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关键词:分子生物学;课程设计;教学评价;探索
分子生物学是在分子水平上研究生命现象与生命本质的科学。作为生命科学的共同语言,主要阐明生物大分子的结构、代谢途径、调控机制以及人体各种生理和病理状态的分子机制,是推动新的诊断、治疗和预防方法。对于中西医结合医学生而言,学习医学分子生物学,不仅是为未来的专业课的学习打下基础,也为将来的工作和继续深造学习提供知识储备。学生在学习时靠死记硬背,缺乏对知识的思考,不能将分子生物学的知识和临床学科的内容进行横向联系,导致基础理论知识和临床实际应用严重脱节。这无疑更不利于优秀的中西医结合人才的培养。因此,针对目前社会对高素质中西医结合人才的要求,必然需要我们针对中西医结合专业的特点,优化分子生物学的教学内容,探索有效的教学方法,以激发学生的学习兴趣,强化学生对知识的记忆,培养学生将理论知识应用到其他课程学习及今后临床工作中的能力,真正发挥分子生物学在医学研究领域的重要作用。
一分子生物学课程教学的总体设计
分子生物学作为医学临床和科学研究的基本工具,发展速度快、应用广泛。根据中西医结合人才培养的目标与要求,以“理论适度,突出应用”为原则,优化教学内容,对教材内容进行更新、精简和重组。同时对教学学时加以调整,做到重点主要讲,拓展自学为主,并且改变教学模式,采用多种教学方法。
(一)教学内容整合和优化
分子生物学内容改革主要是以基础知识为主体,积极反映本学科发展的新动向、新进展,力求做到“少而精”,由浅入深,循序渐进,既注意层次分明,又注意知识的连贯性及实用性。拟对教学内容包括以下几点更新和优化。目前我校采用的《分子生物学》教材是第八版《生物化学与分子生物学》,之前采用过新世界中医药院校创新教材《分子生物学》第一版。中西医结合专业分子生物学大纲要求授课内容包括绪论、基因与基因组、DNA的生物合成、RNA的生物合成、蛋白质的生物合成、基因表达与调控、基因工程与癌基因。在培养设计中,《分子生物学》一般在《生物化学》之后学习。为了增强知识的连贯性和整体性将原来基因与基因组这章的内容与基因表达调控内容进行整合,重点介绍基因的结构,病毒、原核和真核生物基因组的特点。原癌基因和癌基因这章的内容,适度减少,原因是为了适应当前知识的更新,在此处只做基本概念的介绍,同时,提醒学生要紧跟科学发展,追踪相关知识的更新。其他章节适度增加科学研究的新进展,而教学内容基本不变。除此之外,需要对一些章节的知识进行更新。例如基因表达牵涉到遗传学和表观遗传学的内容,尤其是表观遗传学是近几年生命科学研究的热点,其对基因表达的调控涉及生殖发育、环境适应和疾病的产生。而目前《分子生物学》的“基因表达调控”一章只介绍了“原核生物的表达调控”和“真核生物表达的调控”两节内容,没有表观遗传学的内容,应予以适当添加,考虑到学时的限制,我们拟在表观遗传学的基本概念、调控方式和研究策略上做简单的概括性的介绍。另外,在目前的分子生物学研究中,常常牵涉到基因组学的研究,其内容涉及海量的生物学信息的推导和计算。例如引物设计、测序比对、同源分析、表观遗传位点分析和组学研究分析等等。这就牵涉到一个重要的工具学科—生物信息学的学习。但是目前许多中医类院校忽视对此内容的学习。考虑到此学科的难度,我们拟简单介绍生物信息学的基本内容和常用的生物软件的用途及使用方法,为他们在以后的工作和研究中打下基础。再而,细胞通讯和信号转导是目前中医药科学研究重点强调的内容,但目前本章的学习内容主要在强调基础知识,忽视了与科研和临床实际问题相结合。因此在本章中,我们拟整合和提炼基础知识,重点讲授与常见生理病理(例如糖尿病、细胞凋亡等)密切相关的信号转导通路。
(二)课时的合理分配
分子生物学是从分子水平探索生命现象、生命活动的规律和本质的一门学科。因此,学习的内容牵涉到蛋白质、核酸等分子。本科阶段的教学目标是通过本课程的学习,使学生掌握分子生物学的基本理论、基本技能和最新进展,并特别注重与基础医学和临床医学的结合,从而为学生进一步学习其他专业课程和开展医学研究工作奠定医学分子生物学基础。因而,在课时分配上注重对基本理论和基本技能的侧重。安徽中医药大学中西医结合专业分子生物学的总学时是36学时,其中理论27学时,实验时。理论学时中,绪论1学时,基因与基因组2学时,DNA的生物合成•4学时,RNA的生物合成4学时,蛋白质的生物合成4学时,基因表达与调控4学时,基因工程6学时和癌基因2学时将原来的DNA生物合成的4学时变为5学时,原癌基因与抑癌基因由2学时变为1学时。原来的基因表达调控由4学时变为6学时(将基因与基因组的内容整合到基因表达调控章节之前)。实验学时的分配没有变化,PCR技术应用3学时,核酸的制备和测定6学时。
