生物技术大实验教学模式改革

马细兰，周立斌，黄 雁

生物技术大实验是为生物技术专业高年级学生开设的一门重要的实验技能课程，它是在微生物学实验、细胞生物学实验、生物化学实验、分子生物学实验、基因工程实验等基础上开设的一门综合性实验课程。生物技术是一门实验性很强的学科，实验教学在专业学习中占有非常重要的地位，为了加强生物技术学生综合能力的培养，实验课与理论课的课时比例已经大幅提高。但对于一些地方院校来说，实验教学的改革只是课时数量的增加，实验模式、实验内容、实验方法并未做本质的改变[1]。改革前，我系的生物技术大实验课程教学内容陈旧，演示性、验证性实验项目过多，学生完全处于被动状态，学习兴趣不高；教学方法过于单一，老师讲，学生按老师讲的要求和实验讲义一步一步做下去，最后得出实验结果，在实验过程中学生无独立思考，只是机械的按部就班，学生能力的培养得不到实现。

本文针对目前地方院校生物技术实验教学的不良现状，对生物技术大实验课程的教学理念、实验内容、教学方法、管理方式和评价方式进行改革探讨，以使学生能够由被动学习到主动求知，同时接受先进的生物技术，掌握规范的实验操作，以培养学生独立思考问题、分析问题和解决问题的能力。

一、改进教学方法

我系由于学生人数较多，实验设施不足，大部分实验由教师在前台做讲解、演示，下面每小组1个同学跟着在操作（有的实验可能只有1-2个同学有机会操作），其余同学旁观，旁观的同学积极性没有得到激发，有的甚至整个实验课程都没有操作过一次，实验报告就是抄，上实验课对他们而言是浪费时间。从2010年开始，我们在实验课程中安排了学生专题报告与自主设计实验的前期训练环节，学生通过教材、期刊文献、电子文献，特别是充分利用信息技术和网络资源，广泛收集所选专题的相关文献，进行实验设计的训练。培养了学生兴趣，并从文献中借鉴实验方法，提高了自己设计实验内容和实验计划的能力，为本科毕业论文的开展打下基础[2]。从2010年开始，我系生物技术大实验改革为综合性、设计性和开放性教学模式。首先由相关教师设定几个大实验模块，如基因克隆模块、天然活性物质提取纯化模块、酶工程模块等。之后同学们可以自主从中选择自己感兴趣的模块，跟相应模块的指导老师相沟通，自行设计实验方案，经指导老师商量通过后，则可自行安排实验时间。每个学生必须亲自动手完成自己实验的全过程，包括试剂的配备、取材、实验操作、取得实验结果及对实验结果的分析、实验报告（论文）的撰写。这种新的教学模式大大地激发了每个同学的积极性，每个同学都必须亲身参与到整个实验过程，这很好地培养了学生独立思考、认真操作、善于总结的良好习惯。同时，分散实验模块和实验时间，也很好地缓解了实验室设施不足的难题。

二、改革实验内容

生物技术专业学生从低年级到高年级，要经历从以验证性实验、综合性实验为主过渡到以设计性、创新性实验为主的教学过程。生物技术大实验作为一门创新性、设计性实验，专对大三下学期学生开设。我们还与大学生创新项目、本科生毕业论文相结合，加强学生独立科研能力及创新能力的培养。自2010年开始，我系生物技术综合大实验改变以住实验内容单一的设置，同时开设了天然活性物质提取、基因克隆、酶工程三大模块。学生自主选择感兴趣的模块，然后自己上网查阅文献，自行选择实验对象，通过与指导老师讨论后定下实验内容，再根据实验条件，独立设计实验计划和步骤，独立完成整个实验，这大大地激发了学生的积极性。

在cDNA克隆的实验中，引物的设计极为重要。实验开始前两周，要求每个学生都选一种自己感兴趣的物种、感兴趣的新基因进行cDNA克隆。首先教学生如何正确利用NCBI（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/）数据库资源，把感兴趣物种待克隆基因的名称在数据库中搜索，若无此基因的相关数据，刚可初步确定这是一个新的未克隆的cDNA，可进行克隆。确定要克隆某个基因后，先让学生在NCBI数据库中搜索已有相近物种该基因的序列，然后用Clustal X软件进行序列比对，找出同源区，再根据同源区序列设计引物，用Primer Premer软件筛选出最佳引物，交给老师评定。在整个引物设计的过程中，学生自主摸索各种生物软件的使用方法，大大提高了学生的自主学习能力。学生各自提交实验方案、领取实验药品，配制实验试剂，实施实验方案，全部实验过程由学生独立完成，每人均参加实际操作。这种实验改革提高了学生实验的自主性，训练了学生统筹安排实验、分析问题和解决问题的综合能力。

