網絡時代如何提高“分子生物學”課程的吸引力

牛曉磊 馮世鵬 王倩男 蔣凌雁 陳銀華

[摘 要] 網絡時代，學生容易被各種網絡信息所誘惑，從而削弱學習的積極性。分子生物學作為生物學專業極其重要的必選課，如何提高“分子生物學”課堂的吸引力，可從教學內容改革入手，提高課堂講授內容的系統性、知識性、實用性、趣味性。同時，討論改革課堂教學方式及教學手段，通過綜合使用引導式、故事式、舉例式的教學方法，讓PPT以內容為主，適當增加短視頻、動畫等表現形式。通過多種形式的綜合改革，能夠激發學生的學習積極性，讓學生愿意學、聽得進、記得住，最終學好“分子生物學”課程。

[關鍵詞] 網絡時代;分子生物學;課程吸引力;教育改革

[基金項目] 2019年度海南省高等學校教育教學改革研究項目“分子生物學課程教學內容及實驗體系整體優化”（Hnjg2019ZD-2）;2019年度海南大學教育教學改革研究項目“分子生物學課程教學內容及實驗體系整體優化”（hdjy1926）;2020年度教育部新農科研究與改革實踐項目“熱帶新農科多樣化人才培養體系研究與實踐”（NDE2020-20）

[作者簡介] 牛曉磊（1979—），男，河南安陽人，博士，海南大學熱帶作物學院副教授，主要從事熱帶作物遺傳育種研究;馮世鵬（1980—），男，湖北孝感人，博士，海南大學熱帶作物學院副教授，主要從事熱帶作物遺傳育種研究;王倩男（1985—），女，湖北武漢人，博士，海南大學熱帶作物學院副教授，主要從事熱帶植物與病原菌互作機制研究。

[中圖分類號] G642.41? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）50-0117-04? ? [收稿日期] 2021-07-07

一、引言

海南大學是2007年8月由原華南熱帶農業大學與原海南大學合并組建而成的綜合性重點大學，2008年12月成為國家“211工程”重點建設高校，2017年入選國家“世界一流學科”建設高校。2018年，海南大學成為教育部與海南省政府“部省合建”高校，被納入教育部直屬高校排序。海南大學生物技術專業于2001開始在全國范圍內招生，2009年生物技術專業被評為海南省特色專業，2019年生物技術與生物科學專業入選國家級一流本科專業建設名單。海南大學從2008年開始就啟動文理科實驗班的創新型人才教育教學改革，每班在全校新生中挑選約30人進行創新人才培養，2015年開設生物科學專業理科實驗班。

“分子生物學”課程是生物技術與生物科學專業的核心必修課，學生畢業后無論是攻讀研究生還是就業，均可用到相關知識和技術。一直以來的參考教材均為朱玉賢院士主編的《現代分子生物學》[1]教材。

二、學生學習現狀

學生是學習的主體，其學習努力的程度與成績成正相關。以近五年（2014—2017級）生物技術、生物科學專業學生的平均成績為例，普通班學生成績成正態分布，90分以上及50分以下的學生較少，絕大多數學生的成績集中在70～90分;理科實驗班的學生成績集中在80～100分，無不及格學生，學生平均成績明顯高于普通班學生。從考研率來說，普通班的學生近3年的考研率分別為29.69%、38.03%和38.89%，而實驗班學生的考研率均在90%以上。以上數據充分說明學生的自主學習能力非常重要。

但是由于遠離家長的監督，一部分學生進入校園開始大學生活后，在現代大數據網絡時代，將大部分時間花在網絡上看影視劇和各種八卦消息及沉迷于游戲，加上專業知識相對枯燥，學習興趣下降，將本應用于學習的寶貴時間浪費在游戲和瀏覽各種網絡信息中，浪費了自己的青春。如何提高課程對學生的吸引力，讓學生充分利用校園提供的各種有利資源和條件進行高效學習，本文以“分子生物學”課程為例，進行相關課程改革的探討。

