【摘 要】针对传统分子生物学实验教学存在的缺点，在实验内容设置、教学安排模式、考核评价体系等方面进行教学改革，建立以构建目标蛋白质的基因工程菌为主线的一套综合性分子生物学实验教学体系，实验项目系统化、课时安排连贯化，以期充分调动起学生的积极性，训练学生的综合技能，培养学生分析解决科学问题的科研精神。
【关键词】分子生物学；实验教学；改革；基因克隆
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2017）17-0097-02
分子生物学是分子水平的生物学研究，其终极目标是通过研究核酸等生物大分子的结构与功能，阐明细胞活动的规律，揭示生命现象的本质。分子生物学理论和技术发展非常迅速，正在越来越广泛地影响到生命科学的多个领域，已成为农学、生物工程、医学、药学等专业的主干课程之一。其实验教学能帮助学生理解和验证部分理论知识和掌握多项实验技术，是培养生命科学高层次人才基本素质的重要课程，实验教学的好坏很大程度影响到该门课程的教学效果。传统的分子生物学实验教学存在着实验条件有限、实验内容单一、教学方法陈旧等问题，不利于培养学生的科学素质和创新能力。为适应新形势的需求，有必要在实验项目设置、教学方法和成绩考评等方面进行教学改革。
一、傳统实验教学存在的问题与不足
1. 实验条件有限，经费投入不足
分子生物学是随着20世纪50年代DNA双螺旋结构的阐明而诞生的一门前沿学科，在实验资金方面的投入远不及其他经典学科，如物理、化学等。分子生物学研究的是核酸和蛋白质分子，对实验仪器要求较高，一个设施完备的分子生物学实验室的建设资金相当于建设几个生物化学或植物学实验室所需。另外，所需试剂和耗材成本昂贵，很多还需国外进口，实验课程的高额经费预算是很多单位难以承受的。为了促进分子生物学学科的进步，培养创新型专业人才，就必须完善实验室基础设施的建设和增加试剂耗材的经费投入，加强对实验课的扶持力度。
2. 实验内容单一，缺乏系统性
传统的实验课内容以经典验证性实验为主，例如质粒DNA的抽提、感受态细菌的制备、DNA的电泳检测等，单个实验项目只涉及一种实验技术，每堂实验课之间相互独立，无法体现出分子生物学实验精髓——基因克隆的“分—切—接—转—筛”在逻辑上和操作上的连贯性和系统性，导致学生在学习过程中只接受了操作技能训练，却不知这些实验技术要如何应用、解决什么样的科学问题。使得理论不能联系实际，知识无法融会贯通，影响了教学效果和质量。
3. 教学方法陈旧，学生主动性差
传统的实验教学过程，往往是实验教师在讲台上给学生讲解实验的目的、原理、试剂、操作步骤等内容，实验员则直接把学生用到的仪器设备摆放好、试剂配好，学生只是看教师的示范操作，然后按部就班地按照操作流程来做实验就行，实验报告材料也只是简单照抄实验指导书。这种教学模式不利于发挥学生的主观能动性，导致学生只知机械操作，不知深入思考，实验课堂枯燥沉闷。
二、分子生物学实验教学的改革
1. 加强实验室建设，创造良好教学条件
生命科学是实验学科，掌握分子生物学基本实验技能是培养高级专门研究人员的基本要求之一。各科研单位和教学部门应加大对分子生物学实验的重视程度，完善相关实验室的基础设施建设，配置齐全实验所需的高级仪器设备，如PCR仪、凝胶成像仪、DNA定量仪、高速冷冻离心机等。对于常规仪器，如电泳槽、移液器的台套数也应尽量满足实验分组所需，这样使得实验内容和项目设置可以更加前沿化，学生参与实验动手操作的机会增加，有利于主观能动性的发挥。
2. 教师课题引入教学，教学科研相互促进
