提高分子生物学实验教学质量的探索

2020-11-27张庆琛朱晓琴裴冬丽

山东化工 2020年21期

张庆琛，朱晓琴，韩霜，曹静，裴冬丽

(商丘师范学院生物与食品学院, 河南商丘 476000)

分子生物学是研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学，是人类从分子水平真正揭开生物世界的奥秘，由被动适应自然界转向主动改造和重组自然界的基础学科[1]。分子生物学实验是分子生物学教学体系中一个重要组成部分，是学生运用技术原理锤炼技能的一个重要的环节，对培养学生的创新思维、科研能力等发挥着重要的作用。针对分子生物学实验教学中存在的主要问题，结合本团队多年来教学的实际情况，本团队对分子生物学实验教学进行了改革与探索。

1 分子生物学实验教学中存在的主要问题

1.1 传统教学模式一定程度上限制了学生主动性、创新性

分子生物学实验的传统教学模式是以教师的教为中心，学生的学只有被动学习。整个教学流程为教师按照实验项目先讲解实验原理、实验目的、试剂与仪器、实验步骤和注意事项等内容，学生听完教师讲解后照葫芦画瓢进行实验操作、记录实验结果和撰写实验报告，实验报告几乎以相同的内容提交给教师[2]，学生也因缺乏如课前主动预习、发现问题等学习的必需环节，课后不能再现课堂场景[3]，很快就会遗忘课上所做实验。这种“以教师为中心”的教学方式不利于发挥学生的学习主动性和培养学生的创新思维、科研能力等。

1.2 教学内容多为验证性实验，缺乏系统性

传统的分子生物学实验教学内容一般是参照分子生物学实验指导(如魏群主编)内的实验项目进行的，且多为验证性实验。例如质粒DNA的提取及其定性定量分析、植物基因组DNA的提取、琼脂糖凝胶电泳检测DNA等，实验内容设定相对简单，不利于培养学生创新思维；实验项目间相互独立、缺乏系统性，这导致学生在学习过程不能很好地将分子生物学的各项技术手段串联一起形成完整的体系架构，更不能举一反三，最终影响了实验教学的质量和效果。

1.3 考核方式不太合理

目前，高校本科生分子生物学实验成绩主要采用以实验报告和期末考试成绩作为成绩评定的标准。本校前期对其实验课教学改革时，将实验成绩设置为30%平时成绩和70%的期末考试成绩，平时成绩又包括实验报告、出勤，在实验教学过程中收到了一些成效。但是，前期的实验课教改仍存在考核体系的单一化和期末考试成绩比重较大的问题[4]，这也一定程度上致使无法完全客观地评价学生的真实实验情况。

2 分子生物学实验的教学改革

2.1 以“学生为中心”基于学习通的混合式教学模式，培养学生的主动性、创新思维

打破“以教师为中心”的传统教学模式，本团队开展以“学生为中心”并辅以“教师的教”的教学模式，充分发挥学生在实验课程学习的主体地位。现以基于学习通平台(亦称泛雅平台)开展线上线下混合式的教学模式为例进行介绍(表1)。

表1 基于学习通开展混合式的教学模式

线上教师负责建课并发布学习任务，除了能让学生更加直观地观看到实验操作视频和动画而激发学生的学习主动性外，还可以观看到平时实验教学中不常见到的内容，如试剂的配置、试剂功能的介绍等，这可以让学生更好地理解实验项目中为何使用该试剂，什么试剂可以相互替代，从而更利于理解实验原理；学生通过线上预习可能会提出一些问题，线下学生带着问题做实验，从而激发了学生对未知问题的探索、创新思维和培养了学生从事科研的基本素养。

线下教师只讲授实验项目的重难点，学生整理实验操作过程通过小组协作完成实验，并对出现的实验结果进行讨论并把讨论的结论归纳成报告，学生操作和结果讨论过程中教师对规范性、正确性进行引导和评价，这培养了学生的学习主动性、创新思维和团队合作，提高了学生的实验动手能力、分析和解决实际问题的能力，为科研能力的提升奠定基础。

2.2 设置综合大实验，保证实验内容的系统性

针对分子生物学实验教学内容多为验证性实验且缺乏系统性的问题，本团队整合思维习惯，以基因重组技术“分-连-转-筛”为主线，将单个的实验项目有机地整合成一个完整的综合大实验，也从验证性实验改为了综合性、设计性实验(见图1)。

图1 系统性的综合大实验流程图

现以Gus目的基因为例(亦可设计为感兴趣的目的基因如荧光蛋白基因等)进行介绍。即根据目的基因Gus已知序列，设计特异性引物，将带有Gus基因载体的大肠杆菌进行活化，提取含有Gus基因的载体并以此载体为模板利用PCR技术扩增获得目的基因；经琼脂糖凝胶电泳进行胶回收、纯化获得Gus基因；将T载体与Gus基因连接构建重组子，同时制备DH5α感受态细胞，通过热击转化将重组子转化至宿主细胞；利用T载体上的抗生素基因和Lac基因进行抗药性和蓝白斑筛选，挑取白斑单克隆进行LB液体培养基培养，提取质粒并保存菌株，通过PCR技术和酶切进行验证，最终获得含有重组子的菌株。

课时安排采用4学时连排方式，保证实验的顺利开展，本团队拟在下学期采用“实验周”，即连续一周时间内完成分子生物学实验的综合大实验。这种综合大实验类似于一个完整的科研试验，更注重各项实验间的联系和前后编排，强调实验内容的连贯性、系统性，这有利于学生对前后知识点的融会贯通，培养学生发现、分析及解决问题的能力，创新思维和科研的基本素养。

2.3 细化考核方式，调整考核占比

本校前期对分子生物学实验教改时，将成绩构成分为30%平时成绩和70%期末考试成绩两部分，近些年本团队将平时成绩占比调整为50%并进行了细化，期末考试成绩的占比调整为50%并采用技能+理论测试相结合的方式(见表2)。这套细化的考核方式和考核占比，充分调动了学生的积极性，学生更能自主学习、注重团队合作、提升创新能力，同时更能客观评价学生的实际实验情况。无记名调查问卷中获得了94%的学生的肯定。