三、教學內容的改革

“分子生物學”課程中，部分內容在“生物化學”“基因工程”和“分子標記技術”等課程重復出現，為了避免相同內容的重復講解，應對各門課程內容進行側重點劃分。“生物化學”課程應偏向于生物大分子的組成、結構、理化性質、合成與分解及參與的代謝通路等;“基因工程”課程偏向詳細講解基因工程操作過程的細節;“分子標記技術”偏向分子標記的類型、檢測方法及其應用;“分子生物學”課程偏向講解生物信息流向的過程及分子生物學實驗技術的基本原理。以PCR技術為例，“分子生物學”課程主要講解其基本原理;“基因工程”課程可講解PCR所涉及的酶的種類、引物設計及其應用條件等;“分子標記技術”課程則講解PCR在分子標記中的具體應用。

（一）教學內容的系統化

朱玉賢院士主編的《現代分子生物學》分為11章，以DNA、RNA、蛋白質三類大分子為研究對象，講解其信息流過程及所涉及的分子生物學相關技術，各章內容相互呼應成為一個有機整體。第1章緒論部分主要講述分子生物學發展歷史及分子生物學主要研究內容。第2章至第4章主要講解中心法則遺傳信息傳遞的詳細過程，包括DNA復制（第2章）、RNA轉錄（第3章）和蛋白翻譯（第4章）。第5、6章主要講解分子生物學相關技術原理。第7、8章講解基因的表達調控，包括原核生物的表達調控（第7章）和真核生物的表達調控（第8章）。第9章主要講解人類常見疾病的原理及可能的防治方法，包括腫瘤、艾滋病、乙肝、禽流感、SARS等。第10章主要講解基因調控動植物的發育過程。第11章主要講解基因組測定的內容、方法及比較基因組學知識。所有內容均圍繞中心法則及其應用展開。

教學內容系統化是讓學生了解各章節間的內在聯系，在學習各章節具體內容時具有一張知識網，知道各章節內容在這張網上的節點，從而在學習的時候能較快掌握相關知識，增強學好本課程的信心。

分子生物學課程內容歸納如下。

●分子結構特點（染色體結構、DNA結構、RNA結構、蛋白質的結構在生物化學課程中主要講授）

●來源過程（DNA復制;RNA轉錄;蛋白質翻譯）

●加工修飾（DNA突變、轉座;RNA轉錄后加工修飾;蛋白質翻譯后修飾）

●過程抑制（DNA復制調控、RNA轉錄抑制、蛋白質合成抑制劑）

●分子轉運（DNA無轉運、RNA、蛋白質有轉運）

●過程調節≈基因表達調控（DNA水平、RNA水平、蛋白質水平）

（二）引入前沿科技知識

生物學是發展最快的領域。以我國科技部評出的近3年的“十大科技進展”為例，每年都有多項重大科技進展與生物學相關。2020年世界十大科技進展中有5項與生物相關[2]，中國十大科技進展中有2項與生物有關[3];2019年世界十大科技進展[4]有6項與生物相關，中國十大科技進展中有2項與生物有關[5];2018年世界十大科技進展中有6項與生物相關[6]，中國十大科技進展中有3項與生物有關。這些科技進展中和每年諾貝爾獎與生物相關的知識點，都是引發學生興趣的點，從這些知識中精選部分進行專題介紹，或在課程講解過程中將相關知識融入現有章節，與時俱進，會大大提高學生對課程的興趣。如藻類光合蛋白結構可在第4章蛋白中講不同的蛋白質具有不同的功能，測定重要功能蛋白的結構就會有重大科學發現。青藏高原發現的丹尼索瓦人是通過蛋白質序列進行物種鑒定的例子，可作為DNA在物種鑒定、身份鑒定中的補充。非洲豬瘟病毒結構及其組裝機制可在第9章講解，非洲豬瘟是2019年對人們生活影響最大的事件之一。克隆猴的例子可在講染色體時用，染色體DNA是主要的遺傳物質，攜帶了絕大部分的遺傳信息，細胞器也攜帶了部分遺傳信息，兩者的結合可實現物種克隆。此外，克隆技術是把雙刃劍，利用它可建立疾病模型等，造福人類，而對人類的盲目克隆將產生一系列的倫理道德問題。將最新的知識與課本內容結合起來，既豐富了課堂授課內容，還能激發學生學習的興趣，一舉多得。

