劉湘新 蘇建明 劉進輝 游思湘 肖紅波

（湖南農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院，湖南長沙 410128）

21世紀是生命科學世紀，隨著生命科學的飛速發(fā)展，生物化學和分子生物學已成為生命科學領域中發(fā)展最快、最活躍的學科。作為生命科學的重點學科，生物化學和分子生物學無論從理論，還是從實驗技術方面，都占有非常重要的地位。因此，掌握生物化學與分子生物學的基本實驗技能，是從事生物科學工作必須具備的基本條件。生物化學與分子生物學是實踐性很強的學科，實驗教學作為理論教學的重要補充和發(fā)展在整個教學環(huán)節(jié)中具有舉足輕重的作用。根據(jù)當前高等教育改革形勢，以及近年來生物化學與分子生物學理論與技術的飛速發(fā)展，為使生物化學與分子生物學實驗教學適應學科發(fā)展的需要，我們課小組對生物化學與分子生物學實驗教學進行了近3年的改革探索。通過優(yōu)化實驗教學內(nèi)容，整合生物化學與分子生物學實驗現(xiàn)有教學體系，筆者等構建了1套適合湖南農(nóng)大動物醫(yī)學和動物科學專業(yè)的實驗教學模式，使湖南農(nóng)大的生物化學和分子生物學實驗教學走上了一個新的臺階，取得滿意的教學效果。

1 生物化學與分子生物學實驗教學現(xiàn)狀

目前，農(nóng)業(yè)院校動物醫(yī)學和動物科學各專業(yè)生物化學教學學時一般為60～80學時[1]，分子生物學為30～40學時。湖南農(nóng)大的課程設置是生物化學理論50學時，實驗30學時；分子生物學理論30學時，實驗10學時。兩門實驗課均非獨立設課，這種學時分配和依附于理論課的實驗教學安排，導致分子生物學實驗課學時太少，無法開出一些最基本的分子生物學實驗，而生物化學實驗課由于要適應理論教學安排，致使驗證性實驗太多，綜合性、設計性等培養(yǎng)學生創(chuàng)新性能力的實驗內(nèi)容太少。同時，實驗成績依附于理論課成績，只占總成績的20%，導致學生重理論輕實驗，上實驗課的積極性不高，動手能力和創(chuàng)新能力不強。

2 生物化學與分子生物學實驗教學的改革內(nèi)容

2.1 構建新的實驗教學模式，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維

生物化學的實驗方法和技術是一切從事生命科學工作者必備的基本知識和基本技能。傳統(tǒng)的實驗教學模式是教師在實驗前將實驗原理、步驟、注意事項等一一交代清楚，學生只被動地接受在已經(jīng)設計好的實驗框架中進行實驗操作，自己很少去思考，其積極性和主動性受挫。此外傳統(tǒng)的實驗教學模式已不能解決膨脹的學科知識與課程教學目標不斷提高之間的矛盾，也不能滿足學生就業(yè)從事相關專業(yè)的需要。因此，我們在實踐教學中，轉變傳統(tǒng)的實驗教學理念，從實驗教學內(nèi)容、實驗思路設計、實驗效果評價三個環(huán)節(jié)進行改革，打破傳統(tǒng)的教學模式。精心篩選具有代表性的、綜合性的實驗，避免單一性、重復性的實驗。鼓勵學生自己設計實驗思路，注重對學生動手能力、創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。興趣是最有效的創(chuàng)新動力。我們根據(jù)各專業(yè)的學習情況，給學生提供了若干個設計性實驗題目，由學生自選，獨立完成實驗。例如，我們讓學生根據(jù)實驗室現(xiàn)有的儀器設備進行實驗設計，進行蛋白質的分離純化。老師只提出要求，并給予一定的提示，然后讓學生根據(jù)實驗所給的條件和蛋白質分離提取的不同方法去進行設計，每一組采用一種設計方案去進行操作。各組實驗完成后，對實驗結果進行比較和討論分析，得出分離純化蛋白質的最佳方法，這種設計性實驗充分調(diào)動了學生參加實驗操作的主觀能動性，學生在實驗過程中的主體地位得到了充分肯定，提高了學生的學習興趣，開拓了思路，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識，實驗后學生感到收獲很大。

