时微视频就成了他们复习的“好帮手”。基于微课的教学方法改革，效果最明显的是与往届学生相比，现如今分子生物学实验课拖拖拉拉的现象明显减少了，学生学习的主动性有了很大的提高，每次实验课的教学任务都能顺利地完成，而且从实验课程考核结果来看学生对实验原理、数据分析、操作技能明显比之前有所提高。

3 教学内容改革，建立合理有效的实验教学模式

在分子生物学实验教学内容的选择方面，我们在不同专业的学生中进行实验教学改革与尝试。对于师范类生物科学专业的学生来说，单个独立的常规实验更注重训练学生正确理解和掌握分子生物学实验课程中的实验技能、实验方法以及对仪器的正确操作。因此，在针对该专业学生，主要是对其进行诸如不同生物组织基因组DNA的提取、细菌质粒DNA的提取和酶切、DNA的电泳检测、PCR扩增目的基因等验证性实验的教学与操作训练。众所周知，分子生物学实验具有系统性、实用性强的特点[11-12]，因此，我们对分子生物学技术中一些技术含量高、可操作性强、科学研究又比较常用的基础性实验进行了整合、优化，形成综合性实验一：动物肌肉组织总DNA的提取、PCR扩增Cytb基因、RFLP酶切分析、琼脂糖凝胶电泳检测和综合性实验二：pUC19质粒DNA的提取、Cytb与pUC19的连接、大肠杆菌DH5a感受态细胞的制备、重组pUC19质粒的转化及筛选。实践表明，通过综合性实验教学模式，生物技术专业的学生最终所获得的具体实验结果虽然不是很理想，但整个实验教学过程更注重培养了学生进行科学研究的大局观，他们对实验结果的分析考虑得也更全面一些。

其次，以往在实验教学中所有实验前期的准备工作如分子生物学实验常用试剂溶液的配制、消耗品的前期处理等方面的工作均由实验室的实验员准备完成，学生缺乏此方面的训练，从而常常导致学生在分析实验结果时忽略这些影响因素。为此，在教学内容上增加了“分子生物学实验常用试剂溶液的配制”实验。学生以小组的形式负责配制本门实验课中某一个实验中全班同学需要用到的试剂溶液，一旦该小组配制的溶液有问题，将会影响整个实验甚至其他实验的顺利进行。如此一来，不但锻炼学生团队合作精神，同时在平时的操作过程中也注重培养了学生的职业素质与科学素养，如环保意识及节约精神等，而且，学生普遍反映基于配制溶液过程中对所需试剂理化性质的了解，使后续的各个实验原理更容易理解了。

另外，教学内容的改革也包括课堂上采用的实验方法也要不断地进行优化和调整。CTAB法提取植物基因组DNA是分子生物学最基础最常用的实验之一，该法常采用的液氮研磨破碎植物组织，但该操作步骤常常造成课堂混乱，也给学生带来易被冻伤等安全隐患。鉴于此，笔者对该操作进行了调整，即每位学生称取约100 mg经硅胶干燥后的植物叶片分装到2 mL规格的离心管，利用微型珠磨器破碎后再进行同样的DNA抽提步骤。如此一来，不但缩短了整个实验的操作时间，而且DNA的提取效果也没有受到任何影响，完全可以满足PCR、酶切消化等后续实验的要求。

表1 实验操作考核评分标准样表Table 1 Evalution standard for experimental operation exam

4 改革课程考核方式，科学检验学生学习效果

多年的一线实验教学经历告诉我们，分子生物学实验课程中提高学生的主动性和积极性，不仅需要教学内容和教学方法的改革与提高，还要有科学合理的考核方式[5，13]。在分子生物学实验课程中，由于实验操作时间受到限制，操作不熟练造成的实验结果不如意但又难以重做，很容易造成学生相互间出现抄袭实验报告的现象，因此，传统实验课程中采取“轻操作重报告”的课程考查方式很难反映出教学效果[2-4]。为了更科学检验学生的学习效果，笔者采取平时表现和期末考试相结合进行成绩评定，即总成绩评定为平时成绩(40%)+期末考试成绩(60%)。平时成绩主要从课堂表现和实验报告的撰写两方面进行评定，期末考试又包括笔试(30%)和操作考试(70%)两部分，笔试内容主要为实验原理、注意事项、结果分析等理论知识，全体同学在同一时间段完成笔试考试；操作考试是指对学生进行现场独立操作实验流程的考核，根据其操作的规范程度和表现进行成绩评定。鉴于操作部分成绩评定的主观性，本教学考核小组将考核评定进行细则化(见表1)以尽可能客观地评定各学生成绩。改革后的考核方式不但注重了对学生基础理论知识的掌握程度的考核，同时也没有忽略对学生的实验动手能力、分析问题和解决问题的能力进行考核。通过这种考核方式，一方面促使了学生在实验课堂上能够认真操作、课后根据个人需要主动强化操作技能、规范完成实验报告的写作；另一方面，学生的基本技能，实验理论和科研思维能力都较之改革考核方式之前有了极大地提高。

5 结语

分子生物学课程作为生命科学领域的一门重要课程，实验课与理论课具有同等重要性。熟练地掌握并充分运用分子生物学实验技术和操作技能在生物科学等研究领域中发挥着越来越重要的作用[3-4，6]。分子生物学实验操作技能是生物学专业特别是生物技术专业所必须掌握的技术，我们在实验教学过程中必须积极探索和完善本校人才培养目标的分子生物学实验课程建设，以激发学生的学习主动性和积极性为教学目标，让学生在分子生物学实验教学过程中能够正确而又快速地理解和掌握分子生物学的基本原理，实现用分子生物的理论知识转化为实践能力的过程。