二教学方法的革新
在教学过程中我们要根据教学内容采用一定的教学方法,这主要是由于不同的教学方法都有其适用性,而教学方法本身不存在绝对的优劣。《分子生物学》各章内容都有其关键知识点,而每一知识点都有其特点,任何单一的教学方法对每一关键知识点而言并不总是最适合的。学生有了实际的参考的物质加以想象后就很容易理解这些抽象的知识要点,再进行理解记忆就变得相对简单了。且有了这样的类比经验可以启发学生产生更多的想象,让这个分子生物学的某些知识变得简单易懂。归纳和总结一直是医学基础课学习的重要方法。分子生物学的许多概念、分子结构特点和反应过程比较相近,学生易于混淆。例如,重叠基因与重复序列、启动子与增强子等。诸如这类概念或化学过程相近的知识点,关键是使学生掌握两者的相同和不同点,因此对比归纳式教学方法就有其优越性。教师通过对有联系的知识点的对照归纳分析,有助于突出重点、易化难点,有助于将知识条理化、系统化,使学生把握住知识点内在的联系和区别,达到认识其本质的目的。基于上述原因,对优化后的各章关键知识点,采用不同教学方法如类比联想、归纳比较、引导启发和理论联系实际等方法进行讲授,比较各教学方法在此知识点的适用性和优劣性,最终优化出一套适合中西医结合临床专业多元教学方法体系。
三紧密联系临床实际应用
分子生物学学习的目的是为临床服务的,因此在教学上需要多联系实际的医学问题,即理论联系实际的教学方法。例如,在讲授DNA是遗传信息载体的时候,可以将DNA指纹联系到实际医学的基因诊断和基因治疗;在基因表达调控中,将遗传学(单基因与多基因遗传病)和表观遗传学调控,如DNA甲基化(组蛋白修饰)的表观遗传调控与心血管等疾病联系在一起;在癌基因与抑癌基因内容时,可以将临床实际遇到的癌症的遗传特点和检测方式中加以引入。通过这种和实际的医学诊断和治疗相结合的方法使学生认识到学习内容可以直接解决实际的健康问题,将极大地调动学习热情和兴趣,提高学习效果。四建立科学合理的评价体系为了提高学生的质量,使其更能适应社会需求,安徽中医药大学积极进行教学改革,要求转变教育思想,改变以前课堂教学的形式和对学生的评价体系。为此,在中西医结合专业分子生物学的评价体系中,初步建立形成性评价。评价体系主要包括考勤(10%)、课堂问题(20%)、每章科学问题讨论(20%)和试卷成绩(50%)课堂提问主要是每次课教师准备三个问题,让学生回答,根据回答情况,进行评分。每章科学问题讨论采用PBL形式,分组完成,最后给于评价。这种方式实施极大的调动学生的积极性,根本上改变之前仅依靠期末试卷带来的学生惰性式学习习惯,培养了学生的学习兴趣,课堂气氛活跃,学生课下投入的时间大大提高,学习的自主性和能动性都得到大大增强。和一些形成性评价相似,课时、场地的限制和教师与学生比例失调限制了这种评价体系的实施。五结语分子生物学是生命科学的分支,是中西医结合临床医学生必须熟练的基本知识和基本技能。在分子生物学的教学过程中,要密切联系临床的实际应用,及时联系科学研究动态,才能激发学生的学习兴趣,培养学习的积极性和调动学生自主学习的能力,使他们不仅能现在掌握分子生物学的基本知识,还能在未来工作中继续跟踪医学分子生物学的发展,适应社会对新型中西医结合专门医疗人才的要求。
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运用分子生物学实验技术探索生命科学的奥秘,构建完善的实验教学体系是分子生物实验学教学的重要任务,在传统的教学模式下,分子生物学实验教学需要配合实验室的建设以及实验资源的配置情况,既缺乏有效的实验教学方法,又没有形成独立的分子生物学实验教学体系,对分子生物学实验教学的效率也产生了较大的影响,所以需要通过有效的途径促进分子生物实验教学体系的完善,促进其教学效率的提升。
一、分子生物实验教学存在的问题
1.实验室以及实验资源有限
分子生物学是一门新兴学科,因此在高校教育活动的开展方面仍然会受到诸多因素的影响,其中最重要的就是资金的投入。当前,高校在分子生物学实验室的建设方面投入的资金十分有限,与其他经典学科相比显然更少,但是分子生物学实验对于实验室以及实验设备都有较高的要求,很多设备都需要从国外进口,价格十分昂贵,很多高校在资金的负担方面都有很大的压力,因此也影响了分子生物学实验教学的效率。
2.缺乏足够的实验技术人员
