盛哲津, 李天明, 陸東東

(同濟大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 上海 200092)

0 引 言

分子生物學(xué)是在分子水平研究蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子形態(tài)、結(jié)構(gòu)、規(guī)律及其相互關(guān)系的學(xué)科，與生物化學(xué)、基因工程、細胞生物學(xué)等緊密聯(lián)系，相互交織，在生命科學(xué)領(lǐng)域是最基礎(chǔ)也是最重要的學(xué)科之一;尤其在生命科學(xué)快速發(fā)展的今天,其基本理論和研究方法的掌握對生命科學(xué)的學(xué)生來說是非常重要[1]。生命科學(xué)又是一門實踐科學(xué)，許多理論只有通過實驗才能更徹底、更全面地理解和掌握，高校的分子生物學(xué)實驗課程幾乎對生命學(xué)科的本科生都有開設(shè)，是每個生命科學(xué)和生物技術(shù)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生所必須要掌握的基本實驗課程[2-3]。

隨著 “雙一流”學(xué)校建設(shè)和學(xué)院在以“干細胞和表觀遺傳學(xué)”研究為核心任務(wù)，帶動學(xué)院其他科研、教學(xué)領(lǐng)域全面發(fā)展的戰(zhàn)略目標下，對分子生物學(xué)實驗在生物技術(shù)專業(yè)高端人才培養(yǎng)中的作用提出了更高要求，生命科學(xué)作為首批“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗基地”的三個基礎(chǔ)學(xué)科之一。本科生分子生物學(xué)實驗課程一直在實踐中力求改革與創(chuàng)新，原有實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗指導(dǎo)教材、教學(xué)方法、教學(xué)模式、成績評價和指導(dǎo)教師隊伍建設(shè)等已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段對綜合性、全面性人才培養(yǎng)的要求。通過實驗教學(xué)改革與探索，自2016年起，逐步開展本科生分子生物學(xué)實驗教學(xué)延伸課堂的建設(shè)，全面提升和優(yōu)化實驗內(nèi)容、注重學(xué)生實驗技能訓(xùn)練、開展多部門多學(xué)科聯(lián)合實踐教學(xué)等多形式的教學(xué)改革創(chuàng)新，使理論學(xué)習(xí)和實驗實踐相互滲透，有利于學(xué)生更好地掌握分子生物學(xué)知識和技能，拓展視野，在培養(yǎng)學(xué)生的綜合性能力上效果顯著，可為開展生命科學(xué)相關(guān)人才培養(yǎng)新機制的研究作參考。

1 傳統(tǒng)課堂內(nèi)分子生物學(xué)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

目前的實驗課程內(nèi)容多以基礎(chǔ)性、驗證性實驗課程為主，實驗教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)不夠合理，缺乏系統(tǒng)性與興趣導(dǎo)向,任課教師事先規(guī)劃好課程教學(xué)計劃，教師介紹實驗背景知識、實驗?zāi)康暮鸵蟆嶒炘?、操作步驟及注意事項等，學(xué)生遵從教師的指導(dǎo)進行實驗操作，獲得實驗數(shù)據(jù)并完成實驗報告，任課老師以演示實驗教學(xué)為主，學(xué)生機械地利用事先準備好的試劑、儀器、耗材等進行操作，學(xué)生被動性接受知識成為一些高校實驗教學(xué)的主要手段[4-5]。教學(xué)模式常常導(dǎo)致學(xué)生實驗操作如工廠流水線上工人，缺乏主動性思維和系統(tǒng)性理解，初次接觸分子生物學(xué)實驗的本科生往往難以做到理論學(xué)習(xí)和實驗實踐相互滲透，缺乏獨立思考與創(chuàng)新意識，實驗常常局限于實驗教學(xué)中心的教室里，以驗證性實驗為主的教學(xué)缺乏主動設(shè)計性思維，由于中心教學(xué)資源和課時地限制，有時總是最積極的幾個學(xué)生在操作實驗，許多學(xué)生實際動手操作機會較少，缺乏考核評價體系，比較單調(diào)的教學(xué)方式使學(xué)生失去對實驗課的興趣。

2 實驗教學(xué)改革與延伸課堂的內(nèi)容

2.1 實驗課時合理優(yōu)化

合理的課時安排是開展實驗教學(xué)的保證，優(yōu)化原有實驗課程，合理利用大量實驗過程中的等待時間，開展包括：對學(xué)生基本實驗技能，正確的試劑配置方法，生物實驗相關(guān)儀器設(shè)備的使用，實驗操作技能關(guān)鍵點、實驗安全等的教學(xué)。做到見縫插針地利用這些時間。另一方面分子生物學(xué)實驗課程試點開展從36課時增加到78課時，課時的擴充為完善實驗體系建設(shè)，為分子生物學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容改革提供了時間保證。

