分子生態(tài)學(xué)實驗教學(xué)改革與實踐探索

1、摘要分子生態(tài)學(xué)實驗是分子生態(tài)學(xué)教學(xué)的重要組成局部。目前分子生態(tài)學(xué)實驗教學(xué)中存在實險體系不合理、實 般教學(xué)模式單一和實聆教學(xué)資源缺乏的問題。為了解決目前實臉教學(xué)中存在的問題，提高學(xué)生的實.驗動手能力、解決實 際問題能力和創(chuàng)新思維能力，對分子生態(tài)學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容、實黔教學(xué)方法、成績評定方式和教學(xué)資源使用等進(jìn)行了一系 列改革和探索。通過教學(xué)改革激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，增強了學(xué)生綜合運用知識解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力， 有效地提升了“分子生態(tài)學(xué)1實卷教學(xué)效果。關(guān)鍵詞分子生杰學(xué);實物教學(xué);教學(xué)改革分子生態(tài)學(xué)是基于核酸和蛋白質(zhì)等遺傳標(biāo)記，應(yīng)用分子生物學(xué)的原理和方法來研究生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)相互作用 機理

2、及其分子機制的科學(xué)，是生態(tài)學(xué)專業(yè)本科教學(xué)中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。由于分子生態(tài)學(xué)的教學(xué)內(nèi)容涉及核酸、 蛋白質(zhì)等微小、微量的物質(zhì)，內(nèi)容較為抽象，涵蓋的知識面廣，加上分子生態(tài)學(xué)相關(guān)的技術(shù)和方法更新速度快，學(xué)生難 以通過理論課程的學(xué)習(xí)來理解和掌握課程內(nèi)容。實驗教學(xué)作為本科教學(xué)的重要組成局部，不僅能幫助學(xué)生更好地理解和 掌握理論知識，而且能培養(yǎng)學(xué)生的思維和創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的芽合素質(zhì)口，2.因此，在分子生態(tài)學(xué)的教學(xué)中，實驗 教學(xué)也是課程設(shè)置中不可缺少的教學(xué)內(nèi)容3。中南林業(yè)科技大學(xué)自2011年起將分子生態(tài)學(xué)實驗課程納入了生態(tài)學(xué)本科專業(yè)課程體系。長期以來，由于分子生態(tài) 學(xué)的授課手段以理論教學(xué)為主，實臉教學(xué)

3、為輔，實驗教學(xué)一直處于被動和次要的地位而不被重視，導(dǎo)致該實驗課程教學(xué) 效果較差。本文結(jié)合我校實際，從分子生態(tài)學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀入手，分析討論實驗教學(xué)中存在的主要問題，對實驗課程教 學(xué)進(jìn)行探索和改革，以提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。一、分子生態(tài)學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀分子生杰學(xué)實駛課程以分子生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)實驗技術(shù)為主，主要包括土壤和植物基因組DNA提取、聚合廊鏈?zhǔn)椒错?PCR）擴(kuò)增、瓊脂糖凝膠電泳及成像、生物大分子遺傳信息分析等基本實驗技術(shù)。實驗課程的開展，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn) 問題、分析問題和解決問題的能力。但目前實險教學(xué)中仍存在一些問題和缺乏,有待進(jìn)一步克服和解決。-）實驗體系不合理，實臉課時受限受傳統(tǒng)教學(xué)方法、置驗場地和

4、學(xué)時等因素的限制，分子生杰學(xué)的實驗工程多為簡單易行的驗證性實驗或操作性實 驗，缺乏綜合設(shè)計性實驗和探究性實驗。這種實驗體系雖然包含了分子生態(tài)學(xué)主要的實臉操作技術(shù)和方法，但由于各項 實臉內(nèi)容相對獨立，實驗工程之間連貫性不強.導(dǎo)致學(xué)生應(yīng)用分子生態(tài)學(xué)的方法和技術(shù)解決生態(tài)學(xué)領(lǐng)域相關(guān)問題的能力 仍較弱，難以實現(xiàn)提升學(xué)生創(chuàng)新意識和綜合能力的教學(xué)目的。（-）實驗教學(xué)模式單一，學(xué)生興趣不高分子生態(tài)學(xué)實驗往往耗時長、操作煩瑣，受課時限制，實驗教學(xué)中有些實臉環(huán)節(jié)，如所用器皿的清洗和滅菌、DNA 提取試劑的滅菌等均由實驗教師提前完成。在授課形式上，分子生態(tài)學(xué)實驗課程先由教師講解實驗原理、關(guān)鍵操作步驟 和考前須知，然

