吳順,蔡燕
(中南林業(yè)科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙 410018)
2015年,國(guó)務(wù)院印發(fā)的《統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》,要求加強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育,大力推進(jìn)個(gè)性化培養(yǎng),全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)、國(guó)際視野、科學(xué)精神和創(chuàng)業(yè)意識(shí)、創(chuàng)造能力。在此基礎(chǔ)上,教育部辦公廳于2019年正式印發(fā)了《關(guān)于實(shí)施一流本科專(zhuān)業(yè)建設(shè)“雙萬(wàn)計(jì)劃”的通知》,提出從2019-2021年,利用3年的時(shí)間建設(shè)10 000 個(gè)左右國(guó)家級(jí)一流本科專(zhuān)業(yè)點(diǎn)和10 000 個(gè)左右省級(jí)一流本科專(zhuān)業(yè)點(diǎn)。我校林學(xué)、生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)和生物工程專(zhuān)業(yè)分別于2019年和2020年被批準(zhǔn)為湖南省一流專(zhuān)業(yè)建設(shè)點(diǎn),2021年被認(rèn)定為湖南省生物科學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)學(xué)科拔尖人才培養(yǎng)基地。因此,如何根據(jù)國(guó)家、地方經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展需要,尤其是一流本科專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的要求,對(duì)生物學(xué)科類(lèi)專(zhuān)業(yè)的課程體系和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革,建立“以學(xué)為本,以學(xué)生發(fā)展為中心”的人才培養(yǎng)模式,是當(dāng)前生物學(xué)科類(lèi)專(zhuān)業(yè)建設(shè)的關(guān)鍵。
分子生物學(xué)是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征及其重要性、規(guī)律性和相互關(guān)系的科學(xué),即從分子水平上闡述蛋白質(zhì)與核酸、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間相互作用關(guān)系及基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理等,其基本理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)已滲透到植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、微生物學(xué)等許多學(xué)科領(lǐng)域,也是當(dāng)前較為活躍的生物學(xué)研究領(lǐng)域之一[1]。作為高等農(nóng)林院校生物學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的主干基礎(chǔ)課程,分子生物學(xué)實(shí)踐性很強(qiáng),因此,如何開(kāi)設(shè)好其實(shí)驗(yàn)課程顯得更加重要。通過(guò)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí),學(xué)生可以加深對(duì)分子生物學(xué)理論知識(shí)的理解,具備較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)操作能力,并能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決相關(guān)實(shí)際問(wèn)題[2]。21世紀(jì)要求學(xué)生能夠利用分子生物學(xué)的理論和技術(shù)來(lái)分析解答生物學(xué)領(lǐng)域所遇到的各類(lèi)問(wèn)題,這也是一個(gè)生物科學(xué)工作者的必備素質(zhì)。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)一般是根據(jù)課程的特點(diǎn),由學(xué)生與教師協(xié)商選定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,設(shè)計(jì)并實(shí)施相關(guān)實(shí)驗(yàn)方案,實(shí)驗(yàn)以教師為引導(dǎo),學(xué)生為主體,這對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的自主觀察和思考能力具有重要意義[3-4]。因此,筆者對(duì)分子生物學(xué)的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)?zāi)J竭M(jìn)行了探討,經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐,分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和本科生的實(shí)踐創(chuàng)新能力得到了較大提高,教學(xué)效果良好。
就我校而言,目前開(kāi)設(shè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的有生物技術(shù)、生物工程、林學(xué)和生物科學(xué)4 個(gè)專(zhuān)業(yè),在各專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)中明確提出,需要培養(yǎng)出不僅理論基礎(chǔ)扎實(shí),同時(shí)具有較強(qiáng)問(wèn)題分析和解決能力的應(yīng)用型技術(shù)人才。然而,分子生物學(xué)自從成為獨(dú)立學(xué)科以來(lái),無(wú)論是理論層面還是技術(shù)層面都得到了迅速發(fā)展,但學(xué)校開(kāi)設(shè)的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)還是以驗(yàn)證為主的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,教師按照實(shí)驗(yàn)教材上的目的、原理、步驟等一步步向?qū)W生詳細(xì)講授,學(xué)生沒(méi)有參與感。從學(xué)生的實(shí)際操作過(guò)程來(lái)看,所需的實(shí)驗(yàn)材料與試劑耗材等都是由實(shí)驗(yàn)室提前準(zhǔn)備,學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后只是按照實(shí)驗(yàn)教材上的標(biāo)準(zhǔn)步驟完成相關(guān)操作,得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果,最終書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種教學(xué)過(guò)程都是以班為教學(xué)單位,無(wú)法滿足不同層次水平學(xué)生對(duì)教學(xué)的需求,不僅降低了學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,而且無(wú)形之中缺少了對(duì)學(xué)生試錯(cuò)能力的培養(yǎng)。
