生物工程專業“分子生物學”教學改革探討

王 霞，李 昉，梁成偉，王秀丹，王曉琨，魏曼曼

(青島科技大學 海洋科學與生物工程學院，山東 青島 266042)

分子生物學是在生物化學和遺傳學的基礎上誕生并迅速發展的一門學科，它的興起標志著生物學進入了一個嶄新的時代。分子生物學主要從分子水平研究核酸和蛋白質等生物大分子的結構，及其在遺傳信息和細胞信息傳遞中的作用等生命本質問題[1]。分子生物學學科日漸成熟，已經滲入到生命科學的各個領域，尤其是在生物工程技術應用比較廣泛的農業、醫藥、食品和環保等領域提供了重要的理論基礎，分子生物學課程也被列入高等院校生物工程專業的基礎必修課程。該門課程設立的目的是建立一個系統性強、能與國際接軌的分子生物學知識體系，使學生對該學科產生興趣，為今后投身生命科學的研究奠定基礎，同時加強學生對知識進行融會貫通的能力，培養具有誠信品格和國際競爭力的優秀工程應用型人才。不過，分子生物學知識點較多，內容較抽象，實踐性較強，涉及技術面較廣[2]，導致學生學習效果不是很理想，無法完全達到開設分子生物學課程的目的。因此，開展教學改革，制定行之有效的教學方案，是分子生物學專業課老師亟需解決的問題。筆者結合教學實踐，剖析了當前分子生物學教學過程中存在的顯著問題，提出了相應的解決方案，期望在今后分子生物學課程的教學過程中取得更好的效果。

1 分子生物學教學過程中存在的問題

傳統教學方法是指針對應試教育采用的“填鴨式”教學方式，這種教學模式雖然可以讓教師在較短時間內灌輸給學生更多信息，從而滿足學校的考試和修滿畢業學分的要求。但需要注意的是，當今社會是創新型社會，社會發展更加迅速、知識結構更加精細和具體，當代大學生作為社會發展的中堅力量，必須具備足夠的創新能力和扎實的專業基礎知識才能滿足社會發展的需求，從而成為一名合格的社會主義建設者。分子生物學，作為生物學發展最前沿的課程之一，教學目的應該是更加注重培養學生的創新性，提高學生的綜合素質，而傳統教學方式越來越不能滿足這樣的要求，這就需要我們找出當前教學過程中存在的問題，從而有針對的進行改革，這樣才能提升教學質量?？偨Y起來，主要存在以下幾方面的問題。

1.1 知識點較多，內容較抽象

分子生物學是所有生物學科中最抽象的一門課程，不僅內容抽象，信息量龐雜，而且新理論以及新技術也層出不窮[3]。從教學內容上來看，分子生物學的授課以中心法則為主線，知識點主要包括細胞、蛋白、核酸、DNA 復制、RNA 轉錄、翻譯、基因表達與調控等。其中復制、轉錄、翻譯以及基因表達與調控是重點難點[4]。因此，分子生物學包含的相關知識點非常龐雜、零散，內容抽象且知識點邏輯性較強，學生比較難理解，如果前面知識不能及時消化，后續知識就更加難以接受。授課的另外一個特點是，內容上與生物化學、遺傳學以及細胞生物學甚至是基因工程等課程存在很多的交叉，教學過程中在講授某些知識點時，不可避免的要與這些課程關聯甚至重復，這導致學生覺得這些知識點好像在其它課程中已經學習過了，屬于重復學習，從而讓學生感到重點不夠明確。但實際上，同樣的一個知識點在不同課程的教學過程中所強調的側重點是不一樣的，要求掌握程度也不一樣[5]。

1.2 學生學習興趣不濃厚

所謂興趣是學習最好的老師，如果對一門課程不感興趣，只是機械刻板地接受信息，那么就無法真正地深入理解并掌握知識[6]，所以，培養學生的興趣對分子生物學課程改革非常重要。分子生物學作為生物專業學生的一門專業基礎課程，與其它普修的基礎課程有著明顯的不同。首先，學生的知識儲備存在很大的差異，普修的基礎課都是從高中甚至初中開始學習，學生的知識儲備非常充足，知識點連貫，所以能夠很快的進入學習狀態，學習興趣也很濃厚，有利于接受新的知識。而分子生物學作為一門專業課程，內容更加精細和具體，很多知識點是學生們以前沒有接觸到的，這就使得學習難度加大，很多學生在上課過程中會逐漸喪失學習興趣。其次，因為分子結構是“看不見摸不到”的，所以，分子生物學內容非常抽象，比如在講授PCR反應時，學生就會因為想象不出具體的反應過程而難以理解，從而導致很多學生漸漸的對學科知識望文生畏。加之分子生物學理論內容龐大復雜，要想使學生一直保持較高的學習興趣就更難了。

