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【中图分类号】R34 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2013)28-0038-02
现代高等教育越来越重视培养基础扎实、多学科、适应性强、有创新意识的人才,教育部也明确提出“积极推动研究性教学,提高大学生的创新能力”。因此,建立开放型实验室并向广大学生开放成为评估学校教学水平、科研水平的重要标志,也是培养创新型人才的关键平台。课题组依托为“省高校重点实验室”,通过借鉴其丰富的实验室建设管理经验,进行了本科医学分子生物学开放型实验室建设并应用到了本科医学分子生物学的实验教学。现将相关经验介绍如下:
一 本科医学分子生物学开放型实验室建设的必要性
医学分子生物学教学中,实验教学是人才培养的重要环节。医学分子生物学是从分子水平研究疾病的学科,涉及的生物大分子不能直接观察,仅有课堂理论教学不能给予学生形象直观的认识。且医学分子生物学在理论课教学中涉及大量先进分子生物学技术,学生需要通过具体操作才能掌握这些技术,所以这是一门实践性很强的学科。
传统的医学分子生物学实验教学由于教学时间和实验室场地的局限,大部分实验内容由教师与实验员事先准备好,学生按照书本内容机械模仿或者由老师示教。这种方式束缚了学生的自主性和创造性,不利于学生综合素质和创新能力的培养。
建立开放型实验室是实现资源共享、增强学生实践能力、培养他们的创新能力、提高教学质量的重要措施之一。实行开放型实验教学是实验教学方式的创新,是课内实验内容补充的重要手段之一。通过对已有的实验室资源实行开放式使用,利于设备资源的充分利用;利于组织和引导学生系统地开展课外实验活动,培养学生观察问题、思考问题、分析问题和解决问题的能力,特别是能够增强学生的实际动手能力和创新能力。对全面提高学生的综合素质,促进实践教学的改革,具有重要的现实意义。
二 本科医学分子生物学开放型实验室建设要点
1.场地规划
开放型实验室不同于普通实验教学实验室,需要全工作日开放,学生科研实验也需要一个相对集中的场地完成。为了便于管理、统筹安排,本实验室从已有的场地中专门划分了一间实验室面向本科生开放。在该实验室中划分如下区域,中间放置实验台和试剂架作为公共实验区,四周边台划分为常规仪器使用区、精密仪器使用区以及污染实验隔离区。学生在该实验室中能完成分子生物学实验的大多数操作,既合理利用了场地,又方便了人员和设备的管理。
2.仪器配置
在开放型实验室中,仪器使用频率高,常规仪器设备需求量大。因此实验室配置有足量的常规耗材如EP管、玻璃试管、离心管等,对于经常使用的普通设备如电泳仪、电泳槽、普通离心机等基本配置为2~3台,对于一些较为贵重设备,如电子天平、转膜仪、PCR等至少配置一台。上述仪器配置能完成大多数常规分子生物学科研实验。
3.人员配备
开放型实验室的工作人员的合理配置,对于培养合格人才,提高教学质量,合理规范使用仪器设备等具有重要作用。人员配备包括管理人员、专职指导教师、实验技术人员。其中,管理人员主要进行实验室设备、实验室工作人员和入室本科生的统筹管理,由具有多年工作经验、责任心强且具有较强统筹协调能力的高级职称专职科研人员担当。指导教师负责带领入室本科实验小组设计并完成分子生物学科研实验,需由具有较丰富的理论和实验教学经验,具有一定科研工作经验的专职教学或科研人员担任。实验技术人员负责常规仪器的使用指导和日常维护,应由具有多年仪器使用经验且具有分子生物学基础理论的实验技术人员担任。各成员明确分工,各尽其职,共同完成入室本科生的培养工作。
4.制度建设
一个实验室的正常安全运行,离不开合理健全的规章制度。作为一个面向本科生的开放型实验室,制度建设更是重中之重。开放型实验室人员流动大、开放时间长,学生科研工作能力参差不齐,仪器数量多,仪器使用频率高,这些都加大了实验室管理的难度。因此,本实验室制定了实验室入室管理制度和仪器使用制度,包括《入室申请及承诺书》《本科医学分子生物学实验室开放管理规程》《仪器使用及管理制度》《仪器使用申请及预约申请制度》等。对于常用仪器均编写了标准操作规程,高级贵重仪器采取专人专管制度。通过制度的制定、试行和进一步修改,使实验室的各项管理机制逐步完善,形成一个统一规范的体系。
三 本科医学分子生物学开放型实验室在实验教学中的应用
本科医学分子生物学开放型实验室成立之后,通过在课堂上大力宣传,学生入室进行科研实验学习的积极性高涨。学生首先填写《入室申请书和承诺书》,提交实验室主任审查批准后,组织学生学习实验室管理制度和仪器使用制度,对常规仪器的使用进行统一培训,按学生需求将他们分为多个兴趣小组,每个兴趣小组安排一名专职指导教师进行指导,指导学生查阅文献、设计实验,并以小组为单位共同完成实验课题。目前,本实验室已接纳本科兴趣小组十余组,本科入室学生56人次,其中由兴趣小组设计并申请的“香樟挥发油对人胚肺细胞基因表达的影响”课题获学院院级课题立项资助,相关文章也在正式省级刊物上发表。
