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在本科生物学实验教学中,将研究课题与学生实验教学相结合,使学生带着需要解决的问题进行实验,以达到提高综合素质、培养探究能力、引导创新思维的实验教学目标.
分子生物学实验教学教学改革创新人才培养是时代赋予大学的历史使命和义不容辞的历史责任.只有培养出具有创新精神和创新能力的创造型人才,才能适应社会发展的需要.实验教学作为高校重要的实践环节,在创新能力培养方面应当发挥重要的作用,传统的教学模式和教学方法,有些内容已经不符合现代教育思想的要求,新的教学理念和教学模式值得研究和探索.
一、两种实验教学模式
过去常规的实验教学一般是以知识的巩固验证以及实验技术的学习掌握为目的,让学生通过不同的实验项目验证理论知识,获得感性认识,学习实验方法,掌握实验技术和仪器设备使用.这种实验教学模式可以称之为“知识引导的实验教学”.
把科学研究成果移植到实验教学中,设计综合性的实验课题项目,将教学内容更新重组,融入课题项目之中,使学生带着需要探究的问题开展实验,此种实验教学模式可称为“课题引导的实验教学”.学生在“实战”中得以提高素质、培养能力、学习创新.
二、课题引导的分子生物学实验教学改革实践
(一)分子生物学实验教学概况
分子生物学是二十一世纪的前沿学科,迅速发展的分子生物实验技术是分子生物学的一个重要组成部分.普通本科院校生物工程、生物技术、生物科学等专业均开设分子生物学实验课程,一般包括几个相对独立的实验项目,每周完成一个实验项目,学习质粒提取、PCR、DNA重组、转化、电泳检测等实验技术以及离心机、微量移液器、PCR仪、电泳系统等仪器的使用.
(二)用于实验教学的课题设计
用于实验教学的课题要符合大纲要求、与教师科研结合、综合性强、难度适中.例如,课题“目的基因原核表达载体的构建及目的蛋白诱导表达和检测”,所需教学课时为32学时,内容包括：目的基因及载体的获得与检测、DNA酶切与连接、感受态制备与重组DNA转化、阳性克隆筛选与鉴定、目的蛋白诱导表达与检测等,约十几个分项目连贯在一个相对完整的研究课题中,成为一个综合性的分子生物学实验.
课题每一个环节都相互关联,学生进行的每一步实验都是为下一步打基础.课题包含了分子生物学技术基础内容（基因工程中的基因操作和产物检测）和分子生物学发展前沿性知识（研究项目中涉及到的背景知识）,强调了实验的综合性、连贯性和探索性,也便于教师根据实验室条件、计划教学课时、学生情况等在每个分项目中添加实验新的技术、扩充实验内容.
(三)“课题引导的实验教学”组织方式
1.每组一题.为了丰富研究内容,将学生按20人左右分成大组,每个大组的课题题目有所不同.可以选择不同的表达载体,不同的目的基因,不同的酶切位点,不同的重组载体的检测方法等.例如,目的基因可为白细胞介素基因或丙肝病毒C抗原基因；载体可选用温度诱导型的表达载体pBV220、化学诱导型表达载体pQE-30及用于目的基因测序的T载体；鉴定重组质粒可用菌体PCR检测、酶切检测或蓝白斑检测.除此之外,还可以进一步对表达产物进行分离纯化、功能鉴定等深入研究.每组完成一个完整课题,但是遇到的问题不完全相同,有了更多分析问题、解决问题的机会.在每个大组中,2～4名同学组成实验小组进行实验,分工协作.
2.集中实验.每组用连续几天（如4天、32学时或更多）集中完成整个课题.集中实验与课题研究的连续性和完整性相配合.改变以往每周完成一个实验项目,学习一个单一实验技术的分散教学模式.
3.编写配套教材.编写的《分子生物学实验指导》包含常规实验操作方法、常用仪器使用、常用试剂配制、实验注意事项、问题思考等内容,科学和全面地反映分子生物学实验教学新模式的要求,可为学生进行实验提供有针对性的指导,同时还可以作为学生课外探究活动的参考.
