淺談分子生物學實驗教學改革實踐范文

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摘要：分子生物學實驗是生物學一門重要專業核心實驗課程，對培養學生專業實踐技能、塑造學生創新思維等具有重要作用。本文對基于超星學習通APP建立分子生物學實驗課程的網絡輔助教學體系實踐情況及存在的問題進行了總結，為其他院校分子生物學實驗教學改革工作提供一定參考。

關鍵詞：分子生物學實驗；教學改革實踐；超星學習通

一、前言

分子生物學是跨越生物、工學、醫學、農學乃至藥學的一門新興學科，是研究核酸等生物大分子的功能、形態結構特征及其重要性和規律性的科學[1]。在分子生物學教學中，實驗教學占有舉足輕重的地位，不僅能夠培養學生掌握基本實驗理論和技能，更對培養學生的科研能力和科學作風、建立研究問題的科學方法及塑造創新思維等均具有十分重要的作用[2]。為了完成這些培養目標，我校針對生物科學專業、生物技術專業和卓越人才培養班的不同培養目標設立了不同的分子生物學實驗課程，開設一定數量和比例的基礎性實驗、綜合性實驗、設計性或研究性實驗，但受限于實驗學時、空間、安全性以及實驗室的儀器設備種類和臺套數限制，分子生物學實驗教學中目前還存在許多亟須解決的問題：如學生基礎理論知識不夠扎實，對實驗原理及現象理解缺乏深度，只能按照實驗講義步驟按部就班進行實驗操作，面對新實驗新課題就不知道怎樣開展實驗解決問題；如儀器臺套數少等實驗條件限制導致有些實驗無法開展，滿足不了各種新知識、新實驗方法的教學，滿足不了開放式創新實驗教學的需要，制約學生的創新思維發展；如考核形式單一，教師只通過學生實驗報告無法準確對每位同學的操作能力和創新能力進行準確評判。這些問題對教師和學生都提出了新的挑戰，改革勢在必行。隨著云平臺在網絡應用中日漸廣泛，各類教學云平臺的應用在高校教學活動中體現出巨大的促進作用，體現出日益顯著的趨勢，體現了現代大學教育的一個重要發展方向[3]。以超星學習通為代表的眾多網絡學習平臺覆蓋了教師備課、學生課前預習、師生課堂互動教學支持、學生課外學習的功能，通過視頻播放、圖片展示、在線問答、小組討論等富媒體手段能夠開拓教學時空，提高學生學習興趣，增強學習自主性，為任課教師提供一個課程資源管理、教學模式改革的交流平臺。應用云課堂平臺進行實驗教學能夠打破時間和地域的限制完成相關實驗，拓展學生的視野，最大限度地鍛煉和開發學生的創新能力，極大地激發學生的學習興趣，實現教學模式的多元化發展，這樣更有利于培養具有創新精神和實踐能力的人才。本文總結了我校分子生物學實驗教學團隊基于超星學習通APP建立分子生物學實驗課程的網絡輔助教學體系實踐情況及存在的問題，以為分子生物學實驗教學改革工作提供新方法、新思路。

二、實驗教學理念的轉變

傳統的分子生物學實驗教學中，教師占主導地位，學生被動聽講。先由教師講解實驗原理、實驗所用試劑的作用、實驗操作步驟的關鍵點和實驗要求和注意事項等內容，學生再按照實驗步驟按部就班進行操作，記錄實驗結果數據，最后撰寫實驗報告上交[4]。整個流程固定呆板，學生缺乏學習興趣，對分子生物學實驗研究的微觀對象完全“摸不著，看不到”，感到難以理解，不知道自己在做什么，為什么做，嚴重影響教學效果[5]。通過云課堂教學模式改革，教師由教學主導者變為教學組織者，引導學生在教學過程中主導參與和反饋，體現以學生為中心的理念。在云課堂平臺中教師提供實驗原理的視頻資料，學生自主學習觀看視頻，并回答問題，讓學生能夠理解原理和實驗操作；實驗過程中學生可以通過云平臺隨時拍攝上傳相關實驗現象圖片視頻、提出問題并討論；完成實驗后，教師在云平臺上提出類似實驗項目，由學生自主查閱資料，設計實驗方案，鞏固學習效果。這種教學理念能夠覆蓋課上課下，改變傳統實驗教學的結構和組織形式；能夠充分激發學生的自主學習能力，讓學生在學習過程中提出問題、研究問題、解決問題，逐步積累創新思維。

