淺談分子生物學的實驗教學

唐穎蕾

摘 要：分子生物學是一門在分子水平上研究生命現(xiàn)象的學科，是人類打開生物這個神秘世界的寶貴鑰匙。分子生物學也是一門實驗性很強的學科，與其他學科相比，分子生物學的實驗技術(shù)要求很高，因為分子生物學實驗是實踐與理論相結(jié)合的典型課程，所以在教學中注重培養(yǎng)學生在學習過程中的創(chuàng)新意識和自主學習能力非常重要。

關(guān)鍵詞：分子生物學;實驗教學;方法策略

中圖分類號：G642 ? ? ? ? 文獻標識碼：A

引言

分子生物學是在分子層面上解析生命現(xiàn)象的科學，其主要研究內(nèi)容圍繞著生物大分子的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯和調(diào)控的過程展開。分子生物學是高等教育中生物學專業(yè)的學生接觸到的第二門專業(yè)課，其理論與生物化學、遺傳學緊密地交織。全面系統(tǒng)地掌握分子生物學知識為進一步學習基因工程、細胞生物學、發(fā)育生物學、結(jié)構(gòu)生物學、生物信息學等前沿學科奠定基礎(chǔ)。分子生物學實驗課程與分子生物學理論課程相配套，力求讓學生通過實驗操作過程更好地理解分子生物學的理論知識。然而現(xiàn)實中的實驗教學的效果并不理想，本文將就如何解決分子生物學實驗教學中出現(xiàn)的問題進行探討和改革。

1 分子生物學實驗教學存在的問題

1.1學生興趣不高

分子生物學理論課較抽象，尤其是現(xiàn)代分子生物學的技術(shù)部分，學生難以理解，再加上分子生物學實驗一般耗時較長、操作要求高，很多學生對此有排斥心理。

1.2實驗條件不足

受設(shè)備數(shù)量、試劑價格、實驗課時和場地的限制，分子生物學實驗分組人數(shù)一般為4～5人，極難滿足每一位學生動手操作的需求。在實驗中發(fā)現(xiàn)，個別小組中只有1～2個學生在動手操作，而稍有惰性的學生則處于觀看狀態(tài)，這些學生操作能力得不到鍛煉。

1.3實驗缺乏綜合性和創(chuàng)新性綜合性

實驗時間連續(xù)性強、耗時長，受課時和實驗室限制，綜合性實驗項目開出率幾乎為零;同時，由于實驗教學方法落后，學生的主動意識不強，設(shè)計性實驗項目也比較少。綜合性和設(shè)計性實驗的缺乏，不能滿足學生對現(xiàn)代分子生物學技術(shù)發(fā)展的深入理解，更難培養(yǎng)學生自主思考、獨立解決現(xiàn)實問題的能力。

1.4實驗課堂科學管理方法不完善

受課時、場地、試劑價格的限制，較貴重儀器設(shè)備缺乏，每次實驗安排學生人數(shù)多，實驗教師的力量則相對薄弱，導(dǎo)致實驗秩序欠佳。

1.5實驗課程考核方法不合理

由于學生人數(shù)多，平時溝通少，教師對大多數(shù)學生不了解，也不能在實驗過程中注意到每一位學生的表現(xiàn)，故目前對實驗的考核只能參照實驗報告和點名考勤。同時，以往的考核方式側(cè)重于實驗結(jié)果的考核，只要實驗報告結(jié)果合理，分數(shù)就不會差。這種考核方法，一方面助長了實驗積極性不高的學生的惰性;另一方面使有些學生為了得到所謂“正確”的結(jié)果，隨意修改實際數(shù)據(jù)或者抄襲別人的結(jié)果，極少主動分析自己的實驗數(shù)據(jù)。根據(jù)雷同化的實驗報告，教師很難分辨出成績的真假和高低，難免造成評分不合理的情況，這在一定程度上挫傷了部分學生操作的積極性。

2 分子生物學實驗教學改革措施

2.1加大實驗室的配套建設(shè)，增加學生的動手機會

近年來，學校和相關(guān)院系加大了對分子生物學教學實驗室的投入，完善其硬件設(shè)施的建設(shè)，確保實驗儀器、材料、試劑的充分供給，實現(xiàn)了實驗分組的最小化;在實驗課程安排上，盡量讓每個同學獨立操作，即使有些實驗環(huán)節(jié)需要小組成員合作，也要求每個組員都參與到其中，各司其責;在撰寫實驗報告時，每個同學都有獨立的實驗結(jié)果，有效地避免了雷同實驗報告的出現(xiàn)。