因为每个学生都必须独立完成自己的实验设计和实验实施，学生们的实验积极性和主动性大大增加，最后的实验成果也是有目共睹的，生物技术专业的学生最后在选择本科毕业论文时大都选择了与生物技术大实验相应模块的内容。经过生物技术大实验的锻炼，大部分学生都提高了实验设计能力和相应的实验技能，这对他们毕业论文的开展极为有利，有些同学甚至是沿着生物技术大实验的内容继续深入，最后把它转化成自己的毕业论文。通过大实验的训练，部分同学的主动性增强，实验践能力提高，自信心也增强了，开始积极报名参加省生物化物实验技能大赛，积极申报省级、校级的大学生创新实验项目，2010-2013年我系学生在以上大赛中均取得了较好成绩。

三、开放实验室

开放实验室是提高学生综合素质的一种新型实验室管理方法，是提高学生素质、培养学生实践能力和创新能力的有效途径[3]。我系对应于生物技术大实验的三大实验模块，分别开放了生化实验室、分子与遗传实验室和工程实验室，对这三大实验室进行新的管理模式。首先在管理制度方面，为确保实验室的安全有效管理，选定模块的学生先在相应开放实验室里登记备案，并在实验前提交自己的实验设计及大致的实验时间安排表，由本实验室管理员建立一系列相配套的管理规章制度，保证正常教学进度的同时又对学生开放，提高实验室的使用效率。其次在仪器设备的管理上，每台仪器设备旁边放有仪器使用情况登记本，严格要求学生自觉登记，若仪器出现故障要第一时间上报给本实验室的实验员，以便及时解决。对重大仪器设备则由专人负责管理和维护，重大仪器的使用一定要由管理专人亲自教会后才能自主使用；小仪器、小工具由实验员借用和管理。最后在药品管理方面更需加强，特别是一些毒性药品的管理上要严格控制。在开放式实验室里，药品应该专款专用，生物技术大实验开始之前，负责每个模块的老师可根据选题学生的人数，申购相应的实验试剂和药品，这部分试剂和药品作为生物技术大实验课程专用，有登记备案的学生可以领用。学生参加教师科研或做本科毕业论文所需药品应由指导教师或其他专项经费支持。实验室药品数量、价格、厂家、生产日期、库存量及使用效果等资料应建立电子档案，方便查找，科学管理，以免造成浪费。实验室的开放很大程度上加强了实验员的工作量，特别有时学生为了不与正常实验课的冲突会选择在周末或晚上进入开放实验室做实验，使得开放实验室的实验员需加班加点，这部分则需由系里给予补贴辛苦费。

四、改变评价方式

为了全面客观地考核学生各方面的能力，采取理论与操作并重的考评方法。考评的内容包括学生的选题、实验方法方案设计、实验操作能力、实验现象观察和实验结果分析等，还特别需要注意的学生实验安全意识和实验良好习惯。为此，我们制定了生物技术大实验的评分标准，将学生各方面的表现以分数形式量化。具体包括，①专题报告与实验设计，占总成绩的30%，主要考察学生文献查阅、归纳能力及实验设计能力；②实验实施，占总成绩的70%，其中实验态度(出勤、实验记录、实验习惯)20%，实验室安全常识和实验准备10%，具体实验操作和结果记录25%，实验结果分析和实验报告（论文）撰写15%。

通过三届（2010-2012届）生物技术专业学生的教学实践证明，新的生物技术大实验教学模式得到了学生们的认可，该课程的教学质量明显提高，学生的实验技术和实践技能也普遍提高。并且由于实验是学生独立设计和单独完成，使理论知识得到实践强化，大大提高了学生的实验设计能力、动手能力及分析解决问题的综合素质。当然，在这三年的改革实践中也还存在不完善的地方，比如由于实验经费、实验仪器的限制，学生一些好的实验设计无法实施，学生必须根据实验室的现有条件进行设计，这在一定程度上打击了学生跟踪最新研究热点和最新技术方法的积极性。

本文系惠州学院教改项目

[1]郑世英.生物技术专业实验教学模式探索[J].衡水学院学报，2009，11(1)：109-111.

[2]陈晓玲，刘胜洪，梁佳勇.生物技术实验教学与管理模式的实践与探索[J].陕西教育，2009(5)：48-49.

[3]高小霞.关于“开放式”实验教学的几点思考[J].实验室科学，2008，1：61-63.