基于“RBL+TBL”模式的農業院校分子生物學實驗課程改革探究

王澤民　晉昕

摘 要：分子生物學是一門交叉學科，是生物相關學科間的紐帶，其實踐性和應用性較強，也是專業教學中的重點。尤其在農林類專業領域，在分子水平上探求解決農、林領域中的卡脖子問題，事關民生，意義重大。目前多數分子生物學實驗教學仍采用傳統的講授教學模式，不利于學生綜合分析、解決問題和科研能力的提升。在分子生物學實驗教學中采用研究型學習（Research-based Learning，RBL）結合基于技術的學習（Technology-Based Learning， TBL）的教學模式，引入“以學生為主體”的核心，結合專業特色進行個性化設計，對教學內容和教學流程進行革新，全方位提升課程質量。達到拓展授課內容，將傳統的被動學習過程轉變為主動的探索、思考和實踐，激發學生的科研興趣，鍛煉分析問題、解決問題的科研思維，提升學生的綜合素質。

關鍵詞：分子生物學；實驗教學；RBL模式；TBL模式；教學改革

中圖分類號：G642? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2023）04-0100-04

1 引言

隨著分子生物學的崛起，生命科學得到了快速發展，分子生物學實驗技術廣泛同農林學科、動物醫學及材料學等深度融合，開啟了相應學科的分子時代。分子生物學是前沿性很強的一門基礎課，這門課程的特點是微觀、抽象。使學生及時了解分子生物學最新進展和掌握分子生物學相關技術，是分子生物學實驗課程教學改革面臨的首要問題。“新農科”建設必須緊緊立足于新時代農業農村現代化的社會需求，培養一批具有多學科背景、能夠解決生產實踐問題的創新型農業人才。而分子生物學是“新農科”專業的關鍵基礎課，也是專業教學中的重點[1-3]。尤其在農林類專業領域，在分子水平上探求解決農、林領域中的卡脖子問題，事關民生，意義重大。黨的二十大報告專門提出，要全面推進鄉村振興，堅持農業農村優先發展，加快建設農業強國。而這一目標的實現離不開分子生物學理論和技術。例如生物育種中轉基因技術和基因編輯技術等都是以分子生物學為基礎。轉基因技術的應用不僅能縮短育種周期，同時能夠極大地提高農產品產量和品質等，如轉抗蟲棉、抗除草劑玉米等轉基因作物。2019年習近平總書記給全國涉農高校書記校長和專家代表回信從黨和國家事業的全局高度對農林高校的工作提出了明確要求，對農林高校師生寄予了厚望。鄉村振興，人才是關鍵。習近平總書記指出：“現代農業發展空間仍然很大，現代農村是一片大有可為的土地、希望的田野”。充分利用好農業高校的教育、科研、人才、智力和平臺等優勢，構建適應鄉村振興戰略需要的人才培養大格局。以培養適應鄉村振興戰略需求的大學生為牽引，突出優勢特色，培育推動脫貧攻堅與鄉村振興有效銜接的鄉村振興人才。因此，熟練掌握分子生物學知識及實驗技術，成為當代農林科學從業人員所必需的素養。

分子生物學實驗教學作為理論與實踐連接的橋梁，其重要性不言而喻。然而，傳統的分子生物學教學內容及模式已不能滿足當下的教學需要，尤其缺乏“以學生為主體”的意識[4]。為了契合新時代對高校人才培養的新要求，筆者結合農業大學的專業特色，整合現代教學理念和技術對分子生物學實驗教學改革進行探索，旨在提高授課質量，鍛煉學生的科研創新能力，以培養適應鄉村振興戰略需求的大學生為牽引，突出優勢特色，培育推動脫貧攻堅與鄉村振興有效銜接的鄉村振興人才。

