高等學?！胺肿由飳W”教學改革初探

王勃 于天英

摘要：隨著基礎科學進步為生物學創新注入強大動力，人類對生命健康、疾病治療、疫苗研發的需求提高。21世紀被稱為“生物工程時代”，生物學也逐漸發展為一門顯學，成為高等學校開設的重點課程之一。其中，“分子生物學”屬于自然科學范疇內最具活力、最具前景的一門學科，開設范圍包括醫學專業、農學專業、生物工程專業、制藥工程專業等，是塑造大學生正確生命觀與生物學素養的重要課程。為了增強高等學?！胺肿由飳W”課程教學的有效性、促進教學實質性改革，首先從宏觀層面分析該課程教學存在的問題，其次圍繞理論教學與實驗教學展開研究，提出可行的教學改革方案。

關鍵詞：“分子生物學”;理論教學改革;實驗教學改革;“互聯網+”

根據“分子生物學”（molecular biology）的誕生標志，即人類發現DNA遺傳信息并構建雙螺旋結構模型（沃森&克里克），不難判斷該學科的定位，是一門自然科學領域研究生命現象、規律、本質的科學，研究對象聚焦于生物大分子的結構與功能。將分析視域集中到“分子生物學”的知識體系層面，“自然科學”這一所屬領域決定了該知識體系的特征。（1）存在豐富的驗證性知識，如染色體的結構、遺傳物質、基因突變等，此類知識屬于理論教學層面，是高校學生開展“分子生物學”知識體系建構的基礎。（2）需要進行大量的實驗教學，因為“分子生物學”是建立在分子水平（或“微觀尺度”）上的新興科學[1]，具有一定的抽象性，不像生理學、植物學一樣具有條理性和直觀性。從以上兩點分析出發，高等學校“分子生物學”的教學改革既要滿足理論教學的系統性要求，又要滿足實驗教學的沉浸式需求。

1 高等學校“分子生物學”教學問題

1.1 理論教學面臨的問題

客觀來看，“分子生物學”一直處在動態發展中，生物學前沿理論研究不斷取得突破，對固有知識體系的影響深刻，同時，不同基礎學科視角和應用學科的需求均會對“分子生物學”教學產生導向作用。因此，理論教學面臨的問題很多，本研究僅從高等學校教育職能出發，重點分析3個方面的問題。

1.1.1 教材問題

教材是教學的知識信息載體，也是師生圍繞“分子生物學”進行互動溝通的重要媒介，選用何種教材對理論教學是否滿足“系統性要求”至關重要。筆者收集了高等學校適用的“分子生物學”教材（見表1），對比發現，不同版本的教材（不含實驗教材）雖然各有亮點，但應用于理論教學方面普遍存在知識點復雜、抽象和知識結構邏輯性強、概念較多的問題。如果作為教學依據，不僅同質性很高，還會浪費大量的教學精力與時間，不利于實效性課堂的建立。

1.1.2 教法問題

結合筆者的經驗，“分子生物學”知識（已驗證知識）淺而繁、多而雜，概念、定義、方法等基礎性知識不需要深講，導致教學方法單一，突出表現為有限知識資源的排浪式講授，高校學生處于被動地位，與教師的交流不夠深入，難以直接從理論維度對“分子生物學”進行拓展。此外，教法單一還意味著對“互聯網+”教育資源的利用效度不足，例如酶切、 DNA重排、基因組測序等知識過于抽象，網絡信息資源介入不足，很難從教法方面賦予學生直觀的認識。

1.1.3 教學模式

21世紀初，以“生物工程”為代表的新興專業炙手可熱，社會上普遍認同生物學將引領新時代。但從現狀來看，絕大部分生物學類本科及高職人才并沒有機會真正進入生物工程、生物科技、生物制藥等研發領域，一方面是因為自身知識儲備不足，另一方面與教學模式相關。以“分子生物學”為例，雙師型隊伍建設、產學一體化建設、現代學徒制建設、校企合作機制建設等遠比其他專業落后，高校普遍采用以理論為主的“填鴨式”教學模式。

1.2 實驗教學面臨的問題

（1）受到高等學校實驗教學條件的限制，實驗本身淪為理論教學的附庸。盡管高等學校（以普通本科為主）整體上在自然科學教育方面的投入很大，但除了985、211、雙一流高校及部分專業，大多數學校的實驗條件相對簡陋，無力支撐大規模、多樣性的“分子生物學”實驗教學。受條件限制，除了不得不減少實驗項目，也會簡化一些實驗教學內容，如較為基礎的聚合酶鏈式反應、核酸提取、標記示蹤劑等。類似的基礎性實驗項目是對教材中理論知識的現實驗證，無論是按照老師提供的實驗流程，還是依照教材設計的實驗“臨摹”，實驗本身都缺乏自主能動性，無法實現理論與實踐的統一[2]。