（三）結合生活實際

課本知識與實際生活中的事物結合起來，就會變得鮮活起來，具有生命力。如在講染色體時，可介紹唐氏綜合征是人的第21條染色體多了一條，做唐篩就是查看胎兒的核型，也可通過無創DNA來查看[7];馬與驢的雜交后代騾子不能繁殖，是因為騾子體內來自馬與驢的染色體不成對，不能產生正常的生殖細胞;無籽西瓜無籽的原因是它的染色體是三倍體，無法正常聯會等。在講DNA突變時，可介紹鐮刀型細胞貧血癥的例子：血紅蛋白單堿基的突變導致單個氨基酸的變化，最終導致圓盤狀的紅細胞變成鐮刀狀[8]，嚴重降低攜帶氧的能力，從而導致貧血癥。在講DNA轉座時，可介紹DNA轉座子理論的發現從被嘲笑到獲得諾貝爾獎的過程，同時介紹轉座子技術的應用。講SNP時，可解釋為什么沒有DNA序列完全相同的兩個人，同時介紹SNP與蓬勃發展的個性化醫療之間的關聯。講mRNA的結構特征時，利用真核mRNA絕大多數具有polyA尾巴而其他RNA沒有這個特點，用以設計mRNA反轉錄的引物和mRNA分離純化柱等。講RNA轉錄抑制劑時，可講抗生素的故事。抗生素可抑制病原物DNA的復制或RNA的轉錄，因此用于藥物治療微生物引起的感染。但是它也能對人體正常細胞產生副作用，因此孕婦與嬰幼兒慎用等。課本上的知識來自實驗或實踐，既可以解開學生心中的疑惑，又可讓學生體會分子生物學知識在現實生活中的應用，增加了學生學習的興趣和動力。

（四）展示分子生物學技術的應用

對分子生物學實驗技術的講解，可讓學生了解在與專業相關的工作中所用的技術。比如PCR技術，2020年最讓人刻骨銘心的事件莫過于新冠肺炎疫情病毒的影響。在該病毒的眾多檢測方法中，PCR技術是確診的金標準，其他檢測技術常作為補充或者初篩;親子鑒定過程及司法上法醫物證證據等也會用到該技術。在醫療診斷中，病毒載量常用實時定量PCR技術。在科研中，對基因的定量檢測也是研究基因功能的必要步驟。蛋白質與抗體親和分析技術在ABO血型判定、早孕測試、艾滋病試紙條檢測、轉基因植物試紙條檢測等過程中均用到了特定的抗原抗體親和反應，在科研中，對蛋白互作進行研究而解釋蛋白功能也用到了該技術。將這些技術應用穿插于課本知識之中，可讓學生看到所學知識在醫學、科研、工農業生產中的應用價值，大大提高了學生的學習興趣。

四、教學方式的改革

好的課堂，學生的思維應隨教師的講解而展開，能當堂理解教師講授的大部分知識，然后通過課后復習，完全理解并掌握教師所教授的全部內容。目前的教學方式以教師講授為主，學生作業、自學為輔。這樣的教學方式中，課堂講解內容多，但是學生常常難以集中精力學習，達不到理想的學習效果。

“分子生物學”為一門專業課，但也充滿知識性、實用性、趣味性，有大量的故事可供引用、借鑒，因此講授時可采用引導、啟發、舉例、故事等多種形式進行課程講解，調動學生的學習積極性。

啟發式的教學，即在課堂上多提問，如“為什么是這樣”“怎么理解”“兩者間有什么差異”讓學生思考、總結和比較。比如“為什么染色體要不斷折疊成高級結構”，讓學生總結染色體的組成及結構特點。人的染色體DNA雙螺旋拉直了線性長度達1米，只有不斷地折疊成高級結構才能裝入細胞核;細胞分裂時，也需要DNA以染色體的形式出現，這樣便于分裂時的識別與分配。再如，通過“沃森與克里克是怎么證明DNA是雙螺旋結構的”這個問題，可讓學生將DNA的X射線衍射圖、查蓋夫規則、四個核苷酸間的氫鍵連接特性等知識點串聯起來。

