倫鏡盛, 胡 忠, 鐘名其, 黃淑芬

(汕頭大學(xué) a. 理學(xué)院 生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心; b. 文學(xué)院 整合思維項(xiàng)目組, 廣東 汕頭 515063)

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基于整合思維的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

倫鏡盛a, 胡 忠a, 鐘名其a, 黃淑芬b

(汕頭大學(xué) a. 理學(xué)院 生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心; b. 文學(xué)院 整合思維項(xiàng)目組, 廣東 汕頭 515063)

汕頭大學(xué)從2011年開始推行整合思維教育計(jì)劃，即從2011級新生開始開設(shè)整合思維核心課程，在各學(xué)院中挑選合適的課程開展整合思維試點(diǎn)項(xiàng)目，發(fā)展和實(shí)施基于整合思維的課程，以此逐步建立較為完整的汕頭大學(xué)整合思維模式框架。論文運(yùn)用整合思維的方法，從課程設(shè)計(jì)、教學(xué)模式等方面，探索將先進(jìn)的整合思維理念植入分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以探討整合思維理論對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的借鑒意義。

整合思維； 分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)； 教學(xué)改革

0 引 言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力創(chuàng)造能力的主要手段[1]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課程內(nèi)容、教學(xué)模式的設(shè)計(jì)，對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性，以及學(xué)生思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。然而，目前的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)主要注重實(shí)驗(yàn)技能的傳授和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，教學(xué)模式相對單一，即課前教師介紹實(shí)驗(yàn)背景知識、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、?shí)驗(yàn)原理、操作步驟及注意事項(xiàng)等，學(xué)生遵從教師的指導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在整個(gè)教學(xué)過程中，學(xué)生處于相對被動(dòng)的狀態(tài)，缺乏自主學(xué)習(xí)意識。這種教學(xué)方式限制了學(xué)生的思維發(fā)展，扼殺了學(xué)生的創(chuàng)造性和積極性，違背了培養(yǎng)學(xué)生思辨能力和創(chuàng)新精神的教學(xué)目標(biāo)。有學(xué)者提出，建立系統(tǒng)完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究體系和方法，應(yīng)用教育學(xué)管理學(xué)等方面的理論知識，科學(xué)規(guī)范完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性研究等應(yīng)為今后實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的方向[2-3]。

整合思維(Integrative Thinking) 最早由Graham Douglas提出，他將整合思維描述為人的頭腦整合直覺、理性和想象的一個(gè)過程，并認(rèn)為整合思維可以用于解決任何一個(gè)領(lǐng)域的問題。加拿大多倫多大學(xué)羅杰·馬丁(Roger Martin)教授在前人的研究此基礎(chǔ)上構(gòu)建出了“整合思維理論”。整合思維是指面對相互沖突甚至對立的模式時(shí)不是簡單地進(jìn)行選擇，而是能夠進(jìn)行建設(shè)性的思考，創(chuàng)造性地解決它們之間的沖突，形成一個(gè)既包含已有模式的某些成分但又優(yōu)于已有模式的新模式。整合思維本質(zhì)上是一種整體思維和綜合解決問題的模式，它集系統(tǒng)性思維(System Thinking)、批判性思維(Critical Thinking)及創(chuàng)造性思維(Creative Thinking)為一體。馬丁教授認(rèn)為，整合思維是一種“思維習(xí)慣”，是一種思辨方式和理性思考的態(tài)度，任何人都可以有意識地訓(xùn)練自己創(chuàng)造性解決問題的能力[4-5]。目前，整合思維理論作為一種新的思維模式，其理念已被應(yīng)用在工商管理碩士 (Master of Business Administration, MBA)[6]、會(huì)計(jì)[7]、人力資源管理[8]等專業(yè)的教育教學(xué)上，對課程的設(shè)計(jì)及教學(xué)的組織等方面具有重要的指導(dǎo)意義。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，因此，本文擬運(yùn)用整合思維的方法，從課程設(shè)計(jì)、教學(xué)模式等方面，探索將先進(jìn)的整合思維理念植入分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，以探討整合思維理論對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的借鑒意義。

1 基于整合思維的課程設(shè)計(jì)

