劉湘新 蘇建明 劉進(jìn)輝 游思湘 肖紅波

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院，湖南長沙 410128）

21世紀(jì)是生命科學(xué)世紀(jì)，隨著生命科學(xué)的飛速發(fā)展，生物化學(xué)和分子生物學(xué)已成為生命科學(xué)領(lǐng)域中發(fā)展最快、最活躍的學(xué)科。作為生命科學(xué)的重點(diǎn)學(xué)科，生物化學(xué)和分子生物學(xué)無論從理論，還是從實驗技術(shù)方面，都占有非常重要的地位。因此，掌握生物化學(xué)與分子生物學(xué)的基本實驗技能，是從事生物科學(xué)工作必須具備的基本條件。生物化學(xué)與分子生物學(xué)是實踐性很強(qiáng)的學(xué)科，實驗教學(xué)作為理論教學(xué)的重要補(bǔ)充和發(fā)展在整個教學(xué)環(huán)節(jié)中具有舉足輕重的作用。根據(jù)當(dāng)前高等教育改革形勢，以及近年來生物化學(xué)與分子生物學(xué)理論與技術(shù)的飛速發(fā)展，為使生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗教學(xué)適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的需要，我們課小組對生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗教學(xué)進(jìn)行了近3年的改革探索。通過優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容，整合生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗現(xiàn)有教學(xué)體系，筆者等構(gòu)建了1套適合湖南農(nóng)大動物醫(yī)學(xué)和動物科學(xué)專業(yè)的實驗教學(xué)模式，使湖南農(nóng)大的生物化學(xué)和分子生物學(xué)實驗教學(xué)走上了一個新的臺階，取得滿意的教學(xué)效果。

1 生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

目前，農(nóng)業(yè)院校動物醫(yī)學(xué)和動物科學(xué)各專業(yè)生物化學(xué)教學(xué)學(xué)時一般為60～80學(xué)時[1]，分子生物學(xué)為30～40學(xué)時。湖南農(nóng)大的課程設(shè)置是生物化學(xué)理論50學(xué)時，實驗30學(xué)時；分子生物學(xué)理論30學(xué)時，實驗10學(xué)時。兩門實驗課均非獨(dú)立設(shè)課，這種學(xué)時分配和依附于理論課的實驗教學(xué)安排，導(dǎo)致分子生物學(xué)實驗課學(xué)時太少，無法開出一些最基本的分子生物學(xué)實驗，而生物化學(xué)實驗課由于要適應(yīng)理論教學(xué)安排，致使驗證性實驗太多，綜合性、設(shè)計性等培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性能力的實驗內(nèi)容太少。同時，實驗成績依附于理論課成績，只占總成績的20%，導(dǎo)致學(xué)生重理論輕實驗，上實驗課的積極性不高，動手能力和創(chuàng)新能力不強(qiáng)。

2 生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗教學(xué)的改革內(nèi)容

2.1 構(gòu)建新的實驗教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維

生物化學(xué)的實驗方法和技術(shù)是一切從事生命科學(xué)工作者必備的基本知識和基本技能。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式是教師在實驗前將實驗原理、步驟、注意事項等一一交代清楚，學(xué)生只被動地接受在已經(jīng)設(shè)計好的實驗框架中進(jìn)行實驗操作，自己很少去思考，其積極性和主動性受挫。此外傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式已不能解決膨脹的學(xué)科知識與課程教學(xué)目標(biāo)不斷提高之間的矛盾，也不能滿足學(xué)生就業(yè)從事相關(guān)專業(yè)的需要。因此，我們在實踐教學(xué)中，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的實驗教學(xué)理念，從實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗思路設(shè)計、實驗效果評價三個環(huán)節(jié)進(jìn)行改革，打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式。精心篩選具有代表性的、綜合性的實驗，避免單一性、重復(fù)性的實驗。鼓勵學(xué)生自己設(shè)計實驗思路，注重對學(xué)生動手能力、創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。興趣是最有效的創(chuàng)新動力。我們根據(jù)各專業(yè)的學(xué)習(xí)情況，給學(xué)生提供了若干個設(shè)計性實驗題目，由學(xué)生自選，獨(dú)立完成實驗。例如，我們讓學(xué)生根據(jù)實驗室現(xiàn)有的儀器設(shè)備進(jìn)行實驗設(shè)計，進(jìn)行蛋白質(zhì)的分離純化。老師只提出要求，并給予一定的提示，然后讓學(xué)生根據(jù)實驗所給的條件和蛋白質(zhì)分離提取的不同方法去進(jìn)行設(shè)計，每一組采用一種設(shè)計方案去進(jìn)行操作。各組實驗完成后，對實驗結(jié)果進(jìn)行比較和討論分析，得出分離純化蛋白質(zhì)的最佳方法，這種設(shè)計性實驗充分調(diào)動了學(xué)生參加實驗操作的主觀能動性，學(xué)生在實驗過程中的主體地位得到了充分肯定，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開拓了思路，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識，實驗后學(xué)生感到收獲很大。

