植物保護專業“分子生物學”課程教學改革初探

趙文麗，關若冰，魏紀珍，杜孟芳

（河南農業大學植物保護學院 河南 鄭州 450002）

1953 年，詹姆斯 沃森和弗朗西斯 克里克提出DNA的雙螺旋結構模型，標志著生物學研究進入分子生物學時代。分子生物學以分子水平上闡明生命活動規律進而揭示生命本質為目標，是一門研究核酸、蛋白質等所有生物大分子的形態、結構特征及其重要性、規律性和相互關系的科學。作為生命科學領域發展最迅速的學科之一，分子生物學已深入影響各個傳統生命科學領域，包括生物化學、細胞生物學、遺傳學等。

分子生物學技術推動植物保護學科的發展，從作物病蟲害防治方面保護我國的糧食生產。糧食作物包括小麥、水稻和玉米等，是人類最主要的食物來源。目前，隨著全球氣候多變及環境污染問題，作物病蟲害發生與危害日趨嚴重極大地影響和制約著糧食作物的產量。分子生物學在作物病蟲害防治方面已有革命性突破和進展。例如，蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis, Bt）在代謝過程中產生的Bt 蛋白，對多種害蟲具有毒殺作用。利用分子生物學技術將Bt 基因導入棉花細胞中，轉Bt 棉株體內也能合成Bt殺蟲蛋白，從而對棉鈴蟲、紅鈴蟲、卷葉蟲等鱗翅目害蟲具有顯著抗性。近三十年來，Bt 轉基因抗蟲棉在全世界的種植已顯著減少蟲害發生、降低農藥用量、提高經濟收益并且保護農業生產環境和生態環境。稻瘟病是由稻瘟病原菌引起的一種嚴重危害水稻的病害。在稻瘟病流行年份，一般減產10%-20%，重的達40%-50%，局部稻田甚至顆粒無收。利用分子生物學進行稻瘟病抗性基因的克隆，目前已經克隆得到近70 個稻瘟病抗性位點，總計84 個主效基因被發掘，對稻瘟病的病害防治具有重要的意義。由此可見，以分子生物學技術為支撐，開辟作物病蟲害防治新途徑，具有良好的發展勢頭。作為植物保護專業學生，掌握分子生物學的基礎理論知識，并熟悉分子生物學的基本研究方法，十分必要。

面向植物保護專業的分子生物學課程，內容包括理論課和實驗課兩部分。雖然理論課所介紹的知識都是細胞內最基本的生命過程，但是由于知識點所涉及領域微觀、知識較為抽象，存在學生掌握知識點困難的問題。在實驗課程中，雖然學生興趣較濃厚，但多數學生實驗操作不規范。因此，為了使學生掌握分子生物學基本原理并掌握基本的實驗操作，利用分子生物學知識解決作物病蟲害防治中的問題，分子生物學課程改革迫在眉睫。

1 課程內容及教學目標

分子生物學是植物保護專業的專業必修課程。理論課程包括緒論、DNA 與染色體、DNA 復制、RNA 轉錄、蛋白質翻譯、原核基因表達調控和真核基因表達調控這七個章節。理論課程是以克里克提出的“中心法則”為主線來展開的。實驗課程包括十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）法提取植物基因組DNA、聚合酶鏈式反應（Polymerase Chain Reaction，PCR）、瓊脂糖凝膠電泳、PCR產物回收四個實驗。這四個實驗是系列實驗，以CTAB法所提取的基因組DNA為模板進行PCR擴增，然后利用瓊脂糖凝膠電泳檢測PCR實驗的產物，最后利用產物回收試劑盒進行PCR產物DNA片段的回收。

以上述知識點為課程內容的分子生物學教學目標主要有以下兩點：使學生掌握分子生物學的定義，掌握生命活動中生物大分子的基本結構與功能、遺傳信息的表達及其調控等內容，了解分子生物學在生命科學領域的應用與前景。使學生能夠綜合運用所掌握的分子生物學知識，具備對分子生物學相關復雜問題進行綜合分析、研究、提出相應對策或解決方案的能力，為今后的科研或教學工作打下堅實的基礎。