综上所述,通过本科医学分子生物学开放型实验室的建设和开放,为本科分子生物学实验教学和本科生进行科学研究提供了场地,通过入室进行实验或科研,可大大提高学生独立思考、分析问题、解决问题的能力,在培养创新型人才、科技型人才的过程中发挥了重要作用。
参考文献
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【关键词】虚拟实验 生物化学 实验教学
生物化学与分子生物学实验技术是生命科学研究的重要手段,是生命科学相关专业的重要的实践性课程,该课程的教学效果直接影响学生的培养质量,尤其是对相关专业研究生的培养质量(如论文质量和研究生的实验技能)至关重要。而生物化学与分子生物学实验是通过微观领域的深入研究不断地揭示了各种生命奥秘,因此学生了解生命本质必须能够进入微观世界,传统的教学手段对微观世界的动态变化的展示却显得不够充分,但信息技术提供了这种可能。运用多媒体课件教学,动态模拟,创设教学情境,把学生的思维带进微观世界模拟的实验环境之中,诱导学生观察思考,相互讨论,共同探究规律,较好地实现教学效果。虚拟实验就是基于信息技术、网络技术、虚拟仿真技术上构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统,使现有各种教学实验室的数字化和虚拟化。
一、虚拟实验的概念
虚拟实验的概念,最早在1989 年由美国的William Wolf教授提出,用来描述一个计算机网络化的虚拟实验环境。虚拟实验概念的提出至今仅为十多年的时间,但因其广阔的应用前景,国内外有很多组织都已经开展了虚拟实验系统的研究和建设工作,特别是在国外一些著名的大学,已有较多建好并投入使用的虚拟实验系统,涵盖了计算机网络、数学、人工智能、生命科学、化学、物理、生物工程、通讯、3DCAD、图形图像、农业科学等教学、科研领域。
目前,国内在虚拟实验方面开展的工作还不多,已有部分高校初步建立了虚拟实验室。例如:中国农业大学建立了网上虚拟土壤作物系统实验室,应用计算机模拟植物在三维空间中的生长发育状况,探讨虚拟植物模型在农业领域应用的关键问题。纵观近年来虚拟实验室在国内高校的发展和应用, 可以看出虚拟实验室已经实实在在地改变了人们对实验室的看法。由于它不但能有效地降低实验成本, 提高实验效率, 而且可以实现异地协作和实验资源共享, 因此这种实验方式也越来越受到国内高校和科研机构的重视和青睐, 成为强化实验室建设、改革实验教学手段的一个重要发展方向。
虚拟实验在生物化学与分子生物学教学中的实践意义
生物化学与分子生物学实验教学一般都是在实验室中进行,往往是教师介绍相应实验项目的原理,学生则按照教材所示实验步骤进行操作,对于实验过程中具体的细节尚处于一知半解状态;而且,生物化学和分子生物学实验所用试剂费用较高,教学经费往往不允许学生进行反复实验,一些较为前沿的实验项目还会因为实验经费和所需仪器的限制无法开设;另外,在实验进行过程中,往往需要较长的等待时间如PCR扩增时要等待1个多小时、SDS-PAGE时电泳要等待1小时左右,后面的凝胶染色、脱色又有很长时间等待,有限的课程实验时间只能开设非常有限的实验项目。综上所述,实验教学过程费时费力,却难以达到预期效果。
虚拟实验则可以很好地解决上述问题,开展虚拟实验的虚拟实验环境由虚拟实验台、虚拟器材库和开放式实验室管理系统组成。虚拟实验台与真实实验台类似,可供学生自己动手配置、连接、调节和使用实验仪器设备。教师利用虚拟器材库中的器材自由搭建任意合理的典型实验,或实验案例,学生既可以在虚拟实验台上动手操作,又可自主设计实验,有利于培养的操作能力、分析诊断能力、设计能力和创新意识。在虚拟实验中,学生更易获得相关的知识,科学的指导和敏捷的反馈。
二、生物化学与分子生物学虚拟实验的运用现状
目前,相当部分的物理与化学虚拟实验室逐渐运用于实验教学,但是有关于生命科学的相关虚拟实验平台均尚处于建设之中。原因有多方面的,如生命科学现象比较复杂,虚拟实验平台的开发也就相对较为复杂;生物化学与分子生物学实验项目繁多,有时候实验材料的选择、方法的选择不同就是不同的实验项目,要建设一个相对较为完善的虚拟实验平台工作量非常大,需要耗费大量的人力物力;另外,生物化学与分子生物学虚拟实验平台建设需要计算机工程和生物化学与分子生物学专业人才共同努力才能完成的一项工作,而大部分实验教学中两个学科之间交叉得比较少,也就是专业课程老师的计算机基础相对较为薄弱,而计算机工程的专业人士的生物化学与分子生物学背景又相对欠缺。因此,生物化学与分子生物学虚拟实验尚有待于探索和研发。
三、展望
虚拟实验辅助生物化学与分子生物学实验教学是一种全新的尝试,能提升课程学习效果和教学质量。但是,由于生物化学与分子生物学实验本身的复杂性,虚拟实验软件的研发尚处于起步阶段,其进一步开发需要投入很大的人力和物力,需要计算机工程和生物化学与分子生物学专业人才共同努力才能完成。综上所述,针对课程特点合理选用开发技术,逐步实现教学型虚拟实验室的建设和应用,使虚拟实验成为实验教学的有益的、必要的补充。
【参考文献】
[1]易杰,高东辉. 实验技术类教学体系和课程体系构建的思考,现代中西医结合杂志,2009,18(2):2485-2486.