分子生物学在我国教育体系中的起步时间相对较晚,所以相关的教学人员和技术人员的数量十分有限,很多高校在分子生物学实验教学方面都需要聘请专门的技术人员,而人员的缺乏也成为了限制分子生物学实验教学的另一个重要因素。虽然我国教育机构也在积极培养分子生物学的专业技术人员,但是人员的数量以及其成长速度,都无法满足当前分子生物学实验教学的需求,不能保证分子生物学实验教学的有效开展。
3.教学内容的设置缺乏科学性
分子生物学是一门跨学科的综合性教育课程,因此其教学内容涉及到生物、医学以及药学等多个领域,这就涉及到知识的连接性与渗透性,因此在分子生物学实验教学的内容设置方面,需要考虑其综合性。但是从当前分子生物学实验教学的内容设置方面来看,显得较为单一,往往只是集中在某个领域,缺乏对实验教学系统的考虑,而且没有形成科学的实验教学评价体系,对于分子生物学实验教学的效果无法做出准确、科学的评价,无法为后续教学活动的开展提供必要的依据。
二、分子生物学实验教学的改进策略
1.加大实验室和实验设备的资金投入
高校现有的实验室设备和资源无法满足分子生物学实验教学的需求,因此需要加大实验室以及实验设备的资金投入,积极引进国外先进的实验设备,提高分子生物学实验的精准性,才能提高分子生物学实验教学的有效性。同时,为了保证分子生物学实验教学的有效开展,需要加大相关技术人员和实验教学人员的素质培养,为分子生物学实验教学的有效开展提供足够保障。
2.完善分子生物学实验教学的内容
根据分子生物学的特点以及教学大纲的要求,在注重分子生物学常规实验内容的基础上,适当加入更多可以凸显专业特色的实验教学内容,如大肠杆菌活化、质粒DNA提取等,注重分子生物学与其他相关学科的结合。同时在实验教学的选取方面,要考虑到学生对于知识的掌握程度,由浅入深、循序渐进,使学生可以参与到实验中,并且感受分子生物学的神奇,才能激发学生求知的欲望,获得良好的学习效果。
3.创新实验教学方法
为了提高分子生物学实验教学的有效性,需要改进传统的教学方法。分子生物学实验教学中包含很多复杂的实验,学生理解和记忆的难度都较大,如果教师仅仅采用示范和讲解的方法,显然无法给学生留下深刻的记忆,因此要对现有的实验教学方法进行必要的调整,使每个学生都可以参与到实验中,亲自操作和演示,也可以在教师的指导下由学生自行设计实验方案,这种方法可以激发学生的兴趣,同时也有利于培养学生的自主学习能力和研究能力,对于提高学生的综合实验能力有较大的帮助。
4.构建科学的实验教学评价体系
对实验教学的结果做出准确、客观的评价,可以了解学生的学习情况以及对知识的掌握情况,同时也可以为后续教学活动的调整提供必要的依据,有利于提高实验教学的针对性和可操作性,促进分子生物实验教学改革的不断深化。
关键词:教学方法;分子生物学;实验教学
Discussion about educational reform on teaching of molecular biology for undergraduate major in biotechnology
Shen Xin
Beijing Forestry University, Beijing, 100083, China
Abstract: In this paper, teaching approach was probed in regards of content, method and experiment on the course of molecular biology for undergraduate major in biotechnology. In the reform of course content, we had reduced the content overlaid with other courses for instance the knowledge on genetic information transmission and meanwhile increased the content on updated knowledge. In reform of teaching method, we introduced guiding type educational approach. In reform of course experiment, open type experiment was established. Through the presented reform, students become more active in studying the correlated knowledge and become more capable on experiment. The teaching effect get improved.
