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探究河南农业大学林学专业 “植物分子生物学”课程实验教学的改革

2019-12-27 294 上传者：管理员

摘要：培养我国林业科研人才的重要课程之一 “植物分子生物学”，内容设置不科学、教学资源不足、实验教学交流渠道狭窄等一些问题存在于河南农业大学“植物分子生物学”课程本科实验教学中，严重影响培养林学专业技术人才。对于这些问题，本文针对“植物分子生物学”课程实验教学从创新教学形式、优化实验教学内容、改善实验教学条件、拓宽交流平台以及撰写实验教学指导书等方面进行了改革探讨。从教学改革的结果来看，新的实验教学模式促进了学生学习“植物分子生物学”课程的积极性并取得了良好的教学效果，奠定了培养林学专业技术人才的基础。

关键词：
实验教学
教学改革
植物分子生物学
课程改革
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“分子生物学”是一门从分子水平研究生命本质及其规律的科学，在生物学基础理论知识的学习中占据重要位置，也是高校本科生的专业基础课或专业主干课^[1，2]。“植物分子生物学”课程作为“分子生物学的重要分支”，是林学专业的必修课程。随着社会经济的快速发展，企事业单位对高校毕业生的实践能力和综合素质要求越来越高，传统的教学模式已难以满足社会对实践能力型人才培养的需要。课程教学过程中，实验教学是巩固理论知识和掌握知识难点要点的重要环节，也是培养专业技术人才的重要途径^[3，4]。在河南农业大学林学专业的实际教学过程中，“植物分子生物学”课程存在实验教学内容设置不科学、教学形式滞后和教学资源不足等问题，已不能满足现代林业专业技术人才培养的需求。为了提高“植物分子生物学”课程实验教学的效果，笔者对现有实验教学模式进行了改革，从而构建合理的课程体系，提高学生的林学专业素质。

一、“植物分子生物学”课程实验教学存在的问题

1. 实验教学内容设置不科学。“植物分子生物学”课程实验教学内容目前主要涉及DNA和蛋白质的提取以及PCR扩增等。其中蛋白质凝胶电泳实验依然是教导学生学习聚丙烯酰胺凝胶电泳，而对iTRAQ等先进的蛋白质组学研究技术均未涉及，造成学生不能系统掌握相关知识的结果。此外，开设的实验内容相对孤立，使学生不能系统地将实验进行连贯性分析，从而影响了培养学生系统性、逻辑性的实验技能，导致了逻辑思维能力训练的不足。随着科学技术的不断发展，基因表达载体构建、植物转基因体系建立、组学研究等实验已成为实验室基本的研究手段，若在背景知识极为缺乏的本科生阶段不能学习相关知识的话，将对他们毕业后的研究生学习阶段的自我发展产生严重障碍。因此，“植物分子生物学”课程实验教学内容设置存在内容老化、关联性差和知识面狭窄等不科学的地方。

2. 实验教学形式滞后。“植物分子生物学”课程实验教学体现的传统教学方式尤为明显。具体教学过程中，教师先将课程涉及的实验内容按照实验原理、实验设备及试剂、实验步骤、实验结果和可能存在的问题先通过多媒体形式展示出来，进一步教导学生注意实验过程中的具体细节和注意事项，之后由学生分组进行实验。这种教学方式是理论教学模式的延伸，使得许多学生被动参与实验，不能激发学生的做实验积极性，久而久之，学生失去了学习的兴趣，从而达不到实验教学的目的。

3. 实验教学资源不足。河南农业大学作为地方性农业院校，“植物分子生物学”课程实验教学主要由理论课教师兼任，没有相应的专业实验教师。此外，没有本科生的“植物分子生物学”教学实验室，有些分子生物学相关实验室也主要用以培养研究生，由于实验仪器设备和研究材料的侧重方向不同，使得许多实验不能按照本科生教学设置进行。此外，有限的实验室空间导致一部分学生不能亲自参与到具体实验中去，导致了实验效果较差的结果。

