“分子生物学基础实验技术(暑期班)”研究生课程建设的探索

1、“分子生物学基础实验技术（暑期班）”研究生课程建设的探索摘要：分子生物学实验技术是生物学科各专业研究生所必备的入门技能！为了帮助不同专业背景的研究生入学 后尽快顺利开展科研工作，北京林业大学自2014年暑假起开设了面向生物科学与技术学院研究生新生的“分子生 物学基础实验技术（暑期班）”选修课程，并于2020年获评校级第4批研究生精品课程。该课程体系包括实验室基 本安全守则介绍、分子生物学基础技术理论讲解、分子克隆技术流程介绍和基因克隆实验实训4个方面，旨在帮助 学生掌握必备的实验技能和培养基础的科研素养。课程考核主要围绕实验操作、课程论文和课程展示3部分展 开，通过客观综合的考评方式调动学生学

2、习的主观能动性，提升课程学习效果！关键词：研究生新生；分子生物学；课程体系；考核方式；科研素养、“分子生物学基础实验技术（暑期班）”研究 生课程开设背景和建设基础分子生物学是从分子水平阐明生命现象本质的 科学，已经交叉渗透到生命科学的各个领域&1。分 子生物学技术以研究生物大分子核酸和蛋白的结构 和功能为核心，是从事生命科学各领域研究与开发 所必需的基本技术，也是生物学科不同专业研究生 所必备的入门技能&2北京林业大学生物科学与技 术学院（以下简称“生物学院”）拥有植物学、林木遗 传育种、生物化学与分子生物学、微生物学、细胞生 物学、森林生物资源利用学、生物信息学博士学位授 予权，农产品加工与

3、贮藏工程、动物学、遗传学、计算 生物学硕士学位授予权。对于来自不同院校和不同 专业背景的研究生新生来说，掌握分子生物学基础 实验技能是必需的要求，也是必经的过程。研究生新生特别是硕士研究生新生，大多仅通 过本科阶段的实验课和毕业设计初步接触了较为简 单的分子生物学实验，没有经历过系统的分子生物 学科研训练，加之入校后马上要面对较为繁重的理 论课学习任务，因此很难在短时间内进入实验室并 顺利展开科研工作，进而会影响到科研项目的总体 进程。针对上述情况，自2012年暑假起，生物学院 对部分学科研究生新生进行分子克隆基本实验技术 的培训，并取得了良好的培训效果。自2014年起， 生物学院扩大选课范围

4、，改进授课内容，在正式入学 前的暑假开设供生物学院全体研究生新生选修的 “分子生物学基础实验技术（暑期班）”课程（以下简 称“暑期班”课程）。在研究生新生正式入学前的暑 假开设课程，有助于培养研究生新生的基础科研能 力，锻炼研究生新生的科学思维能力。“暑期班”课程共计32学时，由67位教师系 统讲授分子生物学基础实验技术原理，并指导学生 全程独立完成分子克隆系列实验。教学队伍的成员 均为生物学院的青年骨干教师，来自林木遗传育种、 微生物学、生化与分子生物学和细胞生物学等多个 学科，均具有博士学位，分别毕业于清华大学、北京 大学、中国科学院大学和北京林业大学等。各位老 师均有多年一线教学经历，主

5、讲多门本科生、研究生 专业理论和实验课程，主持或参与多项核心课程建 设项目，发表多篇教改论文并参编重要教材，具备扎 实的教学技能和丰富的教学经验。迄今为止，“暑期班”课程已连续开设6年，累计 培训学生400余人，起到了帮助研究生在入学后顺 利开展科研工作和快速适应科研生活的良好效果， 得到了各位研究生导师和新生的一致好评。2018 年，“暑期班”课程获得北京林业大学优质研究生核 心课程建设项目资助。2019年底，经个人申报、研 究生督导听课、学院推荐和学校评审等多个环节， “暑期班”课程获评北京林业大学第4批研究生精品 课程。二、“分子生物学基础实验技术（暑期班）”研究 生课程建设的实践探索（

6、一）合理构建课程教学体系，提高学生科研 素养“暑期班”课程内容包括实验室基本安全守则介 绍、分子生物学基础技术理论讲解、分子克隆技术流 程介绍、基因克隆实验实训共4个方面，环环相扣, 步步推进，既覆盖全面又突出重点。通过学习该课 程，使学生了解实验室安全守则，熟悉实验室常用仪 器的工作原理和使用规范，掌握分子克隆基本技能, 学会撰写实验报告、处理实验数据和分析实验结果 等方法，从而逐步提高科研素养。具体内容如下。实验室基本安全守则介绍生物学实验室易燃易爆和剧毒试剂种类繁多, 实验设备操作较为复杂，实验安全的风险性较高 本科阶段的实验课程一般由指导教师和研究生助教 协助完成大部分实验试剂准备和复