Key words: teaching method; molecular biology; experiment teaching
分子生物学是生物类本科教育中一门主要的基础课,它以探究生命过程中生物大分子的结构与功能为主要内容,以解析基因组和蛋白组中生物大分子在各个生命过程中的作用、基因表达调控机制以及信号传递网络为主要研究目标[1-3]。生物大分子结构与功能的研究渗透于生理学、发育生物学等各学科研究中,相关的知识构成了基因组、转录组和蛋白组研究的重要基础。掌握分子生物学的原理和实验技术对生物类学生认识生命的本质,培养生命科学研究能力至关重要,也有助于后续专业课程的学习,为将来进一步深造奠定坚实的基础。从学科特点而言,分子生物学是一门新兴学科,理论体系处在一个不断发展和完善的阶段,研究方法也在不断创新。分子生物学课程知识点多而分散,实验涉及的内容较为复杂,要求我们在教学中一方面要适时地更新教学内容,满足学生掌握分子生物学发展动向的需要,另一方面要充分调动学生的学习积极性,培养学生的创新意识和从事科学研究的能力。我们在多年分子生物学课程的教学改革和课程建设中,针对生物技术专业的分子生物学教学分别从教学内容、教学方法和实验教学等方面进行了探索,具体情况如下。
1 加强新知识点教学内容,深化对生命本质的认识
知识更新快是分子生物学一个鲜明的特点,如何将经典的基础知识与新知识点结合起来是分子生物学教学中需要探讨和解决的问题。在前期分子生物学教学中,我们以经典的遗传信息传递过程为主线,侧重对基础知识的介绍,新知识点虽有涉及,但远不能反映学科的发展。近年来,随着生命科学研究的不断深化,真核生物基因表达调控机制、信号传递网络、生物大分子在生命过程中的作用等方面科研成果不断涌现,转录调解因子的组合调控机制、组蛋白修饰与DNA甲基化、异染色质化、转录后基因沉默、细胞对环境信号的感知及信号转导机制等已经成为发育生物学、生理学及其他学科研究的热点[4-9]。了解和掌握这些知识对学生认识生命过程的本质具有重要意义。在已往的教学中,我们用较多的课时讲解以中心法为基础的遗传信息流的基本原理,但在教学实践中我们发现这部分内容与其他课程存在较大的重叠,一个主要的困惑是学生在学习过程中重复学习相同的知识点,这在很大程度上影响了学习的积极性。另一方面,在经典教材中真核生物组合调控、表观遗传学、基因转录后调控等内容篇幅明显偏低,而这些内容正是目前分子生物学发展的热点,对学生认识生命过程的本质尤为重要。如何更合理地安排学时,兼顾基础知识与科学发展新动向,是我们教学改革的重要环节。通过摸索,我们在教学实践中适当减少遗传信息传递的课时,压缩与其他学科重复的内容,增加了对真核生物组合调控机制、DNA甲基化修饰、组蛋白N端修饰、真核生物信号转导等内容。通过对教学效果的评估,我们观察到,教学内容的调整增强了学生学习的积极性,提高了他们对课程重要性的认识,同时也使学生对生命过程的本质有了更深刻的认识,为后续生理学和发育生物学的学习奠定了基础。
2 调整教学方法,培养创新意识
兴趣是学习的动力,充分调动学生的学习积极性是教好这门课的关键。多年的教学经验告诉我们,灌输式教育不利于学生学习兴趣和创新意识的培养,容易导致学生形成死记硬背的不良学习习惯。在灌输式教育模式下,学生处于被动学习状况,学习的积极性不高,思考问题的意识和分析问题的能力不强。为改变学生被动学习的现状,克服灌输式教育带来的不利影响,我们需要对教学方法进行改革,为此,我们在课程建设过程中尝试了导向性教学。在教学过程中,我们指定适量的文献作为课外阅读材料,以知识获得过程为主线,引导学生分析讨论前人发现问题与解决问题的过程,并帮助他们分析、总结相关实验方案。