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)，多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，復(fù)雜而細(xì)膩，實(shí)踐性強(qiáng)。課程改革前，我校的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)由12個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組成，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了分子生物學(xué)領(lǐng)域中的主要實(shí)驗(yàn)技術(shù)，每次完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。然而，在實(shí)際的科研工作中，這些實(shí)驗(yàn)技術(shù)之間并不是孤立的，而是相互關(guān)聯(lián)的。顯然這樣的課程設(shè)計(jì)不利于學(xué)生對完整實(shí)驗(yàn)流程的掌握，不利于學(xué)生系統(tǒng)性思維能力的培養(yǎng)。整合思維習(xí)慣于把問題作為一個(gè)不可分割的整體，從不同立場看待問題，分析出多個(gè)方向非線性相關(guān)關(guān)系，最后做出決策，簡單來說就是對事情全面思考[6]。因此，我們利用整合思維連點(diǎn)成線，以 “基因的克隆及其原核表達(dá)的研究”為課程內(nèi)容，將原來單項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有機(jī)地整合為一個(gè)完整的綜合性實(shí)驗(yàn)(見圖1)。即根據(jù)熒光蛋白基因已知的序列，設(shè)計(jì)一對特異性引物，以帶有熒光蛋白基因的大腸桿菌基因組DNA作為模板，利用PCR技術(shù)擴(kuò)增出熒光蛋白基因。擴(kuò)增出來的熒光蛋白基因經(jīng)特定的限制性內(nèi)切酶消化后，與同樣經(jīng)過限制性內(nèi)切酶消化的質(zhì)粒載體(pET-32a)連接，形成重組質(zhì)粒。將帶有外源基因的重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化入克隆宿主細(xì)胞(E.coliDH5α)內(nèi)。通過PCR驗(yàn)證篩選帶有目的基因的陽性克隆，并提取其重組質(zhì)粒，轉(zhuǎn)化入表達(dá)宿主細(xì)胞(E.coliBL21 (DE3))，并在IPTG誘導(dǎo)下使外源基因在宿主細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，其表達(dá)產(chǎn)物可通過聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)和蛋白質(zhì)印跡分析(Western blot)等方法檢測。實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)類似于一個(gè)完整的科研實(shí)驗(yàn)，不但注重單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的原理和實(shí)驗(yàn)操作，更注重整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程的脈絡(luò)，強(qiáng)調(diào)各實(shí)驗(yàn)之間的聯(lián)系和編排，強(qiáng)調(diào)對前后知識的融會(huì)貫通。一方面有利于學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和掌握，另一方面有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的能力。在整個(gè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)流程中，瓊脂糖凝膠電泳、PCR技術(shù)、質(zhì)粒DNA的提取等實(shí)驗(yàn)多次出現(xiàn)，與以往的單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)相比，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目顯得“重復(fù)”了。但筆者認(rèn)為，這種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的“重復(fù)”恰是實(shí)驗(yàn)流程系統(tǒng)性的體現(xiàn)。因?yàn)樵趯?shí)際的科研工作中，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目雖然相同，但實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟槐M相同，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的“重復(fù)”是再正常不過的事情了，這就需要同學(xué)們對實(shí)驗(yàn)流程有一個(gè)系統(tǒng)的理解和把握。另外，與單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)相比，“重復(fù)”的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目使同學(xué)們有更多的動(dòng)手機(jī)會(huì)。

圖1 分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)流程圖

另外，為了使整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程更具系統(tǒng)性，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)時(shí)間的安排上做出了相應(yīng)的調(diào)整。將原來每周6個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程相應(yīng)地調(diào)整為每周36個(gè)學(xué)時(shí)的連續(xù)性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生能在一段相對獨(dú)立的、干擾較少的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，為了避免這種連續(xù)性排課對其他課程的排課造成影響，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的上課時(shí)間安排在夏季“小學(xué)期”。經(jīng)過近年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這種教學(xué)時(shí)間上的調(diào)整的確使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的系統(tǒng)性得到了顯著的提升。

注：為配合學(xué)分制教學(xué)改革，2003年起汕頭大學(xué)開始實(shí)行春、夏、秋三學(xué)期制。即除了傳統(tǒng)的春季和秋季學(xué)期外，在暑假后秋季學(xué)期前安排一個(gè)為期4周的夏季“小學(xué)期”。