分子生物学实验课教学成本高，仅靠学校划拨的经费难以开展高水平的实验项目。对大多数任课教师而言，实验课既要保证学生接受基本技术训练，又要能更多地融合学科前沿技术，这可谓矛盾重重。对此，将本校从事分子生物学研究教师的科研课题引入实验教学中，无疑是一种很好的解决方案。例如，“新型巨噬细胞因子Daintain/AIF-1免疫治疗1型糖尿病研究”是笔者参与过的一项国家自然科学基金课题，将其中有关“Daintain/AIF-1的原核表达”的内容有机地转移到实验课当中，开设了“Daintain/AIF-1基因的PCR扩增→TA克隆法构建Daintain/AIF-1重组载体→CaCl2-热激法转化大肠杆菌→蓝白斑法筛选重组子→重组子的酶切鉴定”等连贯性的实验项目，取得了很好的教学效果。这种教学方案以“做大课题”的科研精神为出发点，学生从最开始做实验就肩负着一种做科研的使命感，不但操作时精神专注，发现问题还会及时查阅相关文献资料，极大调动了学生的积极性和主动性，训练了科研素质和综合实验技能。此外，教师课题可为实验课提供关键的实验材料，如基因片段、载体、宿主菌等，节省了实验经费，还能将一些学科前沿的实验技术及时引入，保证了教学质量，开创出一个寓教于研、以研促教的互利双赢局面。
3. 系统化内容设置，连贯安排实验课时
分子生物学实验课涉及目前科学前沿研究所必需的很多重要实验内容，但其主线是基因克隆及表达技术，各实验项目在内在逻辑上具有传承性和相关性。一般的实验教学采用每周固定实验课时、开设一个实验项目的模式，割裂了实验内容之间的系统连贯关系，学生每周做一个实验，不能从整体上理解实验目的和意义，不利于培养学生系统科学思维和创新能力。此外，实验中经常有长达两三个小时的等待时间，如PCR扩增、酶切反应、连接反应、感受态制备等，这些实验项目往往不能在规定的课时内完成。因此，改革传统运行模式，实验课的安排以“实验周”的方式进行。实验内容设置为一套构建目的基因Daintain/AIF-1的基因工程菌的综合性实验，实验内容有机融合质粒DNA抽提、酶切、连接、转化、电泳、PCR等基础实验，各实验之间有很强的连贯性和逻辑性，体现出基因克隆的主要流程，前一个实验的产物是后一个实验的原料。因此，学生只有把每个项目都做好，才能顺利完成整个实验。这套实验融入了分子生物学发展前沿内容，将孤立的验证性实验转为兼具设计性和应用性的综合实验，既达到了训练学生基本实验技能的教学要求，又激发了学生做科学研究的热情。
在新的“实验周”模式下，可以合理利用实验中的等待时间，在PCR扩增的两个多小时里讲解电泳的基本知识并制备凝胶，PCR反应结束后正好进行电泳点样，电泳等待的时间里，做CaCl2法制备感受态细菌实验。电泳结束后，选出PCR扩增成功的产物和T载体混合，连接反应过夜。第二天将连接产物转化感受态细菌。这样的紧凑有序的时间安排既避免了学生在大量空闲时间里聊天玩手机，又加深了对综合实验的理解，体会到科研工作的魅力。
4. 优化考核方式，全面综合评价学生
传统考核方式中，实验课多为理论课的附属，实验成绩只占总成绩的一小部分，客观上使得学生不重视实验课。而分子生物学实验操作技能是生命科学高层次人才的必备技能，因此，笔者所在的学院将分子生物学实验设立成一门独立的实验课，有单独的期中期末考试和有效的总评成绩，调动起学生对该课程的兴趣和关注，取得了很好的成效，学生发表多篇科研论文，并屡屡在省级实验技能竞赛中获奖。
另一方面，优化实验课考核方式，改变以往主要以实验报告撰写的好坏来评定成绩的做法，考核成绩由基本理论（25%）、实验操作技能（20%）、综合分析技能（35%）和实验报告（20%）四个部分组成。前三个部分体现在期末考试试题设计中，除涉及基本理论和操作要点的客观题外，加大实验设计题和综合性论述题等主观题比例，着重考查学生的创新思维能力和综合分析问题能力。在实验报告中也要求对实验结果加以分析，对不足之处提出改进，使学生知其然也知其所以然。这些措施既综合评价了学生的实验技能，又锻炼了学生独立分析解决问题的科研素质，使他们终身受益。
三、结语
分子生物学实验课是培养生命科学优秀本科人才的一门重要课程，正在受到越来越多的关注和重视。在改善实验条件的同时，教学工作者应积极进行教学改革，以培养学生创新能力和科研精神为目标，在实验设置中引入科研前沿內容，将零散的小实验整合为连贯性的综合大实验，客观评定实验课程成绩，创建出学生乐于参与并有所受益的分子生物学实验体系。
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（编辑：王春兰）