通过教学方法的改革,学生不仅学到了相关的基础知识,还学到了科学家发现问题、解决问题的思路和方法以及科学家为科学献身的精神。另外,搜集获取科学文献的能力是从事科学研究能力的重要方面。专业外语阅读能力对学生获取知识非常重要,我们在导向性教学中采取了双语教学的方式,结合导向性教学给学生布置英语阅读任务,让学生自己搜集资料,使学生既培养了创新意识也提升了搜集文献的能力。通过教学方法的改进,学生增强了对分子生物学的学习兴趣,也提高了他们的综合分析能力,更重要的是,通过导向性教学,学生逐步养成了独立思考的习惯并提高了创新意识。
3 强化实验基础,注重能力培养
分子生物学研究策略被广泛应用于当今的生物学研究中,分子生物学方法在科学研究创新中扮演着越来越重要的作用,分子生物学实验技能的培养对发展学生潜能,提高毕业生质量至关重要,在加强学生素质教育与培养创新能力方面有不可替代的作用。相对于理论教学,实验教学具有实践性、综合性和创新性的特点,对学生学习兴趣和科研能力的培养有很大帮助。为培养具备较强科研能力的生物科学专业和生物技术专业毕业生,我们在分子生物学教学实践中设置了开放性实验,内容包括核酸的提取与纯化、电泳分离与鉴定、分子克隆、PCR扩增、原核表达及蛋白质亲和层析等实验。这些实验在当今生物学研究中被广泛应用,掌握这些研究方法对学生科学研究能力的培养大有益处,我们期待学生通过实验环节掌握分子生物学实验的基本原理和基本技能。为配合实验课开展,在教学中我们用较大篇幅介绍基本实验的原理和新技术,包括生物大分子的制备技术、PCR技术、杂交技术、RNAi技术等。在教学实践中我们发现学生对分子生物学实验表现出浓厚的兴趣,参与实验的积极性很高。通过实验,学生对科学研究过程有了深刻的感性认识,这对学生了解知识获得的途径和方法有很大帮助。在实验教学过程中,我们发现,前期的实验课存在明显的不足,主要表现为实验原理的相关基础知识不足和实验准备环节的欠缺。在前期教学实验中,实验准备由教师完成,学生用教师配好的缓冲液、培养液进行操作,虽然能够获得不错的实验结果,但对学生能力的培养不利,学生常常不了解缓冲液中各成分的作用,对培养液配制中需要注意的问题也缺乏了解,我们认为这些问题涉及学生的基本素质,关系到能力的培养,为此在教学中我们采取了一些针对性的措施。一方面在理论课中增加了与实验技术相关的基础知识的介绍,如对核酸提取缓冲液、蛋白提取中的细胞裂解液等作了详尽介绍[10-12],通过讲解使学生对变性剂、抗氧化剂、缓冲剂、离子型与非离子型表面活性剂等成分的作用有了充分的认识与了解,对蛋白质和核酸纯化原理有了全面的掌握。另一方面,在教学环节中,我们将实验改为开放性实验,要求学生自己准备实验,教师做必要的指导,通过这些措施使学生将分子生物学论课上学到的知识与实际操作过程相互印证。开放性实验使学生分子生物学实验技能得到了显著提高,为学生独立操作实验和培养良好的科研能力打下坚实基础。
4 结束语
经过几年的教学实践,我们逐渐摸索出分子生物学教学的一些方法和技巧,并通过教学内容和教学方法的改革激发了学生的学习热情和主动性,不仅使他们掌握了分子生物学的基础理论,更重要的是培养了他们发现问题的意识和解决问题的能力,养成了独立思考的习惯,教学改革显示出良好的效果。今后,我们还将继续探索,让分子生物学理论和实验教学在生物科学与生物技术本科生培养过程中发挥更大的作用。
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【关键词】分子生物学 开放式教学 探索