5、后指導(dǎo)學(xué)生按照實驗資料上的“規(guī)定動作”完成實臉，提交實驗報告。這種“程式化”教學(xué)方式難以激發(fā)學(xué)生 的主動性，學(xué)生缺乏獨立思考和系統(tǒng)性操作，對與預(yù)期不一致的實驗結(jié)果不能正確分析和反思，難以到達(dá)實驗教學(xué)應(yīng)有 的教學(xué)效果。（三）實驗教學(xué)資源缺乏，學(xué)生參與度低為了培養(yǎng)每一位學(xué)生的實驗操作能力，分子生態(tài)學(xué)實驗課程一般采用分組形式進(jìn)行，由23人構(gòu)成一個實驗小組 開展相關(guān)實驗。然而，由于分子生態(tài)學(xué)實驗配套的儀器設(shè)備及試劑比擬昂貴，且每年學(xué)校在實驗教學(xué)方面的資金投入有 限，在實驗教學(xué)過程中一些儀器設(shè)備往往難以滿足實驗教學(xué)需求，導(dǎo)致出現(xiàn)了兩個問題：一是拖慢了實物迸度，學(xué)生難 以在規(guī)定的時間內(nèi)完成事先計劃好的實驗

6、內(nèi)容;二是影響了學(xué)生實驗的參與度，局部實驗內(nèi)容無法保證全部學(xué)生上機進(jìn)行 操作。二、分子生態(tài)學(xué)實驗教學(xué)改革結(jié)合本實驗課程特點，通過優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容、改革實驗教學(xué)方法、重構(gòu)課程考核方式和豐富實驗教學(xué)資源等， 構(gòu)建分子生態(tài)學(xué)實&課程教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實踐動手能力和解決實際問題的能力，提升分子生態(tài)學(xué) 實驗課程的教學(xué)質(zhì)量。（-）優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力按照從簡單到復(fù)雜、從分散到系統(tǒng)的原那么，對原有實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合，構(gòu)建一個由驗證性實驗、綜合設(shè) 計性實驗和探究性實驗構(gòu)成的多層次實駿體系4。驗證性實驗以分子生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性實驗為主，實驗工程包括“土 壤微生物基因

7、組DNA提取瓊脂糖凝膠電泳法鑒定DNA的原理和方法”“DNA濃度檢測“聚合誨鏈?zhǔn)椒错懀≒CR）擴(kuò)熠” 和“克隆文庫構(gòu)建”等。驗證性實翳的目的是讓學(xué)生熟悉分子生態(tài)學(xué)的常用儀器設(shè)備、規(guī)范實臉操作方法、掌握基本實臉 技能,為綜合設(shè)計性實聆的開展奠定基礎(chǔ)。綜合設(shè)計性實驗由學(xué)生自主設(shè)計實驗內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生形成分子生杰學(xué)實驗?zāi)芰ΑＷ灾髟O(shè)計過程是學(xué)生為主體的綜 合實驗準(zhǔn)備階段，要求學(xué)生基于實驗室現(xiàn)有設(shè)施晶件，自行查閱文獻(xiàn)資料，撰寫實駿方案，完成實驗操作，再對實驗結(jié) 果進(jìn)行分析，得出結(jié)論。例如，實驗工程“利用16SrRNA基因文庫技術(shù)分析不同樹種土壕細(xì)菌群落的多樣性，由學(xué)生 自行選擇樹種類型，自主選擇16SrR