引導式的教學，就是在課堂上引導學生得到結論。比如在DNA復制部分，可聯系細胞有絲分裂周期的問題，一個細胞周期只分裂一次，則一個細胞周期DNA僅復制多少次？一次;DNA在細胞分裂的哪個時期進行復制？合成期，即S期;原核生物DNA復制從固定起點開始，單向或雙向復制完成整個染色體的復制，真核生物染色體很長，能從一個固定起點復制嗎？而且，原核生物的DNA聚合酶合成效率比真核生物快20倍，因此真核生物的復制必定從多點開始、雙向復制。這可結合已有知識，引導學生自己得到結論。

舉例式、故事式是用事例或者故事說明相關知識，或引入正文，或調節課堂氣氛，這是因為學生喜歡聽事例、聽故事。如講PCR時，穆利斯在路上開車時，想到路燈相當于DNA的兩條鏈，車相當于引物，車開過一段路可復制一段序列，這就是PCR最初的構想。實際實施時，由于沒有控溫儀，只能用三個溫度的水浴鍋進行控溫。當時的DNA聚合酶又不耐高溫，不得不在每次高溫變性后待溫度降下來再補加DNA聚合酶。通過這個故事，可加深學生對PCR技術的印象。再如講DNA雜交為Southern Blot時，RNA的雜交為Northern Blot，蛋白質的雜交則為Western Blot，這是科學家的幽默。

五、教學手段的改革

生物技術/科學專業的“分子生物學”在2017年以前為72課時，其中理論課52課時，實驗課20學時;2017年之后分為2門課，其中“分子生物學”理論課程48課時，“分子生物學實驗”32課時。實驗課時的增加，一方面整合了“基因工程原理”“生物化學”等課程的相似實驗，另一方面希望學生能掌握分子生物學相關實驗技術。理論課時略有減少，但所授內容沒有改變。目前的教學方法以課堂多媒體教學為主，新冠肺炎疫情期間改為網絡教學，為了抓住學生的注意力，可進行如下改變。在教學PPT中適當增加圖片、動畫、短視頻等更生動的表現形式，讓學生能以相對輕松的心情學到相關知識。

還可將“分子生物學”的內容以知識點為單位進行分解，制作通俗易懂的網絡短視頻，放在課程網絡空間，也可放在短視頻平臺上。如抖音、西瓜視頻、火山視頻等平臺比較受學生歡迎，可讓學生以喜歡的方式接受知識。

也可建立網絡教學空間。課堂教學學時有限，教師可將講課視頻、參考文獻、補充材料、短視頻、課后習題等放在網絡空間，便于學生課后復習、自學。同時，在網絡空間開辟問答欄，讓學生提問，并及時予以回復，一方面能夠解答學生的疑惑，另一方面可以了解學生對相關知識的掌握情況。

參考文獻

[1]朱玉賢，李毅，鄭曉峰，等.現代分子生物學[M].第5版.北京：高等教育出版社，2019.

[2]2020年世界十大科技進展[EB/OL].（2021-01-21）[2020-07-01].http：//www.cas.cn/cm/202101/t20210121_4775291.shtml

[3]2020年中國十大科技進展[EB/OL].（2021-01-21）[2020-07-01].http：//www.cas.cn/cm/202101/t20210121_4775288.shtml

[4]2019年世界十大科技進展[EB/OL].（2021-01-14）[2020-07-01].http：//www.cas.cn/kj/202001/t20200114_4731359.shtml

[5]2019年中國十大科技進展[EB/OL].（2020-02-27）[2020-07-01].http：//www.xinhuanet.com/tech/2020-02/27/c_1125633348.htm

[6]2018年世界十大科技進展[EB/OL].（2019-01-03）[2020-07-01].http：//www.cas.cn/kj/201901/t20190103_4675756.shtml

[7]吳蠡蓀.臨床檢驗報告單解讀[M].第2版.北京：中國醫藥科技出版社，2018.

[8]朱圣庚，徐長法.生物化學（上）[M].第4版.北京：高等教育出版社，2017.