分子生物学实验教学的实践与思考

李红民，步怀宇，谢 鑫，徐 敏

（西北大学 生命科学学院分子生物学课程组，陕西 西安 710069）

分子生物学是以研究生物大分子的结构与功能以及生物大分子间相互作用为主要内容的学科，其研究方法与技术不仅推动学科本身的迅速发展，而且为现代生命科学研究和医学生物学研究提供了强有力的方法理论和技术支撑，是当代生物学研究的核心领域之一，也是高校生物学专业类学生的必修专业基础课。分子生物学作为一门实验性极强的学科，其实验课教学为学生提供了从课堂理论学习到实验技能培养的重要平台，是为以后从事生物学相关研究奠定基础的重要学习环节，在整个分子生物学教学中所占的比重和地位不言而喻。

我国高校面向本科生开设分子生物学实验始于20世纪90年代后期，进入21世纪以后陆续普及，该课程的受重视程度也逐渐增加。在面向本科生开设分子生物学实验课的十几年间，各单位实验课指导教师就分子生物学实验教学中涉及到的实验室硬件建设［1］、教学模式与教学方法的选择［2］、实验内容的安排［3］以及分子生物学实验课教学改革等问题进行了多层次、多角度的探索和讨论，为分子生物学实验教学效果的提高提供了一些有益的思路和宝贵经验。然而，伴随创新型人才培养机制不断深化和对人才培养质量要求的提高，使得分子生物学实验教学中存在的一些问题不断显现，如学生的文献查阅能力、独立操作能力、实验设计能力、分析和解决问题的能力依然普遍偏低，而综合素质较高的学生只占少数且基本上是学有余力的拔尖学生。如何提高分子生物学实验教学效果，让大多数学生的综合素质得以提高，仍然是值得分子生物学教学工作者思考和努力解决的重要问题。鉴于此，作者对多年分子生物学实验教学实践进行了认真思考和总结，深刻认识到以下几个方面对提高分子生物学实验教学质量的重要作用。

1 切实发挥教师的指导作用是提高分子生物学实验教学质量的前提

影响教学质量的关键因素是教师，教师本身教学能力和综合素养的提高是完成教学任务、保证教学质量的根本前提。

加强政策引导，为实验教师提高实验教学能力营造良好的成长条件。学校一方面应积极培养实践经验丰富、知识面广和专业技能精通的实验教师队伍，一方面在业绩考核时，应适当压缩科研业绩所占的比例，给予教学业绩适当奖励，适当减轻教师的科研压力，激励其投入更多的精力和时间对实验课教学进行思考和改进以提高教学效果。

加强师德师风建设，强化任课教师对实验课教学的重视程度和提高教学质量的责任感。实验课是培养学生实际工作能力的重要途径和手段，但是设置的实验多数是验证性实验，部分实验多年不变，致使教师和学生对实验课的重视程度较低，与当前不断深化的创新型人才培养模式相背离。但是，创新型人才培养的核心，就是在具体实验的实践中培养学生发现问题、分析问题、解决问题的综合能力。教育部2005年启动“国家级实验教学示范中心”的建设和评审工作的目的也是为了推动和切实发挥实验教学在创新型人才培养中的重要作用，而2012年教育部文件“教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见”（教高［2012］4号，http：／／www.moe.gov.cn／publicfiles／business／htmlfiles／moe／s6342／201301／xxgk＿146673.html）再次强调了本科教学的基础地位和强化实践育人环节的重要性。作为实验教师，应当充分重视实验课教学的重要性，强化自身在创新型人才培养过程中的使命感和责任感，努力从相对简单的验证性实验里浓缩知识点，帮助学生学习寻找问题的切入点，努力在有限的实验课教学时间里，让多数学生真正学有所获，给部分具有拔尖创新潜质的学生更多提升能力的机会。

努力提高教师自身教学水平是提高分子生物学实验教学效果的重要方面。在实验教学中贯彻以学生为中心的教育理念，充分调动学生的学习积极性，教师的作用不容忽视。要求实验教师熟悉实验的每一个环节，从中挖掘学生感兴趣的问题进行正确引导。不仅要求教师不断及时更新和丰富分子生物学及自己研究领域的知识，提高自身专业素质。更要求实验教师注重教学反应和学习效果并不断总结，及时发现教学中存在的问题，通过教师间对教学策略、教学方法的探讨，对自身的教学过程进行审视和分析以改进自己的教学方法、教学手段，进一步提高教学效果。另外，相关高校也应出台相应的政策，鼓励并提供实验教师参加专业教学培训和学习的机会，通过教师队伍建设推动分子生物学实验教学质量的提高。