【基金项目】2011年湖南省普通高等学校教学改革研究项目;2008年国家精品课程《医学分子生物学》建设项目;2012年中南大学研究生教育教学改革与研究项目。
【中图分类号】Q7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2012)12-0182-01
生命科学的发展日新月异,而分子生物学在生命科学领域内发挥着举足轻重的作用,新知识和新技术不断涌现,几乎渗透到医学的所有领域,成为医学和生命科学的基本研究手段。根据培养适应社会发展需要的创新型人才的需要,为合理利用教育资源、充分发挥学生学习的主动性、提高学生的学习兴趣、满足学科发展的要求,从2005年起,我们就开始尝试进行开放式教学,并取得了较好的效果。与传统教学方法相比,我们对分子生物学理论和实验的教学内容、教学方法等方面进行了一些探索。
l.优化理论教学内容,树立学生创新意识
1.1 教学内容合理化
分子生物学技术发展迅速,内容广泛。如何在较短的课时内,让学生理解分子生物学理论、技术原理和掌握分子生物学研究手段一直是教学中关注的问题。分子生物学基础知识与理论既是了解分子生物学新发展和新成果的基础,也是掌握分子生物学实验原理和研究方法所必需的。我们本着强化基础,拓宽知识面的原则,根据生源差异适当增加了基础知识教学方面的内容。除针对各个章节注明需要了解和掌握的具体内容外,还安排了前沿知识讲座。这样既统一了教师课程讲授的主要内容,又给了教师较大的自由度。在授课过程中,尽量结合临床及科研实例阐明分子生物学技术原理、方法和应用,让学生既能理解和掌握常用分子生物学技术和科研思路,又能引导其通过科研设计和实验过程去解决问题。此外,根据分子生物学的发展现状,每年对上述内容进行丰富与补充,以保证教学内容的与时俱进。
1.2 教学方法多样化
新时期培养的学生不仅要有坚实的理论基础,还要有鲜明的创新性,所以仅靠传统的教学模式是不够的,需采用多种教学方法。一是采用启发式教学,引导学生积极思维,按照提出问题、分析问题、解决问题的思路进行讲解,而不是简单讲授已有的结论。思考过程往往比结论更重要,因为只有学会如何思考,才能培养学生学习的积极性、主动性及创造性。二是采用研讨式教学,将理论与实际相联系,就分子生物学技术增设了独立的讨论课。由教师设置一些研究课题,学生根据兴趣选择课题,写出课题设计思路。让学生在课余查找文献资料,准备讨论提纲,编写发言稿,分组讨论。课堂上鼓励学生积极发言,阐述自己的科研思路,教师通过积极正确的引导,使课题设计更加合理,并赋予创新性。在整个过程中,学生不仅学会了文献查阅的方法,增加了相互学习的机会,而且培养了科研思维能力[1]。由此,大大激发了学生学习的主动性。三是采用多媒体教学法。教师对选用的教材作适当的取舍和调整,同时结合收集的资料进行一定的补充和加工,形成生动、直观、较为系统和完善的《分子生物学》多媒体教学课件。另外收集一些相关的Flash帮助学生加深对《分子生物学》理论知识的理解,调动学生的学习兴趣,同时将更多的前沿和先进的分子生物学知识引进课堂,使学生在掌握基础知识的同时了解到本学科的最新知识和进展,从而增加教学信息量,拓宽学生知识面。
2.改革实验教学模式,提升学生科研能力
分子生物学实验教学由于受经费、场地、仪器等诸多因素限制,很多专业无法开设,如我校临床专业五年制目前仅开设了分子生物学理论课。且在教学过程中存在学生操作简单、实验持续时间长等问题。针对这些问题,我们对分子生物学实验教学采用开放式实验教学方法。
2.1建立实验室开放制度