2 分子生物學實驗課程教學改革的基本思路

分子生物學實驗技術革新速度快，學生不僅要學習基礎知識、操作，更要了解學科發展前沿，才能適應社會需求和學科變革。傳統教學內容主要是驗證性實驗，且實驗間彼此獨立，不利于學生建立知識體系，主要關注于學生實驗技能的練習，對于提升學生的高階能力，即聚焦于思考、解決問題的科研能力訓練效果微乎其微。基于上述問題，依照自主創新的課程改革思路，對分子生物學實驗課程進行調整，建立“實驗基礎結合科研探索”的課程模式，既滿足對實驗基礎的學習，又達到鍛煉學生科研創新能力的目的。

3 分子生物學實驗教學改革

3.1 教學內容的改革

分子生物學內容更新速度快，但教材普遍滯后，無法充分滿足教學需要。傳統的實驗課程依附于理論教學，內容或形式上始終缺乏綜合性和創新性。因此，實驗課程內容優化是教學改革的第一步，授課過程中融合前沿研究，提升教學內容的層次。例如，選擇高水平期刊上發表的相關論文，通過研讀論文學習，既學習了研究中的前沿實驗技術，又練習了文獻閱讀能力，同時有利于學生將實驗技術同科研問題銜接起來，啟發科研思維。在授課內容中引入新實驗技術的簡介，比如CRISPR/Cas9基因編輯技術等，通過展望新技術在不同領域帶來的革命，激發學生的學習熱情。

3.2 RBL模式下的教學形式

RBL（Research-based Learning）模式指的是研究型教學，在研究目的的驅動下，能最大限度地調動學生自主學習、探究，如表1所示。RBL模式下，不再按照傳統模式設置固定的實驗，在完成實驗理論部分的學習后，鼓勵學生根據自己的專業和時間分組，自主選題、查閱文獻、設計實驗方案。待方案成型后，在班級內開展互評，通過討論進一步完善實驗方案。實驗方案互評環節對提升學生的綜合素質能力有很大的促進。RBL模式中，教師需全程提供個性化指導，保障實驗的順利開展。問題是思維的中心，發現問題和解決問題承載著素養的生成過程[6]。例如，有實驗小組提出家鄉干旱少雨，農作物連年減產甚至絕收，希望通過分子生物學改變作物的抗性，減少惡劣條件的影響。鑒于此，首先引導他們學習與植物抗旱相關的基因知識，查閱文獻選定具體基因。進而，指導學生選擇實驗材料、查詢基因序列、設計引物、基因克隆、載體構建等。實驗內容涵蓋的基礎操作，包括植物DNA、RNA的提取，RNA的反轉錄、PCR（Polymerase Chain Reaction，聚合酶鏈式反應）、質粒DNA提取、酶切及載體構建等。在滿足教學需要的同時，強化學生的團隊合作、溝通能力[7]。

3.3 TBL模式下的教學時空

線下課堂囿于課時有限，承載的內容較少。TBL（Technology-Based Learning）基于技術的學習流程，即通過電子技術學習內容，包括互聯網、音頻、視頻和音頻會議等，有助于豐富傳統的面對面課堂[8]。互聯網及互聯網移動端的爆炸式發展，迅速推進了TBL教學模式的推廣。TBL模式突破了傳統課堂的時空限制，可最大限度地拓展學習內容，且知識形式多變（文字，動畫，實拍視頻），為學生自主學習提供保障。由于疫情的助推，慕課、網絡教學平臺和虛擬仿真實驗在高校教學中得到了快速推廣。TBL模式借助于手機、電腦的應用程序，提供了自主學習的平臺，打通了師生交流的無障礙通道，擴展了教學內容，強化了教學效果[9-11]。