三、實驗教學體系的構建

分子生物學的快速發展要求實驗課程教學內容體系必須不斷完善教學內容，盡可能開拓學生視野，適應學科領域新技術的快速發展。我們在保留經典的“切—連—轉—檢”等基礎實驗的同時也有所更新，把分子生物學實驗的各項實驗整合為一個完整的項目，開設了“mCherry熒光蛋白基因的克隆與原核表達”實驗。具體實驗內容分布為：提取基因DNA/RNA；PCR/RT-PCR獲得mCherry熒光蛋白基因；mCherry熒光蛋白基因的純化與回收；質粒載體pET-30α的制備；目的基因/載體的酶切與回收；mCherry熒光蛋白與載體的連接；重組質粒轉化大腸桿菌及轉化子篩選；mCherry熒光蛋白的誘導表達和PAGE分析。該項目各環節所涉及的理論要求明確，內容緊密聯系，各環節的操作效果將影響整個項目的結果。教師在教學中不斷引導學生，幫助其將所涉及理論知識和實驗操作融會貫通。學生在學習過程能夠通過資料查詢、云課程平臺討論完成實驗預習和實驗理論的初步理解，對微觀世界產生一定的新鮮感和探索的欲望；連續的實驗環節同時給予學生適當的學習壓力，增強了學生對實驗的重視程度和責任感，促使其認真嚴格完成相關實驗學習，提高了實驗成功率，保障了實驗教學質量并最終完成探索的目標，體會到完成項目的喜悅之情[6]。

四、實驗教學的具體實踐過程

在實踐教學的具體實踐過程中主要通過超星學習通APP進行云課堂教學模式改革，教師由教學主導者變為教學組織者，引導學生在實踐教學過程中積極參與和反饋實驗學習效果，體現以學生為中心的理念。整個實驗教學包括課前預習、課堂運行、報告答疑、自主設計、考核評定五個階段。現以提取DNA/RNA實驗為例，課前預習階段，由任課教師將核酸提取的實驗原理和操作視頻上傳到學習通APP，學生課前觀看視頻學習，并在線回答相關問題；在線問題主要為選擇題，包括核酸的基本理化性質、細胞破碎的主要方法、蛋白質等雜質的去除方法、DNA/RNA的常見純化方法等實驗原理有關問題，教師通過測試結果檢查學生預習情況。課程運行階段，任課教師根據學生課前預習的在線測試結果，并結合該實驗所用試劑的作用再次強調實驗原理，仔細講解實驗重點步驟及注意事項，特別提出一些操作細節，并提出實驗要求；比如離心機、移液器等使用注意事項，細胞研磨程度、溶液乳化程度、沉淀洗滌干燥程度等要求。課程運行階段的主要實踐環節為學生操作部分，教師根據學生實際操作能力事先在學習通APP中將學生分為若干討論組，學生在操作過程中邊操作邊通過學習通APP拍攝上傳樣品的選取、液氮研磨、離心后分層、核酸沉淀等實驗圖片和操作視頻；并隨時進行小組討論和與老師溝通請求指導；教師在學生操作的同時，根據學生上傳的圖片和視頻以及學生現場操作情況進行評分和指導。報告答疑階段，實驗完成后學生根據實驗開展情況，使用PPT或者思維導圖軟件繪制出DNA/RNA提取實驗的流程圖，根據所拍攝圖片和視頻，總結實驗結果，總結實驗效果，并反思改進，利用學習通APP向老師提交PDF格式的實驗報告和一個簡短的實驗操作視頻；在寫作實驗報告過程中隨時可以通過學習通APP進行小組內討論和向老師進行提問請求幫助。教師在完成學生電子實驗報告的批閱后，總結學生實驗操作中存在的典型問題，在學習通APP中進行統一答疑講解。自主設計階段，老師根據本實驗所學習內容，提出類似實驗項目，比如土壤等環境樣品DNA/RNA提取、血液樣品等DNA/RNA提取等，讓學生以小組為單位自主設計實驗并提交設計方案作為期末考核的一部分內容；學生設計方案包括文獻查閱、實驗原理總結、實驗試劑選擇、主要實驗步驟和預期實驗結果，整理成文后上傳學習通APP。考核評定階段，根據我校實際運行情況，主要由預習成績、操作成績、報告成績、設計成績構成，其比例為10∶40∶30∶20，主要考察實驗運行階段學生的學習表現情況。由于整個實驗流程均依托學習通APP完成，在服務器端完整保留了學生的學習記錄和相關圖片視頻，所有的成績評定工作均可在學習通APP完成，真正做到有據可依；學生也能很清晰地了解自己實驗操作的優點和缺點，給予學生適當的學習壓力，增強了學生的責任感，保障了實驗教學質量。

