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[關鍵詞]醫學分子生物;實驗教學;教學改革;醫學檢驗
21世紀是生命科學的世紀,生命科學的發展伴隨著探究技術的提升和人才的培養。在科學發展過程中,分子生物學的理論和技術已與生物學,醫學和藥學等眾多領域交叉、融合,是提高探究技術水平和人才質量的一門重要學科[1],因此,作為醫學人才培養的醫學院校,醫學分子生物學是不可缺少的一門學科。目前,我校僅對醫學檢驗專業和醫學實驗技術專業開設醫學分子生物學的理論和實驗教學。本文總結了一些在醫學分子生物學實驗課教學過程中的心得和體會,希望通過不斷的反思和改進培養出滿足社會和人民需要的高素質人才。
1醫學分子生物學實驗課的主要特點
醫學分子生物學是一門理論與實踐相結合的醫學基礎學科,以核酸和蛋白質為研究對象,利用先進的分子生物學實驗技術對臨床疾病進行診斷,特別是進入21世紀后的短短幾年,無論是疾病發生、發展機制的闡明,患病風險的預測與評價,還是疾病的早期診斷和個體化醫療的開展,都愈來愈依靠和依賴分子生物學[2],常見檢測內容包括微生物檢驗[3]、腫瘤診斷[4-5]、遺傳病診斷[6-8]和人體各類免疫疾病[9]等。
臨床中應用醫學分子生物學技術的項目很多,但目前學院針對醫學生開設的分子生物學實驗項目有限,例如小鼠肝組織DNA提取和保存,瓊脂糖凝膠電泳檢測核酸,PCR技術等。然而,醫學分子生物學技術發展迅速,傳統的醫學分子生物學實驗室僅結合學院現有的條件開展分子生物學實驗教學項目,內容陳舊,技術簡單,缺乏臨床結合,不利于學生動手能力和創新能力的培養。隨著分子生物學的不斷發展,越來越多的高等學校將分子生物學設為必修課和選修課。我們作為國家醫學人才培養的搖籃,隨著技術的更新和發展,國家和社會對醫學分子生物學重視程度的增加,這對老師和學生提出了更高的要求,教師應不斷更新教學內容和實驗技術,學生應掌握理論知識和實驗技術,設計實驗緊密結合臨床,緊跟科學技術發展的步伐。
2目前醫學分子生物學實驗教學面臨的問題
2.1分子生物學實驗室建設不足
醫學分子生物學是21世紀研究的新興學科,主要以核酸和蛋白質分子為研究對象,對實驗室的條件和設備的投入要求較高,然而目前學院對分子實驗室建設的重視程度不高,通常與其他學科共用實驗室,實驗環境達不到標準,儀器共用、陳舊且破損,使得分子實驗不能順利開展;分子實驗的目的是通過將理論知識應用于實踐進而培養學生的動手能力、結果分析能力和創新能力,但分子實驗試劑和耗材均需進口,價錢昂貴,在實驗試劑和耗材使用方面不能滿足人人均有,導致大部分學生沒有參與實驗,降低了學生對分子生物學實驗課的積極性。分子生物實驗均需要低溫高速離心,為了提高分子實驗結果的成功率,低溫高速離心機是分子生物學實驗室必備的,且每個教室最少配備一臺低溫高速離心機。在核酸電泳檢測過程中,需要使用溴化乙錠(EB)或其替代物染色,而溴化乙錠為強致癌物質,因此,實驗室需要設置EB專用實驗臺,避免學生操作不當引起實驗隱患;對于核酸電泳結果均要在紫外燈下檢測,紫外燈下不利于實驗結果的分析,也不能確保所有學生都能觀察到實驗結果,準確分析實驗結果,學院應在學生教室配備多媒體,將每個實驗結果直觀地展現給學生,讓學生觀察并分析,帶動學生的積極性,因此,為了培養社會和國家需要的創興型人才,學院應該加強分子實驗室的建設,建立單獨的分子生物學實驗室,對相應儀器和耗材的采購應給予大力支持。
2.2實驗用品準備不規范
分子生物學實驗對試劑和耗材潔凈度高,且試劑名均為英文,分子生物學這門課程的理論和實驗內容在學院的開設時間較晚,現在從事分子實驗耗材準備的老師專業和英語水平有限,在實驗試劑、耗材和儀器準備過程中空難重重,且準備不全面,影響實驗的順利開展。為了促進分子生物學實驗順利進行,降低實驗準備中試劑和耗材的損失,實驗室或代課教研室應對實驗技術老師進行規范性培訓,如RNA提取過程中使用的吸頭和離心管均為無RNase,學生實驗開始前應組織實驗老師了解實驗條件的嚴格性,在口罩和手套配備齊全的基礎上,將吸頭放置配套的吸頭盒內,而不是隨意將吸頭倒在一次性手套上,這將誤導學生對分子生物學實驗嚴謹性的認識。學院也可以相應的引進分子生物學背景的實驗技術老師從事教輔或教學工作,這對于分子生物學實驗順利而準確的進行起到重要作用。
3醫學分子生物學實驗課教學心得
3.1完善分子生物學實驗內容和指導手冊
分子生物學是跨越生物、醫學、農學乃至藥學的一門新型學科,優質的分子生物學實驗課程開設離不開與相關專業的緊密滲透[10]。目前我院僅對醫學檢驗專業和醫學實驗技術專業開設分子生物學實驗,這就要求教師結合學生的專業和發展方向設計實驗內容。只有結合學生的專業才能更好的將理論和實際相結合,激發學生的積極性。在目前教學中,只能依據實驗室的環境和設備的變化,結合教學老師主持的科研課題開展一些簡單的分子生物學實驗,而忽略了結合學生的專業開設特色的實驗內容。由于固定的實驗材料和內容多變,沒有完善的分子生物學實驗指導手冊,這使學生對即將做的實驗毫無頭緒,降低了學生學習分子生物學的積極性,不利于學科的發展和創新人才的培養。
3.2建設師資隊伍
分子生物學實驗內容設計,實驗方法的使用以及實驗結果的解析與教學老師的知識背景和能力具有緊密的聯系,也是確保良好教學質量的關鍵。目前我們生物與分子生物學教研室的老師分別承擔國家自然科學基金,省級科學基金、省級教育廳課題以及校級課題等多項科研項目,且均為碩士研究生以上學歷,具有較扎實的分子生物學理論基礎和熟練的分子生物學技術,可以巧妙靈活的為學生設計相關的分子實驗內容。但是分子生物學內容和技術更新換代,學院可以提倡或執行“送出去,引進來”的政策,讓教師得到全面的提高,讓學生拓寬眼界享受先進的知識課堂。
3.3提高學生的重視度
分子生物學是一門抽象難懂的技術學科,學生對分子生物學的理論和技術應用了解的并不多,所以學生對分子生物學理論學習和實驗操作均表現為消極,應付的心態。導致學生對分子生物學不重視態度的原因之一,是學生沒有了解到分子生物學在臨床或是研究生生活中的重要性。目前,我們教授的學生為大三學生,已經有了很強的思考能力,對自己的發展有了一定的規劃,為了提高學生對分子生物學的重視程度,學院可以安排學生進入實習單位,比如醫院,檢測單位或是一些科研機構,讓學生在實實在在的生活中了解分子生物學的中重要性以及操作過程的規范性;也可以舉辦學生經驗交流會,讓學院已經畢業工作的學生、實習的學生或者讀研究生繼續深造的學生分享分子生物學的重要性,提高學生的自主學習能力和對分子生物學由衷地熱愛。
3.4增加多媒體教學
多媒體課堂教學已成為理論課上必不可少的教學手段,但在實驗教學中應用的較少。分子生物學是通過多種先進技術手段研究核酸等生物大分子的功能、形態結構及其重要性和規律性的科學[11]。其內容抽象,枯燥無味,實驗結果無法直觀地展現給學生,使學生很容易產生厭學的情緒[12]。為了提高教學質量,我們應該利用多媒體將一些難懂的分子生物學技術原理和過程通過動畫、幻燈片和視頻等直觀地展現給學生,如大腸埃希菌質粒的提取和檢測,PCR技術的原理和操作過程等,使學生在輕松愉快的氛圍下,快速掌握分子生物學知識。實驗結果檢測過程中,我們可以通過多媒體將檢測的結果展示給學生,讓學生觀察討論,給出依據并提出相應的答案,教師通過分析學生的討論結果,了解學生的思維動態,并給出正確結果。根據學生的反饋,板書教學結合多媒體展示利于學生對知識的認知和掌握。
3.5開放實驗室
要想成為一名國家需要的優秀人才,除了掌握扎實的理論知識,具有熟練的實驗室操作技能,同時也要具備活躍的創新思維。因此,為了更好地培養學生的各方面能力,實驗室可以結合實際課程開放實驗室,讓學生查閱文獻,鞏固理論知識,應用實驗課上的分子生物學技術結合臨床疾病設計實驗,給學生提供更多的動手機會,培養學生的自主學習能力和創新能力[13-15],同時提高學生對分子生物學課程的興趣和重視。在開放實驗室期間,至少安排一位指導教師,既規范學生的操作技能,又可以幫助學生分析實驗結果,這樣培養學生的思考能力和分析問題的能力。目前學校僅對醫學檢驗專業和醫學實驗技術開設醫學分子生物學實驗課,開放分子生物實驗室,不僅讓已學習分子生物學的專業的學生鞏固理論知識和實驗課內容,也為其他醫學生提供了學習機會和創新平臺。
3.6鼓勵學生參與教師科研
