分子生物學綜合實驗教學改革探索

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分子生物學綜合實驗教學改革探索

摘  要:通過對高校分子生物學實驗教學現狀及實驗教學中存在問題的分析,針對性地提出了分子生物學實驗教學改革途徑。采取了加強實驗教材建設、改進實驗教學方法、改革實驗教學考核評價體系以及加強實驗室和師資隊伍建設4個方面的綜合改革措施。

關鍵詞:分子生物學大實驗;教學探索

    隨著分子生物學與各生物學科領域的廣泛相互滲透[1][2],許多有關生命學科專業的高校都紛紛地參與到分子生物學教學探索之中來[3][4][5],以期望學生不僅能獲取最新的理論知識還能掌握一些分子生物學實驗的基本技能。因此,分子生物學實驗教學也成為了教學實踐關注的一個重點。

    一、分子生物學實驗教學現狀

    當前,分子生物學實驗指導書不少,其內容也很多,但真正適合本科生且操作性強的實驗并不多。大多實驗開展不起來,一方面是由于實驗操作步驟連續性強,學生沒有完成實驗的充足時間;另一方面是實驗材料、試劑、設備不能同時滿足眾多的學生來使用。

    大多數的高校一般會根據現有的實驗條件,開出一些經典的基礎性驗證實驗,這些實驗大多為動物或植物基因組DNA的提取、質粒DNA的提取、瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA、PCR基因擴增、大腸桿菌感受態細胞的制備以及質粒的轉化。這類實驗具有培養學生進行微量操作和無菌操作的特點,是學生理解相關知識及操作步驟的一扇窗口。此外,也有一些高校[6][7],為培養學生的創新能力,將實驗內容串聯起來,形成一個連續的、緊密的相關系列實驗,如通過PCR基因擴增、分離回收與純化、DNA重組、質粒轉化、重組子鑒定與表達組成的一系列綜合實驗。這類實驗有利于學生學會分析問題、學會對理論知識的靈活運用,具有提升學生綜合素質的特點。因此,綜合實驗的優點多被高??粗兀?][9][10][11][12][13][14],學校也非常鼓勵多開展此類實驗。

    二、分子生物學實驗教學存在的問題

    以實驗為基礎而發展起來的分子生物學,其實踐性很強,如何突顯出理論與實踐的聯系,充分發揮分子生物學實驗教學對創新型人材培養的貢獻[15],已成為當前分子生物學實驗教學改革所面臨的挑戰。在分子生物學實驗內容的組織上,我校偏重于質粒DNA的重組克隆,圍繞著重組克隆而建立起了一系列有機聯系的實驗,依次為大腸桿菌感受態細胞的制備、DNA重組和轉化、重組質粒的提取及鑒定。這一系列實驗環環相扣,前一實驗結果是后一實驗的起始,對實驗結果好壞的檢驗也只有待到下一實驗結論出來之后才能確定。由于實驗結果檢測周期長,學生不易即時發現操作過程中的失誤,這樣就使得學生實驗的效果往往是越往后做效果越差,有時甚至沒有最終的實驗結果,加之受教學學時數的限制,學生沒有重做的時間。整個實驗能順利完成下來的學生只占一少部分,大部分學生由于中途實驗結果不理想,嚴重地影響了未完成實驗的效果??偟膩砜?,單靠分子生物學課堂上的實驗教學來給學生建立起相關的操作技能,有一定的難度。尤其是對剛接觸分子生物學實驗的學生而言,要讓他在腦袋里真正形成微量及無菌操作的觀念,需要有一個過程。這些都是需要任課教師不得不做出思考的地方。

    三、分子生物學實驗教學改革途徑

    盡管實驗技能培養內容滯后于理論[16],的現狀仍舊存在,而對于人才培養的要求也越來越高的今天,我們不得不積極面對,采取一些相應的改革措施,以適應現階段人才培養的要求。

    (一)、繼續加強實驗教材建設

    1.完善實驗教學內容,注重內容的關聯性

    本著促進學生對知識的深刻理解與運用,實驗內容要盡可能做到覆蓋分子生物學重要理論的觀點,本課程組開出了植物基因組DNA的提取、隨機擴增多態性DNA標記(RAPD PCR擴增)、瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA、農桿菌介導的遺傳轉化、以及感受態細胞的的制備、質粒重組、轉化、提取、鑒定九個實驗項目。實驗內容涵蓋了對攜帶遺傳物質生物大分子核酸DNA的操作、比較了不同植物基因組在組成序列上的差異、通過改變植株遺傳物質獲得轉基因植株以及目的基因的克隆,形成了比較完備的實驗教學內容。各實驗有著明確的教學目的,實驗組成之間又有著緊密的聯系,能充分地讓學生明白該項實驗在分子生物學實驗中的地位和作用。