2 基于整合思維的教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與實(shí)施

在教學(xué)過程中，整合思維注重學(xué)習(xí)型組織的觀念、應(yīng)變的觀念、創(chuàng)新的觀念，引導(dǎo)學(xué)生持續(xù)地收集新信息，研究新情況解決新問題，去適應(yīng)不斷變化的形勢。整合思維采用的是以問題為導(dǎo)向的教學(xué)、案例教學(xué)、自主式教學(xué)、討論式教學(xué)等多樣化的教學(xué)組織形式和方法[6]。因此，我們不是以單一的“注入式”或“填鴨式”的班級形式，而是采用小組形式的、個(gè)別形式的教學(xué)組織形式，注重自主學(xué)習(xí)和討論式教學(xué)等多元化方法，嘗試將整合思維的這些理念融合到分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與實(shí)施上。

2.1 研究對象的選擇

在研究對象的選擇上，起初我們結(jié)合自身的科研項(xiàng)目，先后以“苦瓜MAP30基因”和“弧菌外膜蛋白基因”作為研究的對象。但經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對這些基因相對比較陌生，因此在教學(xué)過程中難以激發(fā)學(xué)生的興趣。那究竟什么樣的基因一方面為大家熟悉，而另一方面也比較有趣和好玩呢？2008年，下村修(Osamu Shimomura)、馬丁·沙爾菲(Marin Chalfie)和錢永健(Roger Y. Tsien)因發(fā)現(xiàn)并發(fā)展了綠色熒光蛋白(Green Fluorescent Portein, GFP)而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。雖然在理論課上不止一次地提到過熒光蛋白，但當(dāng)我們第一次在課堂上展示熒光蛋白的發(fā)光效果時(shí)，學(xué)生還是驚呼不已，覺得非常有趣。于是，我們決定以綠色熒光蛋白(enhanced Green Fluorescent Portein, eGFP)、黃色熒光蛋白(eYFP)和紅色熒光蛋白(DiscosomastriataRed Fluorescent Portein 2, DsRed2)3種“熒光蛋白基因”作為實(shí)驗(yàn)對象。熒光蛋白的選擇在很大程度上激發(fā)了學(xué)生的興趣，在今后的實(shí)驗(yàn)中為學(xué)生提供不斷前進(jìn)的動(dòng)力。同時(shí)，熒光蛋白的研究歷程中充滿了許多富有創(chuàng)意的有趣的故事，這也為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與分享提供了良好的素材。

2.2 自主式教學(xué)在課前預(yù)習(xí)中的實(shí)施

在整合思維理念中，以學(xué)生為中心的教育思想被普遍接受。學(xué)生被看作學(xué)習(xí)的主人，強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，強(qiáng)調(diào)師生之間的相互啟發(fā)與交流，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識、創(chuàng)造性地解決問題的能力[6, 10, 13]。在實(shí)驗(yàn)課開始前的兩周，學(xué)生將自主組成2-3人的學(xué)習(xí)小組。我們根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、文獻(xiàn)、科技網(wǎng)站等資料，提煉出一系列的預(yù)習(xí)題目和思考題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)。學(xué)生需要根據(jù)給定的題目和思考問題，查閱相關(guān)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行課前的學(xué)習(xí)和討論，制作PPT，并作口頭陳述(圖2a)。這是一個(gè)自主學(xué)習(xí)的過程，目的是讓學(xué)生從機(jī)械接受或灌輸式的接受學(xué)習(xí)向自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。在這個(gè)過程中，學(xué)生往往有一些創(chuàng)意的發(fā)揮。例如，一組同學(xué)受到《X戰(zhàn)警》(X-Men)中的“激光眼”的啟發(fā)，在介紹熒光蛋白的應(yīng)用時(shí)提出這樣一個(gè)大膽的設(shè)想：既然熒光蛋白可以在靈長類動(dòng)物中表達(dá)，那將來是否可以在人體中表達(dá)熒光蛋白，并實(shí)現(xiàn) “熒光”到“激光”的轉(zhuǎn)變，像“激光眼”一樣發(fā)出激光呢。而事實(shí)上，美國研究人員在此前就實(shí)現(xiàn)了這一設(shè)想。