2.2 創(chuàng)建獨立的實驗教學體系，全面提高實踐動手操作能力

生物化學與分子生物學是生命科學領域中公認的最具活力的學科，理論知識和實驗技術更新非?？臁５斍稗r(nóng)業(yè)院校由于整個課程設置的需要，生物化學與分子生物學實驗教學時數(shù)非常有限，因此就凸現(xiàn)出較少的實驗學時與不斷更新的實驗技術與方法的矛盾。如何能夠既不影響整個課程設置計劃，又可以在有限的學時內(nèi)為學生開出系統(tǒng)而又適應學科發(fā)展的生物化學與分子生物學實驗課程，以緩解以上矛盾？為此我們特進行了生物化學與分子生物學實驗教學的改革。首先我們調(diào)整了目前的實驗教學課程體系，將目前的生物化學（30學時）和分子生物學（10學時）兩門課程的實驗合并為生物化學與分子生物學實驗課程，構建了生物化學和分子生物學合二為一的實驗課程體系，設置為獨立的實驗課。合并后總學時雖然沒有變，但更有利于實驗項目的設計和實驗內(nèi)容的統(tǒng)籌安排。合并前生物化學實驗主要是酶活性測定，糖類、脂類、蛋白質和無機鹽含量測定等驗證性實驗，綜合性實驗只有1個，無設計性實驗。分子生物學實驗因學時嚴重不夠，只能開出了質粒DNA的提取與瓊脂糖電泳檢測。通過整合與調(diào)整后，實驗內(nèi)容更改為“驗證實驗3個，綜合性實驗4個，設計性實驗3個”，包括血清蛋白質電泳、質粒DNA的提取與酶切、瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA、哺乳動物基因組DNA的提取、DNA的體外重組、PCR基因擴增等綜合性實驗，以及堿性磷酸酶的制備、活性及比活性測定、酪蛋白的制備、大鼠心肌LDH活力測定等設計性實驗。從而大大豐富了實驗教學內(nèi)容，提高了實驗的技術水平和學生的實踐動手操作能力，使學生獲得了完整、系統(tǒng)而新穎的生物化學與分子生物學實驗技能。

2.3 編寫了適合新的教學模式的實驗教材和教學大綱

根據(jù)實驗教學改革方案，本著從“基本技能→綜合培訓→設計創(chuàng)新”三個層次的實驗項目精心設計，我們編寫了新的生物化學與分子生物學實驗教材。新的實驗教材分為4個實驗技術模塊，第1個實驗技術模塊是光度法和離心法技術：主要是進行血糖、蛋白質含量和酶活性測定等驗證性實驗，其目的是通過這些實驗，使學生掌握基本理論知識和技術，并加深對理論的理解和記憶，同時掌握離心法技術和光度法技術進行物質分離和含量測定的原理和方法；第2個實驗技術模塊是電泳技術：主要是血清蛋白質和DNA的電泳分離與鑒定，這一層次的實驗屬于綜合性實驗內(nèi)容，通過這些實驗使學生能夠掌握不同電泳技術的原理和基本操作方法及電泳技術在生物科學領域中的廣泛應用。第3個實驗技術模塊是DNA的重組技術：包括質粒DNA的提取與酶切、PCR基因擴增、DNA的體外重組等內(nèi)容，屬于目前分子生物學實驗基本技術，通過這些實驗，學生可以初步掌握基因工程的操作過程和技術原理；第4個實驗技術模塊是生物大分子的制備技術：主要是蛋白質和DNA的提取與分離鑒定，為設計性實驗內(nèi)容，通過這些實驗使學生能夠自己設計分離純化蛋白質和DNA的各種技術路線，提高學生的創(chuàng)新能力。新編實驗教材大幅度增加了綜合性、設計性和創(chuàng)新性實驗，并將目前分子生物學研究的主要技術如DNA的提取與分離鑒定、DNA的體外重組、PCR等實驗補充進新的實驗教材，整體提高了實驗教學水平。此外，我們還根據(jù)實驗教學改革的需要，編寫了新的實驗教學大綱，對實驗教學內(nèi)容進行了新的優(yōu)化組合，根據(jù)各專業(yè)的教學需要，學生可自行選做部分實驗項目，使學生在有限的時間內(nèi)，能夠學到更多的實驗技能。

2.4 改革實驗教學手段，提高實驗效果

現(xiàn)代多媒體教育手段能激發(fā)學生的興趣和增強實驗效果，因此，我們將一些生物化學與分子生物學基本操作及儀器設備的使用等部分制成錄像片，并建立了虛擬實驗室，讓學生觀看，既節(jié)約了時間，又激發(fā)了學生的興趣，極大地提高了實驗教學的效率，達到了理想的教學效果。

2.5 改革現(xiàn)有實驗成績評分模式，構建了新的實驗考核方法

長期以來，生物化學和分子生物學實驗課的成績是以學生的實驗報告為基礎并結合操作考試進行評分，并且實驗成績只占總成績的20%，結果造成學生重理論輕實驗，上實驗課的積極性不高，上課不愿意動手，基本技能薄弱。經(jīng)過優(yōu)化教學體系后，實驗操作進行單獨考核，獨立設課，計2個學分。實驗課程成績由3個部分組成，并按一定比例進行評分：實驗報告成績占30%、實驗操作考試成績占40%、實驗筆試考試成績占40%。通過改革后，大大的提高了學生做實驗的積極性，使學生的動手能力有了質的提高。

