RBL教學模式在分子生物學課程中的應用探索

鄭梅竹,潘奕辰,魯婷婷,陸 瑤,張 薇,范亞軍

(1.長春師范大學中心實驗室,吉林 長春 130032;2.吉林大學生命科學學院,吉林 長春130012;3.長春師范大學生命科學學院,吉林 長春 130032;4.長春市第六中學,吉林 長春 130031)

分子生物學是一門在分子層面上對生物大分子的結構和功能進行研究的綜合性基礎學科,與生物化學、病理學、生理學等學科有著千絲萬縷的聯系,它可以揭示出生命現象的本質。分子生物學本身的學科特性和應用領域的復雜性使其成為一門前沿科學領域,它讓人類對生命的理解從宏觀領域延伸到了微觀層面,為人類利用并改造生物提供了有力的工具。作為一門基礎課程,分子生物學擁有龐雜的知識體系,對提高本科生的培養質量和科研能力具有十分關鍵的作用。

研究型(Research-Based Learning, RBL)教學模式是一種在“發現式學習模式”和“認知發展學說”的基礎上發展起來的,在學科中開展研究的教學模式[1]。教學過程是教與學互動的過程,RBL教學模式是指在傳授傳統教學知識的基礎上,教師運用多種教學手段觀察學生的行為表現,及時調控學生的不良行為,鼓勵學生思考、探究,幫助學生解決學習中遇到的問題,旨在培養學生創新精神的一種模式。這種模式以學生為主體,以教師為引導者,支持學生個性的發展。在教學、科研相結合的氛圍中,師生融洽地相互交流,達到激發學生創新欲望的目的[2]。RBL教學模式實現了教學與科研的統一、人才培養與學科建設的統一[3-4]。大量的資料證明,參與科學研究工作,接觸科技前沿,對學生形成積極的科學態度有著極大的影響[5-6]。

1 分子生物學課程教學現狀及存在的問題

分子生物學有著鮮明的學科特色,具有較強的理論性、實踐性,內容冗長繁雜,知識點多,學生理解、掌握實驗操作難度大[7]。如何讓學生知悉分子生物學理論及技術相關的前沿知識,進而培養出創新型人才,是當今推進分子生物學教學面臨的首要問題[8]。當今傳統分子生物學課程的教學內容和教學模式存在的問題主要體現在以下三方面。

1.1 缺乏對學生科學觀與創造力的培養

在傳統的教學中,大部分學生課堂參與度不高,習慣被動接受知識。多數學生思考問題的思路過于狹窄,角度過于單一,綜合分析能力及創新思維不足。例如蛋白質翻譯過程是一個非常復雜的過程,學生在學習該部分知識時往往都是死記硬背。這種學習方式顯然無法提高學生的學習效果,不利于學生對該部分知識的掌握。

1.2 課堂教學缺少新時代特色

傳統教學無法呈現不同學科和技術的交叉與融合,大部分學生存在生物分子技術等專業知識基礎不扎實、缺乏理論聯系實踐的能力等問題。例如“基因表達調控”這一知識點晦澀難懂,部分學生在學習過程中對基因表達調控的相關知識掌握不到位,導致實驗課程難以達到預期效果。

1.3 新知識體系難以及時傳授給學生

隨著科技的進步,近年分子生物學得到突飛猛進的發展,許多新成果、新理論應運而生。但由于種種原因,普通院校中使用的分子生物學教材的主要內容變化幅度較小。若僅靠傳統教學,難以及時將新知識體系傳授給學生。如果教師忽略了這些問題,仍然按照傳統教學模式粗略講解,就可能導致學生對新、舊知識體系的理解產生沖突。既要保證學科內容和知識體系的穩定,又要適時地反映學科發展的動態,對教師教學而言是一個非常大的挑戰。

2 RBL教學模式在分子生物學課程教學中的應用對策

基于上述情況,依托長春師范大學“吉林省長白山天然藥物化學與生物學重點實驗室”,以教師負責的科研項目為引導,在分子生物學理論教學及分子生物學實驗教學中應用“邊研邊學,研學結合,以研促學”的研究型教學模式,通過教學內容及授課方式的轉變,提高學生自主學習能力及整體的學科素養。

2.1 優化和整合理論教學內容,提升教學內容的新穎性

隨著科學技術的發展,分子生物學研究中的新方法、新技術層出不窮。作為揭示生命活動根本機制的基礎課程,分子生物學應以動態的知識體系為主要內容,以隱藏在生物活動現象背后的分子機理過程的解析為重點[9]。根據長春師范大學《分子生物學課程教學大綱》的要求,對課程內容進行了優化和改進,剔除過時的教學內容,整合重復的知識點,充實前沿的理論。在授課過程中,結合教材適時地對分子生物學最新的研究成果及科學前沿知識進行講解,并將分子生物學新技術在日常生活中的應用進行介紹[10]。如近些年腦卒中的發病率顯著上升,在授課過程中可以此為切入點,講解分子生物學在腦梗檢測、治療以及在其他疾病預防、診斷中發揮的作用,引導學生思考分子生物學的重要性,激發學生的學習能動性。

2.2 運用多種現代化教學措施,構建以教材為主、網絡教學平臺為輔的教學資源

作為多學科交叉的產物,分子生物學涉及的范圍極為廣泛。在分子生物學教學中,面對教學內容信息量大、課時少的問題,如何提高學生的學習效率是一個十分重要的課題。在理論教學中綜合采用講授和自學兩種教學方法。在課堂教學中,使用多媒體等現代化教學手段,整合教學資源,將教材重難點以動畫的形式呈現出來,形成生動、直觀、系統和完善的分子生物學多媒體教學課件,增加學生對知識的掌握程度,極大地提高了學生的學習興趣[11]。充分利用互聯網教學平臺創造寬松、和諧的教學氛圍,使學生的創造性思維、學習的主動性得到充分發揮。