五、存在的問題和改進方向

學習通這類云課堂教學APP確實能給教師帶來教學新方法、新思路，能夠顯著提高教學的便捷性和教學效果，但也帶來一些需要解決的問題。首先在課程改革中，互聯網技術的應用對教師提出更高的要求，比如需要學會微視頻的制作編輯、學會在線題庫的編輯等，也需要花更多時間同學生進行溝通和互動，這實際上給老師增加了繁重的工作。對此我們采用教研室教師分工合作，每位老師只負責2—3項實驗的教學，減少教師的工作量；同時招募高年級同學擔任助教負責實驗室的日常準備工作，保證實驗室課堂教學高質量完成。其次在實驗過程中有少數同學自控能力較差，容易被手機內其他游戲、視頻所迷惑。對此我們主要加強了過程考核內容，比如要求每位學生每次實驗必須上傳實驗過程的關鍵點圖片和視頻10張（段）以上方可獲得實驗操作成績；讓學生專注于對未知微觀世界的探索，體會實驗的艱辛和成功后的喜悅之情。最后由于加強學生操作技能培訓和小組自主實驗設計模塊考核，實驗教學中需用到的耗材較多且藥品較為昂貴，對儀器設備等硬件條件要求較高；對此只能通過學校提高投入實驗教學經費來改善實驗條件，保證分子生物學實驗教學改革的順利推行。通過超星學習通APP進行分子生物學實驗教學改變了傳統實驗教學的結構和組織形式，充分覆蓋課上課下；通過加強課前預習效果，強化課堂操作的實時控制，增加與學生交互溝通，拓展自主設計實驗考核，能夠充分激發學生的自主學習能力，讓學生在學習過程中提出問題、研究問題、解決問題，逐步拓展創新思維。這種基于云的教學模式真正地做到了有針對性的個性教學，真正使學生成為教學的主體，為培養新一代應用型和創新型人才的教育目標打下良好基礎。

參考文獻：

[1]謝苗,沙莉,甘純璣.基于云課程平臺的生物化學與分子生物學實驗教學改革初探[J].高校生物學教學研究:電子版,2016,6(01):22-25.

[2]賀旭,馬惠蘋,劉華.淺談分子生物學實驗教學的改革[J].繼續醫學教育,2017,31(08):15-17.

[3]李寧,王順,張秀梅,等.“互聯網+”教育背景下生物化學與分子生物學教學改革初探[J].基礎醫學教育,2018,20(07):593-596.

[4]杜照奎,李鈞敏,蔣明.分子生物學綜合性實驗教學改革與探索[J].實驗室研究與探索,2015,34(07):165-168.

[5]高健,陳發波,陳平.分子生物學實驗實踐周建設與改革[J].教育教學論壇,2018,(12):268-270.

[6]黃欣媛,楊新河,范紅波.淺談本科分子生物學實驗教學改革[J].新課程研究:中旬刊,2017,(06):97-98.

作者：胡凱 王微 單位：重慶文理學院林學與生命科學學院