2.2 創(chuàng)建獨(dú)立的實驗教學(xué)體系，全面提高實踐動手操作能力

生物化學(xué)與分子生物學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域中公認(rèn)的最具活力的學(xué)科，理論知識和實驗技術(shù)更新非?？?。但當(dāng)前農(nóng)業(yè)院校由于整個課程設(shè)置的需要，生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗教學(xué)時數(shù)非常有限，因此就凸現(xiàn)出較少的實驗學(xué)時與不斷更新的實驗技術(shù)與方法的矛盾。如何能夠既不影響整個課程設(shè)置計劃，又可以在有限的學(xué)時內(nèi)為學(xué)生開出系統(tǒng)而又適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗課程，以緩解以上矛盾？為此我們特進(jìn)行了生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗教學(xué)的改革。首先我們調(diào)整了目前的實驗教學(xué)課程體系，將目前的生物化學(xué)（30學(xué)時）和分子生物學(xué)（10學(xué)時）兩門課程的實驗合并為生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗課程，構(gòu)建了生物化學(xué)和分子生物學(xué)合二為一的實驗課程體系，設(shè)置為獨(dú)立的實驗課。合并后總學(xué)時雖然沒有變，但更有利于實驗項目的設(shè)計和實驗內(nèi)容的統(tǒng)籌安排。合并前生物化學(xué)實驗主要是酶活性測定，糖類、脂類、蛋白質(zhì)和無機(jī)鹽含量測定等驗證性實驗，綜合性實驗只有1個，無設(shè)計性實驗。分子生物學(xué)實驗因?qū)W時嚴(yán)重不夠，只能開出了質(zhì)粒DNA的提取與瓊脂糖電泳檢測。通過整合與調(diào)整后，實驗內(nèi)容更改為“驗證實驗3個，綜合性實驗4個，設(shè)計性實驗3個”，包括血清蛋白質(zhì)電泳、質(zhì)粒DNA的提取與酶切、瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA、哺乳動物基因組DNA的提取、DNA的體外重組、PCR基因擴(kuò)增等綜合性實驗，以及堿性磷酸酶的制備、活性及比活性測定、酪蛋白的制備、大鼠心肌LDH活力測定等設(shè)計性實驗。從而大大豐富了實驗教學(xué)內(nèi)容，提高了實驗的技術(shù)水平和學(xué)生的實踐動手操作能力，使學(xué)生獲得了完整、系統(tǒng)而新穎的生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗技能。

