提高分子生物學(xué)教學(xué)效果的思考

章月琴 胡漢橋

摘要：分子生物學(xué)是高等院校生物類專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是滲透到生物學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的研究工具。本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和方法以及知識(shí)的拓展方面進(jìn)行改進(jìn)，以期為提高分子生物學(xué)的教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；手段和方法；知識(shí)拓展；教學(xué)效果

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）09-0174-03

分子生物學(xué)是自然科學(xué)中發(fā)展最迅速、最具活力的前沿學(xué)科，已經(jīng)發(fā)展成為一門獨(dú)立的新興學(xué)科，又是諸多相關(guān)領(lǐng)域強(qiáng)有力的研究工具，是普通高等院校生物類專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。分子生物學(xué)課程內(nèi)容千頭萬(wàn)緒，內(nèi)容難懂。如何順利完成教學(xué)任務(wù)，并能收到良好的教學(xué)效果，確實(shí)是一個(gè)需要認(rèn)真思考的問(wèn)題。本文從教學(xué)內(nèi)容、手段和方法以及知識(shí)的拓展方面進(jìn)行了一些探索和分析。

一、教學(xué)內(nèi)容的合理組織

經(jīng)典的分子生物學(xué)教材通常包括核酸的結(jié)構(gòu)與功能、DNA復(fù)制與突變、RNA的轉(zhuǎn)錄和加工、蛋白質(zhì)的生物合成、基因的表達(dá)與調(diào)控等內(nèi)容。該課程內(nèi)容如果安排不當(dāng)，容易讓學(xué)生覺(jué)得枯燥無(wú)味、抽象，容易引起學(xué)生失去自主學(xué)習(xí)的興趣。如何通過(guò)深入淺出地講授，讓學(xué)生喜歡這門課程并主動(dòng)琢磨課程內(nèi)容，需要花些心思去引導(dǎo)。

（一）分子生物學(xué)課程的基本理論與技術(shù)

要努力講透分子生物學(xué)的基本理論和技術(shù)，抓住學(xué)生的注意力，需注意以下幾個(gè)方面。

1.前人研究的故事。在講解重要的理論時(shí)注重介紹這些理論發(fā)現(xiàn)背后的人物故事等，不但能提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還能培養(yǎng)科學(xué)創(chuàng)新精神。如以諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)和化學(xué)獎(jiǎng)為主線來(lái)講解分子生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史；講DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)時(shí)，可講述沃森、克里克和威爾金斯獲得1962年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的故事，以及無(wú)名英雄富蘭克林所做的貢獻(xiàn)；講到轉(zhuǎn)座子時(shí)，可講述鐘情科學(xué)的“玉米皇后”麥克林托克提出轉(zhuǎn)座子時(shí)到獲得諾貝爾獎(jiǎng)間隔30年時(shí)間，她在此期間所受的冷遇、嘲笑以及她的堅(jiān)持。