开放实验室在保证教学大纲对知识掌握要求的前提下,根据自身条件修订单一的、过多的验证性实验为综合性、设计性实验并针对不同专业方向的学生设计出必做、专业限制性选做和任意性选做实验。除必做实验外,不同专业的学生可根据自己的兴趣选择实验项目。鼓励学有余力、善于探索、勇于实践的学生自行选择实验课题,独立或与团队合作进行实验方案的设计,在指导教师对学生自选课题及实验方案方法的可行性进行论证后,学生可向开放性实验室提出预约申请,经批准后,进入实验室在老师的指导下完成实验,从而为学生提供一个实现个人探索性设想和创新理念的科学实践环境和条件。通过这种方式既可以加深学生对所学知识的理解和掌握,又可提高学生的实践应用能力,还能进一步激发学生积极发现和探索问题,从而培养其创新思维和创新意识。
2.2 组织开放式课程教学
分子生物学技术发展迅猛,要求教师熟悉每个领域不太现实。因此,分子生物学实验课程可以选择适当运用开放式课程教学法,即教师由传统的主讲者过渡到课程的组织者。教师只需把握教学内容和进程,选择适当内容委托生物公司或优秀技术人员[2] 完成。首先,将教学内容分解并重新组合,选择适合委托讲授的内容;其次,提前向外聘技术员提供教学大纲,使之明确实验目的,以便及时补充和完善,保证教学质量;第三,加强与生物公司和其他技术人员的交流与合作,确定合适人选。通过开放式课程教学,能拓宽教师和学生的视野,加强学校与社会的联系,使学生更为直观地理解科技产业化,感觉学有所用,提高上课的积极性,从而极大地改善教学质量和教学效果。
总之,开放式教学为学生思考、探索、发现和创新提供了足够的空间,在指导学生主动获取知识、应用知识并解决问题上有别于传统的教学方法。同时对学生的认知水平和主动参与意识要求也很高,因此需要广大教师在教学实践中不断探索才能真正实现开放式教学。
参考文献:
关键词:分子生物学 实验教学 教学改革
中图分类号:G4 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2013)09(b)-0050-01
分子生物学技术广泛应用于现代生命科学研究中的各个领域,它的高速发展推动了整个生命科学知识的快速更新。分子生物学是一门在实验基础上发展起来的学科,实验素质的培养及实验技能的训练对学生快速、准确吸收现代生物学的新成果、新知识、新发展及今后从事科研和实践工作都有着重要的意义。因此,“实践教育”在高校生物专业本科生的培养过程中尤为重要,无论是教授者还是受教者都应该重视分子生物学的实验课程。本科生分子生物学实验课程的合理安排和设计可提高学生的学习兴趣,促进他们对理论知识的理解和实验技能的提高。基于实验课的理论及实践在整个分子生物学教学过程中的重要性,及该学科高速发展的现状,有必要对实验课程的教学内容、授课方式等进行教学改革。
20世纪90年代,北京师范大学分子生物学教研组正式将分子生物学实验作为一门独立的课程,并作为生命科学各专业学生的专业必修课。单独开设分子生物学实验这门课后,在原有的基础上又增加了许多新的分子生物学技术和实验内容,学生通过此课程既学到了适应时代前沿的技术,又大大增加了他们的实践和动手能力[1]。这门课程的开设,从根本上转变了生命科学学生的知识结构,推动了教学内容现代化的进程。目前,国内一些高校已开设了分子生物学实验课[2]。通过对兄弟院校此门课程教学经验的借鉴以及在教授该课过程中的体验,本校分子生物学教学团队将原来的分子生物学课(双语)分成了两门独立的课程,即分子生物学原理(理论,双语)和分子生物学实验课。对分子生物学实验课程进行了以下教学改革。
1 分子生物学实验独立开课的必要性
