高校分子生物学实验教学改革的几点思考*

管 铭，潘小翠，张崇邦

（台州学院 生命科学学院，浙江 台州 318000）

0 引言

分子生物学作为生命科学领域的主干学科，是研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构、功能及其相互间作用的科学，是人类在分子水平上真正揭示生命奥秘的学科。该学科发展迅猛，前沿性强，应用广泛，其实验技术已成为生命科学领域普遍应用的技术手段［1］。实验教学在分子生物学课程教学中占有极其重要的地位［2］，它不仅是培养学生掌握分子生物学基本原理和基本技术的重要方法，也是培养学生形成良好科学思维和创新精神的重要手段［3］。因此，如何构建科学合理、切实可行的分子生物学实验教学体系，充分有效培养学生创新思维，提高学生独立自主学习和研究的能力，是当代高校本科教育面临的重要课题［4-5］。面对这一重要课题，各高校已充分认识到进行分子生物学实验教学改革的紧迫性和重要性。尽管年年增加经费投入，补足仪器设备的欠缺问题，但在分子生物学实验教学中仍然存在一些突出问题［6］。笔者将通过分析这些突出问题，并从教学理念、资源配置、实验内容、教学方式和考核体系入手，对分子生物学实验教学提出一系列改革举措，试图找出问题的解决方案，以期取得更好的实验教学效果。

1 高校分子生物学实验教学中存在的突出问题

1.1 教育理念陈旧，未能与时俱进

目前，各高校极其重视分子生物学实验课程的开设，并进行了一系列的改革，也取得了一些成果。但是，传统教育观念根深蒂固，许多高校分子生物学实验课程依然采用传统的以“教师为中心”和单纯以“验证知识”为目标的教学模式，教学理念陈旧。这种教学模式不利于激发学生对实验课的兴趣，不利于培养学生的实践能力和创新意识，成为制约高校培养创新型人才的瓶颈。

1.2 相关院系重复开设实验，导致资源浪费

随着高校对分子生物学实验课程的日益重视，与生命科学相关的院系大多都会开设分子生物学实验课程。开设实验课就必须配置分子生物学教师和基础设施，而分子生物学作为一门20世纪中期兴起的新兴学科，相关的实验对仪器设备和实验条件要求极高，很多仪器设备和耗材需从国外进口，价格昂贵，导致投入到分子生物学实验的资金极其巨大［7］。然而，部分仪器一个学期甚至一学年仅使用一次，不同院系分别开设分子生物学实验室导致极大的资源浪费，不利于资源的合理配置和学校办学效益的进一步提升。

1.3 实验内容过于简单，实验体系缺乏系统性

目前，由于分子生物学实验教学条件有限，多数高校只是结合各自实验室的具体情况开展实验教学工作［3］。实验教学项目和内容一般较为简单，主要包括一些基本的实验操作技术，如植物基因组DNA的提取、质粒DNA的提取、琼脂糖凝胶电泳、PCR扩增、大肠杆菌感受态细胞的制备、目的基因连接与转化等，多为经典验证性实验。这些单项实验只针对某种实验技术设置，忽视了不同实验之间的关联性、整体性和系统性。学生只是被动地按照操作步骤完成实验，难以在思想上形成相互关联、承上启下的分子生物学实验体系，更无法将理论知识与实验技术有机结合，限制了学生创新能力的培养［8-9］。此外，实验教学时间安排多为一周一次，常会导致学生因为实验课间隔时间太长而忘记上一次实验内容，造成两个实验之间的脱节，导致学生无法较好地理解实验技术之间的关联，更谈不上通过实验掌握理论知识了。

1.4 实验内容设置未能突出专业特色，与学科特点相矛盾

作为一门新兴学科，分子生物学是高校生物学、农学、林学、医学乃至药学专业本科生的一门专业基础课程。因此，开设高质量的分子生物学实验，就必须与相关学科交叉渗透［10］。这就要求具有不同分子生物学专业和学术背景的教师及实验技术人员结合学生的专业特点展开实验教学。然而，在日常实验教学中，多数高校常会出现以下2个问题：（1）从事分子生物学实验教学的教师只是依据所在单位的具体条件开展实验教学，实验内容的设置未能突出学科专业特色；（2）一些高校在引进教师时，关注更多的是他们的学历与职称，而忽视学科专业背景，导致一些不具备分子生物学专业背景的教师进入高校从事实验教学。这些教师在选择实验内容时，更多的是依据各自的主观判断，从而导致分子生物学设置的实验内容不能充分反映学生所在专业学科特点。所有这些因素都在不同程度上制约着分子生物学实验课对创新型人才的培养功能［3］。