生命科學的研究離不開分子生物學技術,目前學校的教師均有自己的研究課題,學生可以適當參與教師的科研工作,了解分子生物學的重要性,增強學生學習的主動性和積極性。學校也為學生開設大學生創新項目,學生將學習的分子生物學理論和實驗技術結合臨床設計實驗,大大地發揮學生的主觀能動性,激發學生的求知欲和創新能力??蒲泻徒虒W的相互結合,相互滲透,不僅豐富了分子生物學實驗教學的內容,也提高了學生的綜合素質和科研思維[16],為國家和社會培養更優秀的人才。
3.7改革實驗成績評定方法
常規的實驗成績評定是根據學生提交紙質的實驗報告進行評定,然而,醫學分子生物學實驗課不僅僅評定學生掌握的理論知識,同時考察學生們的動手能力、分析結果能力、創新能力等,因此,將醫學分子生物學實驗成績評定內容分為實驗理論測評和實驗操作技能測評,實驗理論測評包括實驗原理,實驗步驟以及實驗內容的應用,這樣有利于學生自主學習醫學分子生物學并加深對分生生物學的認識;實驗操作技能的測評:考察學生的實驗設計能力、動手操作能力、實驗結果分析能力。經過觀察實驗課堂學生的表現,部分同學主動參與到實驗課堂中,而其他同學僅僅是旁觀者,通過實驗成績評定的改革,提高學生實驗設計能力、自主動手能力和分析問題能力,為國家和社會培養創新人才具有重要的意義。
4總結
關鍵詞:研究生培養;實際需求;分子生物學;探索
中圖分類號:G643.2 ?搖文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)03-0046-02
隨著生物科學技術的飛速發展,生命科學各學科之間的交叉滲透日益顯著,而在生命科學領域的各項核心課程之中,分子生物學已逐漸成為聯系其他學科的樞紐性課程和眾多新興學科的基礎性課程。生命科學各專業的研究生,對分子生物學知識的理解和掌握程度,直接關系著后續開展研究生課題設計及進行畢業論文實驗研究的質量與水平,因此,如何讓學生真正做到學以致用,讓分子生物學的理論和實踐知識為研究生課題設計服務,已成為判斷該課程教學效果好壞的關鍵問題[1]。分子生物學是從生物化學這門課程中獨立出來的一門課程,它的核心內容是基因的表達與調控,這構成了整個課程的主干部分,與此相關的眾多內容組成了課程的枝葉部分,傳統的教學方法往往注重分子生物學理論機制的講解,而將實驗教學獨立開來,這種教學模式對即將進入實驗室開展課題設計和研究工作的研究生來講,存在明顯的缺陷。原因有以下三點:首先,生命科學相關專業的研究生與本科生相比,已具有一定的分子生物學理論和實驗基礎,其理解能力也更強;其次,研究生與本科生對于課程的預期不同,研究生馬上面臨獨立地開展學位論文的課題設計,對課程學以致用的要求會更高一些;再次,由于研究生的本科背景及自己所學專業等方面存在著較大的差別,其學習的基礎參差不齊,因此每個人對課程的要求也不同。因此,分子生物學的研究生教學工作需要更多地考慮研究生的實際特點,針對性地開展教學模式和教學方法改革。本教學團隊,注重從研究生教育的實際需求出發,通過幾年的實踐探索,已初步構建好研究生分子生物學的課程體系,并在教學工作中不斷改進和創新,有力地促進研究生專業能力的培養,下面就已經開展的教學新探索加以介紹。
一、教材的選擇與課程內容設置的探索
我們沒有指定某一本書作為課堂教材,而是向學生介紹了幾本分子生物學領域的經典著作,其中包括《現代分子生物學》、《醫學分子生物學》、《基因的分子生物學》、《基因VIII》及《分子克隆實驗指南》等,希望學生能盡可能地閱讀并參考這些著作來學習。這樣有助于學生從不同的專著中獲取知識,通過不同作者的講解與敘述,增加對分子生物學的全面思考和認識。
我們通過深入了解每位學生在本科階段的相關學習情況,發現由于專業背景差別較大,很多學生即使學過了相關課程內容,對分子生物學知識的理解仍處于較淺水平。因此,在課程內容的設置上我們進行了改革,最終確認了“一條主線,三個基本點”的格局,主線就是分子生物學的核心:基因的表達與調控,三個基本點即三大基本過程:復制、轉錄及翻譯。在課程設置上,我們也分為三大塊,即分子生物學基本理論與知識、分子生物學實驗技術和分子生物學專題知識,第一部分是課程的重點部分,包含了三個基本點的內容;后兩部分是在第一部分內容上的進展和深入,基因的表達與調控成為貫穿三部分的一條主線,每一部分都緊密聯系該主題。因此,理論課與實驗課的教學內容設計都是圍繞主線與基本點展開,使學生通過本課程的學習,在腦海中形成分子生物學的最基本理論體系,奠定良好的分子生物學知識基礎。
二、了解學生的學習需求,使教學更加貼近實際
針對本課程結束后,學生馬上就要進入實驗室開展課題研究的現狀,在開課初期給學生布置了一道課外作業題,即“與導師交流,了解自己研究生論文的課題方向和內容,提出你想通過分子生物學課程學習到的內容有哪些”。因為涉及到未來自己的課題及論文,每位學生都積極參與并完成了該項作業,總結學生的作業情況,我們發現不同專業研究生對本課程的需求存在著異同點,例如,基礎醫學專業的研究生對分子生物學新發現和新知識方面的要求較多,而藥學專業的研究生更希望對分子生物學實驗技術方面了解更多一些。根據這些反饋回來的情況,我們授課老師了解到了學生以后從事專業課題研究的基本信息,因此在后續的課程設計上根據各專業特點,有選擇性地安排一些專題性質的課程內容,例如,增加了RNAi專題討論課等,這樣使我們的教學可以更加貼近學生的實際需求,受到了學生的廣泛好評。
三、每節課都要有亮點
分子生物學與其他生物醫學類理科課程類似,理論課教學中都涉及到很多比較枯燥的概念和復雜機制過程的講解,如何保證學生在課堂上的專注力是能否獲得好的教學效果的關鍵因素之一。為解決上述問題,通過集體備課我們對每節課的授課內容進行細致的分析討論,一致認為除了進行傳統的教學講解以外,每節課都必須在內容上體現出兩個以上的能激發學生學習興趣的亮點內容,這些亮點與當堂課的核心內容有密切關系,在提高學生學習興趣的同時還能幫助對核心內容的加深理解。例如,在講DNA復制這節課的內容時,我們選取了發現半保留復制機制和發現岡崎片段兩個著名實驗的科學家故事作為亮點,教導學生如何激發自我的創造性思維;在講解PCR技術的理論章節時,選取了授課教師自己做PCR實驗中遇到的幾個問題作為亮點,將理論課程與實際操作結合起來,通過提出問題、分析問題和解決問題的講授方式,使學生對該項技術的理解更加深入。
四、實驗教學著重鍛煉學生的實驗設計及實踐操作能力
本課程還包括了分子生物學的實驗教學工作,本著為研究生提供一個連續性鍛煉動手操作機會的目的,我們設計了一個涉及分子生物學最根本也是最重要內容的綜合性實驗,即目的基因的克隆及鑒定。首先在理論課教學中采用討論式教學方法,讓學生對基因克隆的基本實驗設計和操作流程有了初步的認識,然后采用連續不間斷的時間安排,利用晚上及周末時間,讓學生親自動手完成樣本制備,RNA提取,RT-PCR,目的基因片段的酶切、回收及連接,感受態細胞制備,轉化重組子及篩選鑒定的各個實驗環節,并對實驗過程中及時發現問題進行課堂討論和分析,進一步加深了學生對該實驗的理解和認識,也培養了實驗設計的基本思維,對其后續研究生課題的開展起到了很好的促進作用[2]。
五、引導學生培養良好的科研思維能力
鍛煉好的科研思維能力是以后從事科研工作的根本所在,在分子生物學的課堂上,我們也采取了形式多樣的教學方法努力引導學生培養自己的科研思維能力。例如,老師在講授完基本理論知識后,提出一些有爭議性的專業知識問題,讓學生分組討論,并拿出自己的觀點,然后進行課堂辯論會,通過這種方式促使學生開動腦筋運用所學的知識去解決存在的問題,有利于學生科研思維能力的鍛煉;我們還開展了課堂seminar活動,讓學生根據自己專業及今后課題研究的特點,選取涉及到分子生物課堂知識的高水平SCI文章,通過自己的閱讀理解,制作講演PPT上講臺進行講解,通過這個活動提高了學生查閱和分析外文文獻的能力,對今后的課題設計也是大有裨益的[3]。
本著能讓學生能夠學以致用的原則,分子生物學課程教學緊緊抓住研究生培養和教育的特點,在教授基本理論和實驗技術知識的同時,從研究生未來課題設計的實際出發,對授課內容、課程體系及構架等做了新的探索和嘗試,已獲得了初步的教學成果,但仍然還有許多地方有待改進和完善,相信通過不斷的努力,分子生物學能成為一門助力生命科學各專業研究生教育的必備課程。
參考文獻:
[1]李敏,陳必鏈.碩士研究生《分子生物學》(英文)課程的改革與實踐[J].福建師范大學學報(自然科學版),2011,27(3):44-47.