在分子生物学的教学过程中,越来越多的教学工作者意识到,把实验教学内容从理论教学内容中剥离下来,形成一门独立的课程,设置固定的学分,更能够引起学生对该课程的重视。独立开课不仅让学生温习已学过的知识,而且还能接触到更多的分子生物学实验内容。例如,在实验教学与理论教学合并的情况下,由于教学时间和学分的限制,只能开设6个“验证性”的实验;而实验教学作为独立的课程之后,可以开设由2~3个“综合性”实验“牵头”,几个“子”实验组成的“实验类”。这种教学方式为学生创造了更多的操作机会,提高他们观察、分析问题的能力,加深他们对理论知识的理解,以及这些知识和技能如何在科研实践中应用。实验课的教学效果直接学生影响后续专业课程的学习。
2 实验课程的授课模式
经过教学团队的研讨,分子生物学实验课安排在分子生物学理论课后的学期开设,即大三下半学期,并采用2周集中实践的方式。这样安排有利于学生消化、吸收和巩固前面已学的分子生物学的知识,还有利于他们充分利用时间,系统性的完成综合实验,掌握分子生物学的实验操作技术。
3 实验内容的选择
实验内容是此门课程的核心和灵魂。合适的实验内容不仅能够引起学生的学习兴趣,还能够让他们更好的掌握相关的知识与技能,关系到学生是否真正具备将课堂上学到的实验技能应用到科研实践中[3]。因此,在实验内容的选择上应遵循以下三点:(1)尽量涵盖分子生物学基础实验领域;(2)体现现代分子生物学研究前沿的技术;(3)实验顺序的安排要符合科学研究由表及里,由浅及深的思路。在设计实验时,我们将整个实验课归纳成三类综合大实验,每类综合大实验下设与其相关的基础实验内容。以下将针对实验设计及讲解方式进行详细介绍。
如,综合大实验一:克隆基因。实验目的为理解并掌握分子克隆基因的实验流程及原理。在实验理论部分讲解时,需引导学生思考该实验的整体流程是什么?将会用到哪些基础实验?如,如何获得DNA(DNA的提取方法)?如何获得目的基因(PCR等技术)?根据思路,实验内容做如下安排:实验一,基因组DNA的提取以及DNA浓度和纯度的鉴定(第一天);实验二,PCR体外扩增基因及扩增产物的检测(第二天);实验三,PCR产物的纯化(第二天);实验四,重组质粒的构建和筛选(第二天,第三天);实验五,质粒DNA的提取(第四天);实验六,重组质粒的酶切鉴定(第四天)。在第一天将综合大实验一的总体目标,实验流程及基本原理进行介绍。通过这样安排,学生不仅容易理解实验的总体目的和每个基础实验之间的联系,还容易掌握每个基础实验的原理及其在科研实践环节中的作用。
4 考核方式
此次教改的目的是全面培养学生分子生物学实践技能,因此,侧重实验操作方面的考核内容。这部分内容可以通过以下两种方式考核:(1)通过实际操作的方式考核。挑选一些较为基础,且耗时不长又便于操作的实验如琼脂糖凝胶的制作,电泳上样,PCR反应体系的制备,蓝白斑平板挑阳性克隆,DNA浓度的检测等进行操作能力考核。(2)通过闭卷考试的方式考核。在考试中大大引入与实验操作相关的题目,如计算PCR反应体系或酶切体系中各组分的含量等。此外,生物实验室的安全管理尤为重要。因此,实验室安全知识如使用DNA染料时的注意事项,带菌培养皿及废液的处理,监管类生化试剂的存放及使用要求等也是该课程考核的重要内容。除此之外,还要通过学生的实验态度,实验报告等全方面考核学生,目的是为了让他们认真的参与这门课程。
分子生物学实验技能是学生今后从事科研和实践所需的必要基础技能之一。当今,社会和高校越来越注重实践型复合人才的培养,加强实践教育正切合了当代高校培养人才的主题。希望该课程的教学改革能够抛砖引玉,为本校或兄弟院校其它实验课程的教学改革提供参考。
参考文献
[1] 向本琼,桑建利.北京师范大学生命科学与技术实践教学创新体系:高校生命科学基础课程报告论坛文集[M].高等教育出版社,2007:338.