关键词:医学分子生物学 实验教学 教学改革 综合性实验
中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)02(a)-0037-03
21世纪以来,随着人类基因组计划的完成,医学分子生物学作为分子生物学的重要分支得以迅猛发展,其理论与技术早已广泛渗透到生命科学的各领域,同时也成为横跨基础医学与临床医学的桥梁课程。我校于2003年为医学本科生开设了医学分子生物学理论课的教学,实验课的教学由于经费、场地、仪器等因素的限制,仅针对检验专业学生开设,其教学任务由医学基础研究中心医学分子生物学实验室承担。通过多年的教学实践和摸索,我们在现有的条件和办学特色定位下及实验教学基础上,针对检验专业本科生教育的特点,于2011年起,我们对医学分子生物学实验课教学改革进行了初步探索,以期促进本学科实验教学工作的发展,达到提高教学质量和培养学生综合实践能力的目的。
1 医学分子生物学实验教学的重要性
医学分子生物学主要致力于阐明生物大分子结构、功能、调控机制以及人体各种生理和病理状态的分子机制[1]。这些内容十分抽象而无直观的实体,其中所涉及到的生理、生化过程,学生仅从书面上是无法进行形象化的观察和认知。因此,作为一门实践性和应用性很强的学科,实验教学在医学分子生物学整个教学过程中占有重要地位。通过实验课的学习,不仅能验证课堂上所学到的理论基础,增强学生对知识的理解和掌控能力,而且能够激发学生的学习兴趣,培养学生发现问题、分析问题和解决问题的实际能力。
2 对医科生全面推行医学分子生物学实验课教学的改革势在必行
医学分子生物学是生命科学发展中最重要的前沿学科之一,其发展依赖于反复的实验验证,故具有实验性强的特点,分子生物学实验技术正深刻地影响着医学的各个分支领域。因此,对省属医学院校各专业的本科生来说,掌握分子生物学技术的基础理论和基本的实验方法非常重要。提高学生的动手能力、培养应用型人才,对广大医科本科学生、研究生和青年教师而言显得越来越重要。培养应用型人才成为目前教育教学改革的趋势[2]。因此,实验课的教学内容应该更加结合临床实际,除了基本的分子生物学技术,注重增加医学应用和前沿的内容。
特别是从2012年起,国家对大学本科教育经费的投入大幅度增加,体现了国家对高等教育的高度重视。大幅度提高对教育的投入,对于医学生来说,主要体现在对教学成本高的实验课教学的重视和投入,理论课教学的成本毕竟相对较低。因此,对医学院校本科生进行医学分子生物学实验课教学改革,加强分子医学教学,全面推行医学分子生物学实验课教学改革的时机成熟、势在必行。
3 我校医学分子生物学实验教学中存在的问题
泸州医学院是培养医学本科生最大的省属地方医学院校之一。学校现有17个二级院系,在校全日制本专科学生、研究生、留学生15000余人(http:///html/xygk/xyjj/)。医学基础研究中心成立于1999年,通过十多年的发展,目前拥有多名高学历、高职称的专职教师、实验技术人员及先进的实验仪器和设备,建立了“医学分子生物学”省高校重点实验室,“肿瘤表观遗传学”省高校重点实验室和“表观遗传与肿瘤”省医学重点实验室,形成了分子生物学、细胞生物学、肿瘤生物学、实验动物模型、形态学等研究平台,可开展蛋白质组学、基因组学与个体化医药、表观遗传学等方面多学科交叉的科学研究工作,是我校一个重要的开放性实验中心,为医学分子生物学实验教学提供了强大的师资队伍力量和科研技术支持,但在实验教学过程中仍存在诸多问题。
首先,实验教学课时不足。众所周知,医学院校学生由于专业的特殊性所学课程繁多,各门课程的课时非常有限,就我校检验专业本科生而言,医学分子生物学理论教学36学时,实验教学18学时,理论与实验的比例为2∶1。由于课时安排不充分,许多实验项目无法开展,导致学生与许多医学分子生物学的经典实验失之交臂。而教师为了完成教学任务,被迫加快教学进度,甚至为了节约时间,提前准备好实验所用试剂,学生没有亲自动手的机会,无法真正达到实验教学的效果。
