高等院校新工科專業(yè)“分子生物學”教學改革初探

徐欣怡 陳丹 沈曉敏 曾鋆 謝暉

[摘 要] 作為現(xiàn)代生物學領(lǐng)域最具活力的學科之一，分子生物學在生命學科專業(yè)教育中具有重要地位。我們在“雙一流”建設(shè)和新工科建設(shè)的背景下，經(jīng)過多年的教學經(jīng)驗積累，提出“一減兩加”指導(dǎo)下的課程內(nèi)容重塑和再編輯、線上線下組合教學新模式，以及利用“過程評價”和“能力考核”的方法進行課程評價，為培養(yǎng)適合新工科發(fā)展的生物科技新型人才提供有價值的課程改革思路與方法。

[關(guān)鍵詞] 分子生物學，新工科，課程內(nèi)容重塑，組合教學，能力評價

[基金項目] 2019-2020年度西安電子科技大學“‘分子生物學在線開放課程建設(shè)”（2019-2020）;2020年度西安電子科技大學生命科學技術(shù)學院“‘分子生物學慕課課程建設(shè)”（2020）;2020-2021年度中央高校基本科研業(yè)務(wù)費（JB191201）

[作者簡介] 徐欣怡（1982—），女，甘肅蘭州人，博士，西安電子科技大學生命科學技術(shù)學院、生命科學技術(shù)實驗教學示范中心講師，主要從事分子生物學和分子影像學教學與研究。

[中圖分類號] G640? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）38-0182-02? ? [收稿日期] 2020-07-10

“中國制造2025”和“工業(yè)制造4.0”重大決策的提出，我國產(chǎn)業(yè)體系面臨巨大的轉(zhuǎn)型升級，國家布局的十大創(chuàng)新領(lǐng)域中包括新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械的制造領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級，因此需要大量滿足新經(jīng)濟發(fā)展的該專業(yè)新工科人才。西安電子科技大學生命科學技術(shù)學院作為工科特色的高等學校，將傳統(tǒng)的工科學科與數(shù)字化、智能化專業(yè)整合，設(shè)置了生物技術(shù)與計算機科學雙學位培養(yǎng)專業(yè)。其次發(fā)展?jié)M足未來發(fā)展需要的新興工科專業(yè)，包括有生物醫(yī)學工程和智能醫(yī)學兩個專業(yè)。在上述學科中分子生物學都作為學科的專業(yè)基礎(chǔ)課出現(xiàn)在新工科專業(yè)的本科教學課程中。學校以“雙一流”建設(shè)、新工科建設(shè)為契機，為學生培養(yǎng)提出了更為具體、更高標準的要求，同時為分子生物學的教學帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)。本文以筆者所帶的生物技術(shù)專業(yè)和生物醫(yī)學工程專業(yè)學生學習情況為例，探討分子生物學教學改革的思路與方法。

一、新工科專業(yè)分子生物學教學中存在的問題

目前工科專業(yè)學生在學習分子生物學的過程還存在以下問題。第一，傳統(tǒng)的分子生物學與我們學院特色的大數(shù)據(jù)、人工智能和生物醫(yī)學影像等內(nèi)容交叉，所學知識點更為龐雜分散。每個學生的學習興趣、學習能力不同，傳統(tǒng)的教授方式導(dǎo)致學習能力強的學生“吃不飽”，學習興趣和學習能力稍差的學生“塞不進”。第二，筆者所在院校學生在大一至大二的課程設(shè)置中，多以計算機、人工智能和信息化等必修課為主。傳統(tǒng)的講授內(nèi)容無法挖掘出與上述課程間的聯(lián)系，導(dǎo)致學生的學習興趣不足。第三，先修專業(yè)課程課時被不同程度的壓縮，導(dǎo)致學生專業(yè)基礎(chǔ)較弱。第四，考核方法粗放，從考勤、課堂提問、期中測試成績、期末測試成績四個方面按不同權(quán)重給予考核。

二、課程教學改革

（一）“一減兩加”的課程內(nèi)容重塑和再編輯

在以蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能以及相互作用為核心內(nèi)容并不改變的前提下，我們對分子生物學課程進行了“一減兩加”的內(nèi)容重塑。“一減”是指減少與先修的“細胞生物學”“生物化學”等課程的重疊內(nèi)容。如DNA轉(zhuǎn)錄過程的基本概念和一般過程在先修課程中已講述過，本課程內(nèi)容就聚焦于轉(zhuǎn)錄起始階段中的RNA核心酶、σ因子和啟動子的結(jié)構(gòu)和功能變化。學生在學習這部分內(nèi)容時能明確理解哪些是分子生物學所關(guān)注的科學問題。“兩加”中的第一個是指增加合成生物學銜接緊密的內(nèi)容。合成生物學是21世紀初生命科學領(lǐng)域發(fā)展迅速的新興科學，把生物體天然元件和信號網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ袒脑⒛K、網(wǎng)絡(luò)用以構(gòu)建具備各種功能的生物組件和生命體，并利用它們生產(chǎn)多種高附加值的工業(yè)產(chǎn)品。合成生物學在醫(yī)學、制藥、化工等領(lǐng)域表現(xiàn)出了非常強的發(fā)展?jié)摿ΑＴ黾优c分子生物學銜接的合成生物學課程內(nèi)容符合國家對新工科專業(yè)的需求和定位。第二個增加的課程內(nèi)容是與我們學院特色專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容，包括基因組學、二代/三代測序、癌癥發(fā)生的分子生物學機制以及分子生物學中的高通量檢測的技術(shù)手段，與本校學科建設(shè)的定位緊密結(jié)合。