2 加强学生基本功训练是提高分子生物学实验教学效果的根本保证

学生是实验教学的主体，也是被培养的对象。当前，在我国大力推进拔尖创新人才培养的过程中，对学生基本技能的要求越来越高。鉴于分子生物学方法技术对其他生命科学学科的深远影响，提高生物学专业学生进行分子生物学实验和研究的综合素质就显得尤为重要。

牢固树立安全意识，避免突发不良事件。分子生物学实验经常接触有毒或致癌试剂，如丙烯酰胺、核酸染料溴化乙锭等。虽然溴化乙锭已经逐渐被无毒核酸染料所取代，但是有毒有害试剂的使用在分子生物学实验室仍然是经常事件。所以，教学过程中应当帮助学生牢固树立安全意识，注意防范有毒试剂的污染以及出现突发情况的正确处理方法。并将分子生物学实验室安全规范与国际接轨，尽早养成安全操作的习惯。

学习并掌握正确的溶液配制和比例稀释方法。分子生物学实验用试剂通常是以母液形式进行配制，储存于室温、4℃或－20℃，使用前稀释到工作浓度。学习溶液的正确配置是进行分子生物学实验必备的技能之一。实验教学虽然不能保证每个学生都参与溶液的配制和准备，但是必须督促学生学习溶液配制和比例稀释方法，清楚掌握溶液配制对各种试剂纯度级别的要求及相关知识，为将来独立开展科学实验培养必要的基本技能。

学习正确使用各种器具和其他大型仪器设备的一般方法。分子生物学的研究对象主要是核酸和蛋白质，都是肉眼无法辨别的生物分子，且常在微量反应体系中操作。除了要求每个学生积极练习，熟练地正确使用移液器之外，了解并学习分子生物学实验室常用仪器使用方法也是重要的学习内容。不同生产商生产的同种类型仪器，其具体操作方法往往不同。因此，教学中务必帮助学生养成用前认真研读产品说明书的良好习惯，以备正确使用各种仪器设备。

传授给学生开展实验研究的一般方法。古人云“授之以鱼，不如授之以渔”。面向本科生开设的常规分子生物学实验，从原理到操作通常都不会太过复杂，要使学生从中学有所获的关键在于实验指导教师从简单实验中提炼出开展系统实验研究的一般问题，教会学生在对某问题感兴趣的情况下，开展实验研究的一般程序和方法。督促学生务必养成多问“为什么”、“怎么做”的学习与思考习惯。比如，质粒DNA的提取实验，目前基本上使用试剂盒，学生往往是按部就班的操作，缺少积极主动的思考，教学效果很差。为了让学生透过实验学到更多知识，实验教师应当在实验中有意识的引导，从质粒的宿主范围、质粒的存在形式、与宿主的关系、在宿主中的复制特点到从宿主细胞中获得质粒DNA所面临的破碎细胞、破碎细胞的方法与条件要求、细胞裂解液中其他杂质分子的去除以及要进行这些实验操作需要具备的实验器具与仪器设备的准备等问题，都应当尽可能涉及。经过整个实验课程的长时间熏陶和锻炼，使得学生慢慢体会并学会如何针对感兴趣的问题开展实验。这一点对于创新性人才的培养尤为重要。

督促学生在实验中养成认真观察，如实记录的良好习惯和作风。善于观察，是发现自然现象中科学问题的重要途径，实事求是是从事科学研究的最基本要求。在分子生物学实验教学中，教师应当随时督促学生认真观察、如实记录实验现象。努力引导学生用理论知识解释实验现象，逐步提高学生分析问题的能力，培养严谨求实的科研作风。

3 教学过程引入问题讨论是提高分子生物学实验教学质量的重要手段

在分子生物学实验教学中采用启发式、讨论式教学以激发学生的好奇心和学习积极性，对提高实验教学质量的促进作用毋庸置疑，已有多位学者在研究论文中提及［4－5］。但是如何在教学过程中具体实施则少有报道。

分子生物学实验经常涉及作用时间或是反应时间，如电泳、酶切等实验过程难免出现等待。学生在等待时很难自主地就相关实验问题进行深入思考、认真检讨整个实验过程以加深理解，是分子生物学实验教学效果低下的重要原因之一。根据作者多年的教学经验，将实验等待的时间用于问题讨论，不仅有益于学生综合素质的培养，而且可以充分利用实验课时间，提高实验教学效果。要实现这一目的，必须认真做好以下工作。

