分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)與教學(xué)改革探索*

張穎 王鋰韞 李衛(wèi)錦

嶺南師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 廣東湛江 524048

0 引言

分子生物學(xué)是以研究核酸等生物大分子的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能，并揭示其重要性和規(guī)律性的科學(xué)，是人類從分子水平上真正揭示生物奧秘、探索生命本質(zhì)的基礎(chǔ)學(xué)科[1]。在生命科學(xué)迅猛發(fā)展的今天，分子生物學(xué)成為生物學(xué)相關(guān)專業(yè)的核心課程，其知識(shí)體系、技術(shù)原理和實(shí)驗(yàn)方法已經(jīng)滲透生物學(xué)科相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域[2]，成為生命科學(xué)最具有影響力的課程之一。筆者所在的嶺南師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，生物科學(xué)、生物技術(shù)和海洋資源與技術(shù)三個(gè)專業(yè)均開設(shè)了該門課程。在生物類課程的學(xué)習(xí)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是不可或缺的，通過實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)可以加速學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解和掌握，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)生物知識(shí)的積極性，有助于提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的同時(shí)鍛煉學(xué)生的思維能力、創(chuàng)造能力，因此，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是分子生物學(xué)課程的重要組成部分。分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)在醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，主要涵蓋生物大分子的提取與純化和研究方法，包括基因的克隆，原核、真核表達(dá)載體的構(gòu)建、目的基因的表達(dá)以及表達(dá)結(jié)果的定性定量分析等[3]。嶺南師范學(xué)院分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的授課內(nèi)容主要是分子生物學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的了解及掌握；隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，一些新型的分子生物學(xué)技術(shù)也滲透在課堂中。由于學(xué)生工作和繼續(xù)深造的需求，該實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)研究和改革一直受到生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院師生的重視。

嶺南師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室始建于2000 年。自實(shí)驗(yàn)室建成后學(xué)院一直開設(shè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)這門課程，并以教學(xué)團(tuán)隊(duì)的形式開展該門課程的教學(xué)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期以教授為課程帶頭人，團(tuán)隊(duì)成員的學(xué)歷均為碩士及以上，形成了較為穩(wěn)定的教學(xué)隊(duì)伍。教學(xué)團(tuán)隊(duì)一直致力于改善分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)條件，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)的分子生物學(xué)方面的人才。專業(yè)的分子生物學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室、準(zhǔn)備室和藥品室等基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)已基本配備齊全，無(wú)菌操作區(qū)和高污染區(qū)分區(qū)嚴(yán)格，為分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)提供了穩(wěn)定有力的保障，但通過長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐也發(fā)現(xiàn)了當(dāng)前實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)存在一些不足之處。

1 分子生物實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題

1.1 學(xué)習(xí)片段化，操作碎片化

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程由于受到學(xué)分的限制，課堂教學(xué)課時(shí)數(shù)不足以保證綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)時(shí)長(zhǎng)，為了完成教學(xué)計(jì)劃，一些實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)僅僅為了湊學(xué)時(shí)，不能讓學(xué)生有比較系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。另外，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)存在操作時(shí)間長(zhǎng)，操作要求高，部分藥品毒性大的特點(diǎn)，為保證學(xué)生的人身安全和實(shí)驗(yàn)的成功率，不得已將關(guān)鍵藥品的配制、實(shí)驗(yàn)耗材的前期處理，甚至部分重要的實(shí)驗(yàn)步驟交由實(shí)驗(yàn)教師完成，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中的部分比較簡(jiǎn)單，致使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)操作過程中對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)一知半解，學(xué)習(xí)內(nèi)容片段化，操作碎片化，不能很好地做到將理論應(yīng)用于實(shí)踐，更談不上探索新知。

1.2 教學(xué)模式老舊，偏離教學(xué)目標(biāo)

目前常用的教學(xué)模式是預(yù)先確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，然后在PPT 課件或者教室黑板上將實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒉僮鞑襟E和思考題列出的模式[4]。這種模式的優(yōu)勢(shì)是操作步驟清晰、實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕Y(jié)果明確和課堂秩序良好穩(wěn)定。但也存在如下一些缺點(diǎn)。

1.2.1 學(xué)生課堂表現(xiàn)主觀能動(dòng)性差

針對(duì)教學(xué)內(nèi)容師生互動(dòng)較少，課堂以教師為中心，沒有很好地激發(fā)學(xué)生的興趣和探索欲望，使學(xué)生關(guān)注的問題是“本次實(shí)驗(yàn)需要花費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間”，而不是“應(yīng)如何操作才能將實(shí)驗(yàn)完成得更好”。大部分學(xué)生都是跟隨教師的思維模式來(lái)完成實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，缺少自主思考，常見的學(xué)生問題表現(xiàn)為“下一步該加什么？”“下一步藥品加多少量？”而不是“為什么加這個(gè)藥品，它的作用是什么？”“加這個(gè)量的原因是什么？”學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)差異時(shí)，只會(huì)問教師為什么操作步驟一樣會(huì)出現(xiàn)不一樣的結(jié)果，而沒有自主思考哪個(gè)步驟出現(xiàn)問題或者出現(xiàn)這些問題可能有哪些原因，也沒有將每次實(shí)驗(yàn)之間聯(lián)系起來(lái)去討論分析，長(zhǎng)此以往會(huì)導(dǎo)致學(xué)生缺乏主觀能動(dòng)性，易產(chǎn)生依賴性思維，不利于學(xué)生自主思考能力的提升[5]。