同時(shí),在這種教學(xué)方式下,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中基本不會(huì)遇到大的問(wèn)題,只需機(jī)械性完成操作即可,不利于培養(yǎng)他們對(duì)問(wèn)題的思考和分析能力,從而無(wú)法體驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)過(guò)程的樂(lè)趣。由于對(duì)實(shí)驗(yàn)的參與感不強(qiáng),部分學(xué)生甚至認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課價(jià)值不大,做實(shí)驗(yàn)的態(tài)度不積極。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室而言,由于實(shí)驗(yàn)課都是集中實(shí)施,導(dǎo)致上課時(shí)儀器設(shè)備數(shù)量不足,而其余時(shí)間設(shè)備卻處于閑置狀態(tài)。因此,改革當(dāng)前分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式,使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)進(jìn)行轉(zhuǎn)變,已經(jīng)勢(shì)在必行。
開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的模式改變了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師和學(xué)生的主輔地位,凸顯了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的主體性[5],但并不是不需要教師的指導(dǎo),選題、實(shí)施、監(jiān)督、評(píng)價(jià)都需要教師參與指導(dǎo),而且還需要教師具有更高的知識(shí)水平和較強(qiáng)的教學(xué)組織能力。因此,針對(duì)我校分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中的不足,結(jié)合分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn),我們確定了以夯實(shí)學(xué)生基礎(chǔ)和技能、發(fā)掘?qū)W生創(chuàng)新潛能、培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目標(biāo)的教學(xué)體系。
開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的主體組成是綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),綜合性實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)和提高,而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)則有利于進(jìn)一步提高學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)技能,加強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)[6]。因此,結(jié)合分子生物學(xué)課程的特點(diǎn),我們開(kāi)設(shè)了植物DNA 和RNA 提取、鑒定及已知基因PCR 擴(kuò)增的綜合性實(shí)驗(yàn),以及植物功能基因的重組及在真核細(xì)胞中表達(dá)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。
綜合性實(shí)驗(yàn)按照常規(guī)實(shí)驗(yàn)?zāi)J竭M(jìn)行,由學(xué)生根據(jù)個(gè)人喜好自主選擇實(shí)驗(yàn)材料,統(tǒng)一在課內(nèi)由教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo),自主完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作。通過(guò)這一教學(xué)過(guò)程,學(xué)生既掌握了分子生物學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)技能,也初步具有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施的能力。在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)階段,我們要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo),以實(shí)驗(yàn)室非常成熟的植物基因功能研究技術(shù)為主線,對(duì)克隆的幾個(gè)植物基因構(gòu)建融合基因,并進(jìn)行真核細(xì)胞表達(dá)。這一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程基本涵蓋了植物基因功能研究的全部技術(shù)流程,有利于學(xué)生對(duì)整個(gè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系的融會(huì)貫通,也可以通過(guò)這個(gè)自主學(xué)習(xí)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變,極大地提高學(xué)生的科研和創(chuàng)新能力。
當(dāng)然,在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中,學(xué)生也會(huì)碰到各種不同的突發(fā)問(wèn)題,這就需要教師提前針對(duì)可能出現(xiàn)的情況,做好相應(yīng)的預(yù)案,如準(zhǔn)備某些實(shí)驗(yàn)中間產(chǎn)物或某些替代技術(shù)方案,以使學(xué)生在自己無(wú)法獨(dú)立完成的情況下繼續(xù)進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。