1.5 教学方式相对单调，学生缺乏积极性

长期以来，由于受课时和经费的制约，分子生物学实验多采用相对单一的教学方式。一般是教师通过板书或者PPT讲解实验目的、基本原理、实验内容、操作步骤以及注意事项等，实验技术人员在实验前为学生准备好所需试剂和仪器。学生只需按照教师和实验讲义的指导去操作，在规定的时间内完成实验过程，提交实验报告。这种程序化、机械式的教学方式限制了学生的学习积极性，束缚了学生的思维，不利于学生操作能力和创新能力的培养。

1.6 考核方式相对单一，重报告轻操作

目前，分子生物学实验课程的考核方式较为单一，教师主要依靠实验报告册中实验结果的好坏以及报告的质量进行判断。这种单一评价标准直接造成了学生“唯结果至上”的错误观点，认为只要实验报告写的详细，讨论深刻就能获得高分，至于实验操作是否规范并不重要［11］。这种“重报告轻操作”的做法必然会对分子生物学实验课程的教学质量产生严重影响，不利于学生实验技能的提高。

上述问题都不同程度地制约着分子生物学实验课程对创新人才的培养，我们应加大对分子生物学实验教学改革举措的探索，努力创新实验教学模式，建立科学合理的评价与考核体系，提高实验教学质量，以此加快创新人才培养的步伐。

2 分子生物学实验教学改革

2.1 与时俱进，转变实验教学理念

随着分子生物学的迅猛发展，新技术、新发现层出不穷。高校要使分子生物学实验教学真正有利于学生动手能力和创新意识的培养，首先必须摒弃以“教师为中心”和单纯以“验证知识”为目标的教学理念，树立以“学生为中心”和以“创新”为目标的新型实验教学理念。强调“学”，淡化“教”，实现从以“教”为中心向以“学”为中心转变，从而构建以学生为主体、师生关系平等、教学氛围和谐、学生积极参与的现代实验教学模式。这是一种“开放性”的教学理念，强调学生对知识的主动探索、主动发现，促进学生主动学、积极学和创新学，使学生在知识、操作能力以及综合素质上获得全面提升。

2.2 合理设置实验条件，优化资源配置

为避免分子生物学实验条件重复设置，合理利用分子生物学师资和基础设施，高校急需对分子生物学实验场所和仪器设备进行整合优化。高校应建立一个为全校服务的实验教学平台，统一开设分子生物学实验，避免相关院系重复开设导致的资源浪费，优化分子生物学实验资源的配置；同时，将节约下来的资金用于购买一些较为先进的仪器设备，为有效开设分子生物学实验课程奠定坚实的基础。

2.3 改革实验教学内容

2.3.1 设置综合性大实验，重视实验内容的系统性

教学内容上，应整合原来分散的教学内容，以实验体系完整性和系统化要求为原则，创建分子生物学综合性大实验［12］。在新的实验体系中，强调个体实验之间的高度关联性和衔接性。将分子生物学实验上、下游技术相关联，前期准备与后期实验相结合，这既有利于学生实验操作技能的掌握，又有利于学生实验技术体系的建立。例如：在选择生物科学专业分子生物学实验内容时，实验课开设的顺序为拟南芥基因组DNA提取；琼脂糖凝胶电泳检测；花青素合成酶基因的PCR扩增、检测、回收；花青素合成酶基因PCR产物的双酶切以及与载体的连接；大肠杆菌感受态细胞的制备；重组载体转化感受态细胞；菌液PCR鉴定阳性克隆子。这样的实验开设顺序，将整个大实验变得条理清晰，衔接紧密，易于学生注意到实验内容间的衔接与关联。整个大实验涉及到基因克隆的全过程，上一个实验的产物是下一个实验的材料，强调了实验的整体性和综合性。这种实验设计可以让学生充分了解每一步在整体实验中的具体作用，做到不仅“知其然”还“知其所以然”。

2.3.2 实验内容与专业相结合，突出专业特色

应把握专业特点，设置实验教学内容。坚持的原则是既注重选取分子生物学常规实验内容，又要结合不同专业的特色，选择更能体现专业特色的实验内容。例如，对分子生物学没有较高要求的专业，如生物教育，考虑选择分子生物学常规实验技术及原理开展实验，目的是让学生系统了解分子生物学实验的基本原理和常规实验技术；对分子生物学要求较高的专业，如生物工程，则要重点培养学生实验技术的系统性，可在开设基因克隆及鉴定、载体构建、质粒转化实验的基础上再开设蛋白表达、纯化及检测等实验，让学生接受系统的实验技术训练。此外，还要注意设置的实验内容要与学生专业相结合，使学生学到的操作技术对今后的工作产生切实的帮助，能为将来工作打下良好基础［10］。

2.3.3 结合教师科研设置实验内容，以科研促教学

科研是最好的再学习过程，是激发学生创新思维的最佳途径，也是教学发展与提高的依托［13］。高校要进行实验教学改革，培养创新性人才，科研很关键。从事分子生物学教学的老师都不同程度地承担着国家自然科学基金、省自然科学基金、省科技厅等课题，而这些课题的进行多会运用分子生物学的技术。教师在积极开展科研的同时，应不忘进行教学改革，将自己的课题内容巧妙地设计到实验教学课程中。将课题成果融入在实验教学中，教师不仅能将枯燥、晦涩的理论知识讲解得生动风趣，而且还会取得理想的教学效果［2］。