1.2.2 傳統(tǒng)教學(xué)不具備可重復(fù)性

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程比較抽象，不能具體到實(shí)物，這就要求學(xué)生要有比較高的理解能力，傳統(tǒng)教學(xué)就是把知識(shí)講一遍，不能達(dá)到大部分學(xué)生都掌握實(shí)驗(yàn)方法、理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的目的。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作問題

由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，大型儀器不可能做到每個(gè)學(xué)生都能操作，致使部分學(xué)生對(duì)大型儀器很陌生，甚至有少部分學(xué)生都不知道自己在實(shí)驗(yàn)過程中用過哪些實(shí)驗(yàn)儀器，于是會(huì)出現(xiàn)后期在做科研實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)時(shí)不會(huì)操作或者錯(cuò)誤操作儀器的情況。

1.2.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用與管理問題

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室是完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要場(chǎng)所，要求配置先進(jìn)完備的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備。同時(shí)這些儀器和設(shè)備的使用需要使用人員接受一定程度的基礎(chǔ)訓(xùn)練才能保證儀器被正確操作，否則會(huì)容易損壞儀器，甚至可能會(huì)威脅實(shí)驗(yàn)員的人身安全和造成財(cái)產(chǎn)損失。部分學(xué)校為降低安全隱患和減少實(shí)驗(yàn)過程對(duì)儀器的損耗不得已只能通過實(shí)驗(yàn)教師操作演示的方式完成教學(xué)，使學(xué)生動(dòng)手操作機(jī)會(huì)更是少之又少，這與教學(xué)目標(biāo)相矛盾，學(xué)生的動(dòng)手能力、思維能力、創(chuàng)造能力和團(tuán)隊(duì)合作能力都沒有得到鍛煉，從而達(dá)不到開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程的目的。

1.2.5 在疫情防控背景下，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)遇到了新挑戰(zhàn)

疫情防控期間，學(xué)校課堂教學(xué)由線下被迫轉(zhuǎn)戰(zhàn)線上教學(xué)。這種突發(fā)的轉(zhuǎn)變對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程來(lái)講無(wú)疑是猝不及防的，因?yàn)檎麄€(gè)實(shí)驗(yàn)操作會(huì)受到多方面因素的影響，比如實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)儀器的使用、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的分散以及實(shí)驗(yàn)操作時(shí)長(zhǎng)等，無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到與理論課相近的線上教學(xué)效果，造成實(shí)驗(yàn)課程與理論課程進(jìn)度不匹配的局面。線下教學(xué)存在的問題還沒有得到解決，新的挑戰(zhàn)又出現(xiàn)，以上這些問題促使筆者所在學(xué)校抓住機(jī)遇，堅(jiān)定了加快對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)線上課程建設(shè)的決心。

2 分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程線上教學(xué)資源的建設(shè)

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”進(jìn)行高校課程改革是研究熱點(diǎn)，近年來(lái)移動(dòng)端教學(xué)和虛擬演播教學(xué)在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[6]。MOOC 精品課堂、學(xué)習(xí)通、釘釘直播課堂、騰訊、手機(jī)在線等應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)方式在各大高校應(yīng)運(yùn)而生并取得顯著成效[7]，教師普遍認(rèn)可借助“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺(tái)進(jìn)行生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的必要性與應(yīng)用價(jià)值[8]。2019 年筆者所在學(xué)校立項(xiàng)校級(jí)教學(xué)改革課題對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)在線教學(xué)資源進(jìn)行建設(shè)，整合分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的理論知識(shí)、儀器介紹、實(shí)驗(yàn)操作流程等內(nèi)容進(jìn)行了課程錄制，并于2021 年7 月完成第一次錄制。2020—2021 年學(xué)校進(jìn)一步推進(jìn)該課程的建設(shè)，完善了線上課程介紹、課程大綱、課程教案、課件建設(shè)、教學(xué)視頻、試題建設(shè)等內(nèi)容并在好大學(xué)在線CNMOOC 平臺(tái)開通了分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)在線課程（https://www.cnmooc.org/school/course），2021 年9 月好大學(xué)在線上開始試用，試用效果反應(yīng)良好。2021 年12 月，課程教學(xué)組對(duì)實(shí)驗(yàn)操作部分進(jìn)行了視頻錄制，操作內(nèi)容分為植物基因組DNA 的提取，目的基因的PCR（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）擴(kuò)增，瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA，質(zhì)粒DNA的提取與測(cè)定，植物總RNA 的提取、鑒定與反轉(zhuǎn)錄，切膠回收及連接和感受態(tài)細(xì)胞制備及質(zhì)粒DNA 的轉(zhuǎn)化等模塊，共20 個(gè)小視頻，完善后上傳至線上平臺(tái)。2022 年該分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)在線課程獲批“粵港澳大灣區(qū)在線課程聯(lián)盟”平臺(tái)在線課程。從2021 年起在生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物科學(xué)、生物技術(shù)和海洋資源開發(fā)技術(shù)三個(gè)專業(yè)開展該實(shí)驗(yàn)課程的線上線下融合教學(xué)改革新模式。