（2）高等學校實驗教學組織方式落后，實驗難以提供“沉浸式”體驗。實驗教學強調學生自主操作，但“分子生物學”是建立在分子尺度上的，實驗對象的微觀性決定了實驗內容的抽象性，包括教科書上給出的實驗結果，在現實中需要染色、電泳等方式才能觀察到。由于傳統實驗教學具有一定的演示性特點，如教師利用PPT展示實驗過程、實驗現象，并要求學生按照實驗圖片分析實驗原理、實驗過程，很難產生“沉浸式”體驗[3]，削弱了學生的實驗興趣，學生忽略了實驗的重要性。

（3）“分子生物學”實驗教學目標不合理，造成“重結果輕過程”的現象。在開設“分子生物學”課程的高校專業中，教師一般將學生實驗操作結果納入平時成績考核序列，但在實驗教學目標設計上，主要突出實驗結果（性質、數據等），對實驗過程中是否充分體現了“分子生物學”實驗原理、實驗操作是否符合規范、實驗設計是否具有創新性等問題的關注度相對較低。從學生角度而言，影響成績的關鍵落在了實驗報告上，難免出現“為實驗而實驗”，依據驗證性結論反向構建實驗過程的現象，不利于學生科研能力的培養。

2 “分子生物學”理論教學改革探索

“分子生物學”理論教學應以系統性為抓手，將教學改革作用于教材、教法及教學模式3個方面。

2.1 教材內容改革

高等學校直接選用“分子生物學”教材構建教學內容，無論對版本如何精挑細選，都很難與人才培養完全契合。高等學校的人才培養存在兩種方向，即學術性與職業性人才。在不同人才培養導向下，對教材內容的需求存在較大差異。在實踐過程中，可以選定一本或一類“分子生物學”教材為范本，按照“能力導向+以生為本”的原則進行教材重構。結合筆者的實踐經驗，為了系統地呈現“分子生物學”的基礎知識，統籌表1所列教材中的相同部分，按照克里克提出的“分子生物學”中心法則（genetic central dogma）要求，整合出一套匯集DNA、RNA、蛋白質、遺傳信息轉錄與翻譯等知識點的教學講義，一方面，可以精簡大量“分子生物學”的重復概念，強化相關知識點的銜接（如詳細描述遺傳信息從 DNA向RNA傳遞的過程、機理），實現碎片化知識的有序排列，優化教材內容的邏輯結構。另一方面，有利于與實驗教學的銜接，增強理論與實踐的黏性，如基于一個實驗項目將相關知識串聯起來。

2.2 教學方法改革

考慮到大學生已經具備一定的自主學習、探索能力，“分子生物學”教學方法應采用“少教多學”的原則，兼顧“分子生物學”理論教學的系統性需求。因此，在具體的教學方法設計上，可基于立體化的設計方式[4]，引導學生從多個角度理解、掌握“分子生物學”知識內容。其中，多角度教學方法設計可以理解為在一個“分子生物學”知識點的教學中，同時提供多種呈現方式，比如最基礎的“DNA雙螺旋結構”，這一知識點在中學階段就已經提到，但學生真正接觸DNA雙螺旋模型的機會并不多，在課堂上除了用語言描述，輔以實體模型、3D圖片、視頻、自制Flash動畫等資源，反復從多個角度呈現，也可以用DNA雙螺旋分子模型的拼裝材料，依據理論知識進行實踐。立體化教學方法的設計可以理解為“互聯網+主題化+任務式”教學思維，本質上是一種高效互動的教學方式，以互聯網技術及數字化資源“托底”，用以彌補傳統言說傳授表達力的不足，以主題化的知識整合形式，為學生建立“分子生物學”知識思維導圖，例如以“DNA”為主題詞，所能關聯的知識點包括“DNA基本結構”“DNA基本性質”“DNA與蛋白質的相互作用”“重組DNA（克?。薄癉NA排序”等，任務式驅動可以通過銜接度較高的問題實現，例如按照“DNA的一級結構、二級結構、高級結構”循序漸進地設計問題。

2.3 教學模式改革

高等學?！胺肿由飳W”教學的常規組織模式仍然是課堂，從系統性要求出發，勢必要改變課堂組織模式下“分子生物學”知識單向傳播的方式，這是教學模式改革的重心所在?？梢詫⒁还澱n劃分成不同的教學實施區間，例如按照“六分法”，將課堂組織分為回顧階段、探討階段、引導階段、講授階段、釋疑階段、鞏固階段。其中，回顧階段的教學時長控制在5 min以內，在教師的引導下，對前面所學知識進行概括總結。在這一過程中，以提問的方式對學生的知識儲備進行檢驗，引出本節課要學的知識點。探討階段不是針對新知識展開的，而是對將要學習的新知識進行“預測”，教師可以事先準備一些開放性問題、生物學現象、實驗案例等，促進學生對既有知識與新知識之間的關聯。引導階段完全由老師主導，目的是將出現的“錯誤預測”引入正常軌道，同時公布本節課關于“分子生物學”教學的重點、難點、疑點等。講授階段采用2.2中構建的教學方法，這一階段所占時間較長，應控制在一節課時長的1/2左右，保證將知識點講明白、講透徹。釋疑階段是一個師生互動過程，由學生提出相關問題，教師負責有針對性地解答，同時，學生所提問題也應與本專業保持一定相關性。例如，醫學專業學生在課堂上學習了 RNA干擾技術，比較有價值的問題有RNA干擾技術在癌癥治療方面的價值和實現原理、現階段取得的成果等。鞏固階段完全交給學生自主展開，可組織3～5 min的組間、組內探討活動，教師在這一階段提供一些拓展性讀物。