8、NA基因擴(kuò)增引物和感受態(tài)細(xì)胞，結(jié)合實險室條件，利用所學(xué)方法提取土壤基因組 DNA,卷定DNA濃度和純度，采用引物對16SrRNA基因進(jìn)行PCR擴(kuò)增并構(gòu)建克窿文庫。實險完成后，學(xué)生還需進(jìn)行 DNA序列比對和漕系進(jìn)化樹構(gòu)第等數(shù)據(jù)處理和分析工作,比擬不同樹種土壤細(xì)菌群落多樣性水平差異。通過開展綜合設(shè) 計性實臉可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，在鍛煉學(xué)生綜合運用知識和實驗技術(shù)的同時，還能讓學(xué)生融會貫通 所學(xué)知識，加深學(xué)生對知識點的理解和掌握。探究性實驗主要依托湖南省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)煉計劃工程開展。由學(xué)生自行組建實驗小組，進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研后選擇 自己感興趣的研究課題進(jìn)行實驗設(shè)計，制定實驗方案，與教師討論

9、后修訂實驗方案。例如，2018級生態(tài)學(xué)專業(yè)的學(xué)生 經(jīng)過文獻(xiàn)調(diào)研后，想探討叢枝菌根樹種和外生菌根樹種土壤兼循環(huán)做生物的差異及其原因，以叢枝與外生窗根樹種對土 壤兼循環(huán)的影響研究為工程名稱提交了申請書，最終獲得了湖南省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃工程的資助。通過開展此類 探究性實臉，學(xué)生運用理論知識解決實際問題的能力得到了極大地能煉和提高。（二）改革實驗教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動性為了保證實驗的順利進(jìn)行，教師課前將與實險內(nèi)容相關(guān)的教學(xué)課件、皴課和測試題等上傳至移動教學(xué)平臺，要求 學(xué)生利用碎片化時間認(rèn)真，頁習(xí)，了解實驗做什么、為什么做和怎么做，并要求學(xué)生完成預(yù)習(xí)測試題。教師通過分析預(yù)習(xí) 測試題的數(shù)據(jù)，

10、了解學(xué)生千頁習(xí)效果,并基于學(xué)生的預(yù)習(xí)情況有針對性地完成實.驗教學(xué)設(shè)計，促進(jìn)實臉教學(xué)的有效性5。 課中適當(dāng)設(shè)疑，引導(dǎo)學(xué)生積被思考問題，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力。例如，在1土埸微生物基因組DNA提取。瓊脂糖 凝膠電泳法簽定DNA的原理和方法“DNA濃度檢測等實驗中，讓學(xué)生討論和回答“提取基因組DNA用到的主要試劑有 哪些，分別起什么作用瓊脂糖凝膠電泳檢測時為什么要將點樣端置于電泳槽的負(fù)極端”如何簽定提取DNA的純度-等問 題。通過上述問遮的提出引導(dǎo)學(xué)生主動思考井積級回答，最后通過教師的歸納總結(jié)得出正確答案。這種啟發(fā)式教學(xué)方式 不僅可以加深學(xué)生對知識的理解，也有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

11、由于分子生態(tài)學(xué)相關(guān)的技術(shù)和方法更新速度快，實驍教材內(nèi)容往往跟不上學(xué)科開展。把教師承當(dāng)?shù)目蒲泄こ蹋ò?括國家自然科學(xué)基金工程、省部級科研工程和其他類型的科研工程）等融入實驗教學(xué)，可以實時更新教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生 掌握最新的研究技術(shù)和研究方法。例如，授課教師耨承當(dāng)?shù)膰易匀豢茖W(xué)基金工程“土壤自養(yǎng)微生物固碳速率及其功能種 群差異機制融入實驗教學(xué)，使學(xué)生提前接觸到新近開展的穩(wěn)定性同位素探針技術(shù)（SIP）,不僅理解了該技術(shù)的基本原 理，而且了解了該技術(shù)在定向開掘土壤環(huán)境中參與自養(yǎng)固琰過程的微生物資源方面的功能司。實驗教學(xué)內(nèi)容和科研工程 的有機融合可以有效地解決實驗教學(xué)內(nèi)容更新慢的問題，讓學(xué)生及時了解相關(guān)領(lǐng)域

