畜牧類專業(yè)分子生物學實驗教學方式改革探索

郭 玲

（武漢輕工大學動物科學與營養(yǎng)工程學院 湖北·武漢 430023）

分子生物學是一門從分子水平研究生命過程的科學，是以遺傳學、細胞生物學和生物化學為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新興學科，隨著生命科學的發(fā)展，分子生物學已經(jīng)滲透到生物類各個學科，成為生命科學領(lǐng)域一門重要基礎(chǔ)學科。對于生物技術(shù)應(yīng)用比較廣泛的農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、藥學、營養(yǎng)、食品、環(huán)境等領(lǐng)域，分子生物學為各項新興技術(shù)提供了重要理論基礎(chǔ)。高等院校尤其是畜牧類、生物類等本科專業(yè)已將分子生物學列為本科生的專業(yè)核心必修課。分子生物學對于培養(yǎng)本科生專業(yè)素養(yǎng)及科學思維顯得至關(guān)重要，而分子生物學實驗可以幫助學生加深對理論知識的理解和運用、提高學生的動手能力。為適應(yīng)迅速發(fā)展的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需求，培養(yǎng)具有良好專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維的優(yōu)秀本科生，需要提高分子生物學及其實驗課程的教學質(zhì)量，讓有限的課堂教學實踐產(chǎn)生更好的教學效果。

隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展，課堂教學方式也發(fā)生了日新月異的變化，微課、MOOC、虛擬仿真課堂不斷出現(xiàn)在我們的視野中。傳統(tǒng)教學方式面臨著許多挑戰(zhàn)，早已不能滿足新一代在互聯(lián)網(wǎng)時代背景下成長起來的大學生。教育工作者應(yīng)該與時俱進，不斷探索適應(yīng)新時代發(fā)展和提高教學效果的新型教學方式。

1 分子生物學實驗教學現(xiàn)狀及存在問題

1.1 學生學習積極性不高

分子生物學的知識點具有抽象性，其理論體系內(nèi)容龐大復雜，通常需要用一個概念去解釋另一個概念。時間一長，本科生普遍感覺學習分子生物學具有枯燥乏味、難以理解的困擾，導致學生逐漸失去了對分子生物學的學習熱情。此外，分子生物學的知識點還具有前后內(nèi)容融會貫通的特點，需要很強的邏輯思維去理解各項實驗原理和實驗結(jié)論，如果學生只是刻板機械的記憶概念而沒有真正理解概念，將會導致無法將前后知識點串聯(lián)理解，從而導致學生無法原理，所以當學生開展實驗的時候無從下手，最終感覺分子生物學實驗枯燥無味，又會進入到失去做分子生物學實驗的惡性循環(huán)中。

1.2 學生知識儲備不足

分子生物學知識點抽象、內(nèi)容龐大復雜，所講授的內(nèi)容主要是摸不到看不著的生物小分子，如DNA，RNA，蛋白質(zhì)等，以及其參與到的生物過程，如復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、表達調(diào)控等，而這些大的生物過程又會涉及到許多學生之前從沒接觸過的知識點和概念，講課過程往往是用新的概念去解釋另一個新概念。對學生的知識儲備要求非常高，不僅要求學生掌握生物學基本知識，還需要學生熟練掌握遺傳學、細胞生物學、生物化學這些先期課程的知識點，對于實驗課的開展而言，需要學生具備基本分子生物學實驗操作技能，如移液器使用、制備培養(yǎng)基等。但事實是，高等院校學生生源質(zhì)量參差不齊、教育背景多元化，有的學生對先期課程沒有理解和掌握，甚至跨專業(yè)轉(zhuǎn)專業(yè)學生根本沒有學過這些相關(guān)課程。因此，分子生物學實驗課程，學生存在聽不懂、不會動手的難題。