2.4 教学方式的改革

如果没有多元化的教学方式，设置再好的实验内容，也是无法达到预期的教学效果。在分子生物学实验教学方式上，应侧重做好以下几个方面：（1）综合性实验开设前安排一次集中培训，将实验原理、实验内容、实验中要遇到的问题、注意事项讲解清楚，并对学生进行基本技能培训，如微量移液器、PCR仪的使用等，必要时进行演示，从而避免基础操作细节的忽视导致实验的失败［2］。（2）为了保证实验的连贯性，实验课安排全天进行，并集中在5天内完成。由于有的分子实验需要等待较长时间，为有效利用时间，某些实验步骤可交替进行，以此锻炼学生的实验运筹能力。（3）学生按照自愿原则进行分组，每小组3～4人，指定1人负责组织工作，合理安排小组的实验时间、实验操作、实验预习和汇报，做到小组内分工明确。（4）鼓励学生参与到实验前期准备工作。每次实验课前，部分学生与实验技术人员一起配制实验试剂，完成预实验。通过参与实验准备，能使他们提前了解实验原理、实验步骤，激发他们的实验兴趣。（5）教师要全面跟踪实验的整个过程，即实验前认真检查预习报告，实验中细心观察学生的实验操作，及时发现并纠正不规范操作，实验后及时点评实验结果，组织学生针对同组同学实验结果开展有效的讨论，从而有利于同学间的相互学习。（6）拍摄实验操作视频，便于学生课前课后多次学习。教师将实验操作过程和仪器使用按照模块化的方式制作成录相，并结合自己的教学经验，将实验中易错环节在视频中进行重点提示，对学生进行指导。通过这种方式，学生在上课时可有意识地加强学习，降低实验出错率，提高课程训练的效果。（7）充分利用多媒体技术进行教学，提高学生学习兴趣。通过将复杂的实验原理和抽象的实验内容制作成多媒体课件、动画或录相等，能使教学内容更加生动、形象。这种直观教学方式不仅可以提高学生的学习兴趣，而且还能取得良好的实验效果［14］。

2.5 考核方式的改革

在实验教学中提高学生的实践能力和创新能力，不仅需要优化实验内容和改进教学方法，还要设计科学合理的考核方式［15-16］。为了充分考察学生的学习效果，彻底扭转学生“重报告轻操作”的错误观念，应采取灵活多变的考核方式，构建科学合理的实验教学评价体系。为此，可从以下几方面进行考核：（1）实验预习环节的考核。教师提前布置实验内容，让学生查阅文献资料进行预习，并组织学生制作PPT进行讲解，考察学生的实验预习情况，这部分成绩占总成绩的20%。通过预习实验和安排学生讲解实验，能极大调动学生学习的积极性，减少实验过程中的操作错误，从而保障实验顺利进行。（2）实验理论的考核。采用笔试方式考察学生对实验原理、操作步骤的理解与掌握以及对实验过程中出现问题的分析，这部分占总成绩的30%。（3）实验操作技能的考核。从综合性大实验中选择一项实验技术作为考核实验，重点考察学生动手操作的能力，这部分占总成绩的30%。分子生物学实验课成绩评定应该注重对在实验过程中大胆质疑、敢于动手操作学生的鼓励，以利于激发学生学习的积极性。（4）以科技论文的格式为标准，撰写实验报告。具体是让学生在整理实验报告时，将其分为前言、实验材料与方法和实验结果与讨论三部分。前言为实验原理、实验目的及意义，要求学生通过检索文献仔细分析实验原理；实验材料与方法主要为实验的操作流程，要求学生必须按照科技论文的格式写进实验报告；实验结果与讨论要求学生综合分析自己的实验结果、实验成败的原因以及实验过程中的注意事项。通过撰写科技论文式的实验报告，杜绝学生抄袭实验教材的陋习，同时还可以锻炼学生撰写科技论文的能力，这既有利于学生毕业论文的撰写，又有利于将来从事科学研究。因此，新的考核方式不仅能准确地评价学生的实验成绩，而且能充分激发他们的创新意识。

3 结语

分子生物学实验已成为高校生命科学领域一门极其重要的实验课程。如何上好这门课程，激发和培养学生创新精神，最大程度地发挥实验教学效果，是摆在我们所有分子生物学实验教师面前的一个共同课题［17-18］。我们应该与时俱进，优化实验教学内容体系，丰富教学方法，改进考核方式，为学生将来从事科研及其他相关工作打下坚实的基础。希望我们对实验教学改革的思考能给分子生物学实验教学带来活力，也希望能为培养具有创新应用能力的高素质人才贡献力量。