分子生物學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是結(jié)合各專(zhuān)業(yè)教師的科研實(shí)驗(yàn)成果,學(xué)生根據(jù)自身的興趣分成若干個(gè)小組,每小組5-10 人,然后根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況和課程任務(wù)制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力,為學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題提供良好的鍛煉空間。實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放主要分為定時(shí)開(kāi)放、全天開(kāi)放和預(yù)約開(kāi)放三種形式,大大提高了實(shí)驗(yàn)室資源的利用效率,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。
由于教師的時(shí)間有限以及實(shí)驗(yàn)室課程開(kāi)設(shè)的時(shí)間檔期影響,教師需要提前明確分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、注意事項(xiàng)以及儀器使用規(guī)范等。教師安排好開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或?qū)W生自主選擇基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,學(xué)生按規(guī)定時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,由教師進(jìn)行講授和指導(dǎo)。當(dāng)然,這種定時(shí)開(kāi)放方式與傳統(tǒng)教學(xué)方式還是存在一定區(qū)別的,由于它注重學(xué)生的自主性,更有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。此外,由于學(xué)生人數(shù)較多,難以同時(shí)滿足所有學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的需要,對(duì)此,實(shí)驗(yàn)室資源采取全天開(kāi)放模式,加強(qiáng)對(duì)學(xué)生基本操作技能的訓(xùn)練。對(duì)于部分學(xué)生計(jì)劃的某些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要用到的大型儀器設(shè)備(如熒光定量PCR 儀、高速冷凍離心機(jī)、梯度PCR 儀等),由于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備不足、考慮儀器的常規(guī)維護(hù)以及管理人員的時(shí)間安排等因素,我們采取預(yù)約開(kāi)放模式,滿足部分學(xué)生對(duì)分子生物學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行深入研究的需求。
通過(guò)開(kāi)放性的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐,既完成了分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù),也實(shí)現(xiàn)了充分挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)潛力和實(shí)施分層次培養(yǎng)的目標(biāo),取得了良好的教學(xué)效果。
我校分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)與理論課程成績(jī)一樣單獨(dú)設(shè)置,獨(dú)立計(jì)算學(xué)分,但實(shí)驗(yàn)課程更注重操作技能和分析解決問(wèn)題的能力,其考核過(guò)程和方式應(yīng)該明顯有別于理論課程。
在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中,改變了往常以實(shí)驗(yàn)報(bào)告和上課表現(xiàn)作為成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)的作法,而更注重對(duì)學(xué)生進(jìn)行全過(guò)程考核,評(píng)價(jià)分為學(xué)生自評(píng)、互評(píng)以及師評(píng)三部分。待學(xué)生完成全部實(shí)驗(yàn)后,教師將全體學(xué)生組織在一起,對(duì)本次課程進(jìn)行集體考核評(píng)價(jià)。首先由學(xué)生小組選派代表對(duì)本次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的總體思路和實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行介紹、總結(jié)和打分;然后由全體學(xué)生對(duì)每一小組的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行分析和質(zhì)疑,發(fā)表各自見(jiàn)解;最后,教師根據(jù)學(xué)生的自評(píng)和互評(píng)情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng),對(duì)于學(xué)生取得的成績(jī)給予鼓勵(lì)性評(píng)價(jià),并指出不足和提出合理建議。評(píng)價(jià)成績(jī)最終依據(jù)包括分子生物學(xué)理論知識(shí)(20%)、實(shí)際操作技能(30%)、對(duì)結(jié)果的分析與建議(30%)以及實(shí)驗(yàn)態(tài)度(20%)。
分子生物學(xué)作為我校生物學(xué)和林學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的重要基礎(chǔ)學(xué)科,其實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生理解分子生物學(xué)基本理論知識(shí)和掌握基本操作技術(shù)的最佳途徑。因此,只有不斷更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法,才能讓學(xué)生更快地適應(yīng)分子生物學(xué)的快速發(fā)展和學(xué)科發(fā)展的需要。由于分子生物學(xué)的實(shí)踐性較強(qiáng),我們采用開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式,較好地鍛煉了學(xué)生獨(dú)立操作和獨(dú)立思考的能力,學(xué)生學(xué)習(xí)積極性較高,創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力得到了較大提高。通過(guò)多年的教學(xué)探討和實(shí)踐以及對(duì)生物工程、林學(xué)和生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生進(jìn)行訪談?wù){(diào)查得知,95.7%的學(xué)生認(rèn)為相較于其他實(shí)驗(yàn)課程,分子生物學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)?zāi)J礁芗ぐl(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,思維能力和動(dòng)手能力得到了較大提高,對(duì)理論知識(shí)的理解也有了進(jìn)一步的提升。