2 教學內容與教學方法改革

根據分子生物學課程內容，將教學改革分為理論課教學改革和實驗課教學改革兩部分。關于理論課的教學改革，主要措施有以下三點。

3.1 選用優質教材，凝練教學內容

按照學校規定選用高質量教材，由高等教育出版社出版的“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材，朱玉賢院士主編的《分子生物學》滿足植物保護專業學生的課程需求。同時推薦由本杰明·盧因編寫的《基因Ⅷ精要》作為補充教材。并對教學內容進行了優化調整，例如在“DNA與染色體”章節刪除染色體的壓縮包裝機制；刪除分子生物學研究方法章節，將方法介紹放在實驗教學中；刪除“疾病與人類健康”和“基因與發育”這兩個章節。這樣，分子生物學的理論教學以中心法則為主線展開，重點講述遺傳信息的復制、傳遞和表達調控。有利于學生重點掌握分子生物學核心知識，教師也有更多的精力對課程內容進行重點、深入的講解。

2.2 合理使用多媒體，便于學生理解抽象的內容

在進行理論教學的過程中，除了傳統的PPT課件加黑板板書之外，教師還應當同時利用網絡學習軟件督促學生進行線上課程的學習。例如，利用學習通APP 建立網絡課程學習班級，在每節線下課程開始之前將章節內容PPT及相關資料上傳至學習通，方便學生預習；在每節線下課程結束后利用學習通進行課程知識點小結及作業布置，督促學生在線上進行作業書寫，之后由教師進行線上作業批改和糾錯，利于知識點的查漏補缺。這樣線上線下相結合的教學方式利于師生互動，便于教師對學生開展一對一溝通和指導。對于每個章節的知識學習，除了總體上利用網絡線上學習之外，應加入多種教學方式激發學生的學習興趣。

2.3 采用多種教學模式，激發學生的學習興趣

在每章節內容講述時，教師應緊扣章節知識點與日常生活及科學研究進展的聯系，利于學生理解相對枯燥的分子生物學知識點。比如在講述DNA 的雙螺旋結構知識點時，考慮到高中生物課程已經涉及該內容，學生較為熟悉，可采用提前分組，每個小組在課下進行10 分鐘小課堂準備，在上課時隨機抽取一組由學生進行內容講述，不足之處由其他小組糾錯和補充。同時將小組授課過程進行錄像，將錄像上傳到學習通軟件。利用翻轉課堂的方式，可以激發學生的學習興趣、督促學生主動進行課程知識點的學習。在介紹DNA 復制這一章節的理論知識時，通過學生感興趣的方式引出理論知識的學習：人體胃細胞7 天更新一次；皮膚細胞28 天左右更新一次；肝臟細胞150 天更換一次；紅細胞120 天更新一次；在一年左右的時間，身體98%的細胞都會重新更新一次；有絲分裂產生新的細胞，在有絲分裂過程中最重要的就是DNA 的復制過程。以人體細胞新陳代謝吸引學生注意后，再系統、完整地介紹相關理論知識。在RNA 轉錄章節，通過介紹2006 年獲得諾貝爾生理或醫學獎的RNA 技術來進行章節知識點的講述。例如，為什么體外雙鏈RNA合成時要加一段啟動子序列？啟動子與轉錄有什么關系？雙鏈RNA 合成體系里為什么要加入T7 RNA 聚合酶和dNTP？RNA 聚合酶的作用是什么？從而引出RNA 聚合酶識別啟動子序列、利用dNTP底物進行RNA 鏈延伸的知識點。