（二）采用新型的教學手段——線上線下組合教學的模式

隨著教學改革的深入，借助現(xiàn)代化的信息技術(shù)開展課程教學改革是發(fā)展的必然趨勢，而傳統(tǒng)的線下教學具有學習氛圍熱烈、互動性強等顯著優(yōu)勢，因此我們采用了線上線下混合式教學模式。線下授課以老師講授、翻轉(zhuǎn)課堂和討論課結(jié)合的教學模式。將教材內(nèi)容中與先修課程具有重復(fù)的部分安排到翻轉(zhuǎn)課堂教學中，再在每個章節(jié)中設(shè)置不少于5個專題，根據(jù)學生人數(shù)進行自愿分組，每組3—5名學生。報告后小組接受同學及授課教師的提問、建議和指導(dǎo)，教師就各組的報告情況，如內(nèi)容的完整性、準確性、答疑等項目進行講評、補充。討論課的開展包括選題、學生討論、完成選題、課后完成報告四個環(huán)節(jié)。討論課選題主要以便于深刻理解所學知識并利于融會貫通的實驗設(shè)計題目為主，如“完成一個質(zhì)粒的全序列設(shè)計，要求能夠具有復(fù)制、轉(zhuǎn)錄的基本部件”，該題目鍛煉學生熟練使用Vector NTI軟件，以及掌握復(fù)制子和啟動子的基本概念。線上教學模式主要包括：利用微助教等平臺預(yù)習和課后復(fù)習線下課程所學章節(jié)知識點;利用中國大學MOOC（慕課）平臺自學線下不涉及或簡略介紹的章節(jié)知識點;依托我院的虛擬仿真平臺熟悉課程中實驗技術(shù)原理和操作。學生們一致反映依托上述三種線上教學模式，更好的進行課程預(yù)習和復(fù)習鞏固，能夠查漏補缺提高學習效率，部分學生根據(jù)自我興趣進行了個性化的學習。

（三）建立“過程評價”和“能力考核”的課程評價體系

單一通過學生的期末成績來了解教學效果的考核方式，在顯示能力培養(yǎng)和個性化差異上具有很大的局限性，會導(dǎo)致考試結(jié)果反饋不利。以“過程評價”和“能力考核”為目標，優(yōu)化后的課程評價考核體系由“微助教”課前預(yù)習（10%），“雨課堂”課中提問（10%），小組討論課成績（2次，整組成員統(tǒng)一成績，20%），文獻閱讀（整組成員統(tǒng)一成績，15%），階段考試（15%），期末考試（30%）構(gòu)成。

微助教平臺發(fā)布的課前預(yù)習以客觀題為主，多設(shè)計與之前先修課程有關(guān)聯(lián)的知識點。課中利用雨課堂軟件中的“答題”“彈幕”“投票”等功能，對課堂中重點講解的知識點進行隨堂考核。小組討論課成績是PPT制作、課上講解等環(huán)節(jié)的綜合得分，全組人員統(tǒng)一成績。文獻閱讀成績主要是閱讀文獻后撰寫的科技論文的成績，論文以小組為單位，全組人員統(tǒng)一成績。階段考試一般是期中進行，和期末考試類似的卷面考核環(huán)節(jié)。考試包括選擇題、判斷題、問答題和實驗設(shè)計題。實驗設(shè)計題是體現(xiàn)學生解決問題能力的最佳體現(xiàn)，以考查學生利用所學知識分析解決問題的能力。期中的階段性考試成績和期末考試成績占課程總成績的45%。

三、結(jié)語

上述三個教學改革措施實現(xiàn)后，教學效果良好，教學質(zhì)量顯著提升。通過優(yōu)化課程內(nèi)容體系，改變傳統(tǒng)的課程模式，以及運用“過程評價”和“能力考核”的課程評價體系進一步確保了新工科人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

參考文獻

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Preliminary Research on the Teaching Reform of the Course on Molecular Biology for New Engineering Majors in Undergraduate Colleges and Universities

XU Xin-Yiab，CHEN Dana，SHEN Xiao-mina，ZENG Yuna，XIE Huiab

（a.School of Life Science and Technology，b.Experimental Center of Life Science and Technology，Xidian University，Xi'an，Shaanxi 710126，China）

Abstract：As one of the most dynamic disciplines in the field of modern biology，Molecular Biology plays an important role in the professional education of life science.In the context of "Double First-rate" and emerging engineering construction，this paper is based on years of teaching experience to put forward a new mode of curriculum content re-molding and re-editing，online and offline combined teaching under the guidance of "One-minus and Two-pluses"，as well as the curriculum evaluation by means of "formative evaluation" and "ability assessment"，so as to provide valuable ideas and methods of curriculum reform for cultivating new talents of biotechnology adaptive for the new engineering development.

Key words：Molecular Biology;emerging engineering;course content remodeling;combined teaching;ability evaluation