注： 2011年6月12日在英國《自然·光子學(xué)》(Nature Photonics)雜志上報(bào)告說，他們首次利用人類細(xì)胞制成了生物激光發(fā)生器(Single-cell biological lasers)，也就是用活生生的細(xì)胞來產(chǎn)生激光。

2.3 建模理念在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的植入

一般來說，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容偏重驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)教學(xué)法一般分為三步：介紹教科書中的“模式”、給出案例、學(xué)生套用“模式”，即教師講解實(shí)驗(yàn)原理，給出實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的步驟，學(xué)生按部就班的操作，實(shí)驗(yàn)過程趨于程序化。整合思維方式應(yīng)該是引導(dǎo)學(xué)生自主對問題進(jìn)行建模(Modeling)、對問題建模的過程進(jìn)行思考、老師引入教科書中的“模式”、引導(dǎo)學(xué)生對不同“模式”對比思考，嘗試通過模式整合建立更優(yōu)模式[6, 10, 11]。因此，我們將PCR擴(kuò)增、質(zhì)粒DNA的酶切、酶連實(shí)驗(yàn)、轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、重組菌的驗(yàn)證、原核表達(dá)產(chǎn)物的分析等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的實(shí)驗(yàn)對照進(jìn)行了“留空”，以將基于“建?！崩砟畹膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)融入到教學(xué)過程中(見圖1)。如在“酶連產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化”實(shí)驗(yàn)中，我們首先提出“估計(jì)轉(zhuǎn)化效率以及消除可能的污染及查明可能的失敗原因”這樣一個(gè)問題，要求學(xué)生構(gòu)建解決此問題的模型。學(xué)生首先需要清楚實(shí)驗(yàn)的目的，設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的陽性對照和陰性對照，并構(gòu)建出實(shí)驗(yàn)所需的實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)步驟等整個(gè)模型。然后，教師引入實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中的原有的實(shí)驗(yàn)對照，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行對比思考，從而確定最終的實(shí)驗(yàn)方案。這個(gè)過程中，我們不但允許學(xué)生通過建模進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，而且允許學(xué)生有不同的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，允許學(xué)生錯(cuò)了重來，從而鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中去思考與創(chuàng)新。

a: 學(xué)生作口頭陳述(PPT); b: 學(xué)生正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作; c: 教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論; d: 實(shí)驗(yàn)室安全防護(hù)用具

2.4 個(gè)性化教學(xué)

整合思維過程注重激發(fā)學(xué)生自身的主動(dòng)性和互動(dòng)性，強(qiáng)調(diào)個(gè)性化教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)完成發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，最終解決問題[6, 11-12]。因此，在實(shí)驗(yàn)課上，教師除了使用單一的教授形式外，更多地采用以問題為導(dǎo)向的教學(xué)，并根據(jù)不同團(tuán)隊(duì)、不同學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，提供差異化的、個(gè)性化的指導(dǎo)。例如，在“利用PCR技術(shù)擴(kuò)增功能基因”的實(shí)驗(yàn)中，不同的小組所獲的實(shí)驗(yàn)結(jié)果通常不同。有的小組擴(kuò)增到目的條帶，有的小組得不到擴(kuò)增產(chǎn)物，有的小組出現(xiàn)非特異性擴(kuò)增。因此，我們通常需要根據(jù)不同小組的實(shí)際情況，通過交互式的討論，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑和提出問題，對各自的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，制定下一步的實(shí)驗(yàn)方案，并再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(圖2b)。