2.前人研究的理論基礎(chǔ)。分子生物學(xué)中有許多理論十分難懂，如mRNA的發(fā)現(xiàn)、遺傳密碼的破譯和操縱子理論等。在教學(xué)過(guò)程中要想將分子生物學(xué)的理論講透，對(duì)老師具有較高的要求。因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)的知識(shí)背景、實(shí)驗(yàn)和科研條件下，研究所采用的方法與現(xiàn)代分子生物技術(shù)有很大的不同，需要老師學(xué)習(xí)前人的研究論文來(lái)理解研究者如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、如何對(duì)獲得結(jié)果進(jìn)行理性分析等。如在講授乳糖操縱子時(shí)，教材中列舉了在培養(yǎng)基中添加乳糖后β-半乳糖苷酶活性及其mRNA含量的變化規(guī)律圖。但如何得到此圖，書(shū)中只給予簡(jiǎn)單的介紹，給老師上課和學(xué)生的理解造成了較大的困難。為講清乳糖操縱子的調(diào)控機(jī)理，給學(xué)生連續(xù)提出了2個(gè)問(wèn)題：（1）如果讓你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如何得到此圖的問(wèn)題。在備課時(shí)，我給學(xué)生們列舉了測(cè)定酶活性的方法，如比色法或酶聯(lián)免疫法，并下載比色法檢測(cè)β-半乳糖苷酶的專業(yè)論文[1]和公司檢測(cè)β-半乳糖苷酶活性相關(guān)的試劑盒。對(duì)于如何測(cè)定β-半乳糖苷酶mRNA含量的變化，我列舉了檢測(cè)基因表達(dá)量的幾種方法。這些檢測(cè)mRNA表達(dá)量的前提是獲得了β-半乳糖苷酶基因，于是又產(chǎn)生了第2個(gè)問(wèn)題。（2）如何獲得β-半乳糖苷酶的基因？介紹獲得基因的方法后，但當(dāng)時(shí)沒(méi)有這些技術(shù)，于是我將當(dāng)時(shí)條件下有關(guān)基因表達(dá)量檢測(cè)的相關(guān)論文下載[2]，并講解了如何通過(guò)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體獲得β-半乳糖苷酶基因，通過(guò)雜交檢測(cè)β-半乳糖苷酶基因mRNA含量的變化。這樣引領(lǐng)學(xué)生沿著這些大師們的足跡，重溫當(dāng)年的研究過(guò)程，學(xué)習(xí)其中的科學(xué)思維和研究方法。這樣的教學(xué)方式能夠改變照本宣科、填鴨式教學(xué)的單一和枯燥。提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)。

3.社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)及日常生活常識(shí)。為了抓住學(xué)生的注意力，將分子生物學(xué)的專業(yè)知識(shí)與日常生活聯(lián)系到一起。在講到轉(zhuǎn)基因植物時(shí)會(huì)與學(xué)生一起討論轉(zhuǎn)基因植物的安全性，并下載網(wǎng)上正反兩方面的觀點(diǎn)，引用2016年百位諾貝爾獎(jiǎng)得主聯(lián)名支持轉(zhuǎn)基因，并解釋轉(zhuǎn)基因植物是安全的理由，讓學(xué)生對(duì)轉(zhuǎn)基因植物的安全性有正確的認(rèn)識(shí)，并希望通過(guò)分子生物學(xué)的學(xué)習(xí)，用自己的專業(yè)知識(shí)對(duì)轉(zhuǎn)基因植物的安全性做出正確的評(píng)價(jià)。講到微衛(wèi)星DNA（SSR）時(shí)，提及利用SSR標(biāo)記進(jìn)行親子鑒定，并將2016年偵破在社會(huì)上造成重大轟動(dòng)的白銀市連環(huán)殺人案的過(guò)程中使用人Y染色體上SSR標(biāo)記，引起學(xué)生廣泛的興趣。

講到乳糖代謝過(guò)程中，大腸桿菌要將乳糖運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞中需要用透過(guò)酶。這時(shí)我又給學(xué)生提出了一個(gè)日常生活中的問(wèn)題，如含膠原蛋白和超氧化物歧化酶化妝品問(wèn)題。化妝品中的膠原蛋白或超氧化物歧化酶進(jìn)入人體后具有抗衰老的效果，與學(xué)生討論這些化妝品能否讓人年輕，通過(guò)分子生物學(xué)的學(xué)習(xí)我們知道一個(gè)小分子的乳糖進(jìn)入細(xì)胞需要一種運(yùn)輸酶，那么這些蛋白如何進(jìn)入人體細(xì)胞？其結(jié)果是顯而易見(jiàn)的。