及時將分子生物學理論和技術的前沿資料上傳至教學平臺,依據教材定期開展探究和討論性專題活動,學生通過上網查閱資料了解最新的分子生物學知識,求知欲、創新欲望得到極大程度的增強。如在每年的諾貝爾生理學或醫學獎揭曉之際,讓學生查閱近5年的獲獎者,選擇獲獎者所研究的課題,整理資料,并結合最新進展,在課堂上相互交流。

2.3 強化課內實踐性教學,培養學生的科學與創造性思維

對課內實驗內容進行優化和重組,貫徹“三型實驗原則”(將實驗分為基礎型實驗、綜合型實驗、研究型實驗三大類)。適當削減驗證型實驗,適度增添綜合型實驗,積極開展創新性研究型實驗[12]。

基礎型實驗部分,在學生能規范操作基本的實驗及常規實驗技術(如瓊脂糖凝膠電泳、聚合酶鏈式反應、DNA的提取等)基礎上,減少傳統的驗證型實驗項目及學時數。在進行基礎型實驗過程中,學生應做到“3個獨立”(獨立進行操作、獨立分析實驗現象、獨立撰寫報告)、“2個必須”(必須預習實驗內容、必須認真聽老師講解)、“1個嚴格”(嚴格遵守實驗操作安全準則),以達到培養學生的實驗操作技能、提高學生解決問題能力的目的。

綜合型實驗部分,根據實驗室現有資源,加強設計型實驗項目的訓練。如組織學生針對課內教學中遇到的問題分小組進行實驗項目設計,教師評估項目的可行性并給予適當的指導。這一過程為學生提供機會,可以提高他們的信心、自我效能、技能和科學探究能力[10]。

研究型實驗部分,引導學生查閱相關資料,探究教材上的實驗并進行改進創新。在學生設計新的完整實驗過程中,培養學生的創新能力,激發學生的創造力,促進學生綜合素質的提高。

2.4 開展課外創新性研究型實驗

由于本科生的課題經費有限,可以以碩士生課題研究和本科生課題組活動為平臺,合理并充分利用導師研究經費、碩士生研究經費和本科生課題組經費,整合現有實踐教學資源。教師講授分子生物學基礎知識的同時,讓本科生融入碩士生課題研究中,直接參與分子生物學項目實驗,使本科生對分子生物學領域的研究內容有切身的體會與認識,將抽象內容直觀化。本科生以3～5人為一組,自發組成多個研究小組,根據教師申報的科研項目,查閱相關資料后撰寫創新創業項目申請書,教師根據申請書的質量選擇幾個研究組進行科學項目的實驗研究。此過程可以激發學生對新知識的興趣,幫助學生找準自己的定位,從而進一步培養學生的科技創新能力。

3 RBL在分子生物學教學中應用的效果

3.1 實驗分組

在2019級和2020級生物技術專業隨機抽取2個班的學生各90人(在年齡、性別、專業背景、學習環境等方面無統計學差異),分別設立為實驗組(RBL教學組)和對照組(傳統教學組)。傳統教學組實施基于講授的教學方法(Lecture-Based Learning,LBL)和以問題為導向的教學方法(Problem-Based Learning,PBL),RBL教學組實施“LBL+PBL+RBL”教學法。

3.2 教學效果評價

選擇課程考核方法(課堂表現、平時作業和期末考試相結合),分析成績,評價RBL教學模式在分子生物學課程教學中的效果。采用 SPSS 21.0 統計軟件對數據進行分析整理,采用雙樣本t檢驗進行組間比較,P<0.05 表示差異顯著。

3.3 學生實踐能力評價

通過問卷調查和訪談,評價RBL教學模式下學生的查閱文獻能力、科研思維和創新能力、分析解決問題能力、實踐動手能力、團隊協作和綜合素質等方面的改變。

3.4 實驗結果

RBL教學模式在分子生物學教學中應用后,學生的學習成績(表1)和動手操作能力、查閱文獻能力、科研思維能力、團隊協作能力、分析解決問題的能力、科研意識、創新能力等方面(圖1)都有顯著提高。結果表明RBL教學模式的采用拓寬了學生的視野,提高了學生的創新能力以及科學素養,調動了學生的學習積極性,挖掘出一批致力于從事科研工作的學生,為培養高素質創新應用型人才奠定了堅實的基礎。

表1 學生考核成績

圖1 分子生物學教學中應用RBL教學模式對學生學習效果的調查表

經過RBL教學模式培養的學生申報全國大學生生命科學創新創業大賽、吉林省生命科學競賽和吉林省大學生創新創業訓練計劃項目的成功率顯著提高,2019級生物科學和2020生物技術專業學生獲得全國大學生生命科學創新創業大賽三等獎2項,吉林省大學生生命科學競賽二等獎2項和三等獎1項,獲批吉林省大學生創新創業訓練計劃項目2項。導師在指導大學生科研項目的同時,既提高了自己的教學水平和教學質量,又順利完成了所申請的科研項目。

4 結論

RBL教學模式能提高學生的學習能動性,激發學生對分子生物學及創新創業項目的興趣;增加學生的知識儲備量,提高學生的創新實踐能力。教師不斷更新并完善教學內容,將教學與科研相結合,以研促學,在完成教研任務的同時,促進了人才的培養,進而使分子生物學課程教學質量進一步提高。應用實踐結果表明,RBL教學模式在分子生物學教學實踐中是行之有效的,具有較強的應用價值。