4. 实验教学交流渠道狭窄。“植物分子生物学”课程实验教学主要以制定的实验教学大纲进行，因此学生在规定的上课时间内做完实验后就脱离了教师的视线，教师和学生的再次见面就是几天后的课堂上，这种情况使得学生在具体实验过程中遇到的问题难以得到及时的解答，学生的兴趣点和创新性思维会被时间轻易地抹杀，从而阻滞了学生实验操作水平的提高。

5. 缺乏适宜的实验教学指导书。由于缺乏正式出版的“植物分子生物学”实验教学指导书，学生只能根据教师的指导和相关教材进行相关实验。分子生物学实验是严谨性、逻辑性和科学性都很高的技术方法的实施，当实验目的、实验材料发生些许变动的时候，相应的实验方案就会出现比较大的改动，因此根据相关教材设计的实验内容对植物分子生物学实验缺乏针对性，达不到实验教学的目的，而缺乏实验过程中对可能出现的问题进行详细解答的内容也影响了培养学生的实验技能。

二、“植物分子生物学”课程教学改革的措施

1. 实验教学内容优化。针对“植物分子生物学”课程实验教学内容存在的问题，笔者调整优化了具体实验内容，在保留原有实验的基础上，设置了满足目前高等院校在分子生物学课程方面对本科生要求掌握实验技能的新的教学内容。主要有：实验一，植物总DNA提取及凝胶电泳实验；实验二，蛋白质凝胶电泳及Western杂交实验；实验三，PCR扩增及实时定量PCR反应实验；实验四，基因表达载体构建及根癌农杆菌介导转化实验；以及根据河南农业大学林学院研究特色增加的实验五，泡桐体外植株再生体系建立实验。其中，实验五则是笔者所在科研团队较为成熟的研究成果，通过该实验能使学生了解到林木组织培养相关的知识，学生在动手操作过程中对科学研究过程中的具体实验有更直观的感受，极大地提高了学生的实验兴趣并培养了学生的逻辑思维能力。新优化的实验体系保证了学生学习的全面性，为学生将来从事研究生阶段的学习和研究奠定了分子生物学方面的基础。

2. 实验教学形式创新。实验教学形式方面，改变过去教师事先讲解实验相关内容、再由学生进行实验操作的方式。笔者改革的实验教学形式是，首先让学生按5—6人分成小组，每个小组事先对教学安排的实验根据学习的理论知识及查阅的文献资料等撰写实验方案，并通过多媒体形式向教师和其他小组讲解，然后通过各小组的相互讨论存优去劣，最后制订出适宜的实验方案。通过这种学生自主学习、自主设计实验的方式有力地激发了学生的学习积极性，变被动为主动，能够使学生真正把教学过程中学到的理论知识加以扩展并应用到具体实验中，学生的动手操作能力和创新思维能力得到有效锻炼。此外，“植物分子生物学”教师还鼓励学生根据自己的兴趣点选取与教学相关的实验并完成，提高了学生的创新能力。

3. 实验教学条件改善。河南农业大学在原有实验教学的基础上也对该课程的实验教学条件进行了改善：成立了专门的分子生物学本科教学实验室，配备了专职的实验教师，并投入大量资金对相关教学设备仪器进行了更新换代，实验教学基础设施明显改善。此外，2015年度林学学科入选河南省优势特色学科，“植物分子生物学”课程的本科生实验教学条件有了进一步的明显改善；“林木种质资源创新与生长发育调控”河南省高等学校重点开放实验室、“园艺植物生理与遗传改良”河南省重点实验室、“林木生物技术”林学院实验室等科研平台相继对本科生实验教学实现共享，基本满足了“植物分子生物学”课程实验教学的需求。

4. 实验教学交流渠道拓宽。在当前教育环境下，师生之间在知识学习过程中缺乏必要的交流和沟通，导致了实验教学过程中出现的问题不能得到及时解决，影响了学习效果的发挥。针对这些情况，笔者在教学过程中建立了“植物分子生物学”课程学习的QQ群和微信群，通过这些交流渠道，师生之间可以互相交流学习体会和心得，并能及时沟通一些最新的实验专业技术和实验成果，讨论科研中感兴趣的话题及共享林业领域研究的热点和先进的实验技术方法，尤其是可以转发一些经典的实验教学视频，使学生对科学实验有了更深入的认识并产生了浓厚的兴趣。综上所述，通过这些交流平台的搭建，大大拓宽了实验教学交流渠道。