1.3 教學模式陳舊

傳統(tǒng)分子生物學實驗項目的設(shè)置是按照教學大綱的要求機械設(shè)定，忽略了實驗項目的有機結(jié)合性和連貫性，存在實驗項目之間相對孤立，缺乏內(nèi)在聯(lián)系的缺陷。傳統(tǒng)教學模式影響了學生實驗的興趣和主動性，不利于實驗課教學質(zhì)量的提高和學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。另外，實驗課的考核方法也過于簡單，多以實驗報告作為考核的依據(jù)，對學生的激勵作用不大，不利于調(diào)動學生學習的積極性和主動性。這種舊的實驗教學模式顯然已經(jīng)不適應(yīng)高等教育新形式，改革成為必然趨勢。目前，國內(nèi)關(guān)于《分子生物學實驗》課程的改革主要體現(xiàn)在對實驗內(nèi)容連貫性的改善、對實驗課考核環(huán)節(jié)的改革以及與學生之間互動方法等。在改善實驗內(nèi)容連貫性方面的教學研究主要是將科研課題與分子生物學實驗教學聯(lián)系起來，將分散的小實驗連貫起來，完成一個完整的并且能夠與教師科研課題相關(guān)的整體性實驗設(shè)計，即課題驅(qū)動的分子生物學實驗教學。本研究項目將著重這方面進行改革嘗試。

1.4 實驗教學內(nèi)容與前沿技術(shù)結(jié)合不夠緊密

現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展突飛猛進，引入了分子生物學先進技術(shù)，如基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9、基因芯片、單細胞測序等。單就PCR技術(shù)而言，發(fā)展出了一系列新的技術(shù)，如焦磷酸測序、高通量測序等。但目前高等院校的傳統(tǒng)分子生物學實驗仍然是最基礎(chǔ)、較為落后的實驗項目，無法幫助學生了解最前沿的科學技術(shù)；實驗設(shè)備和實驗操作仍停留在十幾年前的技術(shù)層面，對激發(fā)科學創(chuàng)新思維存在障礙。究其原因，不是教師沒有能力向?qū)W生傳授最新技術(shù)，而是迫于現(xiàn)在高校對教師的教學科研考核壓力，教師專注于科研產(chǎn)出而沒有多余精力來進行實驗課的內(nèi)容調(diào)整和技術(shù)升級。因此，鼓勵高等院校調(diào)整教學科研績效評價方式，加大教學改革績效的評估力度，從而激發(fā)高校教師將更多的時間投入到教學改革上，保證實驗教學內(nèi)容與時俱進，提高教學效果，促進學生多元化發(fā)展。

2 課程實施方案改革措施

2.1 激發(fā)學生學習興趣

興趣是最好的老師，只有激發(fā)學生對分子生物學和分子生物學實驗課的興趣，才能保證學生和老師在課堂上進行有效溝通，促進學生對分子生物學知識和實驗原理的理解。理解了實驗原理，學生自然知道應(yīng)該從何處下手，以及如何解決問題。因此，畜牧類專業(yè)分子生物學實驗教學改革首先應(yīng)從培養(yǎng)學生學習興趣入手。如何提高學生對分子生物學實驗的學習興趣呢？我們可以從以下幾個方面入手：首先，上課前以動畫或視頻的方式引入生活場景中的科學現(xiàn)象，進而引出科學現(xiàn)象背后的實驗技術(shù)，例如親子鑒定、刑事案件偵破會涉及到從血液中提取DNA和PCR技術(shù)；其次，將課堂實驗內(nèi)容與畜牧生產(chǎn)結(jié)合，例如PCR-RFLP技術(shù)可以用于基因型分型，運用到篩選豬氟烷基因檢測PSE肉。最后，實行獎勵機制鼓勵學生動手積極性，對于能夠正確高效完成實驗的學生給予學分獎勵，而不僅憑實驗報告機械性給分。通過在畜牧類專業(yè)分子生物學實驗課堂上的實踐發(fā)現(xiàn)，以上教學手段可以有效提高學生對分子生物學實驗的興趣和積極性，提高學生在實驗過程中的動手能力。

2.2 加強預備知識儲備

分子生物學內(nèi)容龐大復雜，需要學生具備一定先期知識儲備，而高等院校學生生源質(zhì)量參差不齊、教育背景多元化。針對這個問題，我們需要在課前幫助學生對相關(guān)知識點進行預習和鋪墊。例如，在進行PCR實驗之前，向?qū)W生傳授PCR原理及每種成分的功能，這樣學生在進行實際操作的時候就知道自己每一步加入的溶液是什么又有什么作用，在擴增出現(xiàn)問題的時候可以從哪些方面分析原因以及改進。再如，在進行轉(zhuǎn)化大腸桿菌感受態(tài)細胞實驗之前，向?qū)W生傳授質(zhì)粒概念、感受態(tài)細胞的概念、質(zhì)粒復制原理、轉(zhuǎn)化原理等，這樣學生在實驗過程中，就知道每一步操作細胞發(fā)生的變化。總之，只有提前加強學生知識儲備，使學生扎實掌握實驗原理，枯燥的實驗才能變得立體動態(tài)，學生的思維才能得以啟發(fā)。