其次,实验教学经费紧张。医学分子生物学实验项目多,所涉及的知识面广泛,许多仪器和试剂都十分昂贵,需要大量的资金投入[3]。本中心作为全院重要的科研平台和人才培养基地,拥有许多先进的仪器和设备,如基因扩增仪、各种电泳系统、各种离心机、凝胶成像系统、流式细胞仪等,但数量有限仅用于日常科研工作的开展,无法完全满足实验教学的需求,使得学生只能减少分组,不仅动手机会减少,而且实验内容选择也受到限制。
最后,传统的教学模式影响了教学质量。长期以来,医学分子生物学实验教学模式都遵循着一个基本流程进行:教师简单讲解实验目的和原理,学生按照实验操作步骤进行实验,学生观察结果写实验报告。并且在实验过程中,教师会提前将实验结果告知学生,学生只需要验证结果是否相符,完全没有独立思考的时间和空间,成了被动的接受者,时间一长,学生失去了学习的热情,严重影响了教学质量。
4 检验医学专业的医学分子生物学实验教学改革探索
实验教学的设计思想是通过有限数目的实验,加上实验原理与方法导论的讲授,使学生从实验技能和实验理论上能全面掌握医学分子生物学的整体实验体系、基本技术和方法。通过实验教学改革,特别是设计性、探索性和综合性实验的开展,一方面加深了对理论知识的理解和掌握;另一方面培养了学生的动手能力,独立分析问题和解决问题的能力,以及创造性思维的能力,从而为今后从事富于创造性的实际工作奠定良好的基础[4~5]。
(1)实验教材改革。
尽管实验教学学时有限,开展的实验项目较少,但为了让学生能全面了解医学分子生物学这门学科所涉及的各方面知识,本中心组织了一批有经验的教师和实验技术人员共同编写了可供医学本科生和研究生使用的《精编医学分子生物学实验指导》[2],全书共分五章四十余个具体的实验操作。按照实验目的、原理、仪器材料、步骤及注意事项等结构介绍每一项实验技术。其内容大致分为五部分,包括基本分子生物学实验技术、基因操作技术、基因诊断技术、表观遗传学和蛋白质分析技术、细胞培养与分析技术。该教材不仅保留了一些经典的实验内容,如质粒DNA的提取,大肠杆菌感受态细胞的制备等外,新增了关于临床基因诊断以及形态学与功能学的实验内容。在具体实验教学过程中,我们可以根据不同专业,不同层次灵活教学。该实验指导既有原理又有实验结果,图文并茂、简洁精炼。同时附有医学分子生物学实验课程简介和医学分子生物学教学大纲。这样,我们保证了实验课教学内容的知识性、系统性和权威性。
(2)教学内容改革。
由于教学学时和实验条件的限制,原有的教学内容仅开展了三个实验项目,分别为动物外周血全血DNA的提取实验、琼脂糖凝胶电泳实验和血清蛋白SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳实验。这些实验虽然是医学分子生物学基础及经典的实验技术,重要性很强,但是它们之间相对独立,关联度不够,缺乏实验的连贯性和综合性,且与临床联系不大,学生兴趣缺乏。为了节约教学成本,实验准备均由教师提前完成,学生只需提取样品,最后电泳上样,观察实验结果,完成实验报告。因此,学生根本没有充分的时间对整个实验进行思考和探索,可能实验做完,他们完全没有理解这些实验的目的和意义,只是照搬照抄,应敷了事,完全违背了设置实验课的初衷,没有达到锻炼学生独立思考,独立操作的目的。
针对这些问题,为了培养学生的学习兴趣,提高学生的动手能力和创新性思维,根据医学检验专业的特点,我们创新性地重新设计了一个综合性实验――DNA指纹分析[2,6~8](见图1),包括人外周血DNA的提取、分光光度法(Nanodrop法)测定DNA的浓度和纯度、以所提取的DNA为模板进行PCR扩增D1S80短串联重复序列、琼脂糖凝胶及聚苯稀酰胺凝胶电泳、DNA染色(EB染色和银染)、凝胶成像系统下观察结果和照相,最后进行分析[2]。