1.3 教學模式較傳統，內容較陳舊

分子生物學課程專業性較強，教師在授課過程中如何把抽象的知識點更加淺顯易懂地教授給學生，就顯得非常重要。分子生物學是研究微觀世界知識的一門學科，像基因的結構和功能、遺傳信息的傳遞等知識點，借助顯微鏡及實驗操作也很難理解。傳統授課模式下，大部分都是照本宣科，教師寫板書，學生記筆記，即使有些教師借助圖片講述，學生也較難理解，這樣的模式不僅抽象，而且雙方缺乏互動，學生在這樣的教學活動中只是被動接收，完全體會不到參與感，這也是導致分子生物學教學效果不佳的重要因素。舉個例子，比如蛋白質合成過程中氨基酸的進位、轉位及肽鏈的延伸等過程，如果不借助圖片、錄像或者視頻等教學手段，教師很難講清楚，學生就很難理解。

分子生物學的發展日新月異，很多教材上面的內容或者技術已經落后，雖然能夠很好的傳遞基礎知識，但是會與社會發展和實際應用嚴重脫節，應用性欠缺。舉例來說，像DNA測序技術，很多教材里面還是Sanger DNA 測序法原理，在實際應用中已經逐漸被二代、三代高通量測序技術替代。所以，在講述基礎知識的同時，還要闡述新的技術和應用，使得學生更能適應當今社會發展的需求。

1.4 實驗教學效果不佳，理論與實踐教學脫節

實驗操作是分子生物學教學內容的重要組成部分，它與理論知識教授相輔相成，共同構成了分子生物學的主體內容[7]。理論知識是實驗操作的指導要領，而實驗操作是理論知識的具體應用，通過實驗操作，學生可以更加深入的了解課程內容，促進對基礎知識的理解和吸收。總的來講，分子生物學整個實驗環節包括實驗準備，實驗操作，實驗結果分析和實驗報告提交四個部分。通常在分子生物學實驗教學過程中，學生往往只是參與實驗操作和實驗報告提交這兩個環節。實驗準備主要由主課老師和實驗師完成，學生基本不參與，再加上缺乏有效的預習，學生們在實驗開始前不能熟練的掌握整個實驗操作。在實驗課上，學生會對所用的設備儀器感到很陌生，老師講解之后，學生會照著操作步驟機械式地完成實驗，但仍然不能深刻的記住整個過程，更不能將所學的理論知識與實驗過程結合起來，從而導致實驗教學的效果不佳。所以，學生在得出實驗結果之后也很難對自身實驗結果做出正確合理的分析。通常是做完實驗后不知道自己做的什么，分析實驗數據又成為學生學習的一個難點。

2 分子生物學教學改進措施

2.1 教學內容的改進

教學以教材為基礎，參照教學大綱的要求，結合科技發展現狀，加強對新技術的收集力度，并將其有效融入教學體系內，優化知識體系，擴充教學內容[8]。在向學生傳授更多的理論知識的同時，確保教學內容能夠一直符合時代的發展需求。教師要時刻關注本學科領域的最新的發展動態，對學生講述近期我國在生物學相關研究領域工作中取得的顯著性成果，比如針對新冠肺炎疫情新研發的核酸檢測技術，可以在適當的章節引入相應的介紹，這樣的授課內容更迎合現代社會的發展需求。又比如講基因敲除技術時，可講授目前分子生物學領域的研究熱點-CRISP/Cas 9系統基因修飾技術，這是極有可能獲得諾貝爾獎的一項技術。向學生介紹這項新技術的應用和發展前景會激發學習興趣，激發勇于創新的熱情。在傳統教學內容中加入這些時代前沿的內容，使學生產生更高的興趣的同時，也間接告訴學生科學創新性的重要性和從事相關工作的重要價值。可按照OBE理念的要求重新制定教學大綱，有助于培養學生的創新意識和科研能力。類似這樣的教學內容的融入可以賦予課堂生動的特點，可向能力強的學生傳授更多的理論知識，符合時代要求，有利于其多方面成長，向學生充分見證了分子生物學技術對人類社會發展的重大貢獻，為學生將來選擇職業提供一定的理論參考。

2.2 教學模式的更新

按照OBE理念[9]，在課堂中利用不同的教學形式鼓勵學生自主學習和提高團隊合作的能力。傳統教學模式以教師講課為主，學生參與度不高，可嘗試將教學大綱內容分為兩部分，教師講授教材中較難理解的部分，學生以小組為單位將教材中的較易理解的內容在課外進行材料收集和知識匯總，將相關的內容做成PPT，在課堂上講授。每個小組講授一個專題，報告結束后，全班同學及授課教師可提問題、提建議，報告同學就自己的理解進行回答，授課教師會對各生的報告情況，如內容的完整性、準確性、答疑等項目進行講評、補充。通過這種形式可使學生更好的理解知識點，在問答過程中也可讓授課教師更好的了解學生的掌握情況。

