應(yīng)用生物技術(shù)專業(yè)分子生物學(xué)教學(xué)與思考

摘要：為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型生物技術(shù)人才，結(jié)合我?，F(xiàn)有資源，本文從理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及科研教學(xué)相結(jié)合等方面進(jìn)行了實(shí)踐教學(xué)的探討，深化了分子生物學(xué)的教學(xué)體系，并提出了對(duì)未來教學(xué)的展望。

關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)；教學(xué)；實(shí)驗(yàn)；科研

分子生物學(xué)是研究所有生物大分子(主要包括核酸、蛋白質(zhì)等)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能及其相互作用關(guān)系和規(guī)律的科學(xué)。近40年來，當(dāng)人們認(rèn)識(shí)到“中心法則”后，分子生物學(xué)在核酸、蛋白質(zhì)方面的研究已帶動(dòng)了生命科學(xué)各領(lǐng)域的發(fā)展，并引領(lǐng)了蛋白質(zhì)工程、酶工程、基因工程、細(xì)胞工程、生物信息學(xué)以及轉(zhuǎn)基因技術(shù)、基因治療、生物芯片等大批新興學(xué)科和技術(shù)的產(chǎn)生及快速發(fā)展，為人類從分子水平揭示生命的奧秘以及改造自然界提供了最有力的支持。

應(yīng)用生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生應(yīng)當(dāng)掌握本專業(yè)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和技能，提升綜合素質(zhì)。分子生物學(xué)是現(xiàn)代生物學(xué)的領(lǐng)跑學(xué)科，基因序列的分析和DNA重組技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為生命科學(xué)工作者的“常規(guī)武器”，本課程也就相應(yīng)地成為應(yīng)用生物技術(shù)專業(yè)的一門重要的專業(yè)必修基礎(chǔ)課程。分子生物學(xué)所涉獵的范圍極為廣闊，與生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)以及化學(xué)、計(jì)算機(jī)等學(xué)科存在廣泛交叉，由于課程內(nèi)容抽象、難懂難記，新技術(shù)、新方法、新概念又不斷涌現(xiàn)，給課程的教與學(xué)帶來相當(dāng)難度。然而，課程內(nèi)容的廣、難、新，以及對(duì)諸多生命科學(xué)問題在分子水平的科學(xué)闡述，又帶給學(xué)習(xí)者無窮的學(xué)習(xí)樂趣和實(shí)用技術(shù)。而且，具備分子生物學(xué)知識(shí)對(duì)于學(xué)生如何理解現(xiàn)代生命科學(xué)具有重要意義。筆者通過該課程的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)歷，在突破課程重點(diǎn)難點(diǎn)，發(fā)揮教學(xué)優(yōu)勢，促進(jìn)教學(xué)相長方面聊談一些教學(xué)的思考和體會(huì)，以期更好地利用分子生物學(xué)教學(xué)平臺(tái)提高學(xué)生對(duì)生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。

基礎(chǔ)理論教學(xué)需理清課程脈絡(luò)

在基礎(chǔ)理論教學(xué)中，教師需幫助學(xué)生理清課程脈絡(luò)，對(duì)課程的框架結(jié)構(gòu)、內(nèi)容以及交叉知識(shí)點(diǎn)做到心中有數(shù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在掌握課程基本知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，能夠更好地理解重點(diǎn)并解決難點(diǎn)。

1.熟悉分子生物學(xué)研究的主要內(nèi)容。其內(nèi)容包括：DNA重組技術(shù)、基因表達(dá)調(diào)控、生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能?；蚪M及生物信息學(xué)等。目前分子生物學(xué)的主要內(nèi)容是對(duì)核酸中所包含信息的研究與應(yīng)用，所以該課程又稱為核酸分子生物學(xué)。近幾年，RNA的研究成為新的研究熱點(diǎn)。而蛋白質(zhì)的研究囿于實(shí)驗(yàn)方法和儀器設(shè)備的局限進(jìn)展緩慢。

2.把握分子生物學(xué)的中心線索。在實(shí)踐教學(xué)中，中心法則可以作為本課程的中心線索。中心法則是在一系列實(shí)驗(yàn)證明核酸為遺傳信息的攜帶者后，基于Watson和Crick提出DNA反向平行雙螺旋模型的基礎(chǔ)上，建立起來的遺傳信息的表達(dá)傳遞關(guān)系，并一直都在不斷地修改和完善。在遺傳信息傳遞的過程中，核酸及蛋白質(zhì)生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能、來源以及它們的相互作用成就了遺傳信息的精確表達(dá)。通過中心法則來構(gòu)建分子生物學(xué)的知識(shí)體系，學(xué)生可宏觀地對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行理解，掌握課程的精髓。