同时将学生分为4人一组,每4个组为一个班,每个班由两位教师负责。学生之间相互抽取血样进行DNA的提取,所有实验步骤均由学生独立操作完成,教师只是从旁协助和指导,尽量争取每位学生都有动手的机会。这样改革的优点在于,我们将研究对象由模式动物转化为人类自己,从核酸技术以及基因工程技术两条主线展开,并且选用了基因诊断中的一个重要内容―DNA指纹分析这个能引发学生兴趣的内容,使得整个实验过程更加贴近临床实践,更能促进学生的积极性和参与度。而且实验具有连续性和系统性,使学生对实验内容有了更深刻的认识,提高了学生的动手能力,巩固了课堂教学所学的理论知识。
(3)教学方式改革。
我们摒弃了传统的教学方式,不再是单一的教师讲,学生听的模式,而是结合PBL法、充分利用现代教学手段,巧妙运用计算机多媒体作为实验教学的辅助工具,合理利用多媒体系统的音频和视频信息,在实验课里将一些未开展的实验项目自然生动的展现在学生面前,方便了学生学习,提高了学生的学习兴趣,为学生今后的毕业实习及工作奠定良好的基础。同时教师带习学生数量相对减少,有更多时间与学生进行面对面交流和沟通,启发学生发现问题、分析和解决问题,使学生由被动的接受者转变为主动参与者,培养学生的科研思维和创新能力。
(4)教学效果反馈。
为了了解实验教学改革的效果,我们对参与实验的同学进行了问卷调查(见表1)。调查表的内容主要涉及实验开设是否具有创新性,是否能提高学生的学习兴趣和动手能力,对学生今后的工作是否有帮助等等。调查结果显示,实验教学改革后,学生对医学分子生物学这门课程有了更深的认识和理解,而且学习积极性明显增加,对知识掌握更加具有完整性和系统性,达到了培养学生科研素质和创新思维、提高动手能力的目的。
5 结语
总之,经过医学分子生物学实验教学的改革,其实验内容将理论基础与临床实践完整地结合在一起,学生普遍反映教学效果良好,学习积极性明显提高,实验操作能力显著增强。通过医学分子生物学实验教学激发了学生的潜在能力,培养了学生的创新思维,为学生今后从事科学研究和临床工作打下了坚实的基础。适应社会发展需要,由培养单一临床技能型人才向培养具有临床科研和动手能力强的复合型人才转变。但本次改革仍有不足之处,学生普遍反映实验教学学时不够,以及实验教学经费不足,导致实验项目相对较少。
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[关键词]现代分子生物学 实验教学 教学改革 方案
目前,许多高等院校都把分子生物学作为本科生和研究生的必修课或选修课,分子生物学实验课也是高等院校生物相关专业重要的实验课之一[1]。分子生物学实验是提升学生生物科学素养的重要手段和途径,能有效提高学生的动手操作能力、观察能力、思维能力、语言表达能力以及学生之间相互交流和合作的能力。然而在现代分子生物学实验教学过程中,笔者发现存在着一些较为突出的问题,本文就这些主要问题提出改革与创新的应对措施。
一、地方高校现代分子生物学实验的现状和存在的问题
分子生物学实验课教学是生物教学的重要组成部分,是培养学生动手能力、创新能力、创新意识和科研能力的基本途径。目前,分子生物学实验教学的现状令人堪忧,实验教学中存在的问题主要体现在以下几个方面:
(一)实验经费和设施有限
现代分子生物学实验中所用药品,如Taq聚合酶、DNA连接酶和载体等,均较贵,由于经费原因许多实验大打折扣,甚至无法开展。现代分子生物学实验教学所需的设施也较为先进、昂贵,如PCR扩增仪、移液枪、高压灭菌锅、高速冷冻离心机、超低温保存冰箱、电泳仪、超净工作台和凝胶成像系统等,这些设备的数量都是有限的。上课的人数较多,教师讲解仪器的使用方法时有相当一部分的学生不能完全听明白,连仪器的基本操作都不会,要求他们熟练地使用仪器时就显得有点困难。
(二)教学方式较为僵化
分子生物学实验教学方式较为单一,一般是老师准备实验、讲实验原理和操作步骤,学生模仿教师的演示或照着黑板的步骤按部就班地进行操作。操作前,教师讲明实验过程,这虽然利于学生掌握实验步骤,教师易管理,但学生思考和主动参与的过程被省略了。动手完全与动脑脱节,动手能力的培养是实验教学的一个重要内容,但不经思考地完成实验根本谈不上能力的培养。
(三)学生自主学习能力不强