12、的前沿科學(xué)技術(shù)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的 實踐能力和創(chuàng)新能力。分子生態(tài)學(xué)涉及生態(tài)現(xiàn)象與生態(tài)規(guī)律的發(fā)生、開展過程中的分子機理，內(nèi)容尺度跨度大，且微觀內(nèi)容過于抽象、 宏觀內(nèi)容過于想象。巧妙運用多媒體教學(xué)手段，包括PPT、視頻、國片或知識鏈接等形式，可以方便學(xué)生更形象地理解 和掌握知識內(nèi)涵，提高教學(xué)效果7。例如，在*聚合落鏈?zhǔn)椒错懀≒CR）擴(kuò)增實臉中，可以結(jié)合PPT展示和Flash動畫 向?qū)W生演示PCR擴(kuò)增的基本原理和實驗操作步驟，幫助學(xué)生更好地掌握實臉原理和實驗操作步驟。另外，對于一些學(xué) 生使用不規(guī)范的儀器設(shè)備，如移液槍和離心機，可以通謾實地拍攝的方式制作常規(guī)儀器設(shè)備的操作方法視頻，讓學(xué)生對 儀器設(shè)備的操

13、作方法有更感性的認(rèn)識和理解。此外，在介紹系統(tǒng)進(jìn)化樹時，可以借助多媒體網(wǎng)絡(luò)在線演示構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化 樹的方法。這種教學(xué)手段不僅可以增加學(xué)習(xí)的趣味性和生動性，而且有利于幫助學(xué)生理解抽象、枯燥的知識內(nèi)容，更好 地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，從而起到教學(xué)輔助作用8。（三）重構(gòu)課程考核方式，注重實驗過程考核以往分子生態(tài)學(xué)實驗課程考核主要側(cè)重學(xué)生的平時考勤和實驗報告，實驗報告是學(xué)生實驗課程成績判定的重要指 標(biāo)。這種考核方式忽略了對實驗過程的考核，其評價結(jié)果并不能真實地反映學(xué)生的實驗技能和綜合能力。因此，我們根 據(jù)分子生態(tài)學(xué)實驗課程特色和生態(tài)學(xué)專業(yè)人才總體培養(yǎng)目標(biāo)，把實驗操作和實駐結(jié)果展示匯報等過程性要素納入課程評

14、價考核體系，不僅關(guān)注學(xué)生課堂出勤情況和實驗報告，同時注重學(xué)生實臉過程表現(xiàn)，建立以實臉技能、創(chuàng)新能力和探合 素質(zhì)培養(yǎng)為核心目標(biāo)的多元化課程考核評價方法9。新的考核方法主要從課堂考勤、課前預(yù)習(xí)情況、實驗操作、實 果PPT展示匯報和實胺報告等方面進(jìn)行全方位考核，把考核的重點從獲取的知識量向知識、能力、綜合素質(zhì)的評價轉(zhuǎn) 移。其中，課堂考勤主要考查學(xué)生的課堂出勤情兄，時于請假、曠課、早退和遲到的學(xué)生給予一定的扣分。課前預(yù)習(xí)主 要考查學(xué)生對教學(xué)課件、微課和測試題等洋前于頁習(xí)資料的掌握情況。實驗操作主要考查學(xué)生能否按照實駛要求，平安準(zhǔn) 確地操作實臉設(shè)備，以及能否按照正確的實驗步驟完成實驗內(nèi)容并得到準(zhǔn)確的實驗