2.2 實驗延伸課堂主要內(nèi)容的設(shè)置

課程依托學(xué)校實驗教改專項，建設(shè)以現(xiàn)有的分子生物學(xué)實驗課程6大實驗為基礎(chǔ)，延伸分子生物學(xué)實驗課堂，通過延伸課堂結(jié)合分子生物學(xué)實驗技術(shù)領(lǐng)域的最新動態(tài)和研究手段，通過對學(xué)生實驗的基本技能延伸、綜合設(shè)計性實驗、實踐教學(xué)、實驗優(yōu)化討論等的內(nèi)容開展多形式的實驗教學(xué)，開展延伸實驗自編教材手冊建設(shè)，與實驗室、科研支撐平臺、實驗動物中心等聯(lián)合教學(xué)，拓寬學(xué)生視野，開放實驗室以彌補中心高端實驗資源不足的劣勢，使實驗教學(xué)和科研資源互補、互相滲透。這一系列拓展實驗補充、教學(xué)實踐、模式創(chuàng)新，進一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣(見表1)。

表1 生物技術(shù)專業(yè)分子生物學(xué)延伸課堂主要項目設(shè)置一覽

3 延伸課堂的特點與成效

3.1 實驗教學(xué)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

基礎(chǔ)性實驗項目主要包括基本的分子生物學(xué)操作技術(shù), DNA分子的酶切和連接、瓊脂糖凝膠電泳、細胞轉(zhuǎn)化、PCR擴增目的基因等,結(jié)合本科生教學(xué)以及分子生物學(xué)技術(shù)特點，在教學(xué)過程中，優(yōu)化整體設(shè)計，以完整、系統(tǒng)、實用為原則，經(jīng)典實驗與科研技能培養(yǎng)相結(jié)合，將分子生物學(xué)實驗課程設(shè)計為若干個有機整合的大實驗，有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合性實驗?zāi)芰6-8]。分子生物學(xué)實驗延伸課堂從2016年開始逐步改革,加入基因表達、螢光素酶報告基因檢測等相關(guān)實驗課程，增加設(shè)計性、綜合性實驗學(xué)時比重，2018年學(xué)時數(shù)翻倍，改變以往以驗證性實驗為主導(dǎo)的實驗設(shè)置結(jié)構(gòu)，形成基礎(chǔ)性、設(shè)計性、綜合性相對平衡的結(jié)構(gòu)，結(jié)合實驗實踐教學(xué)，形成了多層次實驗教學(xué)體系(見表2)。

表2 2016～2018年分子生物學(xué)實驗教學(xué)不同類型

3.2 實驗教學(xué)模式多樣化，構(gòu)筑實驗教學(xué)開放大平臺

學(xué)院分子生物學(xué)實驗在實驗教學(xué)中心開設(shè)基礎(chǔ)實驗課程的同時，為優(yōu)化管理、實現(xiàn)資源共享，學(xué)院將實驗室資源優(yōu)選整合科研實驗室、科研支撐技術(shù)平臺、實驗動物中心等部門，構(gòu)筑實驗教學(xué)大平臺，合理分配分子生物學(xué)延伸課堂的一部分實驗教學(xué)和實踐教學(xué)任務(wù)。以科研支撐技術(shù)平臺為例，平臺目前包括有30多臺高端實驗設(shè)備，其中16臺高端分子生物學(xué)、細胞生物學(xué)相關(guān)設(shè)備，總價值達3 000萬元以上，分別擁有生化分子實驗測試、細胞影像分析技術(shù)、流式細胞測試分析技術(shù)、電生理技術(shù)、電鏡技術(shù)等5個技術(shù)平臺，8間開放實驗室，豐富的科研資源共享給學(xué)生進行實驗和開展儀器資源原理、應(yīng)用等實踐教學(xué)，延伸課堂并且利用了該科研支撐平臺的信息化實驗預(yù)約管理系統(tǒng)，不局限于課堂，學(xué)生可自由安排時間，隨時預(yù)約實驗，在老師的協(xié)調(diào)下開展相關(guān)實驗，面向拓展課堂學(xué)生開放，學(xué)院優(yōu)質(zhì)資源整合并運用到實驗教學(xué)中， 使實驗教學(xué)的模式更加靈活，實驗教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合，有效提高了學(xué)生的綜合能力及科學(xué)素養(yǎng)，拓寬了學(xué)生的視野。