筆者長期從事分子生物學課程的理論和實驗技術的教學工作。在教學過程中,結合該課程微觀概念繁多、抽象性強等特點,從教材的選用、內容、以及教學方法等幾個方面進行了探索研究,并取得了一些成效。以下對教學改革的幾點措施以及體會和認識進行具體的描述。
一、精心選擇有關教材和參考書
教材是學生“學”和教師“教”的過程中的基本資料,市面上關于分子生物學的教材十分多。由于分子生物學所包涵的知識面十分廣,在編寫教材時有不同的側重點,因此選用一本合適的教材十分重要。通常要求教材既能涵蓋分子生物學基本概念與基礎知識,同時又能反映學科的發展動態,體現學校的辦學特色。分子生物學是我校較早實行雙語教學的課程之一,根據學生的實際水平選擇了科學出版社影印出版的英國經典分子生物學教材《Molecular Biology》(Turner)。本教材按主題,采用言簡意賅的語言和簡明清晰的圖表,系統概括了分子生物學的核心內容、主要技術及前沿動態。而且,此教材有中文譯本,可以幫助學生快速準確獲得信息,十分適合作為雙語課程的教材。
二、優化教學內容
由于目前大多數生物學課程,如遺傳學、生物化學、細胞生物學等都進入了微觀分子時代,因此均增加了蛋白質、核酸、基因表達調控等基礎知識的講解。這使得學生對開設在高年級的分子生物學有一些似曾相識的感覺。這雖然有助于學生對分子生物學的理解,但是也會使學生感覺好多內容是對前面的復習,出現厭學情緒。針對這種情況,我們邀請遺傳學、生物化學、細胞生物學等可能涉及分子生物學內容課程的主要負責人,認真討論,優化了各自的教學大綱,在保證課程內容完整性的前提下,盡量壓縮分子生物學的相關內容。對于教學過程中,生物化學、遺傳學和遺傳學中必須出現的分子生物學內容,如蛋白質核酸的結構與組成,采用分組討論的方式進行自學,調動學生的學習積極性,因勢利導,使學生對所學知識能夠更加理解,對所學知識的記憶和理解能夠進一步加深,為以后對相關知識點的學習打下良好基礎。與此同時,這既節約了教學時間,又不會再出現與遺傳學和生物化學有相同內容的重復教學問題。這樣,一方面對分子生物學的教學重點進行了明確,另一方面又突出了分子生物學的教學特點,即以遺傳學和分子生物學為基礎,保證了教學課程的系統性和完整性。
三、合理使用多媒體課件
分子生物學理論課教學內容多,而且抽象,因此學生很難熟練掌握和理解。另外,分子生物學又有著很強的技術性。其原理十分復雜、難度高,很難進行試驗操作且成本很高,這樣可以利用教學課件中的相關圖像及動畫來進行演示,提高學生的學習興趣。教師還可根據學生的個性特點以及接受能力來選擇合適的多媒體課件配合內容的講解,文、聲、圖、像并茂的新聞課件能夠從多個角度分層次地展現教學內容,使學生更加容易理解相關知識,從而提高教學質量。美觀清晰的多媒體界面,逼真的動畫模擬更加方便教師在教學過程中的使用。通過多媒體向學生提供信息,是對學生進行多種感官的綜合刺激,在獲取信息的過程中,學生通過聽覺、視覺等多方面的并用,更加容易使學生在學習中進行想象和創新,提高學生的學習積極性和創新能力。
但是,在教學過程中使用多媒體時,應注意它只是一種教學手段,是為教師的教和學生的學服務的。教師不能一味地讓學生時刻跟著多媒體,只是做一個多媒體的操作員。所以,在多媒體教學過程中,教師要把多媒體當一種教學輔助手段,同時要注意給學生思考和討論的機會和時間,培養學生的創新思維,重視學生的主體地位。
四、剖析經典實驗
分子生物學是所有生物學學科相關課程中,最注重實驗研究的課程之一。目前,現代分子生物學的理論發展的過程,實際上是前人大量實驗發現的科學闡述集合,比如轉座子的發現、RNA干擾現象及其機制的發現等。這些設計巧妙的實驗,有著嚴謹的論述,其中的一些研究方法如今仍然在分子生物學的研究中廣泛應用,如RNA干擾。這些經典實驗過程本身就是一個科學故事,在很大程度上提高學生對相關領域的興趣,其實驗設計可以啟發學生尋找解決問題的方法,也可以幫助學生在專業課程的學習中了解研究方法,從而加深對相關理論知識的理解和掌握。
同時,分子生物學本身仍在不斷地完善當中。相關的知識內容、發現和研究方式方法日新月異。如對非編碼RNA的研究已經成為目前對分子生物學進行研究的特點。將用故事的相識對非編碼RNA的研究歷史進行講述,進而采用啟發的方式對學生進行引導,討論在研究中對這一作用的應用。這樣的起發過程,可以增加學生對現代生物學研究中理論與技術相互促進發展的理解,激勵他們對已學知識的充分思考,建立基礎研究與社會應用之間的聯系,提高學生的創新能力和學習積極性。
五、利用科研實例剖析重點難點問題
分子生物學雖然理論很高深,但是它卻被廣泛應用于各種領域。特別值得一提的,如今各高校的教師有著較高的學歷和豐富的科研經歷,能夠在教學過程中融入實際的科研案例。在教學中對書本知識進行傳授的同時,為學生講解講授一些在實際工作中應用理論知識的實例,對學生知識的靈活運用能力的提高有很大幫助,可以為他們今后的工作和實踐奠定基礎。從課堂教學效果來說,有助于激發學生的學習積極性,并增強他們對重點知識的掌握理解。除此之外,也有助于提高學生對所學知識的應用能力,為以后的工作和實踐奠定基礎。
如可能
【關鍵詞】醫學碩士研究生 實驗教學 改革 實踐
分子生物學是研究核酸等生物大分子的功能、形態結構特征及其重要性和規律性的科學,是人類從分子水平真正揭開生物世界的奧秘,由被動地適應自然界轉向主動地改造和重組自然界的基礎學科[1]。分子生物學技術被認為是20世紀生物學一項最偉大的成就,也是當今新技術革命的重要組成部分。目前這項新技術已經滲透到生命科學的各個領域,尤其是在醫學科學中已廣泛應用于基礎研究、疾病診斷與臨床治療中。一位醫學相關專業的碩士研究生學好、學通、學精分子生物學,是作為碩士研究生必須走好的一個階段,才能把本科階段學習的基礎知識與臨床研究和科學研究的最新進展聯系好[2]。
分子生物學是一門實踐性很強的學科,但相對于其他學科的實驗而言,分子生物學實驗復雜而理論難以理解,技術性很強,是理論和實踐相結合的典型課程,而且要求學生在實驗中感受、理解知識的產生和發展過程,培養學生獨立思考的能力和創新精神[3]。這就對實驗教學提出了更高的要求和目標,因此建立科學合理的分子生物學實驗教學體系,將對生命科學研究的思維方法帶進課堂,激發學生對分子生物學及科學研究的興趣和潛能,并可提高學生實驗的主動性和積極性,提升研究生實際操作能力,發現問題解決問題的能力。
研究生的培養更應側重于獨立從事科學研究工作能力的培養,為使研究生一年級的學生盡快轉換角色,逐漸順利地進入真正的研究領域,并為了與現代技術接軌,提高教學質量和培養學生科學研究的能力。我們結合本實驗室的實驗條件、實驗設備以及實驗教學人員的素質能力,對分子生物學實驗進行了改革與探索。
(一)結合實驗內容編寫相關的實驗教材
我們對醫學碩士研究生的分子生物學理論部分選用的教材是朱玉賢《現代分子生物學》(第三版),本版教材有二章介紹分子生物學技術,但不能作為實驗教材。我們根據實驗課教學目的進行合理組合,力求使該實驗體系內容新穎、實用、注重創新、體現素質教育和能力培養。編寫教材的主要參考書為薩姆布魯克《分子克隆實驗指南》,是分子生物學實驗教學比較好的教材和參考書[4]。我們在教材中主要介紹常見的各種分子生物學技術及其原理, 并精心挑選了相關實驗。其中重點介紹了基因工程技術的常用到的質粒提取、核酸電泳、技術、酶切、轉化、重組體的篩選、蛋白電泳等實驗。
(二)合理按排分子生物學理論與實驗課教學
我們將分子生物學分為理論和實驗,分別采用的教材為《現代分子生物學》和自編的《分子生物學技術》,學時都為36學時。理論課在實驗課之前進行,讓學生先了解部分基礎理論。在上實驗課時,還須講解實驗的基本原理,這部分知識尤其重要。它是實驗內容的理論基礎,有利于指導學生更好地理解實驗內容、了解實驗目的,有助于增加學生對分子生物學的學習興趣,鍛煉學生的實驗思維。只有理論與實踐相結合,才能使學生真正掌握理論中抽象的知識。 靈活按排實驗課時間,并控制班級規模。