5. 实验指导书编写。为保障“植物分子生物学”课程实验教学内容的可操作性，分子生物学实验室的实验教师根据实验内容和实际研究条件编写了相应的“植物分子生物学”实验指导书并制作了多媒体课件。实验指导书的内容包括每个实验的教学目的、实验原理、实验材料、实验试剂和仪器设备、实验具体步骤、实验注意事项、实验结果分析和实验报告撰写模板等。在“植物分子生物学”课程实验教学前，让学生小组认真学习实验指导书的具体内容，特别是实验过程中的注意事项。各小组通过讨论制定具体的实验实施步骤并开始相关实验，实验结束后分析实验结果并撰写实验报告。实验报告模板保证了学生撰写实验报告的一致性和规范性以及便于存档。实验指导书的编写，为课程实验教学的顺利开展和培养学生良好的科研素养奠定了基础。

三、“植物分子生物学”课程实验教学改革的效果

1. 课程实验教学改革学生满意度调查。“植物分子生物学”课程结束后，笔者对2015级林学专业的57名学生做了问卷调查，有效问卷率100%，具体调查内容和结果见表1。从表1中可以看出，96.49%的学生对改革后的“植物分子生物学”课程实验教学内容表示满意，认为课程内容能够满足本科生阶段应掌握的分子生物学相关知识；89.48%的学生认为“植物分子生物学”实验课程激发了他们的学习积极性，充分发挥了主观能动性；在具体实验操作中，有92.98%的学生表示能够高兴地、全身心地投入到实验过程中，“能够自己参与并完成实验感觉太棒了”、“做实验很有意思呀”、“看到自己满意的实验结果心情太好了”等学生的言论表明在自己的实验动手操作能力提高方面表示满意；87.72%的学生认为交流平台能够弥补与老师交流方面的不足，并对平台发挥的作用表示满意，通过平台，学生学习到了很多课堂上学不到的知识，觉得在培养其系统、严谨的实验意识方面起到了积极作用。

2. 课程实验教学内容设计完善、合理。“植物分子生物学”课程实验教学经过改革后，笔者整合和精选了一些适合农业院校本科生的实验教学实例，使得知识点覆盖面进一步扩大，内容设计更加完善合理，此外，还将科研成果整合进实验教学过程中，引导学生讨论最新植物分子生物研究中存在的问题和发展前景。实验教学改革后，课程的影响力也得到了提高，不仅提高了实验教学质量，而且激发了学生学习的兴趣以及投身科研工作的热情。多名教师对改革后的“植物分子生物学”课程实验教学内容进行了分析，一致认为新的实验教学方案更加符合当前的本科生教学实际，满足了当前我国“植物分子生物学”专业技术人才培养的需求。总之，“植物分子生物学”课程实验教学改革优化了实验教学内容，充分利用现有的实验室资源，创新了教学方式，调动了学生学习的积极性，促进了学生对理论知识的掌握和运用，提高了学生的逻辑思维、实验操作、分析问题和解决问题的能力，达到了培养高素质专业人才的目标。

参考文献：

[1]高清松,纪剑辉,周颖君.分子生物学课程教学改革探索[J].安徽农业科学, 2015, 43(26): 382 -383+385.

[2]武晓英,乔宏萍,张猛,等.分子生物学课程教学改革初探[J].教育教学论坛,2016,(26):128-130.

[3]谢剑波,张德强.“分子遗传学”课程实验教学改革的探索——以北京林业大学为例[J].中国林业教育,2017,35(3):73-75.

[4]梁丽.构建分层次实验教学体系培养创新型人才[J].实验室研究与探索,2014,33(1):217-219.

赵振利.“植物分子生物学”课程实验教学改革的探讨——以河南农业大学林学专业为例[J].教育教学论坛,2019(39):272-274.