“全程主人翁”模式在“分子生物学实验”课程中的实践——以南京农业大学草业学院本科生教学为例

庄黎丽

（南京农业大学 草业学院，江苏 南京 210095）

分子生物学是通过研究核酸、蛋白质等生物大分子结构和功能从而阐述生命现象本质的科学。截至目前，全国各大高校的农学与生物相关学科基本都会开设分子生物学课程［1］。“分子生物学实验”作为分子生物学重要的辅助课程，其课程开设的目的是帮助学生通过实际操作把抽象的知识具象化，将课堂上所学的知识在实验过程中找到落脚点，做到理论与实践相结合，增强学生对分子生物学理论知识的理解。“分子生物学实验”涉及内容广泛，单个实验耗时长且实验与实验之间常环环相扣，即这次的实验结果作为下一次实验的基础［2-3］。然而，当前本科生教学培养方案的趋势为增加通识课程和素质拓展课程，精简实验教学学时。因此，对当前任课教师的课程内容设计和授课能力提出了更高的要求。如何在有限的学时数下，让学生充分发挥其主观能动性，并认识到只有经过“理论—实验—理论—实验”这样反复的强化训练，才能真正掌握分子生物学知识和实验技能就显得尤为重要。

笔者所在的南京农业大学草业学院，读研深造是本科生就业的重要途径。从生物产业发展趋势的宏观角度看，分子生物学是当前的科研热点，从学生自身发展的微观角度看，分子生物学已经成为农学类研究生必备的专业基础知识，因此开设分子生物学选修课程是当前形势下的必然选择。然而目前“分子生物学实验”的学时数被大大压缩，学生很难在较短的时间内掌握实验的基本操作流程，导致学生在读研初期无法快速适应实验室的科研生活。本项目结合当前南京农业大学草业学院开设“分子生物学实验”课程面临的困境，有针对性地进行课程改革，目的在于充分发挥本科生的“主人翁”精神，鼓励其积极参与各个实验模块，为其之后的科研道路打好基础、做好铺垫。

一、课程面临的困境及解决策略

（一）缺乏专门的教学实验平台，经费不足

南京农业大学草业学院是从动物科技学院和园艺学院独立出来，于2012年组建而成的新学院。与学校其他涉农学院诸如农学院、植物保护学院、园艺学院、生命科学学院、资源与环境保护学院等大学院相比，学科基础相对比较薄弱。学院虽然设有5个不同研究方向的课题组及实验室，但是并没有独立的分子生物学实验教学平台。另外，学院拟每年拨款2000元教学经费用于采购“分子生物学实验”课程所需用品。但由于试剂价格昂贵，拟定的教学经费很难满足教师的教学需求，也无法达到培养学生科学素养的目的。基于此，结合选课学生体量相对较小的现状及实验内容的具体要求，学院与学校的国家植物生产中心开放实验室联系，借用其平台开展教学工作，试剂耗材的购买委托任课教师所在的草类植物生理与分子生物学研究团队进行，每学年给予其2000元的报销额度。这样既解决了教学平台缺失的问题，避免了学校教学平台的重复建设，又节约了教学经费。

（二）无专门实验人员做实验准备工作

分子生物学实验涉及的实验样品、试剂纷繁复杂，在生命科学学院等大学院开设的“分子生物学”课程通常教职人员分工明确，有专门的实验人员负责每一堂课的实验准备［4］，任课教师负责讲解课堂内容，梳理实验流程，学生进行实验操作和书写实验报告。我院目前可以借用公共平台，对基本仪器设备的需求能够得到满足，但是针对具体实验涉及的一些试剂或者样品，缺乏专人准备。目前采取的策略是，学院配备一名研究生作为助教协助教师开展工作，同时，让选课的本科生在课余时间参与实验前期的准备工作，这也为学生全面了解和掌握实验内容提供了便利条件。

二、课程教改方法

（一）分析选课对象及实验内容

南京农业大学草业学院选择“分子生物学实验”课程的学生人数总体较少（其中2018—2019学年为19人），但均有读研意向，求知欲较强，主观能动性较高，并且同时修读“分子生物学”理论课程。实验内容方面，参考教学大纲，本门课程共18学时包括5个实验，即植物DNA、RNA及质粒的提取，质粒的酶切和PCR技术，并且每个实验都涉及凝胶电泳，实验内容上有一定的重复性。正是由于学生人数少，实验内容有适当的重复加强，为我们进行教学改革提供了有利的主体条件。

（二）课程设计

将整个课程划分为课前、课中、课后三大阶段，每个阶段又划分为2～4个具体的模块，共计8个模块（见图1）。每个模块的内容细分如下。（1）实验课件准备：因实验课程比理论课程晚9周开始，学生基于“分子生物学”理论课学习内容，制作相应的PPT或者视频资料，用于实验开始前的讲解展示。实验课件内容包括实验原理、实验中重要试剂的作用、实验步骤、预期实验结果及问题分析等。PPT的讲解可由准备课件的学生完成，也可由同组其他学生完成。（2）实验材料、试剂准备：学生在助教指导下准备实验材料（如采集草坪草叶片，培养提取质粒用菌株等）、采购试剂及耗材、配置实验试剂等。（3）实验操作：要求学生严格按照实验步骤进行实验操作。（4）学生答疑：每次实验有两名学生负责现场回答实验中出现问题时的解决方法，例如离心机无法正常工作、每一种实验试剂的作用等，这对学生要求比较高，需要提前吃透理论知识，查阅大量资料，并预先掌握实验仪器的正确使用方法。（5）实验室安全管理：主要强调实验涉及的危化品的取用管理、实验废弃物的处理方法及对实验产生的危化品垃圾的分类。（6）实验报告撰写：要求每位学生在得到实验结果后撰写实验报告。（7）学生批改报告：让学生批改实验报告，但最终成绩由学生评分和教师评分综合得出。（8）教学反馈：课程结束后请学生对教改课堂提出意见和建议，便于课程内容后续的优化改进。