我們將2010級180名碩士研究分為6個班,每班30個學生。根據分子生物學實驗的特點將實驗集中安排在一段時間里,保證實驗的連續性,將實驗課全部按排在周末2天時內。這樣,改變了傳統實驗教學時間安排過于死板,時間過少且不連貫的現象。我們在實驗授課上主要是以基因工程的內容為主線,順序是基因分離克隆,載體選擇、酶切,片段與載體的連接,重組質粒的轉化,重組子的鑒定、表達。這樣的安排有助于增加學生的學習興趣,使學生主動探索未知的知識,最重要的一點是有利于培養學生的科研思維。課程周期為3個星期,每周完成一項實驗內容,在這3個星期里,學生剛好能完成一個基因工程的流程,形成一個完整的實驗概念,同時又有充足的時間讓學生思考和解決問題,加深了對實驗的印象。
充分做好實驗前的準備工作,以二人為1小組,精心準備每組使用的器材,如槍頭、離心管、鑷子、一次性手套,微量離心機、電泳儀、電泳槽、染色缸等。為了保證實驗結果的真實穩定,實驗課老師和實驗人員反復對實驗進行了多次預實驗,并取得較理想的實驗結果。
錄像是良好的視聽媒體,其直觀性好,不受實驗條件和實驗材料的限制。在學生進行實驗之前,觀看我們實驗教師親自錄制的實驗演示。演示的內容不僅所有的同學都能看清楚,而且能給同學們實驗過程的真實感受。同時還具有很強的表現力和感染力,能激發學生們的興趣,集中他們的注意力。
(三)雙語教學
在實際科研中,由于目前商品化的試劑盒應用廣泛以及大部分使用的儀器、藥品、試劑都是進口的,其說明書以英文多見,實驗步驟也多是采用英文。而剛入學的研究生們掌握的專業詞匯少,不能準確翻譯與實驗相關的英文資料和說明書,更不用說閱讀專業文獻。我們精心組織備課,用英文制作課件、書寫教案和講稿,同時要求學生用英文寫實驗報告。
(四)實踐總結
本次實驗課改革探索,使分子生物學實驗課環環相扣,而且全部操作由學生自己完成,每一部分實驗都承上啟下,要求學生態度認真、思路清楚、操作仔細、相互協作才能完成。這樣的實驗課過程完整、結果明顯、教學效果良好。不僅使學生得到了分子生物學技術操作的訓練,也提高了教師的實驗技術能力,對相關技術和知識有了更深入的了解和認識。
參 考 文 獻
[1]朱玉賢,李毅,鄭曉峰.現代分子生物學.高等教育出版社. 2007.
[2]寧啟蘭,馬捷,李冬民等.研究生實驗教學改革中的分子生物學教學實驗設計.西北醫學教育.2009, 17: 693-694.
一、從學校方面改革生物化學與分子生物學實驗教學
學校應當提高對實驗教學的認識。實驗教學是醫學院校中培養學生科學素質以及科學實踐能力的重要環節。在美國教育中,能力遠大于知識,能力并不來源于知識,而知識卻可以來源于能力,能力的來源在于“參與”,在于“做”。對于醫學院校而言,則必須重視學生動手能力的培養,強化實驗課、實踐課的同時強化對學生動手能力的考核。醫學院??梢詮娜齻€方面強化對實驗教學的認識:1.在教學實驗室當中提供必要的儀器設備,從教學硬件設備上保障教學目的得以實現;2.在資金方面上,加大對實驗室設備、先進實驗室的建設投入,保障學生的學習效果符合社會需求;3.在教學計劃方面需要不斷的審視實驗室教學的重要性,不斷的優化實驗性教育。
傳統的醫學基礎教學實驗課是屬于理論課的,其實驗課都歸屬于教研室管理,沒有獨立的實驗室,其教研室又被劃分得比較細,其規模較小,教學儀器設備普遍較為單一、分散,對于教育而言有著極大程度的阻礙性。對此,醫學院校就應當根據生物化學與分子生物學實驗教學中的需求,統一性調配實驗教學的管理,做好真正的資源共享,充分發揮教學儀器的教學作用。
二、從教師方面改革生物化學與分子生物學實驗教學
改善教學方式,保障教學方式能夠與時俱進[3]。教師不能因循守舊,應當與世界接軌,及時的了解學科的教學新技術,掌握科學的教育方式,并引導教師學會如何學習,如何獲取最新的科學知識動態,從而實現搞技術人才的培養工作。
承擔生物化學與分子生物學實驗課的教師應當充分認識到自己工作的重要性,保障課堂的趣味性,促使學生在聽課過程中能夠獲取相關知識、技能內容。要達到這樣的目的,教師必須要對實驗課的教學方式進行適當的改善,在布置實驗課的方式上、實驗課的步驟上。應當保障每一個實驗都能夠吸引學生,引導學生主動參與到教學當中,從而提高學生的學習興趣,不僅僅是幫助學生完成相關的實驗操作,更重要的是幫助學生熟悉實驗過程中的操作技巧以及引發學生的思考。
傳統的灌輸式教學模式在實驗性課堂當中顯然不適用,尤其是生物化學與分子生物學這樣創新性非常強的課程,其實驗教學的最終目的是為了提高學生對知識、技能的掌握以及創新能力的培養。目前,許多教師會在實驗前幫助學生準備好實驗中所可能用到的物品,并梳理好實驗中的步驟,讓學生按照教師的知識去完成實驗,這樣的方式從根本上就剝奪了學生的獨立操作,從而導致學生的實際學習效果不理想。
三、從學生方面改革生物化學與分子生物學實驗教學
生物化學實驗是一門實踐性非常強的科目,高校學生應當對實驗性課程做好相應的心理準備以及同等的重視程度,在實驗當中學生不僅僅需要在培養實踐技能,更多的是提升學生的創新思維能力[4]。學生在生物化學與分子生物學實驗教學當中首先應當重視實驗課,并杜絕實驗課不重要的意識,強化自身在實驗課當中所獲取的技能、知識的渴望與認識。在課堂開展之前,學生應當做好充分的預習準備,基本了解實驗原理以及步驟,在進入實驗室時必須有相應的心理準備,做好相關的實驗準備。通過這樣的做法,能夠基本杜絕學生在實驗過程中的盲目性,幫助學生提升對實驗課的參與積極性,同時也消除學生對教師的依賴,改善以往被動式的學習現象。例如,在做蛋白質印跡實驗之前,學生應當先了解并熟悉其抗體特異性的結構特征,并基本了解整個實驗步驟,其中主要包含配膠、上樣、電泳、電轉、結合抗體以及顯色等。因為聚丙烯酰胺的凝膠時間比較長,普遍在實驗課開始之前教師便已經開始配置,所以如果在課前學生沒有做好充分的準備就很難在課堂中得到充分的學習。
四、結語
綜上所述,醫學院校的教學最終目標在于給予社會提供更多實用性、高技術人才,醫學院校生物化學與分子生物學實驗教育必須要依據社會、行業的需求進行創新,通過學校、教師以及學生等多方面進行改革創新,促使醫學院校生物化學與分子生物學實驗教學質量得以穩固提升。
參考文獻:
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關鍵詞:分子生物學;教學內容;手段和方法;知識拓展;教學效果
中圖分類號:G642.4文獻標志碼:A文章編號:1674-9324(2018)09-0174-03
分子生物學是自然科學中發展最迅速、最具活力的前沿學科,已經發展成為一門獨立的新興學科,又是諸多相關領域強有力的研究工具,是普通高等院校生物類專業必修的專業基礎課程。分子生物學課程內容千頭萬緒,內容難懂。如何順利完成教學任務,并能收到良好的教學效果,確實是一個需要認真思考的問題。本文從教學內容、手段和方法以及知識的拓展方面進行了一些探索和分析。
一、教學內容的合理組織
經典的分子生物學教材通常包括核酸的結構與功能、DNA復制與突變、RNA的轉錄和加工、蛋白質的生物合成、基因的表達與調控等內容。該課程內容如果安排不當,容易讓學生覺得枯燥無味、抽象,容易引起學生失去自主學習的興趣。如何通過深入淺出地講授,讓學生喜歡這門課程并主動琢磨課程內容,需要花些心思去引導。
(一)分子生物學課程的基本理論與技術
要努力講透分子生物學的基本理論和技術,抓住學生的注意力,需注意以下幾個方面。
