研究型教學在昆蟲分子生物學實驗教學中的應用

孟祥坤 錢坤 王建軍

摘要研究型大學需要研究型教學，而研究型教學在高等學校的學科教育中具有舉足輕重的地位。結合近年來在昆蟲分子生物學實驗教學實踐中的體會，從理論學習與實驗技能相結合、擴展學術寬度和發展學科交叉、促進學術創新3個方面介紹了研究型教學在昆蟲分子生物學實驗教學中的應用。

關鍵詞研究型教學;昆蟲分子生物學;實驗教學

中圖分類號S-01文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2019）03-0281-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.03.085

高水平研究型大學是一個國家的科技、經濟和社會生產力發展到一定程度的必然產物，是高等教育適應社會發展的需要，是推動社會進步的重要力量。高水平研究型大學從“高水平”和“研究型”2個方面對大學提出了要求，高等教育的基礎是人才培養，而教學是高水平研究型大學的基本活動和功能。2005年，教育部發布《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》，明確提出了高校要積極推動研究型教學，以提高大學生的科研能力和創新能力，為高校教學改革指明了方向。

隨著人類社會的進步，尤其是現代科技的飛速發展，研究型教學的內涵也不斷豐富。研究型教學是一種新型的、開放式的教學態度，是在一定的教學思想指導下，教師將理論知識、科學研究與具體實踐有機結合，以引導學生高度參與并充分發揮學習的主動性，在實驗過程中解決具體科學問題的教學模式[1]。它完整展示了理論到實踐的轉化過程，是內容與形式的結合，在理論教學與實踐教學中起到了媒介的作用。

昆蟲分子生物學實驗是將分子生物學實驗技術應用于昆蟲學研究的課程，是諸多農業院校一門專業必修課，課程注重介紹分子生物學的基本操作技術與實驗手段，培養學生的實踐動手能力和科研素質。如何科學地創建昆蟲分子生物學實驗教學體系、擴展學術寬度、激發學生的創新能力，這些因素都影響實驗課程的教學效果。筆者結合近年來的實驗教學經驗，從理論學習與實踐技能相結合、擴展學術寬度和發展學科交叉、促進學術創新3個方面介紹了研究型教學在昆蟲分子生物學實驗教學中的應用。

1注重理論學習與實驗技能相結合

研究型教學強調研究型思維的培養和研究能力的鍛煉，注重學生對基礎理論的學習和實驗技能的探索，教師在學科教學中通過科研案例引導學生靈活運用知識，在實驗中解決實際問題。昆蟲分子生物學是一門以核酸和蛋白質等生物大分子的形態、結構及其規律性和相互關系作為研究對象，從分子水平闡明生命本質，將分子生物學技術應用于昆蟲學研究的學科，是現代生命科學領域最具活力、發展最快的學科之一[2]。隨著現代科學技術的發展，對學科教學的要求也越來越高。昆蟲分子生物學實驗作為理論課程的延伸，是學生理解和掌握分子生物學原理的重要環節。

昆蟲分子生物學實驗注重培養學生的創新能力、實踐能力和良好的實驗習慣，傳統的實驗課程以每一個實驗為單位，實驗與實驗間互相獨立的授課方式[3]，這樣的教學方式更注重實驗技術本身，但每一個實驗單位之間關聯性較小。在綜合傳統教學方式的基礎上，通過一套完整的實驗方案，優化整體設計，對實驗課程進行了改革。將相對獨立的每一個實驗單位融入到一個大的綜合性實驗中，使每一個具體實驗之間既相互獨立又彼此連貫，前一個實驗的結果是下一個實驗的材料，通過這樣的形式引導學生形成一種科學的思維方式。將理論知識與綜合的實驗技能相結合，使學生在學習實驗技術的同時，系統掌握理論知識。

改革后以昆蟲的基因克隆為例，具體實驗進程如下：提取昆蟲總RNA、反轉錄合成cDNA模板、PCR從cDNA中擴增目的基因、瓊脂糖電泳、切膠回收目的基因、目的基因與載體質粒連接、載體質粒轉入大腸桿菌培養、重組體的篩選與電泳檢測等環節，構成一套完整的基因克隆步驟。這一套完整的實驗設計不僅能夠鍛煉學生的實驗動手能力，而且能夠確保各個實驗之間的連貫性，每一個實驗都會影響下一個實驗的進行，這種由淺入深、循序漸進的教學方式能夠加深學生對理論知識的理解，有利于形成一種科學的思維方式，真正做到學以致用，融會貫通。