當然，課堂交流的內容不僅局限于教學大綱的內容，還可以鼓勵學生介紹某一個科學問題的最新的前沿技術，這樣可以讓學生了解到分子生物學在實際生產和應用中發揮的巨大作用，從而使得學生加深對分子生物學的理解。這種課堂開展討論的教學方式不僅能充分調動學生學習的興趣，而且可以增加學生自主學習的能動性，加強學生對于知識點的掌握。除此之外，教師也可以結合自己的相關研究方向，在課堂上講述最新的研究成果，給學生的學習帶入新鮮內容，以期獲得更好的教學效果，從而提高學生學習的興趣。教師在講解某個知識點時可以結合自己的科研成果，具體講解自己科研過程中用到了哪些理論知識，遇到了哪些問題以及如何運用理論知識解決這些問題等。教師通過講解自己的親身經歷，既可以讓學生更容易理解相關理論知識，又能提高他們運用這些知識去解決問題的能力，從而使學生加深對相關知識點的掌握程度。

2.3 教學手段的更新

分子生物學內容較抽象，多媒體信息技術發展迅速，可有針對性、有選擇地利用科研動畫進行輔助教學。例如PCR反應過程、信使RNA剪切、ELISA技術等內容單靠教師講解和圖片展示不能使學生完全掌握，可以利用動畫的形式輔助講解。動畫不僅可以清晰明了地展示原本抽象的反應過程，調動學生參與分子生物學課程學習的積極性，還可以組織學生結合課程內容自主參與動畫、視頻的搜索。動畫教學已經逐漸成為分子生物學教學的重要輔助手段，使學生由被動的學習變成主動地參與，從而豐富了學生自主學習的資源。

隨著“互聯網+”時代的出現，微課和雨課堂混合式教學模式逐漸在高校教學中廣泛應用。微型視頻網絡課程簡稱微課。微課與完整的在線教學視頻不一樣，它相對較短，時間通?？刂圃?8～12 min，內容一般是對課程重點、難點和考點的詳細講解。例如DNA復制過程這個知識點，可以設計成視頻，將原本抽象的知識具體化和形象化，以更加直觀的方式展示出來，能夠使學生加深印象。雨課堂是由學堂在線與清華大學在線教育辦公室共同研發的智慧教學工具[10]，可以安裝到計算機、移動設備等各種設備上，協助教師完成教學活動。教師在使用雨課堂的同時可以選擇搭配各種功能，使得課前—課上—課后可以有機聯系起來。相比其它的網絡教學形式，雨課堂具有顯著的優勢，教師可以隨時發布公告，課前推送重要知識點和最新科研研究進展，例如新冠肺炎核酸檢測原理和相關最新研究進展，可以提高學生學習興趣，也更好的將學生帶入所學知識點中。課上學生可利用彈幕功能隨時提問，教師可以開啟隨堂測驗，及時掌握學生學習情況，還可以對整個教學過程進行實時的監測和評估。課后教師可以布置作業，學生可在電腦上完成，方便教師隨時了解學生對知識點的掌握情況。我們也可以將微課融入雨課堂教學過程中，在課前和課后進行推送，便于學生在預習、復習時觀看，這樣的學習更直觀，也可以達到合理利用和分配學習時間的目的。所以，將微課和雨課堂相結合應用于內容較為抽象的分子生物學課程中，會大大提高學生學習的興趣，拓展學生的知識面，更重要的是增加學生學習的效率和加深學生的記憶，從而使得整個教學效果有所提升。

2.4 實驗教學的改進

分子生物學教學通常是課堂教學搭配實驗教學一起進行，通過開展實驗可以讓學生更好的理解基礎知識，乃至做到融會貫通。要讓學生充分參與到實驗準備工作中和操作過程中，以了解整個實驗的來龍去脈。可以嘗試使用虛擬仿真實驗室，讓學生充分利用虛擬教學系統預習實驗。例如，在進行分子實驗如提取DNA、RNA，基因克隆，酶切，載體構建等實驗時，可制作相應的模擬場景，實驗課之前教師指導下組織學生觀看虛擬實驗中的實驗錄像，運用虛擬實驗軟件進行模擬訓練。通過這種方式，學生可以提前預習并獲得直觀的感受，從而使得學生對復雜的實驗流程記憶深刻，也能理解抽象的概念。在實驗過程中，盡量做到讓學生們獨立完成自己的實驗，實驗設置要盡量使學生們體會到實驗成功的喜悅和成就感，從而達到提高學生的動手能力和科技創新能力的目的。

3 總結

課程教學質量事關人才培養質量，分子生物學是生物工程專業最重要的專業基礎課之一，因此，提高分子生物學的教學質量對于培養高質量生物工程專業人才至關重要。分子生物學的課程教學，需要改變傳統的課程模式，充分調動學生自主學習的積極性，從而提高分子生物學的教學質量。因此，教師們任重而道遠，要去不斷探索學科教學理念，不斷提高自身業務素質，不斷探索、實踐、總結，把課程教學工作開展的更生動、更有效，為社會培養更多高素質的專業人才。