生物科学专业应用综合大实验的设计与实践
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摘要：专业应用综合大实验是生物科学开设的专业课程。实验教学是提高学生综合素质和创新能力的重要环节。文章结合我校专业和学生特点，对课程的教学内容、教学方法和评价方式等进行了设计与实践，旨在探索构建综合性实验课程的体系，为提高实践教学质量、培养现代社会需求的高素质人才提供参考。
关键词：综合实验;生物科学;創新能力;考核方式
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）50-0171-02
生物科学是一门实验性和应用性很强的学科，实验教学是高校教学工作的重要组成部分，是培养学生创新思维、创新能力和综合实验能力的重要途径[1]。综合能力包括传统的实验技能、技术操作，以及实验设计、发现和分析解决问题的能力[2]。加强大学生综合素质教育，培养科研创新实践能力，有利于大学生的全面发展，也是实践教学改革的重要内容[3]。
传统的生物学实验往往以验证型为主，学生依据教科书中内容完成实验，学习兴趣不高;实验内容相对陈旧，制约了学生自主学习和创新能力的培养[4]。不同课程实验内容相对独立，缺少学科间的联系和衔接，不利于学生的综合训练[5]。如何促使各学科紧密衔接，将相关联课程的教学内容整合为一套综合实践课程体系，已经成为实践教学改革的重要目标之一[6]。为更好优化人才培养模式，我校生物科学专业增设了专业应用综合大实验，对学生的实验技能和实验方法进行综合训练。本文就课程实施中的方案设计、教学方法和评价方式等进行探讨，以期培养社会需求的创新人才。
一、实验总体规划
专业应用综合大实验开设在大四学年，需要学生在掌握一定的生物学理论知识和基本操作技能的基础上，运用本专业多门课程知识，将相互独立的单元实验和技术有效结合。生物综合大实验涉及范围比较广泛，可按照学科体系围绕某一研究领域或方向组建模块，适当增加前沿或热点领域内容，并且充分考虑实验的连贯性、全面性和综合性。
我院专业应用综合大实验以植物为试验材料，围绕“盐胁迫下水稻生理生化变化及基因特异性表达”这一主题，设置一系列相关实验，共计36课时，包括水稻种植、不同盐浓度的胁迫处理、水稻形态观察及基本生理指标检测、超氧化物歧化酶、过氧化物酶等活性检测、丙二醛含量测定、可溶性蛋白含量测定、水稻盐胁迫响应基因的检索和引物设计、盐胁迫响应基因的PCR扩增及表达量检测等，最终形成一整套完整的教学体系。实验内容涉及植物学、植物生理学、生物化学、分子生物学、生物信息学、文献检索等课程的原理与方法，却又避免与常规实验课程内容的重复。虽然实验项目各不相同，但通过合理设计和有机结合，围绕一个主题思想，所有内容相互联系又逐步深入，使系统训练与探索研究相结合。
综合实验体现了学生为主、教师为辅的教学模式，注重实验的设计性、探究性、综合性。教师在实验过程中给予学生足够的空间进行自学、选择和尝试，确保学生从实验设计到讨论都参与其中。针对探究中遇到的问题，教师积极引导学生思考并提出合理有效的解决方案，培养学生理论结合实践的能力。
二、教学形式的多样性
教学初期，教师讲解课程目标和总体思路，学生以小组为单位，自主查阅文献，设计具体实验方案，比如水稻种植方法、盐浓度的选择和处理方法等。学生自己准备和操作实验，遇到问题时要主动思考并提出解决办法。研究材料和对象不拘泥于固定一种：教师提供4种水稻品种，各小组可选择其一进行研究，并与其他不同材料组的实验结果进行横向比较;学生可自主选择某一基因设计引物，不同学生的PCR条带有所不同。
每次实验形成一份实验报告，教师及时批阅，发现问题后立即予以纠正。所有实验结束后，学生以小组为单位制作PPT汇报交流，并对问题进行讨论，最后由教师点评及指正。此外，教师提供相关的典型文献让同学提前阅读，并鼓励同学踊跃讲解文献中相关的图表、数据和结论，教师最后进行补充和讲解，帮助学生学习如何将这些数据进行有效汇总和分析，如何撰写论文。课程结束后学生整理所有数据，按照科研论文的格式撰写一篇简单的论文，锻炼语言组织和表达能力、分析思考能力，以及科学论文的撰写能力。