2.2增設(shè)運用到新理論新方法的實驗項目

現(xiàn)行的分子生物學實驗重點介紹了基于DNA連接酶的分子克隆技術(shù)，該實驗讓學生了解了分子生物學實驗中的常規(guī)的工具酶如TaqDNA聚合酶、T4DNA連接酶的活性和特點。然而近年來，分子生物學發(fā)展突飛猛進，涌現(xiàn)出了一系列新的實驗技術(shù)與方法，逐漸取代了傳統(tǒng)的酶切連接技術(shù)，比如一步法克隆技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各種載體的構(gòu)建中。該方法利用同源重組的原理，可以在質(zhì)粒的任何位點進行一個或多個目標DNA的片段的插入，而不需要任何限制性內(nèi)切酶和連接酶，具有位點選擇靈活、快速簡便、精確和克隆效率高等特點。因此，在原有實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上，增設(shè)了一步法克隆實驗，通過與同時實施的傳統(tǒng)的酶切連接實驗相比較，讓學生體會到新方法的便捷和強大，還有助于學生對于DNA同源重組這一教學難點的理解。

現(xiàn)代的分子生物學研究已進入功能基因組時代，對基因的編碼產(chǎn)物蛋白功能的分析已成為高水平研究中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是基因功能的最終體現(xiàn)。然而傳統(tǒng)的分子生物學實驗并沒有涉及這方面的內(nèi)容。免疫沉淀技術(shù)可以從生物體的上千種不同的蛋白質(zhì)中，富集純化處于天然狀態(tài)的特定蛋白，有利于進一步的蛋白功能的詮釋。在傳統(tǒng)分子生物學實驗中開展的southern雜交實驗有許多等待的時間，我們同時并行開展了免疫沉淀和western雜交的實驗，既讓課堂時間得到更高效的利用，又開拓了學生的視野。

2.3利用網(wǎng)絡(luò)資源擴展教學內(nèi)容

互聯(lián)網(wǎng)及超文本鏈接的應(yīng)用為實驗知識的傳授和教學提供了更廣闊的空間。龍巖學院已將分子生物學實驗課程建設(shè)為網(wǎng)絡(luò)課程，在課程中心平臺設(shè)有課程介紹、教學大綱、教學進度表及教師信息等基本信息以及全部教學資源（電子教案、視頻和課件等）。學生有固定的賬號和密碼，可隨時登錄網(wǎng)站進行學習。為了滿足學生課外學習的要求，幫助他們了解前沿的分子生物學實驗技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)課程上還附有一系列相關(guān)網(wǎng)站的鏈接，為學生指明學習途徑。網(wǎng)絡(luò)上許多論壇涉及到與實驗相關(guān)的內(nèi)容，還包括一些實驗失敗的關(guān)鍵技術(shù)細節(jié)的探討與總結(jié)，借此可以引導(dǎo)學生網(wǎng)上檢索、尋找實驗過程中遇到問題的解決方法，既有助于提高學生的文獻檢索能力，又增加了學習的興趣，通過培養(yǎng)學生的實驗學習習慣，從而鍛煉他們解決問題的能力。

2.4VR教學模式

現(xiàn)在有一種走在時代前沿的技術(shù)———VR（VirtualRe-ality），即虛擬現(xiàn)實技術(shù)，它是一種利用計算機生成一種模擬環(huán)境創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，具有多源信息融合、交互式和三維動態(tài)視景等特性，可以使用戶沉浸到該環(huán)境中。目前，該項技術(shù)已經(jīng)運用至微生物學上，突破了成本高、周期長、時空局限、易導(dǎo)致污染等限制。學生可以隨時隨地在虛擬環(huán)境中展開實驗，這提高了學生的實踐能力。南京農(nóng)業(yè)大學利用虛擬現(xiàn)實實驗教學模式主要從應(yīng)用微生物學和基礎(chǔ)微生物學兩方面構(gòu)建教學內(nèi)容，同時，結(jié)合學校的廢水、污水的排放問題，把處理該問題的技術(shù)、食用菌資源的調(diào)查等科學研究成果轉(zhuǎn)化為教學資源和豐富的教學內(nèi)容。

虛擬現(xiàn)實教學模式的引入是現(xiàn)代科技發(fā)展的產(chǎn)物，與時代緊密結(jié)合。以現(xiàn)代教學方式拓寬教學領(lǐng)域并設(shè)置創(chuàng)新型功能模塊，不僅豐富了教學內(nèi)容，還提高了學生的學習興趣。但在實際應(yīng)用中，我們要避免完全將VR技術(shù)代替實際的實驗操作過程，應(yīng)虛實結(jié)合，充分發(fā)揮其優(yōu)越性。

結(jié)束語

分子生物學實驗課程的設(shè)計思想是緊密結(jié)合學科的理論基礎(chǔ)，緊跟學科的發(fā)展，將科研中成熟的先進方法和技術(shù)通過實驗教學傳授給學生。然而近年來，傳統(tǒng)的分子生物學實驗課程逐漸暴露出一些問題和急需完善的方面，通過對該課程進行教學改革，充分地調(diào)動了學生的積極性和主觀能動性，滿足了學科迅猛發(fā)展的需要，為培養(yǎng)出兼具嚴謹與創(chuàng)新精神的科研人才打下基礎(chǔ)。

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