以导师制为核心的分子生物学设计性实验教学

陈珂珂, 陈丹娜, 刘 佳, 唐 亮, 罗 琼, 赵 娟, 贺气志

(长沙医学院 基础医学院， 长沙410219)

实验教学是高校理工科教学的关键环节，它不仅考查学生对理论知识的应用能力，培养学生实践操作技能和创造能力，同时也培养学生科学求真的态度和严谨的作风，培养具有创新精神的应用型生物技术人才。为了进一步提高实验教学质量，带动学生学习积极性，激发学生创造性，我们在分子生物学的设计性实验教学中进行了导师制的探索和实践。

1 导师制在设计性实验中应用的必要性

分子生物学实验是一门涉及面广、应用性和实践性很强的专业基础课程，要求学生掌握分子生物学的基本知识和技能，培养学生独立思考、分析问题及综合应用知识和创新的能力，旨在培养满足社会需求的应用型生物技术人才。因此，近年来各高校在实验教学中纷纷开展及加大了设计性实验教学改革，促进学生综合素质的提高，提升实验教学质量[1]。设计性实验采取分组进行的方式，每组4～5名学生，学生根据实验目的，自主设计实验方案、准备实验材料及实施方案、分析数据，查找原因、撰写实验报告。设计性实验项目的开展克服了传统验证性实验教学的弊端，改变了教师灌输式教学和学生机械模仿的学习方式，能够让学生积极主动地参与到实验中来，促进学生综合能力的提升。

《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》中指出，“改革人才培养模式，实行导师制、小班教学，激发学生学习主动性、积极性和创造性，培养拔尖创新人才”。实施导师制有利于创新型人才培养的制度化，有利于进行个性化教育，有利于师生建立良性的沟通机制[2]。导师制和设计性实验的培养目标一致，实施过程相似，以小组为单位，强调学生的主体地位和教师的引导作用，注重因材施教和应用型创新型人才的培养，因此导师制对设计性实验的开展具有切实性和可行性。导师可以把其教学、科研经历融入本科实验教学，进一步以科研促进教学，提高教学质量[3]。

2 导师制下设计性实验项目的开展

我们在2011级、2012级、2013级和2014级生物技术专业的分子生物学实验教学中进行了设计性实验的摸索和实践。基因克隆是分子生物学的核心实验内容，也是一门相当成熟的技术，也是教师科研中涉及的部分内容，被广泛应用到了基因功能研究、生物药品的生产、动植物新品种的改造中。以基因克隆为设计性实验的主题，兼具研究性、整合性和开放性的原则[1]。

设计性实验讲究连续性，可以避免传统实验周期片段化的缺陷。在基因克隆实验中，内容将包括引物设计、PCR扩增、目的基因与载体的连接、酶切、转化平板制备、转化、筛选及鉴定。实验项目大且耗时，因此开设时间为学期末4～6周，既可以避开学习高峰期，又能够有足够时间进行重复实验。

3 导师制在设计性实验教学过程中的实施

3.1 导师的选拔

导师素质决定了导师制实施质量，且分子生物学实验要求严谨，因此导师由讲师及以上职称，从事相关的科学研究，有一定分子生物学的知识储备和科研经历的教师担任。由院系组织，号召青年教师积极参与到导师制的建设中，并由系部组织对导师统一进行敬业精神和职业道德、教育教学技能的培训。每个导师指导一个小组，每小组4～5个学生。以导师科研项目为依托，选择合适的基因进行基因克隆。通过实验，让学生能够掌握基因克隆的操作技能，理解基因克隆的意义。

3.2 导师制在设计性实验中的具体实施

导师围绕设计性实验的培养目标，根据实际情况提出实验目的和要求，例如克隆β-actin基因。学生以小组为单位，相互协助，分工合作。首先要求学生利用一周时间分别进行中英文文献查阅，并要求每个同学挑选重要的文献进行文献报告，导师答疑解惑进行点评；在第二周时间，学生根据理论知识和文献及小木虫等专业网站的资料收集，开始以小组为单位进行实验方案设计和实验步骤完善及选定实验器材，并以书面报告的形式递交导师把关审核。方案设计决定实验成败，在此环节，导师与学生随时可以通过微信、QQ等方式互通信息，查漏补缺，完善实验方案。依据实验方案，利用实验室耗材和设备进行实验操作，导师随时对实验过程及学生实验习惯进行指导和评价。最后，小组进行记录分析数据，得出结果，完成实验报告及进行成果展示。实验结束后，小组进行结果讨论和分析，并以班级为单位进行实验的经验交流[4]。

经过3年的摸索和实践，我们认为导师制的实施促进了师生之间的良性互动，导师以身作则，指导的不仅仅是一个实验项目，还是潜移默化地传播科学求真的态度和严谨的工作作风，有利于教书和育人的有机结合[5]。而在学生进入实验室之前，首先对学生进行系统培训，了解实验室制度，熟悉仪器设备的操作方法，提高安全操作意识，教授数据记录方法。充分的准备和规范的操作能使实验高效顺利完成，能节约学生和导师的大量时间和精力，这也是导师制顺利实施的重要基础。