学生在实验中被动成分大于主动成分。课前虽然预习了,但对实验内容还不是很熟悉。上课时有的学生不认真听教师讲实验原理、实验步骤、注意事项,结果在实验过程中常常出错,却不知道如何解决。实验材料、实验药品和实验仪器都是教师事先安排好的,实验时间和实验具体实施步骤也是按教师安排进行的,学生做实验仅凭好动的天性,既没有时间、机会去思考或询问为什么要这样做?有没有其他方法或方式去尝试?对实验设计、方法、步骤是只知其然、不知其所以然。实验后得到的结果若与理论结果不同,并不能独立地思考出现该结果的原因。耐人寻味的是,一些学生对实验结果对答如流,实验操作却极不熟练。有些学生组织纪律意识不强,经常迟到早退。有的学生马马虎虎做完实验,不管操作是否规范、结果是否正确,甚至有的在一旁观看别人操作自己根本就不动手,最后照抄别人的实验结果[2]。
(四)实验教学安排、管理不合理
现代分子生物学实验所涉及的一系列相关实验都需要相当长的时间,并且所做的实验一般都具有强的连续性,如DNA的提取、检测、PCR扩增、DNA回收、DNA与载体连接、感受态细胞的制作、转化等实验。由于学校安排的课时相对较少,并且比较固定。因此,许多实验过程只是老师讲解,学生并不能进行操作,这样学生根本就不能顺利地掌握实验的全部过程,不利于学生全面掌握整个实验过程。除此之外,上课的人数多,实验分组每组人数多,实验仪器少,每个学生所拥有的自由空间就很小,影响实验的进程,同时也不利于教师指导实验。
(五)教学要求较低、课程考核不合理
教师一般对实验教学要求较低,对学生的基本操作要求不严格,但地方高校学生学习多数自主性较差,这样不能较好的促进学习进行学习。最后的考核方式也比较单一,基本都为两种方式:一是书面形式,考核学生对实验结果或要证实的理论的掌握;二是操作观察,考核学生的实验操作技能[3]。这种单一的考核极易养成学生投机取巧、不踏踏实实做实验的坏习惯,而实验操作评价往往是突击性的,为了应付期末考核,学生反复机械地训练操作技能,很难促进学生能力的发展。
二、现代分子生物学实验教学改革
现代分子生物学是一门建立在实验基础之上的学科,一切的真知灼见都来源于时实践和实验,为了提高实验教学的质量,促进学生素质的培养,笔者认为应从以下几点进行改进:
(一)加强实验教学管理和经费投入
学校应逐步完善实验室的建设、仪器设备和用具的配置,保证实验教学经费的投入。建立一套公正、合理、科学的实验教学评估体系,包括实验人员管理与考核体系、教师实验教学质量评价体系和学生实验教学质量评价体系。课程上采取评比竞争,让教师感到有一定的压力,从而提高他们的责任心和进取心。任课教师要认真备课,做好预备实验,实验过程中精讲多练,亲自示范,示范的同时提出关键步骤以及注意事项,多指导学生,实验结束后进行归纳总结,认真批改实验报告。
(二)优化实验教学模式
让学生积极参与到实验中来,由被动变为主动。鼓励学生多参与实验课相关活动,如与实验相关的讲座、参与教师相关科研项目、“挑战杯”等。在科研教师的指导下,学生独立地思考实验过程中出现的问题,并不断通过实验找出问题的根源所在,最后完成科研任务[4]。体会实验带给学生的苦与乐,帮助学生真正理解科学的含义,让学生从心底里改变对实验的态度,激发学生对实验浓厚的兴趣,从而由衷地热爱实验。
不应只重视实验结果,更应看重实验过程。实验过程中,手、脑的结合可使学生在掌握知识、方法、技能的同时也得到态度、意识、能力的培养,即获得了综合性、协调性的发展。教师可以鼓励学生尝试用不同的方法,也许他们的尝试不一定是得到了正确结果,但更重要的是参与了探究过程,体验了探究过程中的成功感与失败感。
采用各种激励措施,让每位学生都进行实验操作。教师在实验中或实验后提出一些与实验结论相悖的现象或是与实验过程有关的问题让学生思考,从而使每一位学生都能体验到一种动手实验的快乐。同时,应奖“勤”罚“懒”,制造出一个活跃的实验氛围[5]。在此过程中和学生相互交流也是有必要的,可以更加了解学生的学习情况,对实验的理解、消化程度,也可以从中了解到教师在教学过程中的不足。在教学中,教师还应该了解当前分子生物学的前缘学科知识,在实验课程中穿插一些新知识,引导学生的学习兴趣,提高学生的科研能力。