2.5 對實(shí)際問題的模擬解決

目前，我國高等學(xué)校本科教育專業(yè)設(shè)置按學(xué)科門類、學(xué)科大類(一級學(xué)科)和專業(yè)(二級學(xué)科)三個(gè)層次來設(shè)置。在實(shí)際的科研工作中，許多問題需要多學(xué)科相互合作解決。但這種設(shè)置人為地割裂了學(xué)科間的聯(lián)系，不利于科學(xué)研究的綜合化。整合思維重視通過各種途徑和方式來增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際工作能力，整合思維的訓(xùn)練對多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域以及復(fù)合型人才的培養(yǎng)有著積極的作用[6, 10-13]。因此，我們利用實(shí)驗(yàn)過程中的“空檔期”，采用討論式教學(xué)，將科研工作和實(shí)際生產(chǎn)中的一些問題引入課堂，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論和思考(圖2c)。例如，我們曾提出了“利用分子生物學(xué)方法檢測水中激素”這樣一個(gè)問題。同學(xué)們通過頭腦風(fēng)暴，先提出“生物傳感器”、“熒光蛋白”、“報(bào)告基因”等點(diǎn)子，并逐步得出“以熒光蛋白為報(bào)告基因構(gòu)建生物傳感器”的想法。教師再進(jìn)一步以“如何選擇載體”、“如何選擇啟動(dòng)子”、“原核表達(dá)還是真核表達(dá)”等問題進(jìn)行引導(dǎo)，讓學(xué)生在特定的情景下，對科研工作和實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的一些現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行思考和模擬解決，培養(yǎng)其獨(dú)立思考和開拓創(chuàng)新的能力。

2.6 論文式實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力的重要手段，是衡量實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的重要依據(jù)。長久以來，實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在重實(shí)驗(yàn)操作的訓(xùn)練，輕實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫的訓(xùn)練這一傾向。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫普遍存在格式不規(guī)范、描述口語化、“照抄”現(xiàn)象嚴(yán)重、分析討論空洞、邏輯性差等問題，甚至將分析討論寫成實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)的學(xué)生也是屢見不鮮。針對這些問題，一方面，我們要求學(xué)生寫論文式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，即讓學(xué)生以科研論文的格式和規(guī)范撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以此提高學(xué)生科學(xué)規(guī)范語言的運(yùn)用能力。另一方面，借助“因果建?！钡人季S工具，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行批判性的思考[4, 9, 14-17]。引導(dǎo)學(xué)生提出問題并進(jìn)行推理：“這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的是什么？”、“實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期嗎？”、“是什么原因?qū)е铝藢?shí)驗(yàn)結(jié)果的發(fā)生？”、“還有什么方法可以解決這個(gè)問題？”等，幫組學(xué)生理清專業(yè)概念和實(shí)驗(yàn)原理，并正確運(yùn)用專業(yè)理論知識對實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以解釋，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析討論既“言之有物”又“言之有理”。另外，由于手寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告工作量大且不便于修改，因此，我們允許學(xué)生提交電子版的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。收到實(shí)驗(yàn)報(bào)告初稿后，教師可以方便地添加批注，作細(xì)致的批改。實(shí)驗(yàn)報(bào)告發(fā)還給學(xué)生后，學(xué)生便可以對實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行修改，然后再上交。經(jīng)過近年的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這種教學(xué)方法的確使學(xué)生的思維能力得到了鍛煉，其分析問題和解決問題的能力也得到了提高。

注：因果建模(Causal Modeling)是整合思維者經(jīng)常使用的工具之一，即整合思維者在研究解決方案時(shí)，必需要在頭腦中始終保持因果關(guān)系連鎖結(jié)構(gòu)的全貌。這一思維工具能幫助我們在復(fù)雜的系統(tǒng)中將問題的因果和邏輯關(guān)系理清，對問題進(jìn)行清晰的定義，從而能夠采取適當(dāng)?shù)姆椒ń鉀Q問題[4]。