3.理解分子生物學(xué)與相關(guān)學(xué)科的交叉知識(shí)點(diǎn)。教師應(yīng)具備相關(guān)學(xué)科知識(shí)的基本素質(zhì)，懂得學(xué)科與學(xué)科交叉的方法，對(duì)學(xué)生在學(xué)科交叉知識(shí)點(diǎn)中的疑惑加以闡述。生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和生命科學(xué)導(dǎo)論等學(xué)科是分子生物學(xué)的先修課程。這些學(xué)科中的一些現(xiàn)象和規(guī)律，其分子機(jī)制是由分子生物學(xué)來加以闡述的，例如：表觀遺傳學(xué)是近年來研究的熱點(diǎn)之一，其研究的內(nèi)容是基因功能的改變可以通過有絲分裂或減數(shù)分裂而遺傳，但這種改變并不是DNA核苷酸序列的改變。表觀遺傳變異進(jìn)一步從分子生物學(xué)角度歸納為二種主要方式：一是DNA或蛋白質(zhì)的各種修飾；二是核酸或蛋白質(zhì)在DNA和RNA層面上識(shí)別核苷酸序列并與其互補(bǔ)結(jié)合。在教學(xué)過程中，通過具體案例的講授，如CpG島的甲基化、p53蛋白的乙酰化對(duì)基因表達(dá)活性的調(diào)控作用，從分子水平理解表觀遺傳變異的機(jī)制，令學(xué)生豁然開朗。

激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)熱情，解析實(shí)驗(yàn)原理，規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作

分子生物學(xué)理論的提出都以堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，而實(shí)驗(yàn)也是掌握現(xiàn)代分子生物學(xué)精髓的主要途徑，學(xué)生自主參與實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)，往往能起到事半功倍的學(xué)習(xí)效果。《分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程是我省高等教育生物技術(shù)專業(yè)(獨(dú)立本科階段)的一門重要的專業(yè)必修課程。實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)更直觀、生動(dòng)的理解，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)、探索及研究生命科學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)熱情。收集與課程內(nèi)容有關(guān)的短片、動(dòng)畫、圖片等素材，適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用于課堂上；在多媒體實(shí)驗(yàn)室讓學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)引物和查詢資料信息，分析實(shí)驗(yàn)的有關(guān)理論信息。在實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生會(huì)很自然地思考如何精確地對(duì)生命大分子進(jìn)行操作?如何顯示這些生命大分子的特性?這些問題很自然地激起他們對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及方法步驟的強(qiáng)烈求知欲望。通過分子生物學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)，包括質(zhì)粒DNA的提取、重組DNA中常用工具酶的使用、分子雜交、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR技術(shù))及凝膠電泳等的開設(shè)及相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的操作使用，使學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)儀器的進(jìn)步是研究生物大分子的關(guān)鍵，而純化及富集生物大分子是研究的基礎(chǔ)。對(duì)于一些教材上敘述清楚、條理明晰的實(shí)驗(yàn)，安排學(xué)生講解示范，教師點(diǎn)評(píng)的方式進(jìn)行教學(xué)，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的積極性。

2.分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)忌不解實(shí)驗(yàn)原理而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)的很多內(nèi)容難學(xué)難懂，學(xué)生在不清楚實(shí)驗(yàn)基本原理的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，由于不理解實(shí)驗(yàn)方法及步驟，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗。因此，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前務(wù)必預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中教師要通過多種途徑加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和方法步驟的理解。例如：在講述PCR技術(shù)的原理時(shí)，可以利用幻燈片首先闡明此技術(shù)的目的是對(duì)特定基因序列進(jìn)行體外擴(kuò)增；其次講授實(shí)驗(yàn)過程的核心及創(chuàng)新之處是體外模擬DNA的復(fù)制；然后導(dǎo)人DNA完成復(fù)制過程所需要的成分：DNA聚合酶、引物、dNTP、模板和水；進(jìn)一步深入分析反應(yīng)步驟，即：變性，退火及復(fù)性的原理及重要性。拓展討論多重循環(huán)是為了將特定基因或DNA序列極大程度的擴(kuò)增，相當(dāng)于進(jìn)行了多次目的DNA片段的復(fù)制。最后通過PCR原理及反應(yīng)過程的動(dòng)畫教學(xué)，使學(xué)生印象深刻，充分理解并掌握知識(shí)點(diǎn)。此外。PCR技術(shù)前期引物的設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)成功的核心，利用多媒體實(shí)驗(yàn)室教學(xué)讓學(xué)生設(shè)計(jì)幾組簡單的引物，再分別討論各引物的優(yōu)缺點(diǎn)，教師再設(shè)計(jì)幾組復(fù)雜的引物，這樣不僅僅學(xué)習(xí)了引物設(shè)計(jì)的基本過程，而且深化了學(xué)生對(duì)核酸分子雜交的理解。

