河南科技大學動物科技學院 李銀聚

開放式實驗教學的組織與探索
——以高校分子生物學課程教學為例

河南科技大學動物科技學院 李銀聚

生物技術(shù)是指對有機體的操作技術(shù)。自從我們的祖先有意識地把第一粒種子埋在地下，便宣告了這一技術(shù)的誕生。分子生物學的興起，為古老的生物技術(shù)發(fā)展成為高新技術(shù)奠定了一方基石。目前，高等農(nóng)業(yè)院校普遍開設(shè)了分子生物學課程，以推動這項既有古老的根基又有巨大發(fā)展?jié)摿Φ母咝律锛夹g(shù)能夠普遍、持續(xù)、更深入地發(fā)展。

長期以來，分子生物學的實驗教學是以理論為基礎(chǔ)的驗證性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實踐教學，目的是通過實驗加深學生對抽象理論的理解，將理論與實踐相結(jié)合，掌握基本的分子生物學技術(shù)，培養(yǎng)科學思維和創(chuàng)新能力。但是，分子生物學實驗教學中也面臨著一些問題：一是試劑種類繁多，準備工作大部分由教師完成，而且有部分實驗是用試劑盒，實驗課學生操作的內(nèi)容卻相對簡單，教師對學生的理論和操作的指導性不強；二是實驗儀器精密且價格昂貴，本科生實驗教學所用的設(shè)備臺（套）數(shù)相對較少，設(shè)備資源緊張；三是單個實驗持續(xù)時間長，在規(guī)定的實驗學時難以觀察到結(jié)果。針對這些問題，筆者所在學校在大綱框架內(nèi)，對動物醫(yī)學專業(yè)分子生物學實驗教學采用開放式實驗教學方法，并對開放條件下的實驗室管理進行了探索。經(jīng)過精心的教學組織和6屆本科生的實踐，取得了良好效果。

一、開放式實驗教學的組織

開放式實驗教學，是利用分子生物學實驗室現(xiàn)有的儀器設(shè)備，面向在校的學生開放，在教師的指導下，完成大綱框架內(nèi)的自主設(shè)計性、綜合性的實驗的教學過程。

1.開放式實驗教學的內(nèi)容設(shè)計。實驗內(nèi)容的選擇是學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的一個重要環(huán)節(jié)。不同版本的實驗教材各有自己的特點，一般注重內(nèi)容的系統(tǒng)性和全面性，每個實驗相對獨立。由于分子生物學實驗樣品多數(shù)是由教師提供，實驗操作步驟程序化，實驗結(jié)果基本一致，達不到具體問題具體分析的實驗要求。鑒于此，筆者所在學校針對動物醫(yī)學專業(yè)的自身特點，探索出一條以病毒目的基因的克隆和表達檢測為主線的綜合性實驗，即以教師科研構(gòu)建的重組質(zhì)粒為基礎(chǔ)原材料，實驗內(nèi)容涉及“質(zhì)粒的提取和酶切”、“DNA連接”、“質(zhì)粒轉(zhuǎn)化（轉(zhuǎn)染）”、“轉(zhuǎn)化子的酶切鑒定和PCR鑒定”、“瓊脂糖凝膠電泳”、“表達檢測”（mRNA水平檢測和蛋白質(zhì)的SDS-PAGE電泳）等，將原來相對獨立的實驗聯(lián)系在一起，形成一個系列性、綜合性實驗。整個實驗過程完整，前后銜接自然。學生通過完整的實驗過程，能夠掌握科學研究的基本程序和技術(shù)。

2.開放式實驗教學的組織和實施。在學生正式進入實驗室之前，教師要對實驗室概況和實驗室規(guī)則進行介紹，對儀器的功能、使用和使用時應(yīng)注意的事項進行講解和示范?；炯寄苡柧毜膬?nèi)容包括：儀器的正確使用和保養(yǎng)，離心管、移液器吸頭的清洗、消毒和滅菌，常規(guī)試劑及LB培養(yǎng)基的配制、滅菌，等。

在第一次實驗課的前一周，要把各班學生合理分組。教師將科研中克隆的含目的基因（如減蛋綜合征病毒的六鄰體蛋白基因、雞傳染性法氏囊病毒的VP2基因等）重組質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)背景、目的基因序列等資料分發(fā)給各組，并有針對性的講解質(zhì)粒構(gòu)建的目的、原理和構(gòu)建策略。要求每個學生自行設(shè)計實驗步驟，包括重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化感受態(tài)細胞、質(zhì)粒的提取和酶切位點的選擇、PCR鑒定的引物設(shè)計、PCR循環(huán)參數(shù)、目的基因與原核表達載體的連接策略及原核表達檢測等。每個學生的實驗設(shè)計完成后交實驗小組共同討論，最后擬定本組的設(shè)計方案。方案要求有詳細的操作路線圖、所用儀器設(shè)備及數(shù)量、試劑種類和劑量、每個實驗小組的負責人及時間安排等。經(jīng)教師審定批準后，由學生獨立完成整個實驗操作過程，直至取得預期實驗結(jié)果并對實驗結(jié)果進行分析和討論。在整個實驗過程中，教師針對每個學生所遇到的具體問題進行具體解決，力爭使每個學生都能夠充分發(fā)揮自己的主觀能動性，在解決問題的同時啟發(fā)創(chuàng)新思維能力，加深對實驗內(nèi)容的理解。

