以RT-PCR为主题的“小综合”分子生物学实验课程设计与实践

来源:用户上传      作者:迟彦 王仁军 王欢 韩晓菲 侯义龙 曹阳 付常振

　　[摘 要] 本着进一步完善和优化分子生物学实验课程的教学内容，加强本科生实验操作技能，提高本科生生物学综合创新思维能力，该文总结设计了以实时荧光定量PCR（Real-time PCR，RT-PCR）为主题的“小综合”实验，以期通过课程的实施，激发学生的学习兴趣，提高教学质量，取得良好的教学效果。
　　[关键词] 分子生物学实验;实时荧光定量PCR;综合实验
　　[基金项目] 大连大学教改立项“虚拟仿真配套分子生物学实验教学体系的设计与实践”“‘互联网+’背景下学科平台课‘分子生物学’的
　　 混合式教学模式改革与实践”;2018年度辽宁省教育厅教改立项“基于双一流建设背景下生物技术专业课程体系的改革与
　　 探索”（辽教办〔2018〕165号）
　　[作者简介] 迟 彦（1974—），女，博士，大连大学生命科学与技术学院副教授，主要从事生物技术专业教学与研究;付常振（1986—），男，博士，大連大学生命科学与技术学院讲师（通信作者），主要从事分子生物学教学与研究。
　　[中图分类号] G642    [文献标识码] B    [文章编号] 1674-9324（2020）23-0200-02    [收稿日期] 2020-01-06
　　 分子生物学是一门理论知识与实验技术并重的学科，尤其是分子生物学实验技术，是推动生命科学、医学、农学、畜牧兽医、新材料研制等相关研究领域蓬勃发展的关键核心技术之一[1-2]。对于从事生命科学及相关领域的工作及科研技术人员来说，全面系统地掌握分子生物学实验技术变得越来越重要[3]。“分子生物学实验”作为笔者所在学校生物技术与生物工程专业本科教学的关键核心课程，对学生分子生物学实验操作技能及创新思维能力的培养奠定了良好的基础。本着进一步完善和优化教学内容，着力提升学生操作技能及生物学综合创新思维能力。我们总结设计了以RT-PCR为主题的“小综合”实验。
　　一、“小综合”实验内容设计
　　以RT-PCR为主题的“小综合”实验课程主要包括小鼠肝、肾、脾和肌肉等组织总RNA的提取，RNA电泳检测与浓度测定，cDNA合成，引物设计，RT-PCR仪使用，2-ΔΔCt法结果计算及组织（肝、肾、脾和肌肉）表达谱的构建。在内容上，“小综合”实验包含了从RNA提取到靶基因表达相对定量一套完整的实验技术流程。相对于以往的单项实验，没有了DNA提取相关内容，考虑到DNA提取的重要性，为弥补这一缺陷，在综合考虑DNA提取与RNA提取在原理及操作上的相似之处，我们在课程设计上应用视频及虚拟材料等辅助对DNA提取详细讲授，将DNA提取与总RNA提取有机的结合起来[4-5];在PCR技术方面，“小综合”实验将单项实验的菌落PCR改成了RT-PCR;新增了总RNA浓度测定、cDNA合成、引物设计及定量数据分析方面的内容。总体来说，“小综合”实验的设计在内容上更加丰富，并且围绕一条主线进行设计和展开，更有利于学生从总体上把握实验过程、掌握实验内容，深刻理解实验目的及意义。
　　二、课堂教学过程及实施
　　以往以单项实验上课时，每周1次课，每次课4学时，时间安排较分散，尽管有些单项实验之间存在紧密联系，比如总RNA提取与琼脂糖凝胶电泳两个实验，提取的总RNA是电泳的材料，这两个实验分两次课进行，且时间间隔至少一周，也就是总RNA提取后至少要存放一周才能电泳检测，考虑到实验室条件不够完善，实验耗材、试剂等RNA酶灭活不彻底，提纯后的RNA容易降解，故总RNA提取实验并未提纯总RNA，而是保存在75%的乙醇中，在电泳前再提纯、溶解，即便如此，RNA仍然降解严重，达不到理想的教学效果。另外还存在单项实验的内容不均一，个别实验内容较多，导致拖堂，个别实验中间过程等待时间较长，课堂教学不紧凑等。“小综合”实验的实施则有效克服了上述不足。
　　为保持“小综合”实验的整体性和完整性，取得良好的教学效果，课程在连续的两天内完成（16学时），在教学资源有限及多个教学班时，则实行各教学班分批上课。
　　三、考核方式及成绩评定
　　实验教学考核方式改革是实践教学内涵建设的重要组成部分，好的实验教学考核方式不仅能够有效反映学生的实验技能，甚至可以转变学生的学习方式，有效提升实验教学质量[6]。
　　（一）适当增加操作考核占分比重
　　掌握相关分子生物学实验技术并熟练操作是开设该课的重要目的之一，操作考核是检验学生掌握程度的重要途径，适当增加实验操作考核的占分比重，不仅能够提高学生对实验操作技能的重视程度，还能督促学生在实验过程中认真操作，增强动手操作能力，同时也保障了教学效果。
　　（二）探讨随堂操作考核机制
　　操作考核以往是选择最为重要且易单独操作的几个环节设置题目，学生随机抽取其中一题现场操作，并辅以回答一些问题，整个过程在5～10分钟内完成。这种方式在一定程度上反映了学生的实验操作技能，起到了督促学生课上认真操作、课后认真复习及反馈学生掌握程度的目的。但也存在考核面窄、考核过程短、不能真实反映实际掌握程度等问题。