4.分子生物學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)解讀。有些時(shí)候，書(shū)本上對(duì)有關(guān)的理論或技術(shù)介紹并不全面，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中難于理解。如DNA的復(fù)制原點(diǎn)位于遺傳圖譜84分鐘處，這些涉及到細(xì)菌基因定位的中斷雜交試驗(yàn)，需要講解相關(guān)知識(shí)，幫助學(xué)生理解。又如Sanger DNA測(cè)序原理，如用不同顏色的熒光物質(zhì)標(biāo)記ddNTP，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)序的自動(dòng)化。書(shū)上并沒(méi)有講到用什么作熒光標(biāo)記物，如何標(biāo)記等問(wèn)題。下載熒光標(biāo)記相關(guān)的文章[3]，并將測(cè)序人員編寫(xiě)的測(cè)序步驟下載，與學(xué)生一起學(xué)習(xí)每一步反應(yīng)的作用，有助于學(xué)生理解該技術(shù)。

（二）分子生物學(xué)前沿

分子生物學(xué)知識(shí)更新可以說(shuō)是日新月異。因此在教學(xué)中老師必須關(guān)注學(xué)科的研究熱點(diǎn)和前沿領(lǐng)域。在教學(xué)中可講述一些應(yīng)用相關(guān)理論開(kāi)發(fā)的技術(shù)或相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。如講到噬菌體的滾環(huán)機(jī)理時(shí)，下載利用噬菌體DNA聚合酶開(kāi)發(fā)的滾環(huán)擴(kuò)增試劑盒說(shuō)明書(shū)，并介紹試劑盒在動(dòng)植物病原物檢測(cè)中的應(yīng)用。講到測(cè)序技術(shù)時(shí)，就可以向?qū)W生介紹最新發(fā)展的二代測(cè)序技術(shù)；講到酵母雙雜交系統(tǒng)，可以向?qū)W生介紹將熒光蛋白折分后的雜交系統(tǒng)以及依賴泛素（ubiquitin）的細(xì)胞質(zhì)雜交系統(tǒng)[4]。讓學(xué)生感受到分子生物學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，也培養(yǎng)他們跟蹤學(xué)科發(fā)展前沿的方法和學(xué)習(xí)習(xí)慣。

二、教學(xué)手段和方法的改進(jìn)

（一）多媒體教學(xué)

多媒體技術(shù)具有信息量大、聲像俱佳、動(dòng)靜皆宜的特點(diǎn)[5]。多年來(lái)我們不斷補(bǔ)充和完善教學(xué)資料，逐漸形成了獨(dú)具特色的多媒體教學(xué)課件。多媒體中大量使用圖像、文字表述簡(jiǎn)潔明朗、主題突出。在多媒體教學(xué)中使用分子生物學(xué)動(dòng)畫(huà)，如DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、分子生物學(xué)技術(shù)和基因表達(dá)調(diào)控動(dòng)畫(huà)等。這些動(dòng)畫(huà)能將聲、光、色結(jié)合，從而增加學(xué)生的感官刺激，能有效提高學(xué)生的注意力，激發(fā)課堂活力，從而提高教學(xué)效果。這些動(dòng)畫(huà)都是用英文講解，需要老師給學(xué)生翻譯。讓學(xué)生掌握一些英文專業(yè)詞匯，有助于提高用英文交流與閱讀專業(yè)文章的能力。

（二）教學(xué)方法

為發(fā)揮學(xué)生作為教學(xué)主體的能動(dòng)性，根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置了啟發(fā)式、聯(lián)想式、探究式等多種教學(xué)方法[6]，讓學(xué)生參與到教學(xué)過(guò)程中，不僅活躍了課堂氣氛，而且在分享知識(shí)的同時(shí)，更注重教會(huì)學(xué)生靈活掌握學(xué)習(xí)的方法。

1.啟發(fā)式教學(xué)。啟發(fā)的目的在于舉一反三，觸類旁通。針對(duì)每一次的課堂教學(xué)，設(shè)計(jì)一些拋磚引玉的問(wèn)題，供學(xué)生思考與討論，這成為了分子生物學(xué)理論教學(xué)的重要組成部分。如前面講到的乳糖操縱子時(shí)，所提出的兩個(gè)問(wèn)題就是很好的啟發(fā)式教學(xué)的例子。這一系列的互動(dòng)教學(xué)活動(dòng)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，在不斷的討論分析中通過(guò)展示不同的思維、發(fā)表各自的觀點(diǎn)，不但有利于促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，而且有利于學(xué)生通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的消化、理解來(lái)達(dá)到理論的升華、拓展。

