首页 -> 2008年第9期
本科分子生物学实验教学的思考
作者：张彦定 黄义德 胡雪锋
[关键词]分子生物学实验 实验教学 教学效果
分子生物学是近年来在生物学领域中发展最快的一门学科，分子生物学的发展揭开了许多之前鲜为人知的生命现象。在学科发展的带动下，全国各本科院校也都竞相开设了分子生物学和分子生物学实验课程。相对于其他实验课程而言，分子生物学实验开设的时间较短，一般本科院校开设的时间都在1998年以后。因此，分子生物学实验教学效果还有待于进一步地探索。本文结合笔者积累的教学经验，从软硬件设施、实验项目的按排、半开放式教学和综合性实验等几个方面来谈谈如何有效提高分子生物学实验课的教学质量和效果。
（一）合理配置分子生物学实验室的硬件设施
随着本科院校扩招，各本科院校的在校本科生人数不断增加，使得实验课人数也水涨船高。因此，为了保证实验课的教学质量，应该相应地增加实验仪器的投入。实验课培养的是学生的动手能力，在实验课上每个学生都应该有独立动手的机会。与其他实验课相比，分子生物学实验有其独特的优势，这主要体现在学生在实验中有许多实验仪器可以多人共用，而且还不会影响实验教学效果，如离心机、凝胶成像系统、电泳仪等。
只要合理配置实验仪器，分子生物学实验课就能以较少的投入而得到较好的教学效果。建设分子生物学实验室的原则应该是力争每人都能独立动手操作。因此，分子生物学实验的基本工具——移液器，应该配置足够多的数量。依作者的经验较合理的配置是每两个学生一套移液器，一套中含三支不同量程，分别为1-10ul、10-100ul、100-1000ul，这样，既不影响实验的进程，又不会因每人一套造成实验经费开支过多。离心机也是分子生物学实验中最常用的仪器之一，因离心机的转头可同时离心12个样品以上，所以每个实验台面配置一台离心机就够用了。而电泳仪则可以配置一拖二或一拖四的，这样一个实验室只需配备4～6台就够了。总之，在建分子生物学实验室之前要进行全面细致地考虑。
分子生物学实验室应该进行必要的功能分区，保证学生的实验安全和实验的成功率。分子生物学实验室最好能分成三个功能区：第一个功能区为主体区，理论讲解和绝大部分实验都在这个区域完成；第二个区域为电泳染色和观察区。目前多采用溴化乙淀染色法来检测核酸，溴化乙淀染色具有成本低而分辨率高等优点，但溴化乙淀是较强的致癌剂。本科教学与一般的教师教研有不同之处，本科教学人多手杂，且学生多是第一次进行该实验技能的训练，因此，溴化乙淀的使用对学生的人身安全会产生较大的威胁。在进行核酸电泳检测时，建议电泳和染色分开进行，电泳在主体区进行，而染色和观察则安排在一个专门的区域进行，有条件的可在一个单独的房间进行。进入染色和观察区时，学生要采取必要的防护措施，如戴手套等；第三个功能区为无菌操作区。分子生物学有许多实验都要在无菌条件下进行，如接菌、感受态细胞和转化等，因此，无菌操作区的建立是十分必要的。
（二）合理安排分子生物学的实验项目
分子生物学发展很快，这主要得益于分子生物学技术的迅速发展，分子生物学现已成为拥有技术最多的学科之一。大学本科的分子生物学实验课的主要目的是使学生了解和掌握分子生物学实验技术，并为以后的科研活动打好基础。作为教学活动，每门课都有一定的学时限制，一般院校本科实验课教学的学时数是48或54个学时，在这么少的学时内不可能将所有的分子生物学技术都学会，因此，要对分子生物学技术进行必要的选择。
在以往的实验课教学中，每个实验都是相对独立的，所以一段时间后学生就可能将所学的实验遗忘了。因此，教师在安排分子生物学实验项目时应该打破这种格局，让学生所学的每个实验技术既不一样，又存在某种联系。把学生学习的知识串在一起后，有利于加深印象，又能激起学生学习的兴趣。我们安排分子生物学实验项目的原则是以一条主线贯穿于整个实验过程中，前一个实验是后一个实验的起点。具体实验项目安排如下：实验一，大肠杆菌感受态细胞的制备和质粒的转化；实验二，质粒的提取；实验三，质粒的琼脂糖凝胶电泳；实验四，质粒的限制性内切酶酶切；实验五，PCR技术制备DNA片段；实验六，DNA片段的纯化；实验七，连接及酶切鉴定；实验八，基因组DNA的提取与DNA定量；实验九，RNA的提取与鉴定（选做）；实验十，综合性大实验。以上实验除了综合性实验外，每个学生都要进行独立操作。由于每个实验都是在为下一个实验做准备，所以学生的学习积极性被充分地调动起来。