　　随堂考核则是随机查看学生正在进行的操作内容，然后对该操作过程进行评分。该考核机制相当于时刻提醒学生每一步操作都可能是考核，时刻督促学生认真操作。该方式显著加强了学生对实验操作的重视程度，同时提高了实验结果的成功率。鉴于随堂考核评分标准难统一、主观判断影响大等问题，故随堂考核成绩暂未纳入总评成绩，仅作为平时成绩评定的参考材料。尽管如此，学生在实验过程中的认真程度明显提高，课堂纪律也显著改善。
　　优化和制定完善的随堂操作考核机制，适时将随堂操作考核成绩纳入总评成绩，是我们急需解决的难题。
　　（三）优化实验报告评分机制 　　实验报告的质量在一定程度上反映了学生对实验的理解和掌握程度。通常学生对实验目的、原理、操作步骤等在实验指导上有详细介绍的内容写得较好，结果分析与讨论部分没有可以摘抄的范本，这部分内容撰写的质量，基本体现了学生对该实验的理解和掌握程度，适当提高此部分的占分比重，不仅可以实现对学生实验综合能力的检验，同时督促学生认真思考，加深对实验内容的理解。
　　高质量结果分析与讨论内容的撰写，不仅要求学生深刻理解实验内容，同时还要充分查阅相关资料及有效拓展。因此，我们还准备了系列的拓展材料，引导学生课后研读。
　　四、总结
　　我们课程组通过广泛调研，根据学院实际情况，总结过去，不断尝试和完善，設计了以RT-PCR为主题的“小综合”实验。“小综合”实验的实施显著激发了学生的学习兴趣，提高了教学质量，取得了良好的教学效果。
　　分子生物学实验课程的教学及改革是一项不断完善与提高的过程，尽管现阶段取得了一定的教学成果，但依然存在及在教学中还会不断出现诸多问题，需要我们进一步去研讨和改进。
　　参考文献
　　[1]孙晓明，苏超，任媛媛，等.基础医学专业分子生物学实验教学改革与实践[J].基础医学教育，2019，21（07）：538-541.
　　[2]赵美爱，赵春梅.农学类专业分子生物学实验教学改革探索[J].安徽农学通报，2019，25（01）：149-157.
　　[3]李红民，李冬民，步怀宇，等.生物学本科生必须练就的分子生物学实验基本功[J].高等理科教育，2019（01）：81-88.
　　[4]张辉，余婷，王光利，等.虚拟仿真技术在分子生物学实验教学中的应用[J].宜春学院学报，2018，40（09）：115-118.
　　[5]曾晶.基于虚拟仿真平台的分子生物学实验教学改革探索[J].科教导刊（上旬刊），2019（10）：142-143.
　　[6]沈喜，冯虎元.分子生物学实验课程的内涵式发展策略[J].高校生物学教学研究（电子版），2018，8（06）：3-8.
　　Design and Practice of  "Small-scale Comprehensive" Molecular Biology Experiment Course with the Theme of RT-PCR
　　CHI Yan，WANG Ren-jun，WANG Huan，HAN Xiao-fei，HOU Yi-long，CAO Yang，FU Chang-zhen
　　（College of Life Science and Technology，Dalian University，Dalian，Liaoning 116622，China）
　　 Abstract：In order to further improve and optimize the teaching content of Molecular Biology Experimental course，strengthen the experimental operation skills of undergraduates，and improve the comprehensive creative thinking ability of undergraduates，this article summarizes and designs a "small-scale comprehensive" experiment with the theme of RT-PCR.Through the implementation of the course，the students' learning interest is significantly stimulated，the teaching quality is improved，and a good teaching effect is achieved.
　　 Key words：Molecular Biology Experiment;RT-PCR;comprehensive experiment
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