3.分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)忌不懂實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)中涉及到諸多有毒物質(zhì)，例如：EB(溴化乙錠)、DEPC(焦碳酸二乙酯)等，這些物質(zhì)操作不當(dāng)將嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)者的身體健康。此外，恒溫水浴鍋、高壓滅菌鍋、電子天平、冷凍離心機(jī)、超凈工作臺(tái)等儀器都需在使用前學(xué)習(xí)儀器操作規(guī)程，樹立安全操作意識(shí)，規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作手法等。此外，樹立學(xué)生的環(huán)保操作意識(shí)，如實(shí)驗(yàn)菌株應(yīng)在滅菌之后拋棄。

結(jié)合科研，把握學(xué)科發(fā)展新動(dòng)態(tài)，促進(jìn)教學(xué)

有目的地把科研、學(xué)科研究進(jìn)展及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)引入課程教學(xué)中，在實(shí)現(xiàn)教學(xué)的動(dòng)態(tài)過程中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，不僅促進(jìn)了學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維方式。

1.結(jié)合科研，促進(jìn)教學(xué)

高等學(xué)校教學(xué)過程是認(rèn)識(shí)已知和探索未知的統(tǒng)一。德國洪堡以“教學(xué)與科研相統(tǒng)一”為指導(dǎo)成功創(chuàng)辦了柏林大學(xué)；目前，美國研究型大學(xué)的本科生參與科研的教學(xué)方式日益得到教育界、社會(huì)和學(xué)生的認(rèn)可。國內(nèi)大學(xué)也逐漸利用“大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃”，鼓勵(lì)本科生參與科研。但是作為普通地方院校，科研所必備的信息交流、儀器設(shè)備條件較為薄弱，科研成果的“質(zhì)”和“量”都處于較低水平，教學(xué)和科研的統(tǒng)一更難以體現(xiàn)。如何使生命科學(xué)專業(yè)學(xué)生廣泛地參與到分子生物學(xué)的科學(xué)研究以期真正實(shí)現(xiàn)科研帶動(dòng)教學(xué)、教學(xué)促進(jìn)科研的教學(xué)模式仍需繼續(xù)探索。

在實(shí)踐教學(xué)中，筆者在以下方面進(jìn)行了探索：一、在學(xué)生理解相關(guān)章節(jié)知識(shí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，教師可適當(dāng)穿插自己所做科研的內(nèi)容，并最終以科研論文的形式予以闡述，以期深化學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握。二、增加學(xué)生對(duì)分子生物學(xué)相關(guān)軟件的學(xué)習(xí)。例如：學(xué)習(xí)primer5.0軟件可使學(xué)生更深刻地理解PER引物所具備的各種特性；學(xué)習(xí)DNAstar軟件可使學(xué)生從抽象到具體地了解蛋白質(zhì)的各級(jí)結(jié)構(gòu)等蛋白質(zhì)特性，分析推測蛋白各結(jié)構(gòu)域的功能，使學(xué)生進(jìn)一步理解、鞏固大分子的構(gòu)成規(guī)律。三、學(xué)生參與教師的課題研究。教師不僅指導(dǎo)學(xué)生查閱課題資料及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，同時(shí)可委任學(xué)生擔(dān)任研究助理，參與詢購實(shí)驗(yàn)試劑及實(shí)驗(yàn)操作，使部分學(xué)生親歷到科研實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)“教學(xué)與科研相統(tǒng)一”。實(shí)踐表明，學(xué)生參與到科研實(shí)驗(yàn)中，可明顯增強(qiáng)其科研實(shí)驗(yàn)意識(shí)及知識(shí)理論體系的掌握。四、指導(dǎo)學(xué)生完成其畢業(yè)論文。由學(xué)生自己提出原創(chuàng)性項(xiàng)目方案或由指導(dǎo)老師指定課題，根據(jù)方案向?qū)W?；蚱渌鼨C(jī)構(gòu)提出研究資金申請(qǐng)，學(xué)生在完成其畢業(yè)論文的過程中能極大程度地理解和運(yùn)用課程內(nèi)容，同時(shí)，根據(jù)學(xué)生的科研情況和知識(shí)點(diǎn)的缺陷以及學(xué)生科研過程中提出的問題，教師能及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法、更新知識(shí)難點(diǎn)并運(yùn)用于教學(xué)實(shí)踐，切實(shí)做到教學(xué)與科研的互動(dòng)相長。