實(shí)行開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)?zāi)J胶?,學(xué)生都會(huì)按小組從實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備開(kāi)始認(rèn)真完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)步驟。如在“植物RNA 提取與鑒定實(shí)驗(yàn)”中,我們要求學(xué)生小組預(yù)先寫(xiě)出實(shí)施流程,提前自己動(dòng)手配制提取液、電泳緩沖液等試劑,并按要求完成相關(guān)操作。就實(shí)施效果來(lái)看,大部分學(xué)生都積極參與了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備過(guò)程,通過(guò)相互之間的提醒,能順利完成任務(wù)。
分子生物學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)?zāi)J綇?qiáng)調(diào)學(xué)生小組內(nèi)的配合以及小組間的協(xié)調(diào),更需要任課教師的全程耐心輔導(dǎo),這不僅有利于鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神,也有利于拉近教師和學(xué)生的距離,加強(qiáng)師生的交流溝通,生生互動(dòng)和師生互動(dòng)的效應(yīng)明顯,達(dá)到了互學(xué)互促、共同提高的學(xué)習(xí)目的。
對(duì)于實(shí)驗(yàn)中碰到的問(wèn)題,學(xué)生經(jīng)常會(huì)一起查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料并討論,比如植物DNA 的定量問(wèn)題,對(duì)于出現(xiàn)的不理想的結(jié)果,學(xué)生會(huì)聚集在一起從提取過(guò)程、純化方法等可能出現(xiàn)失誤的地方進(jìn)行分析,尋找原因。同時(shí),對(duì)于其他小組出現(xiàn)的問(wèn)題,盡管實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可能不同,但學(xué)生間也會(huì)相互討論并提出可能的解決方案。通過(guò)這門(mén)課程的學(xué)習(xí),同學(xué)間的關(guān)系更加融洽,對(duì)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)原理和技能有了更進(jìn)一步的理解和掌握,也極大地提高了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)是實(shí)驗(yàn)課的重要一環(huán),既是學(xué)生實(shí)驗(yàn)最終成績(jī)的重要依據(jù),也是鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力和論文寫(xiě)作能力的重要方面。大部分學(xué)生都能在教師的指導(dǎo)下,對(duì)自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和碰到的相關(guān)情況進(jìn)行較深入的分析和討論,也提出了某些獨(dú)到見(jiàn)解。例如,在已知基因的PCR 擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)中,某些學(xué)生自己嘗試設(shè)計(jì)引物對(duì)其他植物進(jìn)行了擴(kuò)增,同時(shí)對(duì)PCR 擴(kuò)增出現(xiàn)的結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析,并對(duì)今后的實(shí)驗(yàn)提出解決方案。這些都反映出學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的重視程度明顯提高,創(chuàng)新思維能力也有了較大提升。
總之,與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法相比,分子生物學(xué)的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有靈活自由和獨(dú)特高效的特點(diǎn),這為我校乃至其他高等院校的相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)提供了新的實(shí)踐方式,也為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)找到了一條新的路徑。
盡管對(duì)分子生物學(xué)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)所做的積極探索和實(shí)踐已經(jīng)取得了一定的成效,但還存在需要進(jìn)一步完善的地方,如這種教學(xué)方式在增加學(xué)生自由度的同時(shí),會(huì)大大增加實(shí)驗(yàn)室教師和管理人員的工作量,學(xué)校需要出臺(tái)相關(guān)配套措施,支持和鼓勵(lì)相關(guān)人員的工作。此外,分子生物學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)?zāi)J绞怯蓪W(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,這對(duì)教師的知識(shí)儲(chǔ)備和實(shí)驗(yàn)技能提出了更高的要求,教師需要結(jié)合自己的科研開(kāi)發(fā)出更多創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),以滿足學(xué)生的需求??傊瑢?shí)行分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放模式工作量大且十分復(fù)雜細(xì)致,在實(shí)踐過(guò)程會(huì)可能出現(xiàn)各種難以預(yù)料的情況,因此,我們需要積極探索問(wèn)題和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),達(dá)到預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)。在后續(xù)的實(shí)踐過(guò)程中,我們將在這些方面進(jìn)行深入探討,以提高分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)水平,培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的創(chuàng)新型專(zhuān)業(yè)人才。
創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實(shí)踐2022年11期