2.比較法教學(xué)。在比較法方面，注重橫向比較與縱向比較的結(jié)合。DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯以及基因表達(dá)的調(diào)控等內(nèi)容均是從原核生物和真核生物兩方面論述的。因此，在教學(xué)中充分利用橫向比較法，對(duì)原核和真核生物DNA的DNA聚合酶、RNA聚合酶的種類和組成、mRNA的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，能更好地幫助學(xué)生理解和記憶。而對(duì)DNA復(fù)制、RNA的轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)的翻譯等過(guò)程、不同操縱子的調(diào)控機(jī)制等內(nèi)容的教學(xué)可以采取縱向比較法，如DNA復(fù)制、RNA的轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)的翻譯各需要一些什么樣的酶，它們的過(guò)程有什么不同。以達(dá)到加強(qiáng)記憶的目的。

三、知識(shí)拓展

生物信息技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為分子生物學(xué)研究方法中不可分割的一部分，必須特別強(qiáng)調(diào)互聯(lián)網(wǎng)資源運(yùn)用的重要性。在整個(gè)分子生物學(xué)的教學(xué)中，要求學(xué)生查閱和組織各種文獻(xiàn)資料。因此，在教學(xué)中要逐漸向?qū)W生介紹中國(guó)知網(wǎng)和NCBI等常用資源庫(kù)，使學(xué)生了解如何利用資源庫(kù)進(jìn)行查詢，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力。在教學(xué)中還要介紹一些常規(guī)的生物信息技術(shù)軟件，如Primer6.0、DNAMAN和DNAStar等，使學(xué)生對(duì)這些軟件有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。如講到rDNA為中度重復(fù)序列時(shí)，要求學(xué)生從NCBI網(wǎng)站上下載原核和真核的基因組序列，查找其中的rDNA的數(shù)量，并明確rDNA的結(jié)構(gòu)。下載動(dòng)、植物病毒的基因組序列，用DNAStar作出其結(jié)構(gòu)，觀察病毒的重疊基因。用DNAStar作出四膜蟲(chóng)rDNA的結(jié)構(gòu)，并比較與其他rDNA的差異，弄清核酶的特殊性。

總之，通過(guò)多媒體教學(xué)可以提供給學(xué)生大量的信息，選擇好教學(xué)內(nèi)容，對(duì)分子生物學(xué)理論和技術(shù)的前因后果，實(shí)驗(yàn)內(nèi)外的故事進(jìn)行生動(dòng)講解，并輔助以動(dòng)畫(huà)，以及用不同的教學(xué)方法，能有效地抓住學(xué)生的注意力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，收到了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]高紅偉，宮鋒，等.α-半乳糖苷酶活性測(cè)定方法的研究[J].軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院院刊，2006，30（6）.

[2]Westover KC，Jacobson LA.Control of protein synthesis in Escherichia coli.II.Translation and degradation of lactose operon messenger ribonucleic acid after energy source shift-down[J].Journal of Biological Chemistry，1974，249 （19）.

[3]陳中舉，張燕玲，黃金瑛.熒光標(biāo)記生物大分子及其應(yīng)用[J].國(guó)外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊(cè)，2004，27（6）.

[4]M？ckli N，Deplazes A，Hassa PO，Zhang Z，etc.Yeast split- ubiquitin-based cytosolic screening system to detect interactions between transcriptionally active proteins[J].Biotechniques，2007，42（6）.

[5]張金嶺.淺談多媒體教學(xué)[J].教育與職業(yè)，2009，（30）.

[6]文靜，申玉華，趙冰.高等學(xué)校分子生物學(xué)教學(xué)改革初探[J].吉林農(nóng)業(yè)，2013，305（8）.