1.前人研究的故事。在講解重要的理論時注重介紹這些理論發現背后的人物故事等,不但能提升學生學習興趣,還能培養科學創新精神。如以諾貝爾生理學或醫學獎和化學獎為主線來講解分子生物學的發展簡史;講DNA的雙螺旋結構時,可講述沃森、克里克和威爾金斯獲得1962年諾貝爾生理學或醫學獎的故事,以及無名英雄富蘭克林所做的貢獻;講到轉座子時,可講述鐘情科學的“玉米皇后”麥克林托克提出轉座子時到獲得諾貝爾獎間隔30年時間,她在此期間所受的冷遇、嘲笑以及她的堅持。
2.前人研究的理論基礎。分子生物學中有許多理論十分難懂,如mRNA的發現、遺傳密碼的破譯和操縱子理論等。在教學過程中要想將分子生物學的理論講透,對老師具有較高的要求。因為在當時的知識背景、實驗和科研條件下,研究所采用的方法與現代分子生物技術有很大的不同,需要老師學習前人的研究論文來理解研究者如何設計實驗、如何對獲得結果進行理性分析等。如在講授乳糖操縱子時,教材中列舉了在培養基中添加乳糖后β-半乳糖苷酶活性及其mRNA含量的變化規律圖。但如何得到此圖,書中只給予簡單的介紹,給老師上課和學生的理解造成了較大的困難。為講清乳糖操縱子的調控機理,給學生連續提出了2個問題:(1)如果讓你設計實驗如何得到此圖的問題。在備課時,我給學生們列舉了測定酶活性的方法,如比色法或酶聯免疫法,并下載比色法檢測β-半乳糖苷酶的專業論文[1]和公司檢測β-半乳糖苷酶活性相關的試劑盒。對于如何測定β-半乳糖苷酶mRNA含量的變化,我列舉了檢測基因表達量的幾種方法。這些檢測mRNA表達量的前提是獲得了β-半乳糖苷酶基因,于是又產生了第2個問題。(2)如何獲得β-半乳糖苷酶的基因?介紹獲得基因的方法后,但當時沒有這些技術,于是我將當時條件下有關基因表達量檢測的相關論文下載[2],并講解了如何通過轉導噬菌體獲得β-半乳糖苷酶基因,通過雜交檢測β-半乳糖苷酶基因mRNA含量的變化。這樣引領學生沿著這些大師們的足跡,重溫當年的研究過程,學習其中的科學思維和研究方法。這樣的教學方式能夠改變照本宣科、填鴨式教學的單一和枯燥。提升學生的學習興趣,培養學生的科研素質。
3.社會關注的熱點及日常生活常識。為了抓住學生的注意力,將分子生物學的專業知識與日常生活聯系到一起。在講到轉基因植物時會與學生一起討論轉基因植物的安全性,并下載網上正反兩方面的觀點,引用2016年百位諾貝爾獎得主聯名支持轉基因,并解釋轉基因植物是安全的理由,讓學生對轉基因植物的安全性有正確的認識,并希望通過分子生物學的學習,用自己的專業知識對轉基因植物的安全性做出正確的評價。講到微衛星DNA(SSR)時,提及利用SSR標記進行親子鑒定,并將2016年偵破在社會上造成重大轟動的白銀市連環殺人案的過程中使用人Y染色體上SSR標記,引起學生廣泛的興趣。
講到乳糖代謝過程中,大腸桿菌要將乳糖運輸到細胞中需要用透過酶。這時我又給學生提出了一個日常生活中的問題,如含膠原蛋白和超氧化物歧化酶化妝品問題。化妝品中的膠原蛋白或超氧化物歧化酶進入人體后具有抗衰老的效果,與學生討論這些化妝品能否讓人年輕,通過分子生物學的學習我們知道一個小分子的乳糖進入細胞需要一種運輸酶,那么這些蛋白如何進入人體細胞?其結果是顯而易見的。
4.分子生物學重點、難點解讀。有些時候,書本上對有關的理論或技術介紹并不全面,學生在學習過程中難于理解。如DNA的復制原點位于遺傳圖譜84分鐘處,這些涉及到細菌基因定位的中斷雜交試驗,需要講解相關知識,幫助學生理解。又如SangerDNA測序原理,如用不同顏色的熒光物質標記ddNTP,從而實現測序的自動化。書上并沒有講到用什么作熒光標記物,如何標記等問題。下載熒光標記相關的文章[3],并將測序人員編寫的測序步驟下載,與學生一起學習每一步反應的作用,有助于學生理解該技術。
(二)分子生物學前沿
分子生物學知識更新可以說是日新月異。因此在教學中老師必須關注學科的研究熱點和前沿領域。在教學中可講述一些應用相關理論開發的技術或相關技術的進一步發展。如講到噬菌體的滾環機理時,下載利用噬菌體DNA聚合酶開發的滾環擴增試劑盒說明書,并介紹試劑盒在動植物病原物檢測中的應用。講到測序技術時,就可以向學生介紹最新發展的二代測序技術;講到酵母雙雜交系統,可以向學生介紹將熒光蛋白折分后的雜交系統以及依賴泛素(ubiquitin)的細胞質雜交系統[4]。讓學生感受到分子生物學技術發展日新月異,也培養他們跟蹤學科發展前沿的方法和學習習慣。
二、教學手段和方法的改進
(一)多媒體教學
多媒體技術具有信息量大、聲像俱佳、動靜皆宜的特點[5]。多年來我們不斷補充和完善教學資料,逐漸形成了獨具特色的多媒體教學課件。多媒體中大量使用圖像、文字表述簡潔明朗、主題突出。在多媒體教學中使用分子生物學動畫,如DNA復制、轉錄、翻譯、分子生物學技術和基因表達調控動畫等。這些動畫能將聲、光、色結合,從而增加學生的感官刺激,能有效提高學生的注意力,激發課堂活力,從而提高教學效果。這些動畫都是用英文講解,需要老師給學生翻譯。讓學生掌握一些英文專業詞匯,有助于提高用英文交流與閱讀專業文章的能力。
(二)教學方法
為發揮學生作為教學主體的能動性,根據具體的教學內容設置了啟發式、聯想式、探究式等多種教學方法[6],讓學生參與到教學過程中,不僅活躍了課堂氣氛,而且在分享知識的同時,更注重教會學生靈活掌握學習的方法。
1.啟發式教學。啟發的目的在于舉一反三,觸類旁通。針對每一次的課堂教學,設計一些拋磚引玉的問題,供學生思考與討論,這成為了分子生物學理論教學的重要組成部分。如前面講到的乳糖操縱子時,所提出的兩個問題就是很好的啟發式教學的例子。這一系列的互動教學活動,充分調動了學生課堂學習的主動性和積極性,在不斷的討論分析中通過展示不同的思維、發表各自的觀點,不但有利于促進學生在學習中發現問題、解決問題,而且有利于學生通過對基礎知識的消化、理解來達到理論的升華、拓展。
2.比較法教學。在比較法方面,注重橫向比較與縱向比較的結合。DNA的復制、轉錄和翻譯以及基因表達的調控等內容均是從原核生物和真核生物兩方面論述的。因此,在教學中充分利用橫向比較法,對原核和真核生物DNA的DNA聚合酶、RNA聚合酶的種類和組成、mRNA的結構進行對比分析,能更好地幫助學生理解和記憶。而對DNA復制、RNA的轉錄、蛋白質的翻譯等過程、不同操縱子的調控機制等內容的教學可以采取縱向比較法,如DNA復制、RNA的轉錄、蛋白質的翻譯各需要一些什么樣的酶,它們的過程有什么不同。以達到加強記憶的目的。
三、知識拓展
生物信息技術已經發展成為分子生物學研究方法中不可分割的一部分,必須特別強調互聯網資源運用的重要性。在整個分子生物學的教學中,要求學生查閱和組織各種文獻資料。因此,在教學中要逐漸向學生介紹中國知網和NCBI等常用資源庫,使學生了解如何利用資源庫進行查詢,培養了學生的自學能力。在教學中還要介紹一些常規的生物信息技術軟件,如Primer6.0、DNAMAN和DNAStar等,使學生對這些軟件有一個初步的認識。如講到rDNA為中度重復序列時,要求學生從NCBI網站上下載原核和真核的基因組序列,查找其中的rDNA的數量,并明確rDNA的結構。下載動、植物病毒的基因組序列,用DNAStar作出其結構,觀察病毒的重疊基因。用DNAStar作出四膜蟲rDNA的結構,并比較與其他rDNA的差異,弄清核酶的特殊性。
關鍵詞:分子生物學;教研一體化;創新;綜合能力
2015年5月4日,國務:頒布了葉關于深化高等學校創新創業教育的實施意見曳,明確了以素質教育為核心,以創新人才培養為導向的高校創新創業教育工作。在創新教育改革的大趨勢下,高等教育的首要任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級人才,為完成這一任務,學生專業理論知識的掌握和實踐能力的加強要實現高度的平衡。然而如何提高學生的實踐能力,加強專業課課程的學習呢鑰根據分子生物學教學過程中遇到的問題,探索和分析了通過教師科研與專業課教學相結合的方式,改革專業課教學模式及考核方式對培養學生綜合能力、提高分子生物學教學效果,促進學校發展的作用。