2.3 編寫了適合新的教學(xué)模式的實驗教材和教學(xué)大綱

根據(jù)實驗教學(xué)改革方案，本著從“基本技能→綜合培訓(xùn)→設(shè)計創(chuàng)新”三個層次的實驗項目精心設(shè)計，我們編寫了新的生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗教材。新的實驗教材分為4個實驗技術(shù)模塊，第1個實驗技術(shù)模塊是光度法和離心法技術(shù)：主要是進(jìn)行血糖、蛋白質(zhì)含量和酶活性測定等驗證性實驗，其目的是通過這些實驗，使學(xué)生掌握基本理論知識和技術(shù)，并加深對理論的理解和記憶，同時掌握離心法技術(shù)和光度法技術(shù)進(jìn)行物質(zhì)分離和含量測定的原理和方法；第2個實驗技術(shù)模塊是電泳技術(shù)：主要是血清蛋白質(zhì)和DNA的電泳分離與鑒定，這一層次的實驗屬于綜合性實驗內(nèi)容，通過這些實驗使學(xué)生能夠掌握不同電泳技術(shù)的原理和基本操作方法及電泳技術(shù)在生物科學(xué)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。第3個實驗技術(shù)模塊是DNA的重組技術(shù)：包括質(zhì)粒DNA的提取與酶切、PCR基因擴(kuò)增、DNA的體外重組等內(nèi)容，屬于目前分子生物學(xué)實驗基本技術(shù)，通過這些實驗，學(xué)生可以初步掌握基因工程的操作過程和技術(shù)原理；第4個實驗技術(shù)模塊是生物大分子的制備技術(shù)：主要是蛋白質(zhì)和DNA的提取與分離鑒定，為設(shè)計性實驗內(nèi)容，通過這些實驗使學(xué)生能夠自己設(shè)計分離純化蛋白質(zhì)和DNA的各種技術(shù)路線，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。新編實驗教材大幅度增加了綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗，并將目前分子生物學(xué)研究的主要技術(shù)如DNA的提取與分離鑒定、DNA的體外重組、PCR等實驗補(bǔ)充進(jìn)新的實驗教材，整體提高了實驗教學(xué)水平。此外，我們還根據(jù)實驗教學(xué)改革的需要，編寫了新的實驗教學(xué)大綱，對實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了新的優(yōu)化組合，根據(jù)各專業(yè)的教學(xué)需要，學(xué)生可自行選做部分實驗項目，使學(xué)生在有限的時間內(nèi)，能夠?qū)W到更多的實驗技能。

2.4 改革實驗教學(xué)手段，提高實驗效果

現(xiàn)代多媒體教育手段能激發(fā)學(xué)生的興趣和增強(qiáng)實驗效果，因此，我們將一些生物化學(xué)與分子生物學(xué)基本操作及儀器設(shè)備的使用等部分制成錄像片，并建立了虛擬實驗室，讓學(xué)生觀看，既節(jié)約了時間，又激發(fā)了學(xué)生的興趣，極大地提高了實驗教學(xué)的效率，達(dá)到了理想的教學(xué)效果。

2.5 改革現(xiàn)有實驗成績評分模式，構(gòu)建了新的實驗考核方法

長期以來，生物化學(xué)和分子生物學(xué)實驗課的成績是以學(xué)生的實驗報告為基礎(chǔ)并結(jié)合操作考試進(jìn)行評分，并且實驗成績只占總成績的20%，結(jié)果造成學(xué)生重理論輕實驗，上實驗課的積極性不高，上課不愿意動手，基本技能薄弱。經(jīng)過優(yōu)化教學(xué)體系后，實驗操作進(jìn)行單獨(dú)考核，獨(dú)立設(shè)課，計2個學(xué)分。實驗課程成績由3個部分組成，并按一定比例進(jìn)行評分：實驗報告成績占30%、實驗操作考試成績占40%、實驗筆試考試成績占40%。通過改革后，大大的提高了學(xué)生做實驗的積極性，使學(xué)生的動手能力有了質(zhì)的提高。

3 生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗的教學(xué)改革效果

3.1 更新觀念、明確了改革的目標(biāo)和方向

“生物化學(xué)教學(xué)體系優(yōu)化與實踐創(chuàng)新研究”被列為湖南農(nóng)大2010年重點(diǎn)教改課題。3年來，項目組多次召開項目研討會議，明確了生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗教學(xué)改革的目標(biāo)和方向。生物化學(xué)和分子生物學(xué)學(xué)科的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)內(nèi)容和方式已經(jīng)不能適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展，因此，必須對現(xiàn)有的生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗課程設(shè)置進(jìn)行改革。我們對兄弟院校生物化學(xué)與分子生物學(xué)教學(xué)改革進(jìn)行了調(diào)查研究，總結(jié)他們改革的經(jīng)驗，努力吸取新時期的教學(xué)改革成果，確定了“適應(yīng)學(xué)科發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生動手能力，提高學(xué)生創(chuàng)新意識”為目標(biāo)的實驗改革方向。在充分認(rèn)識實踐教學(xué)對育人的重要性基礎(chǔ)上，加強(qiáng)理論與實驗兩大教學(xué)體系的有機(jī)聯(lián)系，把實驗教學(xué)和理論教學(xué)放在同等地位加以重視，二者相輔相承。根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，科學(xué)合理地安排各實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，努力使建立起的實驗教學(xué)體系整體優(yōu)化。