2關注熱點，擴展學術寬度

隨著現代社會的高速發展，新技術和新方法不斷涌現，昆蟲分子生物學實驗技術呈現出越來越強大的生命力，其突破性成就極大地加速了生命科學的研究進展，這就要求昆蟲分子生物學實驗課程必須保持與時俱進。研究型教學要求教師確保實驗課題的多樣性和專業性，改變實驗課題陳舊、技術方法老套的現狀，創造性地開展實驗，不斷在課堂教學和學習中引入新設備、新技術和新方法[4]。在教學中應注重將課內教學實踐和課外學術擴展相結合，跟蹤學術熱點，根據課時安排和學生實驗課進程，組織學習大型高端儀器的使用方法，如激光共聚焦顯微鏡、電生理儀器以及顯微注射儀等。另外，應注意適時、適量地在實驗課堂教學中引入最新的實驗技術方法，現代綜合試驗技術包括基因編輯技術、RNA干擾、蛋白質組學等。

結合該學科研究熱點，在教學過程中介紹了一種最新的基因編輯技術。Clustered regularly interspaced short palindromic repeats（CRISPR）-Cas9人工核酸內切酶系統是一種全新的、基于細菌獲得性免疫系統改造而成的第三代基因編輯技術[5]。2007年，Barrangou等[6]首次發現并證實細菌可利用CRSPR系統對抵抗噬菌體入侵;2008年，Marraffini等[7]發現細菌CRISPR系統能阻止外源質粒的轉移，首次利用實驗驗證了CRISPR系統的功能;2013年，Cong等[8]在《科學》雜志發表了基于CRISPR/Cas9技術在人類與小鼠細胞系中進行基因敲除的新方法。正是這些研究將基因定向編輯技術推向高潮，使其成為現代分子生物學的研究熱點。CRISPR/Cas9系統的作用機制是細菌和古細菌中的CRISPR系統能夠將侵入宿主的噬菌體等外源DNA片段整合到CRISPR位點，通過前體crRNAs（Pre-CRISPR RNAs）引導核酸酶Cas9剪切DNA序列，對基因組DNA進行定點修飾，抵抗病毒或者噬菌體的入侵[5]。目前CRISPR/Cas9系統已經被成功應用于動物[8]、植物[9]和真菌[10]等物種的基因組編輯，且由于其突變效率高、制作簡單及成本低[10]等特點，被認為是一種具有廣闊應用前景的基因組定點改造工具。通過對新技術、新方法的學習，不僅拓寬了學生的視野，而且為學生將來從事科研工作奠定了基礎。

3發展學科交叉，促進學術創新

研究型教學強調學生研究型思維的培養和創新意識的提高。創新思維是以現有的思維模式、新穎獨創的方法，提出異于常規或常人思路見解的思維過程，通過這種思維改進創造出新事物或新方法，并獲得具有一定社會意義的行為[11]。創新最重要的特征之一就是知識組合與交叉應用，隨著新技術的大量涌現，各學科之間的交叉滲透是當代科學發展的趨勢之一，學科交叉研究的形成極大地推動了科學技術的進步[12]。多學科之間交叉滲透的加強，以注重能力培養和創新思維提升為主的研究型教學被提上日程。

科學研究中新理論、新發明的產生，通常是在學科交叉點上。重視學科交叉，促進學術創新，將使科學本身向著更深層次和更高水平發展。1953年4月25日，生物學家Watson和物理學家Crick在《自然》雜志發表了題為《Molecular structure of nucleic acids：A structure for deoxyribose nucleic acid》的文章，建立DNA雙螺旋結構模型[13]，這是人類解釋生命奧秘的劃時代事件，是學科交叉的偉大成果。他們具有不同的知識背景，但在同一時間都致力于研究遺傳物質的分子結構，在學術合作中發揮各自的專業，為DNA雙螺旋結構模型的發現做出了貢獻，最終帶來了一場生命科學界的巨大革命。

昆蟲分子生物學實驗課是相關學科理論與實踐相結合的橋梁，作為學科交叉的融合點，其在相關研究領域中發揮著舉足輕重的作用。在實驗課的教學中，教師應該注重引導學生進行多學科知識的學習，通過不同學科之間的相互滲透，獲得創新成果的基礎。這要求學生在掌握昆蟲分子生物學理論知識的基礎上，掌握相關學科動態，學習遺傳學、植物生產學、生物信息學等相關學科知識。跨學科學習能夠讓學生將知識和技能相互融合，做到交叉應用，促進學術創新;學生之間可以取長補短、通力合作，營造一個跨學科相互學習和相互支持的學術氛圍。

4結語

研究型教學作為當代教學理論研究的新熱點，將教學方式從傳統的知識傳授轉變為知識傳授與學術研究和探索相結合，對于夯實學生專業技能、激發求知欲以及提升學術創新思維至關重要，在聚焦于專業知識及學術研究探索的高等教育中更凸顯其重要性。通過不斷的改革與調整，新的“研究型”教學模式將展現良好的前景。

參考文獻

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