三、实验小组的合理安排
综合大实验周期长，研究内容复杂，教师需要合理安排实验小组，培养学生沟通协作能力和共同分析解决问题的能力。每小组3位同学，分工合作完成实验的设计和实施。实验中提供4个不同的水稻品种，每个品种由3个小组做平行实验。采用同一品种的不同小组之间可进行平行实验的观察，例如比较水稻培养的情况，而不同品种的小组成员之间也可互相观察和比较，了解4个品种之间在盐胁迫处理前后各项指标的差异。对于单次实验中的生理生化指标测量，每位学生均独立完成，后期可根据小组内的单个测量值计算其平均值，反映测量的差异程度。在引物设计及基因表达检测方面，每位学生均独立查询、选择感兴趣的盐胁迫响应基因并自己设计引物，除去重复的引物序列，全班同学最终使用的引物数目达到10对。RT-PCR结果呈现多样化，有未扩增出条带的，有扩增出非特异条带的，大多数有特异性条带出现。这种综合设计性实验虽然难以保证每位学生都能获得预期目标条带，但教师进行指导和检测，可确保最大限度地成功率。与普通实验课程教师提前验证，与提供特定的单一引物相比，学生自主设计更有利于提高其实践动手能力以及分析和解决问题的能力。
受时间和内容限制，实验课中教师直接提供cDNA模板，而RNA的提取和反转录操作则作为补充内容，由感兴趣的同学在课余完成。这些同学较为热爱分子生物学，或者立志于考研，希望多接触些实验技术。班级四分之一同学加入兴趣小组，利用周末学习相关原理和技术，拓展学习内容。
四、实验考核方式的多元化
科学、客观的实验评价体系是检查教学质量的重要标准，并且能够引导学生健康发展[7]。合理的成绩评定需要建立多元化的实验评价机制。（1）实验设计（20%）：实验设计方案的可行性和实施情况。（2）平时成绩（10%）：学生课堂表现和出勤情况，学生实验技能的熟练程度和操作能力。（3）实验报告及答辩（40%）：实验报告内容是否完整，分析讨论是否全面;答辩PPT制作是否美观，图表是否准确规范，讲解是否清晰，对答如流。（4）课程论文撰写（30%）：论文结构是否完整，图表制作及文字书写是否规范，分析是否到位，参考文献是否合理引用。多元化的实验评价体系兼顾了实验过程和实验结果，有利于激发学生的学习兴趣、提高其综合能力。
五、结语
专业应用综合大实验是学生本科毕业前的最后一门实验课程，摆脱了按部就班的机械性操作，拓展了学生的创造性思维。学生能主动参与实验的设计及实施，将所学知识和技能综合应用到实验环节，其主观能动性得到充分发挥，探索、分析和解决问题的能力都得到提升。该教学模式为培养全面发展的创新型人才奠定了基础。
参考文献：
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[2]刘锴栋，黎海利，魏伍川，等.地方师范院校生物科学专业生物综合大实验课程体系的探索[J].大庆师范学院学报，2016，36（3）：91-93.
[3]田秀梅，张立鹏，裴红彬，等.大学生科研创新实践能力培养的组织管理研究[J].河北师范大学学报，2012，14（4）：94-96.
[4]席雪冬，肖淑芹，于志国.应用生物科学专业综合实验课程的改革与探索[J].教育现代化，2017，（4）：26-27.
[5]韩宏岩，许维岸.生物类本科生综合实验设计与实践的探索[J].实验室研究与探索，2014，33（3）：168-171.
[6]徐波，戴晨霞，陈明辉，等.生物技术专业多学科综合实验教学改革研究[J].大学教育，2017，（6）：1-3.
[7]史玲玲，马超.北京林业大学“生物制药”课程实验教学改革初探[J].中国林业教育，2014，32（6）：63-65.
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