3.2 打破了實驗項目設(shè)置陳舊，實驗內(nèi)容安排不合理的局面

實驗改革以來，通過本課題組全體人員的積極參與和共同努力，將生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗課程有機(jī)地結(jié)合起來，獨(dú)立設(shè)置實驗課程，打破了原來以單課為營、實驗項目設(shè)置陳舊和實驗內(nèi)容安排不合理的局面。改革后，綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗項目由原來的30%提高到了70%，實現(xiàn)了實驗課程的獨(dú)立設(shè)課，配備了高級實驗師等專門的實驗技術(shù)人員，生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗開出率和準(zhǔn)確率均達(dá)100%，取得了明顯的效果。

3.3 實現(xiàn)了項目和資源的優(yōu)化重組，建立了較高層次的實驗體系

生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗項目優(yōu)化后，整個實驗涵蓋分光光度技術(shù)、離心技術(shù)、電泳技術(shù)、大分子物質(zhì)的分離純化技術(shù)和PCR技術(shù)和基因重組技術(shù)等，構(gòu)成了較高水平的實驗教學(xué)體系，提高了實驗教學(xué)水平，適應(yīng)了學(xué)科的發(fā)展。同時，實驗的獨(dú)立設(shè)課，加強(qiáng)了儀器設(shè)備的統(tǒng)籌管理和統(tǒng)一規(guī)劃，實現(xiàn)了資源重組，克服了以前實驗室各自為營、重復(fù)購買、實驗儀器使用率太低或者太高的現(xiàn)象，提高了儀器的利用率和完好性。調(diào)整和改進(jìn)實驗項目和實驗技術(shù)以來，我們承擔(dān)了動物醫(yī)學(xué)院、動物科學(xué)院、師范技術(shù)學(xué)院、東方科技學(xué)院的動物醫(yī)學(xué)、動物藥學(xué)、寵物醫(yī)療、畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜牧教育、動物醫(yī)學(xué)教育等專業(yè)的本科生生物化學(xué)與分子生物學(xué)的實驗教學(xué)任務(wù)，每一學(xué)年上課班數(shù)為15～16個學(xué)生班，實驗人數(shù)為360～400左右，實驗人時數(shù)為32 000學(xué)時。通過這些實驗項目和技能的訓(xùn)練，學(xué)生的動手能力、分析能力、創(chuàng)新能力和科研工作能力得到了全面的提高。

3.4 加強(qiáng)了實驗室和科研平臺建設(shè)，進(jìn)一步提高了實驗教學(xué)水平

我們建立了開放性實驗室，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和愛好，選擇實驗內(nèi)容和實驗時間。申請開放性實驗前，學(xué)生首先提出實驗設(shè)計方案，具體內(nèi)容包括實驗設(shè)計、所需實驗儀器與設(shè)備、藥品及其配置方法、低值易耗品、基本操作過程等，然后經(jīng)實驗室主管教師審核批準(zhǔn)后，才能進(jìn)行實驗。開放性實驗教學(xué)使學(xué)生由被動為主動，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造欲和探索欲，鍛煉了學(xué)生分析問題與解決問題的能力。同時我們還結(jié)合教師自身科研，讓部分學(xué)生積極申報大學(xué)生科技創(chuàng)新課題，參與一些科研項目的實驗，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、實際動手能力和獨(dú)立思考、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，同時使學(xué)生接觸到某些精密的儀器和先進(jìn)的實驗手段，鞏固了生物化學(xué)與分子生物學(xué)的基本技術(shù)，使學(xué)生開闊了思路和視野，更全面地培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力。在3年來的實踐改革中，我們承擔(dān)了4項本科生科技創(chuàng)新項目和1項研究生創(chuàng)新項目，分別獲的了學(xué)校二等獎2項，三等獎2項。為本科生開放實驗近100人次，人時數(shù)為800學(xué)時。

以上是我們在生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗課程改革方面的一些探索與經(jīng)驗總結(jié)，整體研究成果對生物化學(xué)和分子生物學(xué)的實驗教學(xué)具有一定的意義。但教學(xué)改革是一個系統(tǒng)工程，在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識方面還有許多文章可做，因此我們必須不斷地總結(jié)經(jīng)驗，積極探索，把教學(xué)改革推向一個新的水平，努力培養(yǎng)出實驗基礎(chǔ)扎實、實驗技術(shù)過硬的創(chuàng)新型科學(xué)人才。

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