3 “分子生物學”實驗教學改革探索

圍繞“分子生物學”實驗教學改革，一個核心任務是將抽象化的實驗內容轉變為具體化的呈現形式，包含對實驗教學課程內容的數字化轉型，也包括“線上+線下”組合教學手段的運用，以實現“分子生物學”實驗教學效果的最大化。直觀上，在“互聯網+”思維的引領下，實驗教學應大量應用網絡工具、平臺、素材等，但傳統教學（即線下教學）也不可以徹底拋棄。事實上，傳統教學在營造學習氛圍、提高師生互動性方面具有顯著的優勢，與“沉浸式”實驗教學體驗并不沖突。一個完整的“分子生物學”實驗教學改革模型，除了發揮理論知識的實踐驗證功能，還要貫徹立德樹人的根本教育任務，換言之，該改革模型還應突出“分子生物學”課程思政的價值，完整的架構如圖1所示。

3.1 基于“互聯網+”匹配實驗內容與素材

從高等學校校本課程開發的角度出發，實驗內容涉及的“分子生物學”知識可以形成相對獨立的系統，以充分發揮高校自身的實驗條件優勢，如圍繞蛋白質的誘導、表達與檢測設計實驗項目，可借助互聯網收集與誘導溫度、 IPTG濃度、蛋白質前提加工等相關知識內容。同時，由于“互聯網+”的開放性，教師也可以通過預告實驗項目的方式，讓學生自行搜索實驗知識內容，培養學生的信息收集整理能力。素材即實驗教學使用的文字、圖片、視頻等數字化資料，與實驗內容保持一定匹配度，結合筆者經驗，建議教師自行錄制視頻素材，包括實驗的工具、試劑、基本操作、重點事項等，通過線上途徑傳遞給學生（如 QQ、微信），并在實驗教學正式開始之前，以直播的方式演示完整的流程。

3.2 基于“互聯網+”的實驗教學與課程思政關聯

實驗是探究自然科學的主要途徑，這一行為本身蘊含著豐富的人文精神，如攀登科學高峰、激活創新意識、強化動手能力等，符合高校以德樹人的教育需求，也是實現課程思政的有效手段。借助實驗教學，一方面可以發揮“分子生物學”的現實價值，進一步關聯相關科研人物，如開發干擾素α-1b的侯云德院士以及研發疫苗的陳薇院士等;另一方面，強調正確的價值觀、嚴謹的科學觀在實驗教學中的促進作用。要秉承實事求是的科學態度，以強烈的責任心尋找實驗偏差，消除學習“分子生物學”課程時的功利心理。

3.3 基于“互聯網+”構建“分子生物學”實驗評價體系

“互聯網+”教學模式之所以能帶給人強烈的沉浸感，是因為在互聯網平臺上，個體處在較為平等的地位，提高了評價者和被評價者的客觀性。同時，“互聯網+”可以形成多維度的評價渠道，如課前利用線上途徑（雨課堂等），對實驗任務、要求等進行集體探討，一個觀點被提出之后，能迅速發現存在的問題。從課前預習的角度來看，極大地減少了教師的工作量。此外，將實驗過程以視頻的形式傳輸到“互聯網+”平臺上，可以進行更加詳細的過程評價，消除以結果為依據的評價弊端;教師要關注的是系統的評價表設計，從實驗準備到實驗操作、從實驗過程到實驗結果、從實驗原理到實驗安全等，實現定量化的全方位評價。

4 結語

“分子生物學”教學改革應聚焦學生主體地位的塑造，基于理論教學與實踐教學提出的觀點，本質是增強學生的主觀能動性，擺脫被動接受知識信息的桎梏，同時強化理論與實踐教學的平衡性。

[參考文獻]

[1]尹祥佳，李晶，趙慧軍，等.高職院?！胺肿由飳W”課程教學改革研究[J].蘭州教育學院學報，2020（8）：104-106.

[2]祥佳，郝楠，李晶.高職院校分子生物學PDCA實驗教學改革初探[J].化學工程與裝備，2020（10）：290-291.

[3]曾穎玥，牟藤，朱春玉，等.基于“互聯網+”的分子生物學實驗教學體系改革[J].軟件導刊，2021（5）：183-187.

[4]董妍玲，潘學武.民辦高校分子生物學教學改革初探[J].當代教育論壇（管理研究），2010（6）：126-127.