3.3 規(guī)范實驗評價體系

原來以實驗結(jié)果和實驗報告來評定學(xué)生的實驗考評體系不夠全面[9-10]，隨著實驗課程改革和延伸實驗教學(xué)考核評價體系的建立，力求做到客觀地評價學(xué)生在實驗過程中的實際能力，使學(xué)習(xí)成績能比較真實地反映出學(xué)生的實踐能力。因此，考核項目的設(shè)置應(yīng)體現(xiàn)專業(yè)性和全面性，在實驗過程中實驗方案設(shè)計、進度、數(shù)據(jù)分析、完成質(zhì)量等諸多方面進行綜合考評，注重實驗過程考察的精細化、數(shù)據(jù)化，在原考評體系的基礎(chǔ)上形成了實驗理論、實驗技能、設(shè)計方案報告、實驗報告水平、實驗實踐綜合評定等5方面考核。以基于標曲法評價熒光定量PCR反應(yīng)效率實驗為例：在教學(xué)中，首先通過教師指導(dǎo)、學(xué)生討論、軟件學(xué)習(xí)等，學(xué)生自行對給定的基因進行引物設(shè)計，實驗設(shè)計方案確定后，開展討論，對于引物長度、跨內(nèi)含子、GC含量、BLAST結(jié)果等各項指標開展自評互評及教師指導(dǎo)等多形式評估后，形成評估報告。修改后確定最終方案，實驗中學(xué)生擴增不同濃度的cDNA模板，生成相對標準曲線的方法，得到的基因擴增效率(R2值、斜率、截距)、靈敏度、可重復(fù)性(復(fù)孔SD值)等一系列實驗參數(shù)指標加入到實驗教學(xué)評估中，以往這些實驗參數(shù)在學(xué)生最終的實驗報告中不能體現(xiàn)，實際上這些實驗數(shù)據(jù)真實反映學(xué)生的實驗情況，結(jié)合原有觀察熒光擴增曲線、溶解曲線、電泳圖像等內(nèi)容使得評價體系更完善。

4 “121”模式的實施

高校長期以來對實驗教學(xué)的師資隊伍建設(shè)缺乏重視，難以形成優(yōu)勢互補的師資隊伍[11],在延伸課堂實踐中，針對設(shè)計性實驗的實驗教學(xué)師資配備實行“121”模式，即針對某一小組的實驗課程，實行1位教授，2位科研實驗室技術(shù)員，1位助教的教師隊伍配備模式開展實驗教學(xué)。 近年來本科生“導(dǎo)師制”模式已在各高校逐步推廣，但往往流于形式[12]，而“121”模式中的1位教授(獨立實驗室主任)，即是“導(dǎo)師制”落到實處的體現(xiàn)，教授不僅參與實驗課程的頂層設(shè)計、實驗理論教學(xué)、實驗指導(dǎo)，還創(chuàng)造機會和學(xué)生展開實驗討論、邀請部分學(xué)生參與研究生組會、實驗室參觀等實踐教學(xué)活動，不僅激發(fā)了學(xué)生的實驗興趣和熱情，使學(xué)生體會了實驗室的科研環(huán)境，增強了教學(xué)互動體驗，這是實驗室主任參與實驗教學(xué)起到的助推效應(yīng)的結(jié)果?？蒲袑嶒炇覂?nèi)研究型實驗技術(shù)人員參與本科實驗課程的實驗教學(xué)準備與實驗指導(dǎo)工作，是科研與實驗教學(xué)相結(jié)合的實踐內(nèi)容之一[13]，“121”模式中的“2”，就是科研實驗室內(nèi)的研究型實驗技術(shù)人員，為實驗教學(xué)中的中堅力量，這類技術(shù)人員擁有扎實的分子生物學(xué)專業(yè)背景、實驗技術(shù)能力和學(xué)習(xí)能力，能快速投入到實驗教學(xué)中去，給予實驗課程的技術(shù)支持、教學(xué)支持，學(xué)院積極鼓勵這類技術(shù)人員充實和完善到實驗教學(xué)師資隊伍中，對課程起到了積極的促進作用，從課后問卷調(diào)查中得到了學(xué)生良好的反饋。助教在西方大學(xué)教育中扮演著十分重要的角色,在我國高校的實驗教學(xué)中也已經(jīng)有所實踐，但參與程度不夠深入，經(jīng)過延伸課堂師資隊伍改革的實踐，實驗室選拔的優(yōu)秀研究生助教能充分體現(xiàn)“傳幫帶”的作用，本科生往往跟這些研究生助教形成良好的溝通機制，有利于實驗教學(xué)的開展，助教也使學(xué)生和教師之間形成了良好的橋梁作用，使教師能更好了解教學(xué)的動態(tài)效果，及時調(diào)整教學(xué)策略，不斷優(yōu)化教學(xué)方案。

5 結(jié) 語

近年來，我院開展了如模擬科研情境的研究型實驗教學(xué)、開放式實驗教學(xué)平臺構(gòu)建、綜合性實驗教學(xué)實踐等一系列實驗教學(xué)改革[14-16]。在生物技術(shù)本科實驗教學(xué)中以社會需求為導(dǎo)向，積極推進生物技術(shù)專業(yè)實驗教學(xué)改革的不斷深入，充分發(fā)揮實驗教學(xué)在高端人才培養(yǎng)過程中的重要作用。分子生物學(xué)延伸課堂的實驗教學(xué)實踐，優(yōu)化與拓展原實驗教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)師資隊伍的創(chuàng)新，注重實踐教學(xué)，發(fā)揮學(xué)院優(yōu)勢資源，構(gòu)筑學(xué)院開放型實驗教學(xué)大平臺等改革措施，是我院在生物技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)機制探索的又一次嘗試，積累了一定的教學(xué)經(jīng)驗，課程的開展進一步提升了實驗教學(xué)改革的力度，使學(xué)生能更快地適應(yīng)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)，也對培養(yǎng)未來生物技術(shù)專業(yè)研究領(lǐng)域技術(shù)型和科研型人才發(fā)揮了積極作用。