15、數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果展示匯報要求學(xué)生以 PPT形式進(jìn)行匯報，主要考查學(xué)生對實驗的理解以及對實驗中出現(xiàn)的問題的分析及解決能力。實驗報告主要考查學(xué)生對 實也原理、實也操作步驟、實駿數(shù)據(jù)處理與分析等方面的掌握情瓦。重構(gòu)后的課程考核方式，能夠更全面、準(zhǔn)確坨考查 學(xué)生的實驗水平，不僅能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，而且能提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合能力，有利于生態(tài)學(xué)綜合 型人才的培養(yǎng)。（四）開放多個研究平臺，共享優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源我校生杰學(xué)科既是國家重點（培育）學(xué)科，也是湖南省優(yōu)勢特色重點學(xué)科和湖南省“雙一流”建設(shè)學(xué)科。學(xué)科擁有南 方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國家工程實驗室、森林植物國家級實臉教學(xué)示范中心和城市森林生杰湖南省重點

16、實驗室等多個國家 級和省部級研究平臺，均配備有分子生態(tài)學(xué)精密儀器設(shè)備。為了解決分子生態(tài)學(xué)實險課程教學(xué)資源缺乏的問題，對涉及 精密儀器使用的一些實驗工程,可以實行開放性實驗教學(xué)，協(xié)調(diào)多個研究平臺分時段開放相關(guān)儀罌設(shè)備10J。例如珠合 型實臉.利用16SrRNA基因文庫技術(shù)分析不同樹種土壤細(xì)窗群落的多樣性”，為了保證每個學(xué)生都有上機操作的機會， 采取了開放性實艙教學(xué)管理。管理上實行申請審核制,由學(xué)生個人提出申請并提交實驗方案,授課教師對實驗方案和實 險申請進(jìn)行審核，授課教師審核通過后提交儀器管理員審核，管理員審核通過后學(xué)生即可進(jìn)入實驗室開展實臉。在開放 實臉室開展綜合型實聆，學(xué)生參與了研究內(nèi)容設(shè)計

17、、研究方法確定、實驗方案實施、實險數(shù)據(jù)處理和分析、實臉報告撰 寫等一系列實&過程，基本實物技能、科研思維能力和寫作能力同時得到訓(xùn)練。因此，開放性的實貶教學(xué)管理，既利用 平臺優(yōu)勢解決了教學(xué)資源缺乏的問題，又可以讓學(xué)生成為教學(xué)的主體，變被動學(xué)習(xí)為主動實踐，能極大地激發(fā)學(xué)生的探 究興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。皓語分子生態(tài)學(xué)實驗課程經(jīng)過教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的一系列改革，學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性和學(xué)習(xí)興趣被激發(fā)，綜合運 用知識耨決實際問題的能力也有所增強，綜合素質(zhì)得到明顯提升。但是目前分子生態(tài)學(xué)實般課程改革仍存在一些問題， 如實驗經(jīng)費缺乏、師資力量有限、開放性實駿室管理難度較大等。這需要我們在今后的教學(xué)工作中不

18、斷探索與實踐，進(jìn) 一步提升分子生態(tài)學(xué)實驗課程的教學(xué)質(zhì)量0參考文獻(xiàn)范亞文，陳疾，陸欣鑫，等.“一流生態(tài)學(xué)專業(yè)”建設(shè)背景下實踐教學(xué)體系構(gòu)建初探J.教書育人(高教論妖)，2021 24) ： 97-99.李博，何永美，蔣明，等.新時代農(nóng)業(yè)院校生態(tài)學(xué)專業(yè)課程體系構(gòu)建研究J.大學(xué)教育，2020 8) ： 9-11.3江玉梅.分子生態(tài)學(xué)課程教學(xué)方法探討.教育現(xiàn)代化，2019, 6(65)： 164-165.4宋彥濤，烏云娜，董玉瑛，等.適應(yīng)大學(xué)生科研訓(xùn)練的生態(tài)學(xué)實驗教學(xué)改革.中國現(xiàn)代教育裝備，2019(19)： 69-70.5)呂佳，李俊清，杜芳.高等林業(yè)院?！胺肿由軐W(xué)課程教學(xué)改革的探討：以北京林業(yè)大學(xué)

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