(三)充分利用现有资源
虽然学校实验设备有限,实验室空间有限,但可以将学生分为几个小组,每次各个小组依次按实验顺序轮流做实验。这样不仅有利于教师管理和指导,也避免了实验仪器的浪费,使其得以充分利用。同时在某种程度上也节约了不少时间。在课余时间开放实验室,让学生学会自己设计实验并进行实验,从而加深他们对仪器的使用熟练程度和提升他们的创新能力[6]。
(四)提高教学要求,培养科研意识
在实验过程中严格要求学生,特别是实验的基本操作,包括各种仪器的使用、每个步骤的要求、注意事项。该实验所涉及的是分子水平上的操作,对药品的接触较多,其中也有毒的试剂,在使用时应该极其小心。除此之外对无菌操作要求也较为严格,这些都是不能马虎的。久而久之在学生的意识中就建立起实事求是的科学态度,独立自主的思想意识和追求科学真理的不懈精神和创新精神等。
在地方高校中存在相当一部分要考研究生的学生,分子生物学实验正好可以为他们提供一个科研实践的平台,在学习专业课程实验的同时,提高动手和思考问题的能力,为后续的研究生学习打下基础[7]。所以分子生物学实验课程可以积极鼓励和引导学生投身于科学研究,增强学生学习的兴趣,同时可以使他们更加重视这门课程,使得实验课教学可以顺利完成,获得更好的教学效果。
(五)加强考勤管理,改善考核方法
实验课教师要加强实验课堂纪律,课前点名,要求每个学生独立完成实验内容和实验报告,对迟到、早退、旷课、实验不动手、抄袭实验报告的学生给与严厉的批评。提高实验课考试在课程成绩中的比例,考核采取实际操作、设计实验和平时实验中的表现三种方式,考试时应严格监考,提高要求。只有这样才能增强学生的实验意识,亲自动手实验,提高实际操作能力和思考能力。
由于当今高等院校要培养高能力高素质的全方面发展的人才,因此,怎样才能保证学生具有强的、好的科学素养,还需进一步的探讨。
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一、生物化学实验室建设的现状和存在的问题
(一)实验室管理人员整体素质不高.学校人才培养质量的提高,科研创新能力的提升和学校的全面发展都与人才队伍的建设密不可分,因此各高职院校都非常重视人才队伍建设.但是,在人才队伍建设中,学校往往只注重专职任课教师,而忽视了实验室管理人员.生化实验室的仪器设备种类繁多,实验室管理人员往往缺乏热情,不愿花时间和精力去认真研究每台仪器设备的功能,甚至学校新购的精密仪器设备不会操作,造成设备闲置或利用率不高.(二)仪器设备投入不足.随着生命科学研究的深入,生物化学中进展最迅速的是分子生物学部分.目前,本科院校已经将分子生物学从生物化学的教学中分离出来,单独开设一门课程.但是,专科层面的高职院校仍在生物化学课程中向学生介绍分子生物学的内容.生物化学实验对于仪器设备的要求很高,实验设备的发展非常迅速,尤其是分子生物学相关的实验方法和设备更新非常迅速.但是,目前高职院校生物化学实验室仍然采用传统的技术方法,实验设备老旧落后,只有最普通的分光光度计和醋酸纤维素薄膜电泳仪等,缺乏现代生物化学通用的仪器设备,如高速冷冻离心机、凝胶电泳仪、凝胶成像仪和PCR仪等.仪器设备的缺失已经制约生物化学实验教学的开展,影响生物化学课程的正常教学.(三)实验室布局不科学.目前,大部分高职院校的生物化学实验室只有一个教室,所有的生物化学药品、仪器设备都集中放置在一个准备室.但是生物化学涉及的药品广泛,有的有腐蚀性,有的具有毒性;仪器设备种类繁杂,使用条件各有不同.布局的不科学导致实验室的精密仪器易受到化学试剂的腐蚀而缩短使用年限.普遍生物化学实验较为敏感,不合理的布局会增加实验被环境污染的风险,降低实验结果的稳定性和准确性.(四)实验室管理的问题.实验室的规章制度不完善,出了问题找不到责任人.实验室仪器使用登记流于形式,并没有形成使用及时登记的习惯.实验过程中危险品的使用,没有按照要求科学操作,存在安全隐患.生物化学实验会产生一些有毒或有害的废弃物,这些物质没有集中回收、科学处理,存在随意倾倒废液、丢弃实验垃圾的问题.