3 其他資源的配合

3.1 實(shí)驗(yàn)室的開放制度的建立

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室除了承擔(dān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課外，還承擔(dān)各類大學(xué)生實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包括“科技立項(xiàng)項(xiàng)目”、“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目”、“本科生研究計(jì)劃(SRP)”等。為使實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)設(shè)備在教學(xué)和科研中最大限度地發(fā)揮作用，實(shí)驗(yàn)室開放制度的建立勢在必行。因此，如何讓實(shí)驗(yàn)室在開放模式下安全管理成了重要的課題。借鑒其他高校的實(shí)驗(yàn)室管理經(jīng)驗(yàn)，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室主要采取以下安全管理措施：① 管理制度。汕頭大學(xué)是全國首家獲得ISO9001和ISO14001一體化體系認(rèn)證的高等學(xué)府，在實(shí)驗(yàn)室管理、儀器管理、化學(xué)品管理、生物安全管理、環(huán)境管理等方面都建立有相對較完善的管理制度。② 安全設(shè)施。為了營造良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，減少學(xué)生吸入有害氣體，實(shí)驗(yàn)室安裝有通風(fēng)櫥和排氣系統(tǒng)。除了煙感、滅火器等消防裝置外，實(shí)驗(yàn)室還配備了護(hù)目鏡、防毒面具、急救箱等安全防護(hù)用品(圖2d)。③ 門禁系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室安裝有“一卡通”門禁系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)行“全天候預(yù)約開放”管理制度。在學(xué)生首次進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)，實(shí)驗(yàn)室管理人員對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室管理規(guī)程、實(shí)驗(yàn)室安全和儀器設(shè)備操作規(guī)范等培訓(xùn)，培訓(xùn)完成后給學(xué)生的門禁卡進(jìn)行授權(quán)，學(xué)生即可刷卡進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生可以根據(jù)各自的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，利用課余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。

注：ISO是“國際標(biāo)準(zhǔn)化組織”的英文縮寫，ISO9001和ISO14001分別為國際標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量管理體系和環(huán)境管理體系的代號。

3.2 研究生助教

據(jù)了解，國外的高校一般都設(shè)有研究生的助教、助研、助管等崗位。助教(Teaching Assistant)在美國大學(xué)教育中扮演著十分重要的角色。經(jīng)過多年的嘗試，我們在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程中，也逐漸建立起了研究生助教制度。助教通常都是由全日制的優(yōu)秀研究生兼職擔(dān)任，主要協(xié)助參與以下兩項(xiàng)工作：① 實(shí)驗(yàn)室管理。助教可以協(xié)助老師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用實(shí)驗(yàn)藥品和耗材的采購，以及儀器設(shè)備的日常維護(hù)。② 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)(圖2e)。助教的主要工作是協(xié)助老師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作，并對非課堂時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生提供一定的指導(dǎo)和幫助。

3.3 多媒體教學(xué)的使用

多媒體技術(shù)因其生動(dòng)有趣、信息量大、可以變抽象為形象等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中。借助多媒體技術(shù)，我們將實(shí)驗(yàn)原理以形象的圖片和生動(dòng)的Flash動(dòng)畫代替了原來的文字?jǐn)⑹?；將?shí)驗(yàn)操作以及PCR儀、凝膠成像系統(tǒng)等儀器的使用說明制作成形象、直觀的圖片或者教學(xué)錄像；將預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以幻燈片的形式演示，再采用案例式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不同情況進(jìn)行分析。多媒體技術(shù)不僅能說明學(xué)生理解、記憶所學(xué)的知識，而且能幫助學(xué)生建立形象思維，提高其解決問題的能力。

3.4 課外知識的補(bǔ)充

分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，不斷涌現(xiàn)出新的技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法。但由于受到硬件條件、實(shí)驗(yàn)成本控制等因素的影響，實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般只能“因地制宜”，大部分新的技術(shù)不能馬上被使用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。為了豐富教學(xué)內(nèi)容，拓寬學(xué)生的視野，我們以多媒體教學(xué)的方式為學(xué)生補(bǔ)充一些課外的知識。例如，在轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中使用的是熱激轉(zhuǎn)化(Heat-Shock Transformation)，但為了拓展這部分的知識，我們同時(shí)也以多媒體的形式展示了電擊轉(zhuǎn)化(Electroporation)和電穿孔系統(tǒng)(Gene Pulser XcellTM, Bio-Rad)的使用。在蛋白印跡實(shí)驗(yàn)中(Western blot)，除了課堂上使用的半干式轉(zhuǎn)印法(Semi-Dry Transfer)，還為學(xué)生介紹了一種最新的目前被稱作可以解放雙手(Hands-Free)的干式轉(zhuǎn)印系統(tǒng)(iBlot? Dry Blotting System, Life Technologies)和蛋白印跡處理系統(tǒng)(iBindTMWestern Device, Life Technologies)。通過這樣的展示，拓寬了學(xué)生的視野，使其對這些新的生命科學(xué)技術(shù)和設(shè)備有了更多的了解。雖然不能使用這些新的技術(shù)，但學(xué)生們對此都感到興奮不已。