1傳統分子生物學教學方法的弊端
分子生物學是在分子水平上研究生命活動及其規律的科學,主要研究核酸、蛋白質等生物大分子的結構、功能及其相互作用,內容繁多、抽象,不易理解[1]。傳統的分子生物學教學只注重知識的傳授,習慣于以灌注的方式增加學生的知識。這種滿堂灌的教學方式不僅使學生思路閉塞,缺乏獨立思考的能力和創造性,而且容易使學生產生枯燥厭煩情緒。很多情況下學習僅僅是為了應付考試,在很大程度上影響了這門課程的教學效果。分子生物學是一門實驗科學,任何理論的提出都必須以實驗依據為基礎[2]。要加深學生對分子生物學理論的理解,增加對理論知識的感性認識,最有效的途徑是讓學生把所學理論知識運用到實踐中解決實際問題[3]。因此,分子生物學的實驗教學就顯得尤為重要。為適應分子生物學日新月異的發展,早在20世紀90年代初期各大高校就對生物專業的本科生開設了分子生物學實驗課程,但是傳統的分子生物學實驗課教學卻存在很多不足:一是實驗課的配套教材多年不變、實驗設備老化、實驗內容陳舊,與飛速發展的前沿理論和技術嚴重脫節,導致教學脫離實際;二是對實驗課程的設置而言,由于需要較高的經費投入和師資不足等原因,很多實驗只停留在實驗理論的講授和實驗演示階段;三是學時安排使得上課時間較為分散,實驗內容的設置不具有連貫性和完整性??傊?,當前的分子生物學實驗教學已經不能滿足大學本科生對實驗理論與實際操作的需求。為緊跟生命科學發展的步伐,分子生物學在理論教學和實驗教學模式上都需要進行改革。最簡單有效的辦法就是利用教師的科研平臺,讓學生在學習專業課的同時參與相關教師的科研項目,通過理論與實踐的結合,提高專業課的教學效果和學生實踐創新的能力。
2實現教研一體化教學模式的措施
為了有效開展教研一體化,提高學生的綜合能力和專業課的教學效果,為大學生提供一個從事基礎科研活動的鍛煉機會,應該采取以下一些符合教學實際、適于大學生參與的支持性和保障性措施:一是做好宣傳工作,鼓勵、吸納對分子生物學理論知識有一定基礎并對本學科實驗技術感興趣的本科生參與,組建科研創新團隊,營造良好的科研學術氛圍,打造研究型、開放式的教學新模式。二是利用現有的教學資源和科研環境,將教學與教師的科研項目相結合,設置教學科研一體的教學體系。教師在講授專業課的同時,把本專業最新的研究動態和研究成果滲透到分子生物學的理論教學中,使學生及時感受世界前沿知識的變化和魅力,大大提高學生的科研意識與專業興趣,為以后從事分子生物學方面的相關工作奠定基礎。三是教師結合學生在課堂上所學的知識及其所具備的能力,把握難度適宜、有利于理論知識掌握和培養能力的原則將課題進行合理劃分,并對學生做出明確的分工[4]。四是設計課題研究方案前,要求學生認真地收集歸納與課題有關的文獻資料,自己動手設計實驗方案,分析實驗方案在理論上的優缺點、可行性和科學性。通過這樣的形式,鍛煉學生提出問題、分析問題和解決問題的科學方法,為學生營造一個嚴謹、求真、創新、充滿挑戰、充滿活力的學術氛圍,將繁重枯燥的科研活動轉變為學生展現自我創新能力的舞臺。五是改革分子生物學專業課課程考核方式,不再采取單一的平時成績加期末考試成績的形式,而是把平時成績、考試成績,并結合學生參與教師科研項目的情況、科研活動的成果、科研論文的撰寫情況等都作為考核的內容。如此全面系統的考核,一方面有利于對學生進行客觀的評價;另一方面可以肯定學生進行科研活動所付出的努力和取得的成果,從而激勵學生理論課學習的熱情,提升專業課教學質量,增加學生從事科研活動的積極性。
3教學科研一體化教學模式的優勢
3.1有助于提高學生對理論知識學習的熱情
科學研究的過程需要豐富的理論知識作為支撐,同時科學研究的順利開展,要求學生必須學好學精理論知識,從而充分調動學生對理論知識學習的積極性和熱情,強化理論課教學的效果。
3.2彌補了實驗課教學的不足
創新精神和創新能力是對大學生素質評價的重要指標。長期以來,分子生物學實驗教學中開設的多數為驗證性實驗,學生僅僅是根據教材上的方法按部就班地進行操作,撰寫報告,既不能從實驗數據中發現問題、提出問題,也不能從實驗過程中找到解決問題的方法,缺乏創新能力的鍛煉。教師對于實驗教學的要求也僅限于實驗數據處理和實驗報告的完成[5],這種教學方式壓抑了學生的創新意識,扼殺了學生的創新能力,違背了野培養造就具有創新精神、創新能力的高素質人才冶[6-7]這一高等教育改革和發展的主題。教學科研一體化,不僅可以培養學生的自學、觀察、分析、查閱文獻的能力,還能訓練其寫作與語言表達能力,使學生從單一型向復合型、從封閉型向開放型、從知識簡單型向綜合創新能力型轉變[8],促進其創新能力的發展。同時,學生參與科研活動的過程不僅是對勇于克服困難、吃苦耐勞、無私奉獻等個人品質方面的一種鍛煉,亦是對他們在研究團隊中相互配合、資源共享的大局意識和協作精神的培養。國外學者萬科特和奧雷維克孜(PhilipWankatandFrankReovicz)指出:野大學生參與科研項目,可以培養他們的實驗技能、計算機技能、時間管理技能以及項目設計和按時完成任務的技能。每周例會的課題報告,可以培養學生非正式的口頭表達能力,撰寫科研報告是練習寫作能力的好機會,參加學術會議則有助于交流技巧的提高冶[9],這些更是傳統的實驗教學所不能達到的高度。
3.3不僅直接關系到學生的切身利益,對學校和高校教師而言也是必不可少的
通過科研與教學的結合,一方面高校教師可以充分利用學生資源保證在繁重的教學壓力之下進行個人學術的開展;另一方面也使教師的授課不再是一個單調的、乏味的過程,而是有著許多實例的、生動的、有深度和廣度的教學過程。學生普遍反映,這種將科研滲入到教學中的方式,十分容易接受,對所學理論知識的理解也更加深刻。另外,教研一體化模式符合國家的教育改革方針,也進一步提升了大學的教學質量和科研水平。
4結語
教學和科研是高等:校的2種基本職能,都是培養高級人才的重要途徑。它們之間是密切相關、相輔相成、缺一不可的。教研一體化模式不僅僅適用于分子生物學課程,它是普適性的。在高等:校的教育工作中,應該把科研與教學有機地結合起來,堅持以教學傳授知識,以科研創新意識,形成教學科研一體化模式,使教學科研實現良性互動,相得益彰,最終實現大學的可持續發展。
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【關鍵詞】分子生物學;實驗教學;高等教育;教學質量
近年來,隨著高科技向生物學各個領域的滲透,特別是免疫學、分子生物學與基因工程學及基因組學等基礎研究的不斷深化,分子生物學是一門新興的前沿學科,已成為現代生命科學中最具活力的帶頭學科之一,分子生物學研究日新月異的發展,使人類對疾病的認識、預防、診斷和治療發生了深刻的變革,醫學科學已從整體、細胞水平逐步深入到了分子水平。分子生物學實驗教學作為分子生物學整個課程中重要的必不可少的組成部分,不僅能讓學生鞏固和加深理論課知識,而且能加強對學生良好綜合素質和動手能力的培養,以及對他們后續的學習都會起著非常重要的作用。
1.培養學生的學習興趣,激發他們的學習動力
學習興趣是學習活動的重要動力。成功的教學所需的不是強制,而是激發學生的興趣,學習興趣是一種力求認識世界、渴望獲得文化科學知識的意識傾向,能推動人們去尋求知識、鉆研問題和開闊眼界,是一個人走向成才之路的一種高效能的催化劑。分子生物學因其學習涉及面廣、內容繁雜、抽象往往成為諸多學生學習的一大障礙,甚至成為一種負擔,缺乏積極學習的動力。因此我們利用實驗課以實踐動手為主要教學內容的特點,通過營造良好學習氛圍、開展互動式討論學習和體驗成功實驗等方法激發學生的學習興趣。一來可以彌補理論課學習的不足,培養學生掌握實驗基本操作技能和基礎知識;其次,可以逐步培養學生嚴謹的科學態度和創新意識,提高科學的觀察能力、分析思維能力、動手能力和解決實驗問題的能力,真正達到有效地提高實驗課學習效率的目的。例如學習胰島素、腎上腺素對血糖濃度的影響時,我們首先以糖尿病的臨床治療進行設疑,激發學生的好奇心;在完成實驗后由學生根據自已的實驗結果進行答疑;最后由老師結合臨床應用進行總結。通過這樣的教學“三步曲”,激發學生的學習興趣,把抽象、枯燥的理論教學轉變成興趣學習,提高了教學質量。
