生物化学和分子生物学实验课

生物化学和分子生物学实验课 教学体系改革生命科学学院 李卫芳 沈为群 余红云 王秀海摘 要：生物化学和分子生物学实验课程经改革后由基本实验、综合性实验、设计性实验三个逐级升级的体系共同组成，每一级实验大致用一个学期的时间完成，不同的级标志着不同的实验技能和科学思维水平，使学生从较高起点上进入大学生化分子实验，以适应现代科技生物科学迅猛发展的趋势。关键词：生物化学和分子生物学 实验课程体系 改革中国科学技术大学生命科学学院生物化学和分子生物学实验室是生命科学实验教学中心下属的四个大型教学实验室之一。它由原生物化学和分子生物学两个独立实验室合并组建的，是我院为适应时代要求和学科发展、提高教学质量而进行的全面试验教学改革的产物。生物化学和分子生物学实验课在国内高等教育中普遍存在的问题是实验内容有部分重复，教学方法大都是传统的灌输方式，缺乏对学生的科学精神和创新精神的培养。近几年本是室由于世界银行贷款项目的实施，实验条件得到了很大的改善，仪器设备基本上可以满足学生常规实验的要求。在此背景下，我们为了适应当前生命科学的迅猛发展，同时又为了在不减少授课内容的前提下，压缩课时，以适应新的四年制教学的要求，我们对生物化学与分子生物学实验课程体系进行了大范围地改革。我们将原普通生物化学实验（80学时），高级生物化学实验（60学时），分子遗传学实验（40学时）三门课整合为普通生物化学实验（80）、生化和分子生物学实验(80)二门课。并且对本专业高年级学生增开了高级分子生物实验选修课。如此改革后的教学体系打破了各自封闭的旧的实验课程体系，提出了与现代科技发展相适应的由基本实验、综合性实验、设计性实验的逐级升级的新的分子生化课程体系。每一级实验大致用一个学期的时间完成，不同的级标志着不同的实验技能和科学思维水平。使学生从较高起点上进入大学生化分子实验。普通生物化学实验（80学时）体系是由原先的普通生物化学实验和高级生物化学实验的内容进行重新组合而成的。为了提高教学效率，我们将一些原有的高级生物化学实验技能的培训转到普通生化实验中进行（如DNSCl法测定胰岛素N末端，Sephadex 凝胶柱层析，离子交换层析分离核苷酸），增加了一些选修实验（如去污剂对细胞膜的影响，糖的薄层层析等），淘汰了一批常规的验证性的实验内容（如蛋白质、氨基酸、核酸和酶的定性反应等），整个实验体系注重对学生研究方法和实验技能的培训。该阶段在要求学生掌握生化基本实验技术（电泳，层析，离心，光学分析技术）的基础上，添加了双向电泳技术、PCR技术、Elisa技术等新实验，使学生们在课堂上能接触到最新的生物学实验技术以及它们在现代生物学实验中的应用。例如我们在双向电泳技术实验中，就穿插地向同学们介绍了蛋白质组学的研究意义以及利用质谱技术进行蛋白质组学研究的一些前沿知识等；在做Elisa实验时，介绍了相关的免疫学内容以及Elisa在生化、分子研究中的应用等。从而实现了实验项目的全面升级。生化和分子生物学实验（80学时）体系是我们重新研制的一门新的综合性的实验体系，内容包括葡萄糖异构酶GI的构建、克隆、表达、鉴定、纯化及性质检测。这样的课程设计使实验项目之间前后相关，前一个实验为下一个实验提供实验材料，从而使学生们对一个完整的现代分子生物学研究项目有一个系统的认识，激发大家对科学研究的兴趣。本项目的实施有助于提高学生对实验课的学习积极性。在这一模拟科研的实验教学中，为达到最终的目标，要保证每个实验的顺利衔接，学生必须对每个实验的结果都给予高度的重视。让学生在掌握现代生物学实验技术的同时，学习科学的思维方式和解决实际问题的能力，使学生能有系统地了解现代分子生物学的研究设计思路及各种实际问题的解决之道。使学生在各个实验的关键技术受到良好训练的同时，又能对实验的总体目标所要解决的科研问题有所认识。本实验体系所涉及到的相关实验技术基本上涵盖了当前分子、生化的实验手段。如：质粒DNA的分离、纯化、酶切及琼脂糖凝胶电泳鉴定，DNA样品的回收及连接，感受态细胞的制备及转化，PCR鉴定，目的基因的克隆、筛选、表达，样品的分离纯化（离子交换层析，亲和交换层析，HPLC技术）及鉴定（ND-PAGE）,分子量的测定（SDS-PAGE）,等电点的测定（IEF-PAGE），酶的活性和含量测定，酶的性质（最适PH,最适温度，热敏感性）的测定及酶动力学等的测定。整套实验方案将不同的实验技术融合成一个有系统的，完整的研究项目，并积极利用学院新增的大型科研设备（细胞破碎仪，HPLC，高速冷冻离心机等）的有利条件组织教学,将常规实验与前沿科学相结合,使整个实验课程的安排更有科学性和先进性，更接近实际的科研现实，提高实验教学的水平和效果，为学生日后独立进行毕业论文的设计和实验打下良好的基础，为高年级学生开设一门高级分子生物学实验选修课（属研究性的实验项目），人数限制在20左右。实验内容以研究乳糖操纵子、E.coli RNA聚合酶及转录调节蛋白CAP的相互作用为中心而进行设置的。目的是向本科生真正实施开放实验，更好地培养学生的创新意识和创新能力，使学生掌握一批新兴的具有应用前景的实验技术（如Footprinting Assay、gel shift assay和体外转录等）和实验方法。该实验体系的一个优点是内容丰富，可拓展性强，学生可以有很大的独立思考及创新的空间。我们提出的三个层次的生物化学与分子生物学实验课程体系，使学生能在有限的时间内充分掌握生化与分子实验的主旋律，该体系得到了全院师生的一致