除了合理安排实验项目外，我们对实验材料也要进行精心挑选。理论是抽象的，但若能与实际相联系就通俗易懂了。对实验材料的选择要紧密围绕教师的科学研究项目进行，课堂上事先让学生知道教师的相关科研背景和意义，使学生在进行实验学习时仿佛加入了教师的科研团队，因此，学习热情高涨。
（三）半开放式教学在分子生物学实验中的应用
传统的实验教学组成是老师先详细讲解实验目的、原理、方法步骤、注意事项等，然后学生按老师的要求进行实验。这种教学方式的优势是教学课堂能得到较好地组织，实验结果较为理想，缺点是不易调动学生的学习积极性，这就使学习不再是一个探索的过程，而更像是在完成教师指定的任务。如何让学生从被动学习转向主动学习，经过多年摸索，我们找到了一条比较适合分子生物学实验教学的半开放式教学方法。
首先，我们自编了一套分子生物学实验教材。教材编排分为四部分：第一部分是基础理论部分，详细介绍了与实验项目相关的理论与背景知识。以前大多数人认为实验课是为理论课服务的，开设实验课的目的是为了更好地理解理论课。这种观点错误地定位了实验课在大学本科中的地位和作用，实验课教学应该与理论教学同等重要，它们彼此之间相互联系又相对独立。第二部分是仪器的使用与操作。与别的生物学实验课相比，分子生物学所涉及的实验仪器较多，为了让学生尽快熟悉仪器的使用与操作，我们设立了这部分内容。主要讲解实验室现有仪器的使用说明与操作的注意事项。第三部分是实验的具体操作步骤。为了让学生有更多的自主选择权，许多实验都给出了备选方案。如质粒的提取，给出了碱裂解法、煮沸裂解法和试剂盒法等。第四部分是试剂的配制。
其次，我们改变了传统的上课方式。传统的实验课教学是教师先对实验原理和操作步骤进行详细地讲解，然后学生才开始实验。教师在前一次课中给学生下次实验课的内容和相关的思考问题。在实验课中，教师只提供相关的材料并负责解答、监督和纠正学生操作中遇到的问题，大部分时间都留给学生进行实验操作。这种教学方式有利于培养学生独立思考和解决问题的能力。每次实验课结束后，教师对本次实验进行总结、分析，提升学生对实验过程的理解。
（四）开设综合性实验，提高学生分析和解决问题的能力
如果开设的只是验证性的实验课，即使采取了半开放式的教学方式，学生也不能将所学的实验技能融会贯通。因此，为了使学生能更好地掌握和应用所学的实验技能，提高学生独立思考问题和解决问题的能力，建议开设分子生物学综合性实验。
经过多年摸索，我们在分子生物学综合性实验开设方面积累了一些经验。多年来，我们都以克隆基因为综合性实验内容。基因克隆是从事分子生物学研究所需具备的最基本的技术之一，该技术又包含了质粒提取、PCR、引物设计、连接等基本技能。基因克隆综合性实验能够将之前所学的验证性实验有机地结合起来。在进行综合性实验之前，学生按学号进行分组。每小组上网查阅资料，寻找适合克隆和感兴趣的目的基因，并向实验课教师提交一份可行性报告。为了保证综合性实验的成功率，我们采用PCR扩增和TA克隆相结合的方案。由于整个实验采用的都是半开放的教学方式，学生的积极性都很高。
综合性实验不仅能培养学生独立地提出问题、分析问题和解决问题的能力，还能培养学生团结协作、共同进取的精神。每次综合性大实验结束后，都有不少学生主动加入到教师的科研工作中。可见，经过综合性大实验的培训后，学生初步建立了科学研究的意识，培养了对科研的兴趣。
近年来，从地方到国家都在投入大量资金建设实验教学示范中心，这说明本科教学的重点正在发生变化，从过去的重视理论教学转向在重视理论教学的同时还加强实践教学。在今后的本科教学中，实验教学的重要性和培养学生的动手能力都会显得更为重要。本文阐述了我们在分子生物学实验教学中积累的一些经验，希望这些经验能为同行教师提供借鉴和帮助。
参考文献：
[1]严晓红等.半开放式实验教学法对医学生创造性能力的培养[J].实验室研究与探索.2003,22(4):13-17.
[2]吴若菁.遗传学创新性实验的改革研究[J].福建高教研究,2005,(4):144-145.
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