3.5 網(wǎng)絡(luò)平臺的使用

教學(xué)不僅限于課堂，網(wǎng)絡(luò)作為互助式學(xué)習(xí)和加強(qiáng)師生互動(dòng)交流的平臺，在教學(xué)活動(dòng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。實(shí)驗(yàn)課前，我們將實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、參考文獻(xiàn)等資料，以及視頻、PPT等多媒體數(shù)據(jù)上傳到“校園個(gè)人平臺(MYSTU)”上，并組織學(xué)生下載和進(jìn)行課前的自主學(xué)習(xí)。另外，隨著智能手機(jī)的普及，QQ、微博、微信等通訊工具的應(yīng)用越來越廣泛。實(shí)驗(yàn)課前，我們?yōu)閷W(xué)生開通了分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)微信群，老師可以在群里面發(fā)布通知、分享熱點(diǎn)問題，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論。學(xué)生也可以隨時(shí)提問，并將自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)到朋友圈中“曬一曬”(圖2f)。

注：校園個(gè)人平臺(MYSTU)是汕頭大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心開發(fā)的一個(gè)嶄新的集合了電子教學(xué)管理，日程管理，校內(nèi)信息通知, 校內(nèi)信箱和個(gè)人管理為一體的校內(nèi)個(gè)人教學(xué)平臺，同學(xué)們和老師們亦可將課堂問題放到討論平臺上一起討論。

4 結(jié) 語

汕頭大學(xué)圍繞“有志、有識、有恒、有為”的育人目標(biāo)，堅(jiān)持以學(xué)生為本，進(jìn)行大學(xué)管理體制的改革和人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新，獨(dú)特的辦學(xué)理念使汕頭大學(xué)一直走在中國高校改革的前沿，被李嵐清同志高度評價(jià)為“中國高校改革的試驗(yàn)田”。學(xué)校為各專業(yè)探索改革教學(xué)方法、培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新精神創(chuàng)造了便利的條件。

“授人以魚，不如授之以漁”，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的不僅僅是傳授學(xué)生專業(yè)知識和技能，更重要的是的訓(xùn)練學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力。一直以來，我國的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多屬于灌輸型的教學(xué)模式。學(xué)生習(xí)慣于借鑒和模仿，而不善于質(zhì)疑和提出問題，缺乏獨(dú)立思考和創(chuàng)新的精神。整合思維本質(zhì)上是一種整體思維和綜合解決問題的模式。整合思維作為一種新的理念和思維模式，正被越來越多的人所接受，并運(yùn)用在高等教育教學(xué)工作中。整合思維理念在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的植入，有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，促進(jìn)學(xué)生在日后的科研工作和職業(yè)活動(dòng)中運(yùn)用這些思維模式創(chuàng)新地解決問題。因此，整合思維對高等教育教學(xué)尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作具有重要的指導(dǎo)意義。

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Teaching Reform of Molecular Biology Experiment Based on the Integrative Thinking

LUNJing-shenga,HUZhonga,ZHONGMing-Qia,HUANGShu-fenb

(a. Experimental Teaching Center for Biology, College of Science; b. STU Integrative Thinking, College of Liberal Arts, Shantou University, Shantou 515063, China)

Shantou University has begun to implement the Integrative Thinking Education Program since 2011, and gradually established a framework of integrative thinking for the Shantou University mode. Appropriate courses were chosen from each college as the pilot project to develop the core courses based on the integrative thinking’s concepts. To explore the significance of integrative thinking's concepts on experimental teaching, methods of integrative thinking were applied to the teaching process of molecular biology experiment from the aspects of curriculum design and teaching mode.

integrative thinking; molecular biology experiment; teaching reform

2014-09-12

廣東省實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)項(xiàng)目(2013); 生物技術(shù)專業(yè)可適應(yīng)性人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)(920-38030337)；2015年度廣東省高等教育教學(xué)改革推薦項(xiàng)目

倫鏡盛(1983-),男，廣東佛山人，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物病原弧菌的檢測與防治等方面研究。Tel.: 0754-86502072; E-mail: jslun@stu.edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2015)08-0173-06