4.教学辅助系统的建设.制作实验教学课件、利用学校的网络课程平台建设分子生物学实验网络课程,网络课程平台包括教学大纲、教案、多媒体课件、教学资源、教师答疑、网上讨论等几个模块,并提供动画、图表和视频等素材,丰富的形式和内容为学生提供更便利的课堂外学习条件,便于学生自主学习、拓展视野和相互交流.
5.撰写科技论文形式的实验报告.实验结束后,教师指导学生就整个课题研究写一份标准论文格式的实验报告.通过写论文,学会科学规范地阐述和展示自己的研究过程和结果,以及对实验结果的分析讨论.而不是以往一样在每个项目后仅写一份简单实验报告.
几届学生的教学实践表明,新的教学模式很好地调动了学生的兴趣和积极性,收到了良好的教学效果.很多同学交出了不错的论文,从中可以看到学生认真扎实的实验过程和深入细致的思考.
三、“知识引导的实验教学”与“课题引导的实验教学”的比较
(一)两种实验教学模式凸显不同的教学理念
“知识引导的实验教学”其特点是实验项目大多是验证性的、相互孤立的、为了让学生掌握知识和技术而去做实验.探究和创新的成分较少,前后项目没有因果联系,实验过程和结果非常明确,一般不会出现问题也不需要学生进行深入的思考,学生在教师指导下被动地完成学习过程.
“课题引导的实验教学”模式中,学生需要根据具体的课题自己或与小组成员一起设计具体实验流程或判定实验流程的合理性,为完成课题学习新的实验方法,掌握相关仪器的使用,对遇到的问题进行分析和思考,对实验结果进行判断和讨论,在实验过程中独立思考、独立操作、主动求知.突出实验教学的能力和素质培养目标,知识和技术的学习始终围绕课题的解决进行.
(二)两种实验教学模式达成不同教学效果
“知识引导的实验教学”和“课题引导的实验教学”两种模式所用的教学课时相同或相似,但是：前者教学的主体是教师,学生围绕教师的教学进行学习,后者的主体是学生,学生围绕探究的课题主动展开研究和学习,教师只起辅助指导作用. 前者教学内容往往是一成不变的,几个实验项目可能教几届甚至几十届学生,后者可以根据学科发展、教师科研项目、学生兴趣等灵活变换不同的课题题目或探究方向.
前者的教学过程由于缺乏探究的实战训练,学生遇到实际问题时往往不知道怎样灵活运用所学知识,而后者的教学过程是学生解决实际问题的过程,实践过程中技术方法的掌握及能力的养成往往是非常牢固的.
前者以知识和技术的掌握为教学目标和终点,而后者以课题的解决为目标,在课题研究的过程中自然会激发学生主动求知的积极性,引发深入的思考、产生更多思想火花,甚至学生会把探究的习惯延伸到以后的学习生活中,课堂上的实验教学成为一种创新能力的引导,是创新和探究的起点.
四、“课题引导的实验教学”要点和展望
（1）精心设计.课题选择应限定在教学大纲要求、教学课时和学生实际能力范围之内,同时,提出实验时间安排的建议.不能盲目和随意,以免影响正常的教学秩序.
（2）过程把握.备课阶段要分析学生实验可能遇到的问题,并做好充分准备,避免因一个实验环节出问题影响后续实验.准备好相应的备份材料,以补救学生可能出现的实验失败.
（3）组织有序.教师随时了解、指导各个小组的实验进度,并充分调动和发挥学生的积极性.组织一部分学生参与前期准备,培养熟悉实验室工作的骨干,使他们在课题研究中起到教学助手的作用.
（4）不断创新.鼓励学生勇于置疑、勤于思考、善于发现问题、习惯分析讨论找到解决问题的方法.鼓励探索、引导创新,在探究实践中学习是新的教学模式的精髓.
五、结语
生物学发展迅速,新技术、新理论不断涌现,实验教学应当跟上学科发展和技术的进步.“课题引导的分子生物学实验教学”把大学的专业实验教学与教师的科研课题有机结合,增加了实验教学的综合性和创新性,解决了新知识新技术进课堂的问题,同时在建立新的实验教育理念和创新人才培养模式方面也进行了初步的探索和实践.