3.4 “RBL+TBL”下的教學流程

采用RBL結合TBL（RBL+TBL）的實驗課教學模式，優化了分子生物學實驗教學。借助慕課、雨課堂和國家智慧教育公共服務平臺等成熟優質的線上資源，將分子生物學實驗基礎知識的教學轉移到網絡教學平臺。線上學習完成后，通過對應的在線測試進行測評，考核通過后才可開展后續實操部分。在實驗方案實施階段，各組學生根據自己的實際情況自行安排實驗進度，保證在學期內撰寫實驗方案、完成實驗并做好記錄，最后撰寫實驗報告并進行答辯。

4 “RBL+TBL”教學模式效果

4.1 “RBL+TBL”教學模式擴充教學內容，完善知識全面性

傳統的分子生物學實驗教學局限多，時間利用率低。如PCR、瓊脂糖凝膠電泳等實驗中都包含大量的等待時間。特別是各小組間實驗進度總有差異，需要互相等待，造成時間浪費。RBL結合TBL模式則可以完全避免上述情況，在滿足教學需要的同時，時間利用效率得以提高。引入TBL模式后，學生可在通過虛擬實驗開展練習，特別對受限于實驗條件無法在線下開展的實驗意義重大。雖無法完全替代線下的實驗操作練習，但線上線下、虛實結合的模式也最大限度的充實了課程內容[9]。同時，TBL模式為師生溝通交流提供無障礙平臺，學生可以做到隨時隨地的學習。分子生物學實驗課程內容抽象復雜、傳統的教學方法難以滿足更高的教學需求。慕課、視頻公開課和微課等多媒體教學能夠利用圖像和模擬動畫等向學生傳遞更直觀的知識。這種逼真性和動態性，更利于反映分子生物學抽象的概念和實驗過程，從而突破分子生物學實驗的教學難點，提高實驗教學效果。課后問卷調查結果顯示，89.65%的同學對上述模式接受度高，4.35%的同學態度不明確，其余同學均表示有一定的幫助。

4.2 “RBL+TBL”教學模式貫穿科學研究實驗教學，激發學生主動參與意識

與傳統教學的先學習理論知識再解決固定實驗問題的模式所不同，科研問題驅動教學法以學生為主體，以專業領域內的實際科研問題為核心規劃實驗內容，讓學生圍繞實際科研問題尋求解決方案。我們將該學習模式應用于分子生物學實驗教學，提高學生在教學過程中的參與意識和主動性，更好地激發學生自主學習的熱情和求知欲。

教學內容的拓展及知識全面性的增加，激發了學生的興趣和創造力。近年，學校組織了學科知識競賽和生物建模大賽等。2021年共提交了200多件作品，參賽作品數量較往年增加三成以上。其中授課班級學生從去年的0人參加，到今年40人組隊參加。科學與藝術的結合，不僅是課堂內容的延伸，也調動了學生藝術創造力，加深了對相關知識點的記憶。在教學過程中發現，“RBL+TBL”分子生物學實驗教學模式可以和各類學科比賽結合，相得益彰。經過探索，2021年度，授課班級的6個實驗小組踴躍報名，經過探討和整合，最終形成了2個參賽項目，共計10人參加全國大學生生命科學大賽（CULSC）的科學探究類賽道。實驗課與比賽相結合，豐富學習生活，使學生樹立創新探索的科研精神。將以問題為導向的“RBL+TBL”模式應用于實驗教學，能培養學員縝密的邏輯思維能力、敏銳的觀察能力、良好的語言表達能力和解決實際問題的能力。

5 結語

傳統的分子生物學實驗教學主要采取授課模式（Lecture-based Learning，LBL）開展，缺乏分析、思考的環節。對于學生來說，“RBL+TBL”教學模式下的實驗不再是單一操作訓練，學生深度參與實驗開展的各個環節，既滿足了實驗課對學生動手能力的鍛煉，又增強了實驗課程的科研訓練，且更容易激發學生的興趣。同時，教育目標，從認知領域的低階（知曉和領會知識點），上升到高階（分析、綜合應用和評價），更符合新時代培養學生的需要。通過近年來分子生物學實驗課程的教學改革實踐，學生普遍反映對學習能力、創新能力有較大提升，為農學類專業研究型教學模式改革提供了新途徑。