合理设计讨论问题是取得良好教学效果的重要环节。在实验课堂引入相关问题的讨论，是激发学生学习积极性的重要措施，也是对实验教师教学能力的考验。实验教学中进行的讨论，最好是围绕当天进行的实验内容展开，而且是一环扣一环的连环式问题以保证在讨论中牢牢捉住学生的注意力。比如进行琼脂糖凝胶电泳实验教学时，可以首先讨论琼脂糖凝胶浓度对不同大小核酸片段的分辨率问题，学生进行讨论和作答后，紧接着让学生依据琼脂糖凝胶的分辨率为自己操作的或是已知大小的核酸片段选择合适的琼脂糖浓度，选定浓度后，随后就可以围绕影响琼脂糖凝胶电泳效果的因素展开讨论，在讨论每种影响因素时，教师应适时提醒同学在实际工作中如何调整各种影响因素以使电泳效果最佳。再如作者在“聚合酶链式反应实验教学组织实例”一文中列举关于PCR实验的具体讨论问题。经过这种一环扣一环的问题讨论，能够紧紧捉住学生的思维和注意力，集中精神思考讨论的问题，可以传递给学生远比实验本身丰富的学术信息和理论知识，使学生对相关知识的理解也随之深化和细化。使学生深刻认识到，即便是像琼脂糖凝胶电泳、PCR一样的简单实验，也隐含着大量学问。逐渐培养学生勤于思考的习惯，提升思考问题、发现问题的能力，提高自学和“把书读厚”的能力。

督促学生提前准备，是保证问题讨论顺利开展的保证。在实验教学中引入问题讨论的目的是更好地培养学生的综合能力，学生是讨论过程的主体。学生准备的充分与否或者是否具有扎实的理论基础将直接影响课堂讨论和教学的效果。因此，实验教师应当在实验课前1－2周，告知学生在实验课进行讨论的主题，督促学生有效利用学校电子图书馆网络数据库（如中国学术期刊数据库、万方数据库等），就相关问题进行文献检索，提前在课外开展小组讨论，为实验课讨论做好充分准备。该过程可以督促学生学会从海量信息中搜索自己感兴趣的学术信息，而文献阅读、整合信息的过程则可以逐渐提高学生文献阅读能力。其发现问题、洞察问题的创新能力也会在此过程中潜移默化地得到提升。

营造宽松的讨论氛围是取得良好讨论效果的有效途径。在实验间歇时间引入问题讨论时，实验教师应注意营造宽松的讨论氛围，较好地做法是由教师以近似于聊天的方式引出话题，避免学生产生紧张心理，尽可能使讨论轻松愉快又不失严肃。学生阐述自己观点和看法的积极性会明显提高。在指导教师的引导下，做到让每个学生就相关问题谈自己的理解和观点，给每个人展示自己的机会。既增加了师生互动的效果，又使学生的条理思辨能力逐渐提高。

4 结语

当前，分子生物学实验教学在生物学专业本科生和创新拔尖人才培养中重要作用，已经受到政府和人才培养单位的普遍重视。针对分子生物学实验教学的理论与实践研究也愈加深入广泛，从课程设置、实验内容筛选、实验时间安排到教学方法、教学模式的探索与改革等，已经取得了相当多的理论成果，积累了相当多的实践经验。笔者以为，在分子生物学实验教学中无论采用哪种教学模式、教学方法、教学手段，也无论实验本身属于研究性、综合性还是验证性，最重要的是扎扎实实地将各种有效的方法措施落实在每一次的实验教学实践中，是提高分子生物学实验教学质量的根本途径。

［1］张彦定，黄义德，胡雪锋.本科分子生物学实验教学的思考［J］.新课程研究，2008，126：115－116.

［2］李 清，迟 彦.分子生物学实验教学模式改革的探讨［J］.实验技术与管理，2011，28（8）：11－12.

［3］陈启龙，杨和建.分子生物学实验教学的探讨［J］.黄山学院学报，2009，11（3）：136－138.

［4］杨清玲，陈昌杰，连超群，等.本科生分子生物学实验教学改革的实践和体会［J］.山西医科大学学报（基础医学教育版），2007，9（1）：44－46.

［5］周向红，孟学平，彭永兴，等.多元化分子生物学实验教学模式的探索［J］.实验科学与技术，2010，8（6）：71－72，124.