3 生物化學與分子生物學實驗的教學改革效果

3.1 更新觀念、明確了改革的目標和方向

“生物化學教學體系優(yōu)化與實踐創(chuàng)新研究”被列為湖南農(nóng)大2010年重點教改課題。3年來，項目組多次召開項目研討會議，明確了生物化學與分子生物學實驗教學改革的目標和方向。生物化學和分子生物學學科的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗教學內(nèi)容和方式已經(jīng)不能適應學科的發(fā)展，因此，必須對現(xiàn)有的生物化學與分子生物學實驗課程設置進行改革。我們對兄弟院校生物化學與分子生物學教學改革進行了調(diào)查研究，總結他們改革的經(jīng)驗，努力吸取新時期的教學改革成果，確定了“適應學科發(fā)展，培養(yǎng)學生動手能力，提高學生創(chuàng)新意識”為目標的實驗改革方向。在充分認識實踐教學對育人的重要性基礎上，加強理論與實驗兩大教學體系的有機聯(lián)系，把實驗教學和理論教學放在同等地位加以重視，二者相輔相承。根據(jù)人才培養(yǎng)目標，科學合理地安排各實踐教學環(huán)節(jié)，努力使建立起的實驗教學體系整體優(yōu)化。

3.2 打破了實驗項目設置陳舊，實驗內(nèi)容安排不合理的局面

實驗改革以來，通過本課題組全體人員的積極參與和共同努力，將生物化學與分子生物學實驗課程有機地結合起來，獨立設置實驗課程，打破了原來以單課為營、實驗項目設置陳舊和實驗內(nèi)容安排不合理的局面。改革后，綜合性、設計性和創(chuàng)新性實驗項目由原來的30%提高到了70%，實現(xiàn)了實驗課程的獨立設課，配備了高級實驗師等專門的實驗技術人員，生物化學與分子生物學實驗開出率和準確率均達100%，取得了明顯的效果。

3.3 實現(xiàn)了項目和資源的優(yōu)化重組，建立了較高層次的實驗體系

生物化學與分子生物學實驗項目優(yōu)化后，整個實驗涵蓋分光光度技術、離心技術、電泳技術、大分子物質的分離純化技術和PCR技術和基因重組技術等，構成了較高水平的實驗教學體系，提高了實驗教學水平，適應了學科的發(fā)展。同時，實驗的獨立設課，加強了儀器設備的統(tǒng)籌管理和統(tǒng)一規(guī)劃，實現(xiàn)了資源重組，克服了以前實驗室各自為營、重復購買、實驗儀器使用率太低或者太高的現(xiàn)象，提高了儀器的利用率和完好性。調(diào)整和改進實驗項目和實驗技術以來，我們承擔了動物醫(yī)學院、動物科學院、師范技術學院、東方科技學院的動物醫(yī)學、動物藥學、寵物醫(yī)療、畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜牧教育、動物醫(yī)學教育等專業(yè)的本科生生物化學與分子生物學的實驗教學任務，每一學年上課班數(shù)為15～16個學生班，實驗人數(shù)為360～400左右，實驗人時數(shù)為32 000學時。通過這些實驗項目和技能的訓練，學生的動手能力、分析能力、創(chuàng)新能力和科研工作能力得到了全面的提高。

3.4 加強了實驗室和科研平臺建設，進一步提高了實驗教學水平

我們建立了開放性實驗室，學生可以根據(jù)自己的興趣和愛好，選擇實驗內(nèi)容和實驗時間。申請開放性實驗前，學生首先提出實驗設計方案，具體內(nèi)容包括實驗設計、所需實驗儀器與設備、藥品及其配置方法、低值易耗品、基本操作過程等，然后經(jīng)實驗室主管教師審核批準后，才能進行實驗。開放性實驗教學使學生由被動為主動，充分調(diào)動了學生的學習積極性和主動性，激發(fā)了學生的創(chuàng)造欲和探索欲，鍛煉了學生分析問題與解決問題的能力。同時我們還結合教師自身科研，讓部分學生積極申報大學生科技創(chuàng)新課題，參與一些科研項目的實驗，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、實際動手能力和獨立思考、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，同時使學生接觸到某些精密的儀器和先進的實驗手段，鞏固了生物化學與分子生物學的基本技術，使學生開闊了思路和視野，更全面地培養(yǎng)和鍛煉了學生的創(chuàng)新能力。在3年來的實踐改革中，我們承擔了4項本科生科技創(chuàng)新項目和1項研究生創(chuàng)新項目，分別獲的了學校二等獎2項，三等獎2項。為本科生開放實驗近100人次，人時數(shù)為800學時。

以上是我們在生物化學與分子生物學實驗課程改革方面的一些探索與經(jīng)驗總結，整體研究成果對生物化學和分子生物學的實驗教學具有一定的意義。但教學改革是一個系統(tǒng)工程，在提高學生學習興趣、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識方面還有許多文章可做，因此我們必須不斷地總結經(jīng)驗，積極探索，把教學改革推向一個新的水平，努力培養(yǎng)出實驗基礎扎實、實驗技術過硬的創(chuàng)新型科學人才。

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