2.引導學生進入角色,培養良好的學習習慣
在教學活動中,教師發揮學習的引導作用,學生是學習的主體。但在傳統的教學模式中, 我們往往只重視教師的引導作用,而忽略了學生的主體作用,這樣的結果往往導致學生只是被動地接受知識,過度地依賴老師,而不能充分調動學生的學習積極性和學習的潛能。為了提高課堂教學效率,我們應該充分發揮學生的主體作用,調動其自主參與意識,從根本上引導學生形成良好的學習習慣,實現教與學的互動,以取得理想的教學效果。為此,我們讓學生從課前、課堂、課后參與實驗,引導進入角色,培養課前預習、課上積極參與、課后總結的良好學習習慣。實驗課前鼓勵學生參與一些實驗的準備與設計,提高對實驗內容的理解和把握,增強計劃性學習思維的培養;課堂上增加實驗教學內容,盡可能增加每個學生的動手操作機會,同時通過“問題-討論”的方法培養學生獨立思考、自主學習、積極參與的習慣;課后組織學生參與本學科的學習交流,不僅可以在實踐中對所學的理論與技術進行檢驗,同時提高實驗中分析問題和解決問題的能力,進而增加對分子生物學理論與實驗課學習的興趣。在上述提到的胰島素、腎上腺素對血糖濃度的影響教學時,我們對糖尿病的臨床治療方法進行提問,讓學生融入到教學內容,實現主動進入角色。
3.改革傳統課程,開設設計性實驗
分子生物學實驗技能對于科研工作大有裨益。因此,我們在實驗教學中,除要加強學生基本實驗技能的訓練外,還應增加設計性綜合實驗的內容,使分子生物學實驗教學在內容、方法和手段上更加符合培養新型人才和社會發展的要求。設計性實驗是一種介于基本教學實驗與實際科學研究實驗之間,對科學實驗全過程進行初步訓練的教學實驗。它要求學生在充分理解分子生物學基本原理的基礎上,綜合運用所掌握的基礎理論、實驗技能以及各種檢測手段和實驗方法,自行設計實驗方案、確定實驗方法、選用配套的儀器設備,進行實驗,記錄實驗數據,最后寫出比較完整的實驗報告乃至學術論文。設計性實驗具有綜合性、典型性和探索性的特點。此外,它還可以激發學生的創造性思維和探索性精神,是培養學生終生具有創造精神和創新意識的重要途徑。目前我們的實驗教學雖然在內容上進行了一定的改革,減少了驗證性實驗,增加了諸如DN斷的切割、連接、轉化和鑒定的系列實驗,但是學生仍然很難系統掌握實際的實驗技能,達不到提高學生整體科研能力的要求。因此在改革的同時開設設計性實驗將是我們未來實驗教學改革與發展的方向。因為設計性實驗教學的開設,不僅使實驗教學內容有了新的變化,更重要的是對開發學生智力、培養學生的創造性思維能力和實踐能力具有重要作用。
4.以開放實驗室為平臺,進行創新研究
由于科技創新是將科學研究成果轉化為現實生產力的實踐活動,因此提高學生的創新能力,必須注重實踐能力特別是主動實踐能力的培養。所以我們開放實驗室,鼓勵學生自主進行科技實踐,開辟分子生物學第二課堂,組織興趣小組。同學們報名非常踴躍,我們將興趣組分成3~5人/組。在實驗方案中選出最適合開展的方案,由教師點評,學生修改實驗設計方案后,在老師的指導下,由興趣小組來實施。同學們通過課堂的理論學習—課后查閱相關資料—課堂討論—實驗設計—綜合實踐的過程能使學生深刻理解分子生物學實驗的技術與理論,能熟練運用已經學習的多種技術,學會充分利用本實驗室已有的實驗設備和條件,自主設計實驗并實踐,培養了學生的創新思維和獨立分析問題、解決問題的能力。
5.結語
總之,在實驗教學中,我們應該從教與學的關系入手,充分發揮教師的主導作用和學生的主體作用,通過教學改革引導學生的學習興趣,培養他們良好的學習習慣,并充分調動他們的學習主觀能動性,從而最終達到提高實驗教學效果、實現學生綜合素質和能力全面提高的目的。
【參考文獻】
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關鍵詞 醫學生物化學 分子生物學 實驗教學 分層教學 教學改革
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2015.09.054
Application of Lamination Teaching in Medical Biochemistry
and Molecular Biology Experimental Teaching
LI Cuiping, ZHANG Wei, ZHAO Chunpeng
(Department of Biochemistry and Molecular Biology,
Xinxiang Medical College, Xinxiang, He'nan 453003)
Abstract Medical biochemistry and molecular biology experiments is an important subject, which has a significant enlightenment role in promoting the operative ability and developing the innovative potential and scientific research ability of the students, to connect medical theory with practice. However, traditional medical biochemistry and molecular biology experiments teaching has its limits, such as the quickly update theoretical knowledge with the obsolete experiment content and students participating in the experimental courses passively, which is not conducive to the innovation ability development and practice participation of the medical students. To solve above limitations, we put forward the concept of "lamination teaching" and divide the experimental classes into basic experiment, comprehensive experiment, designed experiment, according to the difference of each student in educational resources including biochemistry and molecular biology knowledge, ability level and personal development direction. The important role of "lamination teaching" in teaching reform of biochemistry and molecular biology experiments is also analyzed.