7、杂仪器操作过 程，学生亲自动手较少，对实验室安全操作流程不够 熟悉。因此，掌握必要的安全知识和操作技能、提高 安全意识是实验技能培训的第一课，也是作为研究 生必须掌握的首要知识和技能储备。安全守则教育 采取理论与实践相结合的教学方式，教师讲授实验 室电气安全、化学品安全等基本安全准则，随后带领 学生走进实验室，逐一介绍生物学实验室常见试剂 配制要求、废液及垃圾处理规范、基本仪器设备的使 用规则和安全注意事项，学生分组进行实际操作。 例如，试剂配制中，特别说明有机溶液的储存、配制 和使用注意事项；废液处理中，特别明确放置于试验 台上的废液杯和放置于实验室特定位置的废液桶的 使用准则；仪器使用中，

8、特别强调高温高压设备灭菌 锅和烘箱的使用原则。除了上述专门的安全教育培 训外，所有教师和学生在整个课程进行中均要做到 安全责任不可松懈，安全意识贯穿始终。分子生物学基础技术理论讲解绝大多数研究生新生在本科阶段均学习过“分 子生物学，理论课程，但对分子生物学相关技术了解 不多。因此，笔者和其他教学团队成员对分子生物 学基础实验技术原理和相关进展进行简要介绍，旨 在帮助学生初步了解通过不同技术如何解决对应的 科学问题。授课内容包括基因克隆技术、核酸和蛋 白质表达检测技术、生物大分子（DNA与蛋白质、 RNA与蛋白质以及蛋白质与蛋白质）互作检测技术 等，覆盖了生物学院各专业研究生攻读学位期间涉 及的

9、大部分分子生物学实验技能。在授课过程中， 针对每一类具体技术，不但讲解常用的经典检测手 段，也注重拓展知识面的宽度，将前沿进展有机地融 入到讲授内容中，开阔学生视野，激发学生学习热 情。同时，在授课过程中也引入分子生物学常用软 件的使用培训，以课程中用到的基因为例，为学生详 细讲解序列分析、酶切位点鉴定和引物设计等具体 方法，并当场进行实际操作和问题解答。分子克隆技术实验流程介绍笔者和其他教学团队成员根据学生即将展开的 实验内容进行具体的实验原理和操作流程介绍，包 括植物基因组DNA和RNA的提取、定量和琼脂糖 电泳检测、PCR扩增体系和扩增程序的优化、DNA 片段的回收、载体与外源片段的连接

10、、大肠杆菌的转 化、质粒的提取和酶切鉴定共7个方面的内容。讲 解之前，学生们已经根据课程实验指南进行了初步 预习，有助于在后续的听讲过程中做到有的放矢。 课程实验指南经过多年的修改和积累，已经形成了 难度适用于研究生新生、内容较为完备的体系。讲 解过程中，首先，教师向学生介绍每个实验的目的和 原理；其次，指明每个实验中使用的培养基、试剂和 试剂盒，并告知需要由学生自己配置的培养基和试 剂；最后，为学生逐条介绍每个实验步骤中需要注意 的操作细节。通过预习和讲解，使学生做到心中有 数，熟悉和了解整个实验的操作流程，有助于他们后 期独立展开和完成实验。基因克隆实验实训实验操作是“暑期班”课程中最为关

11、键的一环。 为保证两个班共70余名学生同步高效地完成培训 内容，笔者将学生每3人分为1组，利用45天完 成目的基因T载体克隆实验。整个实验操作流程 包括试剂配制、耗材和试剂灭菌、基因克隆3个部 分。具体流程内容如下。试剂配制是否精准（浓 度和pH值等）是决定分子生物学实验是否成功的 重要前提。本科阶段实验课程中的试剂配制工作一 般由指导教师和研究生助教完成，学生参与较少。 因此，试剂配制是研究生新生实验操作中的必经步 骤。为了帮助学生在最短的时间内掌握试剂配制的 要点，笔者选择缓冲液、培养基（固体和液体）及抗生 素等多种不同类型的试剂作为学生配制的内容，着 重强调定容、pH值调试和灭菌策略等要