    2.精選實驗技術,加強實驗技能訓練

    瓊脂糖凝膠電泳檢測技術在分子生物學實驗中應用頻率頗多,讓學生全面掌握這一技術尤其重要。大多初學者感到通過瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA的學習,其實驗操作本身并不難,難的是要會對實驗結果有一個正確的分析和判斷。學生擁有這樣的體驗和感受是由于缺乏一定的相關實驗經驗所致,關于這一點學生將會在以后的實驗內容如植物基因組DNA、PCR產物瓊脂糖凝膠電泳檢測結果分析中得到鍛煉和加強。

    給學生建立無菌操作的觀念,這對需要無菌操作的實驗環節至關重要,這一細節常常是學生稍不注意就犯錯誤的地方。通過感受態細胞制備的實驗使學生首先建立起嚴格的無菌操作概念,在后續相關實驗中重復強調,以加深學生對無菌操作的認識。

    微量操作是分子生物學實驗操作上的一大特點,讓學生學會微量操作,通PCR擴增實驗讓學生體會微量操作的重要性,培養學生認真、嚴謹地治學態度。

    無菌操作和微量操雖是實驗細節,但這些細節上的問題恰恰在關鍵時足以造成實驗整體的失敗。因此,有必要在精選實驗技術上多考慮對學生實驗素質培養的內容,加強實驗技能訓練的同時,多注重培養學生嚴肅、嚴密、嚴格的科學態度。

    (二)、改進實驗教學方法

    依據每項具體實驗目的及要求的不同,采用不同的實驗教學方法??傊且M可能地通過分子生物學實驗教學讓學生掌握本學科研究的基本實驗方法、熟練使用相關的常規儀器設備。

    1.建立探究式實驗教學模式

    在學生有限的實驗教學時間內,教師首先側重講解實驗內容中各環節間的內在聯系、實驗操作關鍵點及注意事項。然后,在學生動手操作過程中注意發現普遍存在的問題,有針對性地及時提示和糾正錯誤,對個別學生出現的問題進行單獨輔導。重視實驗失敗的學生并及時引導這類學生尋找原因、分析原因及尋求解決的辦法。在課堂上,加強師生之間的互動性,用提前預備好的中途實驗材料彌補學生因中途實驗失敗所致的后續實驗不能順利進行下去的被動狀態,充分調動學生動手動腦的積極性,不斷引導學生自主地完成實驗內容。#p#分頁標題#e#

    2.充分利用實驗室現有資源,拓展學生視野

    實驗教學中通過運用多媒體技術,變分子生物學中抽象的概念和技術為可視化的動畫、音頻和視頻效果,使實驗教學內容更加直觀、生動、形象,豐富了實驗教學課堂內容。通過“虛擬實驗”[17]的講解,學生將對預做實驗有一個總體的感性認知。在接下來的具體親自動手操作過程中,學生能更輕松地按照實驗要求來完成實驗,教師也將贏得更多的時間把注意力和精力投放到學生的整個實驗教學過程中。

    3.采用開放式教學模式,培養學生的創新能力

    開放性實驗教學是高校實驗教學深化改革過程中的一項新成果。學生借助開放實驗室,可以自由支配課外時間親自動手參與實驗全過程。對一些學有余力的學生而言,開放實驗室則成了學生學習的第二課堂,學生通過查閱資料、撰寫論文報告或綜述選擇自己感興趣的內容作為研究項目,向開放實驗室提出申請,獲得批準的學生可以進入實驗室在實驗教師的指導下完成該項目。

    開放性實驗教學是課堂實驗教學的一個延伸,它給學生營造出一個寬松的學習氛圍,是一種以學生為主、教師為輔的教學模式,它在學生學習的自主性、創新能力培養過程中起到了積極的作用[18][19]。

    四、改革實驗教學考核評價體系

    目前,我校已將分子生物學實驗教學與理論教學分開,設置實驗教學學時數72學時、獨立計算學分4.5分??己藘热葜饕蓪W生平時實驗操作(包括每次實驗的預習情況、實際操作過程、實驗報告書寫的規范化及實驗結果的分析討論)和實驗理論閉卷考試兩部分組成,每一部分內容各占總考核成績的50%。進一步細化了學生平時實驗操作考核內容,將學生在每堂實驗課中的表現以分數形式進行量化考核,促進考核的公平性,充分調動了學生學習的積極性和主動性。

    五、加強實驗室及師資隊伍建設

    在實驗室建設上,我校于2006年成功地組建了農科專業基礎實驗教學中心,這使原分屬于農學院管轄的分子生物學實驗室納入到實驗教學中心的統一管理范圍之內。由此,分子生物學實驗室的硬件設施得以充實和改善,在一定程度上緩解了教學資源相對學生需求不足之間的矛盾,學生則增加了動手操作的機會。

    在實驗室師資隊伍建設方面上,實驗室配備專職管理人員,使儀器設備得到有效運轉和即時維護,確實地保證了實驗教學的順利開展。實驗課程組目前現有成員8人,其中教授2人,副教授4人,高級實驗師1人,實驗師1人,具博士學位的教師有4人,有著合理的職稱結構和高的學術水平,教學科研能力強。課程組定期或不定期地開展教研活動,教師之間交流密切,促進了教師團隊的成長。

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