Key words Medical biochemistry; Molecular biology; experiment teaching; Lamination teaching; teaching reform
醫學生物化學與分子生物學是從分子水平研究生命現象本質、疾病發生機制的學科。由于生物化學、分子生物學的內容繁多、理解和記憶難度較大,對于臨床醫學的學生而言,醫學生物化學與分子生物學實驗既有利于學生理解理論知識、掌握相關技術,又可以提高動手能力、參與能力、分析及解決問題的能力、團結合作的能力,可以說實驗課的學習過程是一個理論與實際聯系的過程,更是一個對理論知識進一步升華的過程。通過實驗課的學習,可以讓學生充分認識到醫學生物化學與分子生物學對人類醫學發展的重要作用。但是,在實際教學中出現了很多不利于學生學習和發展的問題,顯示出傳統醫學生物化學與分子生物學實驗教學模式的局限性。分層教學的應用可以解決這些弊端,讓學生根據自己的知識、能力、發展傾向選擇不同層次的實驗課題,從調動學生的主動性和創造性出發,對培養高素質的創新型人才發揮重要作用。
1 傳統醫學生物化學與分子生物學實驗教學的局限性
生物化學與分子生物學知識繁多、內容抽象、概念枯燥,理解和記憶的難度很大,使得不少學生越學越記不住,越學越難理解,產生厭煩和畏難情緒。隨著時間的積累,各個學生對生物化學與分子生物學知識的掌握參差不齊,從而影響在實驗課上的表現和發揮;生物化學與分子生物學教材更新迅速,但實驗內容陳舊落后,主要為一些簡單的驗證性實驗,與臨床實踐、實際應用明顯脫節,嚴重滯后于學科發展;①實驗課教學采用教師預先優化實驗環節,講授實驗原理、介紹實驗試劑、演示重要操作步驟、強調注意事項,然后學生按照操作步驟依次做實驗、寫實驗報告的教學方法,學生僅僅被動學習,缺乏主動思考,很多學生甚至出現了抄襲實驗報告的現象,根本不知其所以然,更不懂得實驗中觀察實驗現象,發現問題、分析并解決問題的重要性;生物化學與分子生物學實驗課是一門強調學生動手操作,在動手的過程中獨立思考,發現問題、分析問題、解決問題的重視實踐的學科,但由于實驗操作中以組為單位,有些學生不親自做實驗,抄襲實驗報告,養成了眼高手低的習慣,對于臨床本科生而言,不利于今后的發展;可見,傳統實驗教學理論與實踐脫節,對其改革是學科發展、培養創新型人才的教育需求。
2 應用分層教學法,全面改革醫學生物化學與分子生物學實驗教學
分層教學又稱分組教學、能力分組,是教師根據學生的知識、能力水平和潛力傾向把學生科學地分成幾組水平相近的群體并區別對待,使得各群體在教師恰當的分層策略和相互作用中得到最好的發展和提高。根據分層教學的理念,教師可以根據各個學生對生物化學與分子生物學知識的掌握、能力水平及個人的發展方向,將實驗課分為基礎實驗、綜合實驗、設計性實驗等。醫學的學習過程是一個重視實踐的過程,所以基礎實驗、綜合實驗作可為必修課程要求每個學生都參加并進行實驗考核;而設計性實驗可作為選修課程,根據學生自己的科研興趣及未來發展志向,自愿選擇。大體規劃如下:
2.1 精選基礎實驗,掌握基本實驗技能
基礎實驗的教學目標是掌握基本實驗技能,如醫學生物化學與分子生物學實驗中常見玻璃儀器的使用、清洗和干燥、電泳技術、層析技術、光譜光度技術、離心技術、物質的分離提純及含量測定。按照教學目標,可安排如下基礎實驗:血清蛋白含量的測定、血清蛋白醋酸纖維薄膜電泳、氨基酸薄層層析、肝臟DNA的提取等。通過基礎實驗,學生加深了對基本理論知識的理解,掌握了分光光度計、離心機、電泳儀、水浴鍋等常見生化儀器的使用,熟悉了基礎實驗的操作過程,為開設綜合實驗、研究型實驗奠定了基礎。
2.2 開設綜合性實驗,提高動手能力和科研素質
綜合性實驗的教學目標是提高學生的動手能力,培養分析問題、解決問題等科研素質。綜合實驗側重以生物大分子的分離、提純及測定為主,涉及各種實驗技術的綜合。②為了達到上述教學目標,可篩選以下實驗:細胞核分離純化及DNA、RNA含量的定量測定、聚丙烯酰胺凝膠電泳分離血清蛋白、堿性磷酸酶的提取和測定等。通過基礎實驗課的學習,學生已掌握了基本實驗技術。在綜合性實驗的開展過程中,要突出學生的主體地位,以學為主,以教為輔。學生通過預習課本,動手實驗、發現問題、分析問題,最后解決不了的問題,教師可以組織學生討論,最后再答疑,指導實驗的完成。通過實驗,學生對實驗原理有了更深入認識、提高了發現問題、分析問題及解決問題的能力,發揮了學生的主觀能動性。如“細胞核分離純化及DNA、RNA含量的定量測定”實驗中,由于細胞質、細胞核的水解液中容易吸入少量沉淀,導致比色時吸光度偏大,實驗數據有偏差,出現該問題怎樣解決呢?首先讓學生觀察實驗現象,試管中的反應液是不是有懸浮物,不清澈呢?然后分析問題。根據分光光度計的測定原理Lamer-Beer定律A=KCL可知,在實驗條件一定的情況下,A與C成正比,那么吸光度(A)偏大是由反應液的濃度(C)增大而引起的。是什么原因引起反應液的濃度增大呢?引導學生思考,是由于吸取水解液時混入少量沉淀而造成的。那如何解決該問題呢?是不是可以采用離心技術,將懸浮物沉淀,再用上清液比色呢?通過離心前后實驗結果的比較,學生懂得了實驗中發現問題的重要性,體會了運用所學知識去分析并解決問題的成就感。當然,也有同學實驗數據還沒認真分析,就已經把反應液倒掉了,若實驗數據有問題,已來不及查找原因,在這種情況下,可以讓學生再重復進行測定部分的實驗。通過重復實驗,學生了解到保存實驗材料的必要性及其對實驗結果分析的重要性。綜合實驗的開設,提高了學生分析問題、解決問題的能力,更重要的是學生通過自己的主動學習,參與實驗的熱情提高,對實驗過程的理解更加透徹,科研素質得到了提升。
2.3 組織“研究性實驗”,突出學生創新能力的培養
研究性實驗可作為選修課,實驗題目待定或由各學業導師出相關題目,讓學生參考。學生根據自己的專業特點、興趣愛好、發展傾向選擇研究項目,由學業導師負責指導。學業導師負責做好以下相關工作:(1)幫助學生選題,引導學生查閱資料,設計實驗并跟蹤指導實驗;(2)做好實驗室開放工作,保障實驗藥品、器械的正常供應;(3)幫助學生分析實驗結果。③當然,研究性實驗也可以在學業導師自己的實驗室進行。在完成實驗的過程中,學生圍繞自己感興趣的課題經歷了查閱資料、選擇材料、確定方案、準備試劑、分析結果、撰寫研究報告等一系列過程,教師則全程跟蹤指導。研究性實驗的開設讓學生體會到科研的過程,體會到自己查找資料、學習知識的過程,體會到發現問題、解決問題的過程,體會到獨立思考在科研中的重要性,培養了嚴謹的科學態度,同時提高了學生的動手能力,激發了學生對科研的熱情,提高了學生的創新能力,更重要的是提高了學生的獨立性和自信心,這對學生日后從醫或搞科研是非常重要的。在教師的指導下,一些學生通過查閱資料后提出有價值的問題,寫出課題申請,獲得了大學生創新項目的資助,還有一些學生將自己的研究成果在學術刊物發表。④可以說研究性實驗為那些喜歡做實驗、搞科研的學生提供了一個平臺。
總之,應用分層教學法,開設基礎實驗、綜合實驗、研究性實驗,是全面改革醫學生物化學與分子生物學實驗教學的有效途徑。各學校根據情況設定實驗內容,本文只提供了一種改革思路,僅供參考。
*通信作者:李翠萍
基金項目:新鄉醫學院高學歷人才資助計劃(505026)
注釋