3.開放式實驗成績的評定。長期以來，分子生物學實驗課依附于理論課，實驗課一般穿插在理論課的授課期間進行，理論課講到哪個章節(jié)，實驗課做哪部分實驗，且實驗成績只占總成績的20%～30%，實驗成績的評定又是以學生的實驗報告為基礎(chǔ)，致使學生只注重理論，不重視實驗，參與實驗的積極性不高。采用開放式實驗教學，實驗課安排在理論課的后期進行，使學生有基本的理論知識和綜合設(shè)計能力。在開放式實驗教學中：教師注重學生的理論知識掌握程度和設(shè)計應(yīng)用能力、實驗過程、實驗技能和實驗態(tài)度，并結(jié)合實驗結(jié)果和實驗報告，綜合評定實驗成績，而不單以實驗報告定分數(shù)；實驗報告注重實驗數(shù)據(jù)處理和實驗結(jié)果的分析和討論，鼓勵學生多向思維，樹立勇于創(chuàng)新、敢于挑戰(zhàn)的創(chuàng)新精神。

二、開放式實驗教學的實驗室管理

由于分子生物學實驗涉及的儀器設(shè)備種類多，設(shè)備精密且價格昂貴。因此，開展開放式實驗教學，實驗室管理水平也要同步提高。

1.建立健全實驗室規(guī)章制度。要求學生進入實驗室，必須嚴格遵守實驗室的各項規(guī)章制度，違抗規(guī)章制度或損壞儀器設(shè)備的，按實驗室規(guī)章制度和學校有關(guān)規(guī)定處理。

2.認真填寫預約申請表。為防止各組學生實驗時間和設(shè)備使用上的沖突，每組要有詳細的實驗計劃和時間安排，由實驗室教師統(tǒng)一調(diào)配后填寫預約申請表，由小組負責人具體安排實施。根據(jù)分子生物學實驗的特點，一般每周一個實驗單元，每次完成一項實驗內(nèi)容，教師在每周實驗結(jié)束時對實驗作總結(jié)和點評，和學生一起討論實驗結(jié)果，解決學生在實驗中遇到的問題，以保證學生在一周內(nèi)完成一個基因工程的單元操作流程，形成一個相對完整的實驗概念；同時，學生又有充足的時間思考和解決問題，加深對實驗的印象，逐步提高對分子生物學的學習和實驗興趣。

3.認真填寫實驗室記錄。實行開放式實驗教學，由于學生的操作水平參差不齊，對儀器設(shè)備的操作熟練程度不一，使用時出現(xiàn)的問題可能較多，為儀器設(shè)備的管理和維護帶來了一定的困難。因此，要教育學生有責任意識，珍惜公共財產(chǎn)。針對實驗方案中列出的設(shè)備，認真填寫設(shè)備使用記錄，包括使用前狀態(tài)和使用后狀態(tài)、使用時間和使用人等，用后規(guī)整到位。

4.強化實驗室安全。開放式實驗教學大部分時間是由學生自行實驗，實驗中常接觸水、電、火和易燃易爆或具腐蝕性、毒性的試劑。因此，嚴加管理、保證安全特別重要。在開放式實驗教學中，要求每組推選一名大膽心細、責任心強的學生作為安全員，在實驗結(jié)束時，統(tǒng)一檢查門、窗、水、電、試劑和實驗動物處理等，以確保實驗室安全。

三、教學效果

1.實現(xiàn)了學生由被動學習到自主學習的轉(zhuǎn)變。在以往的實驗教學中，大都采用學生課前預習、教師課堂講解原理并示范操作、之后由學生自行操作、教師具體指導并現(xiàn)場答疑的教學方法。事實上只有部分學生事先預習，實驗課上也只有部分學生動手，個別學生只看他人操作，課后照抄實驗報告，實驗能力和分析問題能力得不到鍛煉。采用開放式實驗教學，學生自主設(shè)計、自行操作，增加了學習興趣，許多學生還學會了運用生物學軟件進行分析和設(shè)計，實現(xiàn)了由被動學習向自主學習的轉(zhuǎn)變。

2.學生嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度和科研意識得到了強化。開展開放式實驗教學，隨著學生學習態(tài)度的轉(zhuǎn)變和自主設(shè)計能力的提高，理論和實驗脫節(jié)的現(xiàn)象逐漸得到彌合。實驗前，學生根據(jù)學習的理論知識系統(tǒng)設(shè)計實驗、小組論證；在實驗中，發(fā)現(xiàn)問題又從理論設(shè)計和操作中尋找原因，共同商討解決問題的辦法。學生嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度和科研團隊意識得到了加強。

3.學生的綜合實驗能力得到了提升。開展開放式實驗教學，學生的綜合實驗能力和發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力得到了加強：后續(xù)專業(yè)課教師普遍反映，這6屆動物醫(yī)學專業(yè)的學生對實驗的興趣較強，思維比較活躍；在畢業(yè)論文設(shè)計中，學生普遍反映分子生物學實驗提升了他們的實驗技能和分析能力，對實驗的開展和論文撰寫有很大的幫助；畢業(yè)論文指導老師也反映學生進入科研角色快，分析問題、解決問題的能力有所提高。尤其是考上研究生的學生，課題設(shè)計的敏捷思路使其可以無過渡地進入課題的研究實施中。

綜上，在分子生物學教學中開展開放式實驗教學，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、拓寬學生知識面、增加學生學習積極性和主動性的有效途徑，有力地促進了學生的個性發(fā)展，提高了學生的綜合素質(zhì)。實踐證明，在高等農(nóng)業(yè)院校開展分子生物學開放式實驗教學，是一個切實可行的實驗教學模式。