4 导师制实施的保障措施

4.1 实验教材修订，为导师制的实施奠定基础

经过3年的摸索，并结合本专业实际情况，我们对生物技术专业的实验教材进行了选编，并于2014年由北京大学医学出版社出版了《生物学实验教程》。2017年再一次对实验教材进行修订，由人民卫生出版社出版并计划于下半年投入使用。该教材建立了新的实验教学结构层次，更具系统性和针对性。将分子生物学实验重组为验证性、综合性、设计性实验3个层次，各层次由易到难，循序渐进，分别从锻炼实验技能操作、综合知识应用、独立解决问题能力及创新实践能力等方面考察学生的综合素质[6]。有针对性的实验教材，保证了不同导师不同实验对象，具有相同的培养目标。

4.2 建立开放实验室制度[7]，保障导师制顺利实施

开放实验室制度保障了导师制在设计性实验中顺利实施。实验室的开放引导学生能走进来，坐下去，独立思考和独立操作完成实验项目，验证实验方案是否可行。也进一步激发学生的主观能动性，提高分析问题解决问题能力。具体做法：1)利用闲置设备和设备的闲置时间建立开放实验室，安排专职教师值班；2)对全体生物技术学生进行实验前培训，要求学生掌握实验操作规程和仪器的基本使用方法；3)要求学生提交实验方案，经教师审阅后，可进入实验室；4)提前预约，服从安排。

5 建立科学合理的实验考核方法

设计性实验不同于验证性实验，其评价更重过程，轻结果。在实验过程中，教师应特别注重对学生实验过程和数据记录分析及综合分析问题能力的考查[8]。因此，我们设计了多个指标对实验进行综合考核(见表1)，考核内容包括实验素养、随机抽查、实验准备、实验论文汇报4个方面，分别考核了学生的实验态度是否端正、实验习惯是否良好、实验操作技能是否规范、实验细节是否重视、阶段性实验结果是否成功、文献阅读和理解是否充分、实验试剂耗材准备是否到位、实验方案设计是否合理且具有可操作性以及实验数据处理与分析是否科学、成果展示是否用心等。该考核方式相对公平公正，克服了传统以实验报告加考勤考核学生的片面性，能反映出学生的真实水平[9]。

注：实验素养包括实验态度、实验操作习惯、数据记录习惯等；随机抽查包括实验操作、知识掌握、阶段性实验结果等；实验准备包括文献阅读、实验试剂耗材准备、实验方案设计等；实验论文汇报内容包括数据处理与分析、成果展示等

6 实施效果分析

6.1 满意度调查

导师制实施以来，我们共向学生发放满意度调查问卷101份(见表2)。调查结果显示，绝大多数学生认为以导师制为支撑的设计性实验项目设置更加科学合理，能够与理论和科学前沿挂钩，更多地体现了学科交叉，同时初步学习了科研设计的思路，增进了团队的感情及合作意识，提高了责任心。在导师是否具有积极引导作用的调查中，满意度更是达到95.05%。

青年教师在担任导师过程中，综合素质包括教育教学技能都得到了很大的提高，对课程的见解和专业的发展也有了进一步的认识。学生学习的积极性和针对性明显增强，避免部分学生的浑水摸鱼。但教师也认为导师制占用教师时间过多，长远来看，必须从制度上保障导师制的实行，在政策上对教师进行激励。

6.2 学生科研课题的申报情况

导师制的实施在一定程度上也极大地激发和促进了学生参与课题申报的热情和积极性，培养和锻炼了学生的科研设计能力。各年级学生申报校级大学生研究性学习和创新性实验计划项目(简称大学生创新性课题)的统计结果见表3。在大学期间，2011级、2012级、2013级、2014级学生分别提交了7份、13份、15份、25份大学生创新课题申报表，申报成功率分别达到了42.85%、46.15%、53.33%、68%，其中2011级、2012级和2014级学生分别成功申报省级大学生创新课题一项，2014级学生还成功申报了一项国家级大学生创新性课题。学生申报课题的积极性很高，申报成功率也逐年上升，这与导师的引导密不可分。同时从侧面也反映出导师制的实行更加成熟和系统，能更好地为应用型和创新性人才培养的目标服务。

表2 分子生物学实验教学反馈情况(n=101)

6.3 毕业课题开展及毕业论文撰写情况

我们还对2011级、2012级、2013级生物技术学生毕业课题的开展及毕业论文的撰写情况进行了摸底分析。教师普遍认为，学生的毕业课题设计思路越来越清晰，进度安排更加合理有序。论文撰写格式规范，数据记录及处理能力较好，能较为准确地分析课题实施过程中遇到的各种问题，并能提出解决问题的办法与建议。

表3 大学生创新性课题申报情况

7 结语

经过探索和实践，初步证明了在实验教学中实行导师制，能更进一步优化学生知识结构，促进知识的消化吸收，提高教学质量；有利于培养团队合作意识和创新能力；提高学生学习的积极性。因此，在师资力量充足的条件下，应重点推广导师制，使其制度化、常态化，以更进一步推进生物技术专业建设。但导师制的实施，也加大了教师的工作量，增加了实验室的日常管理工作。如何保障导师制顺利实施，同时保证实验教学质量，我们需进一步做到：1)补充青年教师数量，提高教师综合素质[10]；2)建立科学合理的导师考核和评价体系，减免工作量；3)加强基础设施建设，保证实验教学的开展。另外，可进一步探索与实习基地合作，利用其先进设备、高素质的生物人才和良好的实验环境，促进分子生物学设计性实验高质量的进行，以实现生物技术应用型人才培养的目标[11]。