分子生物学创新实验教学模式的实践

刘忠渊　李轶杰

【摘 要】分子生物学是一门实践性很强的学科。分子生物学实验是理论和实践相结合的典型课程。本文通过基础性实验、综合性实验、创新设计性实验教学模式的改革与探索，提高了分子生物学实验教学质量，增强了学生学习的主动性与创新能力。

【关键词】分子生物学实验；基础性实验；综合性实验；创新设计性实验

【Abstract】Molecular Biology is a discipline full of experiments. The experiment of molecular biology is a typical course combining theory with practice. In this paper， to improve the teaching quality of molecular biology experiments and to increase students creativity and active learning ability， the innovating experimental teaching system of molecular biology was performed by employing basal experiments， establishing integrated experiments， applying innovation experiment.

【Key words】Molecular biology experiment； Basal experiments； Integrated experiments； Innovation experiments

分子生物学是在分子水平上研究蛋白质、核酸等生物大分子形态、结构及其规律性和相互关系的科学。分子生物学是一门实践性很强的科学，它不但是人们认识生命的有利工具，而且渗透到医学、农业、工业等科学的各个领域[1]。在分子生物学教学中，实验教学占有举足轻重的地位，是学生理解和掌握分子生物学基本原理的重要环节。它不仅是培养学生掌握基本理论、基本知识和基本技能的重要手段，而且对培养学生的创新能力和科学作风都是十分重要的。相对其他学科的实验而言，分子生物学实验复杂而贯通，技术性很强，是理论和实践相结合的典型课程[2]。

在分子生物学本科实验教学中，如何深化改革，构建科学合理、切实可行的实验教学创新体系，充分有效地提高学生的实践能力和创新能力，对培养21世纪生命科学发展所需的高素质人才是十分必要的。

近年来，根据创新人才培养的需要，我院结合生物技术专业的特点，对实验教学进行了模块式教学模式的改革，本文仅以生物化学与分子生物实验教学模块中的分子生物学实验教学模式进行了探索，建立并完善“基础性实验—综合性实验—创新设计性实验”的多层次和多模块化的实验体系。基础性实验共32学时，利用4-5周的时间集中进行实验教学，避免实验课教学占用太多的教学周数；综合性实验16学时；创新设计性实验20学时，在生物化学与分子生物实验教学模块的统领下，遵循着“理论-实践-理论-综合实践”的教学、认知的螺旋式上升规律。

改革目的是改变学生的学习结构，激发学生学习的主动性，使其在整个课程学习过程中，将建立完善的学科知识体系、培养思维和学习能力、提高创新精神和综合素质三大目标融为一体。这一模式经分子生物学课程实验实践，取得了很好地教学效果。

1 坚持基础性实验，强化实验技能

基础性实验，是在指定时间内由教师直接讲授、指导的相对独立内容的实验。通过实验操作，使学生掌握分子生物学基本实验技能，培养学生基本的科研动手能力。

1.1 建立课堂理论讲授与实验教学分离的体系

分子生物学是实践性很强的学科，要使学生切实掌握该学科的各种能力，必须打破传统的实验课附属于理论课教学的教学模式，适当增加实验教学课时。当前，大多数学校分子生物学实验课教学受学时、时间安排等方面的影响，没有更多的课时安排基础性实验，而我们在坚持实践认知的原则下，学院改革实验教学体系，保证合理安排学时，强化基础性实验，该课程安排在没有开设基础理论课前的大学二年级上学期，课时为32学时，利用4-5周的时间集中进行实验教学。

1.2 优化实验内容体系

实验内容的选择是实验教学环节的基础，我们通过对原有实验课程的整合，实现实验教学内容体系的整体优化，并且独立设课。在基础性实验中，我们围绕基因工程的流程“分离、切割、连接、转化、筛选”的过程[3]，设计了以绿色荧光蛋白（GFP）基因为研究对象，进行质粒DNA的提取、酶切与定量分析，PCR扩增目的基因及其产物的回收，DNA重组（绿色荧光蛋白基因亚克隆到质粒载体pET28a），大肠杆菌（DH5α）感受态细胞的制备与转化，转化子的筛选与鉴定。这些实验内容紧密相关，涉及到基因克隆的整个过程。因此，在实验过程中向学生强调实验的连贯性和整体性，使大家认识到前一实验内容是后一实验内容的基础，前一实验的结果为后一实验提供实验材料，充分认识到每个实验的重要性，为创新设计性实验打好基础。参考教材是我们自行编写的“分子生物学实验指导”。

1.3 基础性实验授课方式

基础性实验的授课方式是“授之以鱼”，即以每一个实验为单位，实验与实验之间相对独立。教师在教学大纲规定的实验学时内直接讲授的基础性实验，该授课方式能突出实验技术本身的特点，旨在使学生掌握本课程的基本要求、实验技能、实验方法和仪器的规范操作。实验过程中，要求同学们认真观察实验现象，做好实验数据记录与保存工作，培养同学们严谨的科学态度和实事求是的精神。并且，重视思维训练，养成学生细心观察、周密思考的习惯，为今后进行科研活动打下良好的基础。

此外，由于分子生物学是从分子水平来研究生命现象。充分利用现代网络资源，借鉴有关原理的Flash动画，以PPT方式将预实验过程中的步骤拍成照片展示给学生，例如PCR的原理，通过Flash动画方式展示给学生，讲解时既形象又生动，使实验全过程变得具体化、形象化，从而化难为易起到事半功倍的效果。