2.3 引入微課教學模式

隨著近年來信息化推廣，微課漸漸走入大家視野。微課是指運用信息技術(shù)按照認知規(guī)律，呈現(xiàn)碎片化學習內(nèi)容、過程及擴展素材的結(jié)構(gòu)化數(shù)字資源，以網(wǎng)絡(luò)為載體記錄教師課堂內(nèi)外教學活動全過程。其核心組成內(nèi)容是課堂教學視頻，同時還包含與該教學主題相關(guān)的教學設(shè)計、素材課件、教學互動、練習測試及學生反饋、教師點評等輔助性教學資源。具有教學時間較短、內(nèi)容較少、資源容量較小、主題突出、內(nèi)容具體、多樣傳播、反饋及時等優(yōu)點，已成為信息化時代課程教學的重要方式和手段。針對前面提到的激發(fā)學生興趣和加強學生知識儲備的目的，畜牧類專業(yè)分子生物學實驗教學適合采用演示類微課，即教師在課堂教學前，將具有啟發(fā)性的教學視頻、儲備知識點及實驗過程示范視頻上傳至微課平臺，供學生觀看和預習，課堂教學過程中，學生通過實操和觀察獲得對分子生物學原理的理解。實驗課結(jié)束后，學生在微課平臺回答思考題、反饋實驗結(jié)果以提出問題，老師在微課平臺上評閱學生的答題內(nèi)容和實驗結(jié)果，并進行答疑。微課平臺高效便捷地實現(xiàn)了課前啟發(fā)學習興趣、預習知識點，課后提交實驗結(jié)果、完成思考題以及師生互動等多重任務(wù)。

2.4 引入虛擬仿真實驗平臺

現(xiàn)代分子生物學技術(shù)的發(fā)展日新月異，新的技術(shù)層出不窮，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)尤其是畜牧業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻。例如，CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)可以高效快捷的對動物體細胞進行基因改造，進而生產(chǎn)特定轉(zhuǎn)基因動物，制備動物生物反應(yīng)器，從而為畜牧業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)服務(wù)。然而，許多高等院校的分子生物學實驗課教學內(nèi)容卻十年如一日，內(nèi)容僅停留在PCR，因此急需進行教學內(nèi)容的更新升級。但出于實驗設(shè)備、時間周期和經(jīng)濟成本等方面的原因，面向全體本科生開設(shè)基因編輯實驗、動物克隆實驗和轉(zhuǎn)基因動物實驗顯然并不現(xiàn)實。虛擬仿真實驗平臺的出現(xiàn)，很好的解決了這一問題。目前，部分高校已經(jīng)建立了分子生物學虛擬仿真實驗平臺并在網(wǎng)絡(luò)上公開，我們可以從中挑選適合畜牧行業(yè)需求的實驗，引導學生進行虛擬實驗，同時對實驗內(nèi)容加以講解，便于學生了解實驗過程，學習實驗原理。同時，我們正在抓緊建設(shè)本校畜牧類專業(yè)分子生物學的虛擬仿真實驗平臺，以期早日用于畜牧類專業(yè)本科生的分子生物學實驗教學。

3 結(jié)語

分子生物學是當今生命科學領(lǐng)域的前沿學科，為現(xiàn)代飛速發(fā)展的生物技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。畜牧類專業(yè)分子生物學實驗課作為分子生物學的輔助課程，幫助學生對理論知識的理解，提高學生動手能力，為畜牧業(yè)的飛速發(fā)展培養(yǎng)綜合能力強的后備人才。因此，高校畜牧類本科專業(yè)應(yīng)加強對分子生物學實驗的教學改革，完善教學體系、豐富教學內(nèi)容、跟上時代步伐，構(gòu)建出集基礎(chǔ)、創(chuàng)新、設(shè)計和應(yīng)用為一體的實驗教學體系，以此切實提升畜牧類本科專業(yè)分子生物學實驗教學效果，為我國畜牧業(yè)的發(fā)展培養(yǎng)更多優(yōu)秀人才。