與傳統的教學模式相比“RBL+TBL”模式，主要有如下優點：（1）通過研讀文獻、選擇實驗項目，可以培養學生的科研思維和解決實際問題的能力；（2）在實驗方案互評過程中，進一步鍛煉學生應用、分析的綜合能力，鍛煉學生縝密的科研思維；（3）在實驗方案的實施過程中，幫助學生熟悉科研實驗的基本過程，鍛煉實驗操作和數據處理能力，形成一定的科學素養[13]；（4）授課過程包括了課堂講授、自主學習、線上學習和分組式的合作學習，既鍛煉了獨立思考的能力，也促進了學生的合作交流，為交流思想提供了平臺[14

“RBL+TBL”教學模式在實施中也存在一些問題，由于實驗時間靈活，教師很難做到時時監督，需要投入更多的師資力量來保障實驗課的開展。為了適應“RBL+TBL”教學模式，需要建立合適的評價模式，將線上、線下兩方面的評價分開，細化評價體系，量化實驗參與度，更加合理公平地對學生的學習行為和成果進行評價。該教學模式還需要在今后的實踐中積累更多經驗，不斷打磨以形成更加科學、有效的教學模式，進一步在分子生物學實驗教學過程中推廣應用，培養符合社會需要的大學生。

——————————

參考文獻：

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

〔2〕段瑞君，楊希，梁健，等.分子生物學模塊化教學改革的探索與實踐[J].生物學雜志，2018，35（01）：118-120.

〔3〕蔡蓉，王家敏，梅文瀚.生物化學與分子生物學混合式教學模式改革探索[J].生物學雜志，2019，36（06）：105.

〔4〕柳泳，李曙光.基于“以學生為主體”理念的公共教育學課程改革探究[J].成都師范學院學報，2021， 37（02）：48-52．

〔5〕沈喜，馮虎元.分子生物學實驗課程的內涵式發展策略[J].高校生物學教學研究（電子版），2018，8（06）：3-8.

〔6〕李繼，廖斌.培育歷史解釋素養的教學邏輯[J].成都師范學院學報，2020，36（10）：118-124.

〔7〕羅山，戴高明.CDIO模式下“測試信號分析與處理”教學改革探索[J].攀枝花學院學報，2016，33（02）：106-109.

〔8〕BATESA A W， POOLE G. Effective Teaching with Technology in Higher Education： Foundations for Success[M]. San Francisco：Jossey-Bass， 2003：77-79.

〔9〕RUFAIDAH L N， UMAMAHN， SUMARDI， MARJONO， SURYA R A. Learning environment technology-based in improving students independent learning[J]. IOP Conference Series Earth and Environmental Science， 2021，747：012056.

〔10〕秦振濤，張靖.新工科背景下地方性高校智慧云學習平臺建設研究[J].攀枝花學院學報，2019，36（02）：102-104+109.

〔11〕秦麗瑋，胡原，萬建，等.分子生物學虛擬仿真實驗平臺的建設與應用[J].實驗技術與管理，2018， 263（07）：140-143，147.

〔12〕劉麗莉，于輝.基于MOOC+SPOC線上線下混合模式的分子生物學實驗教學探索[J].中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2020（06）：18-19.

〔13〕盧玉林，陳曉冉，王麗.材料力學開放實驗教學探索與改革——以開孔板力學性能分析為例[J].攀枝花學院學報，2019，36（05）：104-107．

〔14〕鄭群，張力平.基于醫學生綜合素質培養的病原生物學實驗教學實踐[J].基礎醫學教育，2018，20（08）：665-667．

收稿日期：2023-01-19

基金項目：甘肅農業大學課程思政項目（2021-054）；甘肅省教育廳高校青年博士基金（2021QB-031）