2 完善综合性实验，提高学生综合动手能力

综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验，综合性实验不仅是课程内实验内容的综合，而且是相关课程内容的综合。内容一般涉及一门课程的多个知识点或系列课程多个知识点，或组合多项单元实验。实验内容的复合性是综合性实验的重要特征，旨在培养学生知识的综合能力和综合知识的应用能力[4]。该课程安排在大学二年级下学期，课时为16学时，集中时间授课。

2.1 综合性实验的内容

在基础性实验过程中，绿色荧光蛋白基因主要是亚克隆到质粒载体上，并实现了基因的克隆与扩增。综合性实验是在教师的讲授、指导下，从大肠杆菌（DH5α）中提取重组的pET28a-gfp，核酸电泳检测，转化大肠杆菌（BL21），诱导表达，蛋白电泳检测。其中涉及到综合运用分子生物学基础的DNA提取技术、琼脂糖凝胶电泳技术、微生物培养、外源DNA的导入、重组体的筛选、原核表达条件优化、SDS-PAGE电泳检测技术等。绿色荧光蛋白基因的选择是便于直观地观察表达效果。

2.2 改进综合性实验成绩考核方式

基础性实验成绩主要以学生的实验报告完成情况和数据处理等来评定。而综合性实验是按照平时成绩与综合性实验分析报告各占50%来考核。平时成绩考评包括包括实验技能、实验态度（如出勤、纪律等）、实验室常识等的掌握。综合性实验分析报告是指综合分析整个实验的成功与失败的经验教训，注重学生的创新性思维及独立分析问题、解决问题能力的提高。

3 开设创新设计性实验，锻炼学生科研思维

创新设计性实验是打破以课堂为中心、教师为中心的实验教学模式。由教师指导学生进行科研课题的设计，由学生自由组合、自选题目，在教师指导下选择性地进行创新设计实验，最终撰写成实验论文，启发学生如何完成一个科研工作。激发出学生探索生命奥秘的热情，拓宽视野，增长知识，有利于学生创新能力与综合素质的培养[5]。创新设计性实验共20学时，在大四上学期开设。

3.1 建立完善的开放实验平台

学院的生物技术中心实验室，在正常工作日对研究生和本科生全天开放。因此，利用这个实验平台，对于创新设计性实验采用开放教学模式，实现学生主体的教学模式。使学生不受实验室、实验学时和实验项目的限制，完成从实验方案设计到实验测试、实验论文编写等全过程，提高学生分析问题和解决问题的能力。

3.2 灵活多样的创新设计性实验教学形式

第一，成立创新设计性实验“导师组”。由“导师组”立足从基因到蛋白的过程拟就若干个实验题目或方向，由学生以小组（2-3人）为单位、选取实验项目。然后自行查阅文献，写出实验方案。实验方案确定后，交由“导师组”进行严格的审查。审查实验方案的可行性和安全性，以及实验室条件是否能满足其要求等。在老师帮助下完善实验方案，然后学生自行备齐所需设备和试剂，由学生独立完成实验。要求学生在创新设计性实验的过程中，利用基础性实验所学到的实验技能自主完成基因克隆与表达的整个过程。

第二，以科研促进实验教学。科研课题可以是老师现有科研课题的延伸，也可以是学生通过其他途径所获得的信息或者是自己的设想。科研课题与实验教学紧密结合，能使学生们及时了解最新科研动态，了解最新科研成果，提高学生对科研的兴趣。使学生参与到科研中，能发挥学生的主观能动性，掌握实验技巧以及本实验以外的其它知识技能。锻炼学生的实践能力、激发学生探索的兴趣、培养学生的创新精神。

第三，以实验论文形式考核成绩。生命科学的学生在学校学习期间应当学会撰写科研论文。传统实验课中的实验大多属于验证性实验，实验报告中体现学生独特见解的论述较少。而在创新设计性实验的完成过程中凝聚了学生自己的准备、分析、思考、实验等创新能力。要求学生完成实验后以实验论文形式报告结果，在实验论文的撰写过程中能对实验过程、思维方式等再认识提高。通过这些基本技能的训练，使学生全面掌握好现代分子生物学技术，为即将开展的本科毕业实习及将来从事科研工作打下良好的基础。

4 结束语

顺应教学改革形势的需要，我们学院根据自己的实际情况进行相应的教学内容和教学模式的改革，提出了分子生物学基础性实验、综合性实验、创新设计性实验教学模式的改革，这种实验教学模式既能充分利用实验室的空间和资源，又能充分调动和激发学生学习的主动性和积极性，进一步提高学生实际动手操作技能，对培养具有创新能力、高素质综合型人才起到了积极的作用。

【参考文献】

[1]何钢，叶翠层，王义强，李樊，刘贤桂，袁靖.分子生物学综合实验教学改革研究[J].实验室研究与探索，2006，25（11）：1401-1404.

[2]蒋曹德，廖志华，杨应斌，曾令江，杨春贤，李娟.分子生物学创新实验教学模式的探索[J].西南农业大学学报：社会科学版，2009，7（2）：200-202.

[3]杨海灵.分子生物学实验教学改革的探索与实践[J].成都大学学报，2008，22（4）：70-71.

[4]何钢，叶翠层，王义强，李樊，刘贤桂，袁靖.分子生物学综合实验教学改革研究[J].实验室研究与探索，2006，25（11）：1401-1404.

[5]陈思礼，袁媛，陈强，李俊莉，周雨丝，张喜红，刘辉.设计性分子生物学实验教学研究[J].高等理科教育，2005，4：99-101.

[责任编辑：汤静]