關于實驗課程教學的改革，針對學生掌握實驗步驟困難、容易操作失誤的現象，主要改革措施有以下3 點：①充分利用多媒體資源，促使學生主動學習。在每次實驗課之前，由教師將實驗課涉及的實驗視頻資源上傳至學習通軟件，督促學生提前觀看。②以學生帶學生，做到手把手實驗教學。在進行實驗課時，以PCR 實驗課程為例，從目前新型冠狀病毒核酸檢測進行課程引入，利用提問啟發式教學方法引入PCR的原理，例如為什么在進行核酸檢測取樣之后的3-6 小時我們才能拿到檢測結果？陰性結果說明什么？陽性結果說明什么？從而介紹涉及的PCR 實驗所用到的DNA分子在不同溫度下可逆的變復性的性質、PCR的體系構成和PCR 的程序設計等相關知識點。在介紹完以上內容之后，由碩士研究生根據自身PCR實驗的經驗講述易錯點。之后學生4-5 人一組進行實驗，并且每小組配備一個碩士研究生進行全程指導，防止出現因教師指導不到位而導致學生實驗失敗的現象。③查漏補缺。在結束實驗課之后，除了每人上交實驗報告作業之外，每名學生還要在學習通上進行實驗易錯點的總結作業書寫。利用這樣的實驗課程教學方式，來完成學生理解實驗原理、熟悉實驗步驟、順利達成實驗操作的實驗課程目標。

3 教學效果評價方式改革

傳統的分子生物學教學效果評價由3 部分構成，包括上課簽到成績，實驗課成績和期末考試卷面成績。其中考試卷面成績占比較高，約60%-70%，實驗課20%-30%，平時成績10%。學生只要采用死記硬背、上交實驗報告的方式就能及格。但是，傳統的教學效果評價方式不利于激發學生的學習興趣，也不能全面評價學生對分子生物學課程內容的掌握程度。我們在上述理論課和實驗課教學過程中引入小組學習、翻轉課堂、學習通線上學習和學習通網絡作業等多種學習方式后，分子生物學的教學效果評價不再采用傳統的評價方式。結合教學內容和教學方式的改革，對教學效果評價采用如下改革方式：①提高網絡課程學習成績的占比。學習通中視頻學習資料的學習完成情況占比20%來考查學生對知識的預習和復習情況，學習通理論課程作業和實驗課作業占比20%來考查學生對課程知識的掌握程度。②增加課堂參與度的考核。翻轉課堂參與程度占比20%來衡量學生主動學習的情況。③降低卷面成績占比。實驗課簽到和實驗報告占比20%來考察學生的實驗操作完成情況，最后卷面考試成績僅占比20%來考查學生對知識點的記憶和理解情況。采用上述多種考核方式相結合的教學效果考核方式，重點考核教學過程中的實際參與度，能避免學生死記硬背但不理解知識點、上交實驗報告但不會實驗操作的情況，更能反映學生參與課程學習情況、平時學習情況和最后掌握情況，易于激發學生的學習興趣，比傳統的考核方式更加合理。

4 存在的問題

分子生物學是一門實驗性極強的學科。教師只有通過不斷的學習學科熱點前沿并掌握實驗技術才能傳授給學生并完成教學目標。學生只有通過實驗動手操作才能理解理論知識的意義和應用。但是由于種種原因，我校植物保護專業分子生物學課程的理論課時較少，實驗課內容少，這在一定程度上影響了這門課程的教學效果。前沿熱點知識的不斷更新，教學手段的不斷改進是當務之急。在學校加大課時傾斜和教師在不斷的努力下，爭取更好地完成教學任務。

5 結語

教師通過上述面向植物保護專業本科生的分子生物學課程教學內容、教學方式和教學效果評價方式的改革，來激發學生主動學習的熱情和興趣，引導學生關注本領域研究中的熱點問題，培養學生的科研思維和創新精神，提高學生的綜合素質。使學生掌握基本的分子生物學實驗技能來加深其對分子生物學知識的理解，可為學生進一步深造和將來利用分子生物學解決作物病蟲害實際生產上的難題打下堅實的基礎。通過分子生物學課程的學習塑造學生的職業素養與工匠精神，增強學生的時代責任感、使命感以及民族自豪感。培養學生成為德才兼備、全面發展的植物保護人才。