图1 “分子生物学实验”教学改革模块示意图

（三）教改实行方法

5次实验课程均由学生主导完成8个模块，其中第1次教师会给予较多示范和指导。实验操作、实验报告撰写和教学反馈这3个模块，每名学生每次实验均需参与完成。剩余5个模块，则结合学生总人数，分为5个小组（每个小组3～4人），每一次实验，每个小组完成其中一个模块，并且小组涉及的模块会进行轮换。教师全程参与5次实验，对每个学生进行观察、打分，必要时才进行指导和干预。

三、课程教改成效

（一）学生的主体地位得到强化

以教师为主导的“分子生物学实验”课程，不管实验设计如何精巧全面，PPT制作如何精美，操作步骤示范如何详尽，学生始终是处于被动接受的地位。本次教改实践，让学生掌握每一个实验模块的主权，自己查资料做课件，在此过程中，对每一种试剂的作用有了更加深刻的了解，对于实验每一步的目的也更加清晰。实验操作中，由于有既定分工任务，有相当一部分学生对于实验步骤了然于胸，能够帮助指导其他同学进行实验操作。以往课程中，实验安全问题一直是被忽视的部分。本次教改使学生加深了对于有毒有害试剂的了解，掌握了如何正确对实验废弃物进行分类［5］，明白实验后的收尾工作也是实验必不可少的一部分。

（二）教改实践成果反馈于教学课堂

本次教改包括课程结束后学生对于实验课教学的反馈评价。从收到的19份（选课总人数）反馈结果来看，所有学生都认为这样的教学方法让他们极大地提升了学习的主动性和有效性。在这种自我探索的过程中，学生具备了实验操作的基本技能，并且加深了对于理论知识的认识。通过批改实验报告这一尝试，很多学生意识到认真写报告的重要性。写报告是一个梳理思路并复盘实验流程的过程，只有书写规范、条理清晰并加入自己思考的实验报告，才会取得较高的分数。同时，也有一些学生对于今后的实验课程提出了一些建议，例如，前期实验试剂的准备可以更加精细，不同小组的成员可以各自准备自己小组的试剂，这样就不会因为要共用一支试剂而出现等待的情况，同时也能避免个别人污染了试剂，导致所有人的实验结果都受到干扰的情况。

（三）多元化评价学生成绩

传统的“分子生物学实验”课程的考核方式比较单一，主要依赖于学生的实验报告［6-7］。一份完整的实验报告基本包括实验目的、实验原理、实验仪器、试剂耗材、实验步骤、实验结果及讨论分析等几个部分。其中，大部分内容都是照搬书本。对于实验结果和实验讨论部分，学生中也会出现相似度极高甚至一模一样的情况，教师面对这样的实验报告很难给出公平的分数。本教改引入了多个考核模块，考核方式更加完善，解决了仅以实验报告决定学生分数的过于片面的问题，也更加受到学生的欢迎。

四、课程教改存在的问题及解决方法

总体来看，本次教改实践效果得到了学生和教师（包括教学督导）的肯定。但是由于教学经费、实验条件、学时数等各方面的限制，课程仍然存在一些不足之处。

（一）实验学时数不足导致单个实验时间紧张，整体实验内容不够丰富

本课程作为选修课，一共18学时，按照生命科学学院1个实验6学时计算，只能安排3个实验。但是我们为学生安排了5个实验，导致每个实验的时间较为紧张，这就要求学生对实验内容非常熟悉，操作也要更加熟练才能每次在规定的4学时内完成一次实验。另外，5个实验的内容有一定的重复性，内容上不够丰富，没有涉及分子克隆等实验操作。针对这个问题，有意向在农学领域继续深造的学生可通过学院后续的大学生研究训练项目及毕业论文进一步深入学习。

（二）个别学生主动性不足

由于受仪器设备、实验经费及学时等多方面因素的制约，课程设计为分组实验，一个组中有一些成员可能全程没有机会亲自动手操作，甚至没有参与其他模块中的任何一项任务。虽然这样的学生是少数，但是在今后的课程中，我们认为可以通过随机抽取的方式来督促学生更加主动地参与到实验中去。例如：某一次实验课，某一个组的任务是制作并讲解PPT。教师可以随机抽取该组中任意一名学生来完成此项任务，并且其成绩代表整个组的水平。

结语

当前涉农或生物相关专业基本都开设了分子生物学及其实验课程，本次教改实践表明，针对弱势学科专业的学生，精妙地设计实验教学课堂，可以最大程度节约人力、物力和财力，获得事半功倍的教学效果。学生在此过程中可以得到充分锻炼，做到理论知识和科研实践相融合，也为他们提前了解研究生科研生活和实验室的运行规则提供了一个很好的体验机会。