二、生物化学实验室建设的建议
(一)加强实验室人才队伍建设.实验室管理人员是实验室工作的主要执行者,他们的工作态度和专业技能直接决定了实验室工作的质量.为促使生物化学实验室的高质量运转,实验室管理人员既要保持积极的工作态度和高度的责任心,还要具备扎实的专业技能,熟练掌握职责范围内所有仪器的用途、工作原理和使用方法,并能排除简单的故障.生物化学实验进展较快,仪器设备更新亦较快,这就对实验室管理人员的专业技能提出了更高的要求.学校要经常对实验室管理人员进行有针对性的培训,促使他们不断学习,了解生物化学学科不断发展的实验技术和常用设备.学校在采购完精密仪器后,必须对他们进行培训,务必保证掌握新购仪器的规范的操作流程.(二)加大投入,合理布局.仪器设备是实验开展的必要硬件基础,没有相关设备,无法开展生物化学实验.因此,为促进学校的教科研发展,学校应该增加资金投入,采购实验开展必需的实验仪器,如PCR仪、冷冻高速离心机、电泳仪和凝胶成像仪等.实验室内部的合理布局是加强实验室建设的前提,合理的实验室布局不仅利于实验的顺利运行,还能促进对精密仪器的维护保养.依据实验仪器和具体实验对环境的不同要求,学校可在现有条件下进行内部改造,重新布局,将实验室分隔成不同的区室,如样品准备室、电泳室、PCR室、药品存放室、分光光度室等.(三)加强实验室管理制度的建设.不以规矩,不能成方圆,实验室的安全、有序运行离不开管理制度建设.完善的规章制度是实验室科学化管理的重要前提和保障.高职院校生物化学实验室的管理制度建设可以参考国家对实验室工作规程的要求,结合院校自身的条件基础,建立和健全实验室的人员责任制度、安全管理制度、卫生管理制度、大型精密仪器使用登记制度、仪器设备运行、维修和报废管理制度等.1.安全管理.安全工作是学校工作的重点,是各项工作开展的首要要求.生物化学实验室使用的药品试剂种类繁多,且大部分对人体是有害的,日常工作中稍有不慎,就会造成危害,既威胁师生的生命和财产,又影响学校的声誉和日常教学工作.因此生物化学实验室必须加强安全管理工作.安全管理必须坚持“预防为主、安全第一”的原则.一方面,实验室要配备齐全的安全设施,如灭火器、通风橱、生物安全柜、护目镜或防毒面具等.学校要定期对实验室的水电和仪器设备进行维护和安全检查,防患于未然,如发现安全隐患应及时整改.学校对于实验产生的有毒有害废物必须及时回收,按照相关要求科学处理.另一方面,学校要加强对学生的实验室安全教育,组织学生学习实验室的规章制度和药品仪器操作规范,使学生树立安全意识,规范操作,自觉保护自身安全.2.实验室环境管理.实验室不仅是教科研的场所,还是学校展示自我形象的窗口.良好的实验室环境既有助于开展实验教学,促进教学成果,还有助于树立学校良好的形象.因此,在实验室管理中必须注重加强实验室的环境管理.实验室的环境管理包括卫生和人文两个方面.实验室必须保持干净整洁,所有物品按要求放在指定位置,严禁将与实验无关的物品带入实验室.每次实验结束后,要及时清扫,不可拖沓延误.另外,每周要对实验室卫生进行扫除,对实验室房间和所有实验仪器进行清扫,以保障实验室环境始终干净整洁.人文环境是实验室的灵魂,是实验室精神风貌的综合体现,和谐的人文环境有助于营造良好的教科研氛围.生物化学实验室人文环境的建设可以结合自身专业特色,定期举办专业相关的科普墙报展览、讲座或学术报告,帮助学生了解科研动态和专业应用,营造良好的学术氛围.此外,人文建设离不开实验室人员良好的工作态度和文明的行为规范.3.仪器设备管理.生物化学实验种类较多,每个实验都离不开相关的仪器设备,因此生物化学所需的实验仪器种类繁多.仪器设备管理的总原则是“区别对待、专人负责”.这些仪器在使用时必须合理规范,才能保证实验的准确性和教科研的顺利开展.实验室的所有仪器,必须要配有详细的操作流程指南.这有助于学生或其他人员在使用时能有规范可循,较少错误操作,降低操作不当对仪器的损害.此外,实验室的贵重精密仪器的使用,必须严格实行使用登记制度,每次使用必须及时登记.任何人在使用这些精密仪器时必须在仪器管理人员的指导下按规范操作,不得随意更改仪器设备的系统设置,以避免不当操作对仪器的损害.因为精密仪器通常价格昂贵,维修困难且费时,一旦损坏,不仅会造成经济损失,还会影响仪器使用,进而影响学校正常的教科研工作.4.药品管理.生物化学实验过程中所用的化学药品种类繁多,对这些药品应分类管理.分类管理的原则是易燃、易爆、腐蚀性和有毒物质必须单独存放,尤其是剧毒药品应双人双锁、专册登记管理.实验管理人员应对所有药品标识清晰,并依药品的特性,将不同的药品分类放置在安全的位置.例如,易燃、易爆药品应置于低温阴凉处;酸碱不应置于一处,且浓硫酸和浓盐酸应置于靠墙的地面上,不可置于高位架上以防不慎倾覆造成烧伤.药品试剂要规范管理,用后即刻归于原位,对于药品的出借应填写借用记录,且剧毒和强腐蚀性药品不应出借.生物化学实验室的建设是一项长期而复杂的综合性工程,工作繁杂,需要学校相关部门和实验室管理人员共同配合协调完成.加强生物化学实验建设是提高生物化学实验教学质量的有效途径,随着生命科学的不断发展和职业教育水平的提升,对于实验教学的要求也会不断提高,对实验室的要求也会不断提高.因此,生物化学实验室的建设与管理必须与时俱进,不断完善,才能促进实验室的不断发展,保障生物化学实验教学与科研高效有序进行.
作者:沈剑 单位:常州卫生高等职业技术学校
参考文献:
[1]张洋.生物化学实验室的建设和管理[J/OL].科教导刊(中旬刊),2016,(2).
[2]胡朝暾,胡兴,付明,等.生物化学实验室的建设与管理[J].农产品加工,2017,(3):79-81.