2.把握學(xué)科發(fā)展新動(dòng)態(tài)，促進(jìn)教學(xué)

分子生物學(xué)是現(xiàn)代生物學(xué)的一門基礎(chǔ)學(xué)科，其方法和技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)應(yīng)用于生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，而各專業(yè)發(fā)展的同時(shí)又極大地豐富了分子生物學(xué)自身的內(nèi)涵。

在教學(xué)過程中，筆者首先有意識(shí)地以講座的方式安排一些專題的學(xué)習(xí)，例如：DNA轉(zhuǎn)座、RNA干擾、胚胎干細(xì)胞、生命科學(xué)與生物技術(shù)、表觀遺傳學(xué)、生物信息學(xué)知識(shí)等。通過對(duì)P53功能30年研究歷史的回顧性講解，使學(xué)生感悟：要以懷疑的態(tài)度和批判的觀點(diǎn)來看待真理，對(duì)真理的追求及驗(yàn)證是永無止境的，不能盲目迷信權(quán)威。其次，讓學(xué)生以小組為單位，擬定題目，自己查閱文獻(xiàn)并制作多媒體課件，例如：H1N1的確診方法、親子鑒定等。通過學(xué)生講述，同學(xué)和教師進(jìn)行評(píng)述，既實(shí)現(xiàn)了師生互動(dòng)和教學(xué)相長，又使學(xué)生的知識(shí)面有所拓寬、科研思路有所清晰，自主學(xué)習(xí)意識(shí)有所提高，還提升了學(xué)生的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)合作精神及交流溝通的技能。生命科學(xué)中的這些新發(fā)現(xiàn)新進(jìn)展不僅僅提引了學(xué)生興趣，引導(dǎo)了學(xué)生學(xué)習(xí)能量的釋放，更激發(fā)了學(xué)生的思維，增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，并對(duì)于詮釋學(xué)習(xí)中碰到的疑難問題有著舉一反三、畫龍點(diǎn)睛的作用。

3.利用互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)教學(xué)

利用一些生物信息網(wǎng)站，進(jìn)行課程教學(xué)，例如：在NCBI、EBI等網(wǎng)站查找相關(guān)的文獻(xiàn)和基因等信息進(jìn)行教學(xué)，不僅以案例形式深入分析了知識(shí)點(diǎn)，而且也使學(xué)生把書本知識(shí)與生物信息學(xué)相結(jié)合。在課余通過問題信箱與學(xué)生交流，掌握學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)中遇到的問題，更客觀、全面地了解學(xué)生的知識(shí)掌握水平，也加深了教師對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的把握。

展 望

盡管開設(shè)分子生物學(xué)課程已有幾年，比較國內(nèi)知名高校分子生物學(xué)教學(xué)，深感我校在以下幾個(gè)方面需要加強(qiáng)：一、科研實(shí)驗(yàn)方面，需添加基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的購置，設(shè)置開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)和綜合性實(shí)驗(yàn)。二、理論教學(xué)方面，應(yīng)增加課時(shí)開設(shè)討論課，教材可選擇國外或自編教材，加強(qiáng)雙語教學(xué)。三、教學(xué)手段方面，充分利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行分子生物學(xué)教學(xué)信息的開發(fā)與利用。同時(shí)，我們要加強(qiáng)校際間的相互交流與學(xué)習(xí)，校企間的合作和探索，更好地實(shí)現(xiàn)生物技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

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