12、点。学 生以组为单位准备实验所需的所有耗材并进行灭 菌。进入基因克隆实验阶段，对应已讲解的技术 流程依次展开。在此过程中，教师负责提示操作难 点和注意事项，确保每个学生均能动手独立完成，同 时严密监控每组的实验进程和实验结果，监督实验 结果不理想的组分析原因，及时重复实验。除此以 外，笔者和其他教学团队成员还要求每位同学每天 及时做好实验记录，认真整理实验结果。虽然“暑期班”课程是针对生物学院研究生新生 的专业技术培训，但是其课程体系设置对于绝大多 数理科专业公共实验课具有良好的借鉴意义落实 安全意识、打牢实验基础、培养严谨作风、培养科学 思维是实验课共同的目标和要求（二）优化设计课程考核方式

13、，提升学生学习 效果考试是教学全过程中的一个重要环节，直接决 定着教学活动的导向。考试是对学生知识、技能和 能力的综合评价，其内容和方式不但直接影响学生 的学习范围、思维方法和主动程度，同时也间接指导 教师对不同教学内容的取舍和教学方法的采用* 因此，考试环节所具有的检测、评估、反馈、督导等多 重作用，是其他教学环节所无法替代的。针对“暑期 班”课程内容设置和授课对象的特殊性，笔者和其他 教学团队成员设计了多层次评价考核体系，包括实 验操作考核、课程论文考核和课程展示考核3个 部分。实验操作考核实验操作以过程考核为导向，教师监督记录学 生实验操作的各个环节，主要从实验操作的规范性、 实验流程的

14、严谨性、实验结果的准确性等多方面进 行评判。但是，允许学生在实验过程中犯错误，不以 单次实验是否获得预期结果作为打分的主要依据。 重点关注学生遇到困难时分析问题和解决问题的能 力，进行客观、公正、全面准确的评价。同时，在考核 中关注同组同学之间的团队合作意识，鼓励组内成 员在实验操作中互相帮助，彼此提醒；在结果分析中 共同吸取错误的教训，分享成功经验。课程论文考核常规的实验报告通常具有规定的模式，其中实 验原理、实验仪器和试剂、实验步骤等在讲义中均有 体现。因此，课程论文除了检查常规的实验报告内 容外，重点考查学生对实验过程的理解、反思和对实 验结果的分析、解读以及举一反三的能力。教师特 别强

15、调尽管每一组内部的同学实验结果是相同的, 但是对实验过程的梳理、实验结果的分析，特别是 对不成功或不理想实验结果的分析应该具有自己 独特和深入的思考。另外，笔者和其他教学团队 成员对课程论文中实验结果图片的展示方式有严 格要求，要求同学们按照公开发表论文的图片版 式进行编辑，从科研工作伊始就培养严谨细致的 工作态度。课堂汇报展示考核在课程展示部分，同学以组为单位用PPY的形 式展示实验流程和结果分析。考核时不但需要从整 体水平评判学生整合和分析结果的逻辑思维能力, 同时要从细节入手严格要求科研图版和PPY制作 的规范性。汇报结束后，评审老师会针对每组同学 的汇报情况提出问题和建议，并要求他们当

16、场作答。 考核完毕后，我们也会要求各组同学针对评审老师 提出的建议，对PPY进行修改和完善。另外，为鼓 励每位同学都登台讲述，锻炼他们在限定时间内清 晰讲述并完成科研汇报的口头表达能力，对参与展 示的同学酌情加分。三、“分子生物学基础实验技术（暑期班）”研究 生课程建设的深入思考综上所述，通过构建理论学习与实验操作于一 体的课程教学体系，建立过程性考核和总结性考核 相结合的评价机制，笔者对“暑期班”课程进行了有 益的探索和实践。该课程的开展对培养研究生新生 的基础科研能力、锻炼研究生新生的科学思维能力 起到了较大的推动作用，有助于研究生新生正式入 学后更快更好地开展研究工作。目前，已有6个年 级共计400余名生物和食品专业研究生通过课程培 训，为研究生生涯打下了坚实的基础。在后续研究 工作中，我们也将在此基础上，广泛征求研究生导师 和学生的建议，不断改进授课方式，优化课程内容, 完善考评机制。具体措施如下：为优化课程内容, 从各学科科研实际出发，综合考虑导师和研究生的 多种需求，调整分子生物