3 分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程線上線下融合教學(xué)改革新模式的實(shí)施

針對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的課程內(nèi)容進(jìn)行線上線下融合教學(xué)的改革是一種新的嘗試，獲得了初步成效。

1）對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)打破了僅由出勤和實(shí)驗(yàn)報(bào)告組成的較為單一的考核方式，增加了課前預(yù)習(xí)、課堂參與表現(xiàn)評(píng)價(jià)和課后復(fù)習(xí)總結(jié)等內(nèi)容。在課堂表現(xiàn)與課后復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)增加了學(xué)生間小組內(nèi)評(píng)、小組互評(píng)和班內(nèi)互評(píng)的內(nèi)容，增加了學(xué)生的參與度，在評(píng)價(jià)過程中加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)課程相關(guān)知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)。

2）對(duì)本校分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的大型儀器設(shè)備進(jìn)行操作使用的錄制，可以讓學(xué)生對(duì)每個(gè)儀器設(shè)備有針對(duì)性地進(jìn)行課前預(yù)習(xí)：提前了解儀器的特點(diǎn)以及在使用中的注意事項(xiàng)。課中學(xué)習(xí)：有一定的了解后進(jìn)行操作感受實(shí)際用途，加深對(duì)儀器的了解。課后復(fù)習(xí)：由于這些儀器不經(jīng)常使用，可以結(jié)合視頻標(biāo)準(zhǔn)化的操作步驟反復(fù)練習(xí)達(dá)到熟練掌握的程度。同時(shí)這些操作視頻在學(xué)生畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)操作過程中起到了重要作用，減少了實(shí)驗(yàn)儀器管理成本，也保證了學(xué)生自身的安全。

3）對(duì)小型易耗品如移液器、制膠板、微型離心機(jī)等的操作視頻能讓學(xué)生對(duì)一些關(guān)鍵操作環(huán)節(jié)達(dá)到細(xì)節(jié)可視化和可查化。由于實(shí)驗(yàn)課程人數(shù)受到實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和生師比例高的影響不可能實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生“一比一”的演示教學(xué)，只要存在“一對(duì)多”的情況就會(huì)產(chǎn)生學(xué)生“靠后”的現(xiàn)象，以往教學(xué)中不可避免地存在學(xué)生在上完實(shí)驗(yàn)課后對(duì)所使用的儀器、耗材的操作仍無(wú)法掌握的現(xiàn)象。在移液器正確使用視頻上線后，與以往相比，移液器損壞率降低至原來(lái)的20%；在加樣過程中藥品的損耗率降低至原來(lái)的20%左右。這對(duì)減少分子實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)成本起到一定作用。

4）綜合性實(shí)驗(yàn)操作跨時(shí)長(zhǎng)，一般院校無(wú)法排出集中的2 ～3 天的上課時(shí)間讓學(xué)生一一完成對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作。部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容只能由實(shí)驗(yàn)教師幫助完成，這極大地影響了學(xué)生對(duì)綜合性實(shí)驗(yàn)的邏輯性和聯(lián)系性的理解。綜合性實(shí)驗(yàn)操作視頻不受操作地點(diǎn)、操作時(shí)長(zhǎng)的影響，學(xué)生可以一遍一遍地、隨時(shí)隨地重復(fù)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作流程，解決了以往實(shí)驗(yàn)課程中的教學(xué)盲區(qū)問題。

5）實(shí)驗(yàn)操作更加規(guī)范化，由于分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)用到一些毒性比較大的藥品，如植物DNA 的提取用到的氯仿、CTAB，瓊脂糖凝膠電泳中的EB，RNA提取中用到的Trizol、DEPC 等試劑，學(xué)生不理解試劑的毒理性，在實(shí)驗(yàn)操作過程中不注意防護(hù)，線上課程會(huì)把這部分內(nèi)容標(biāo)注成重點(diǎn)展示給學(xué)生，學(xué)生通過線上課程的觀看可以更好地了解實(shí)驗(yàn)試劑的性質(zhì)，更好地做好防護(hù)。當(dāng)然，分子生物學(xué)技術(shù)發(fā)展為課程教學(xué)提出了更高的要求，最新實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用，新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)都應(yīng)該逐漸走入課程，筆者所在學(xué)校也會(huì)根據(jù)時(shí)代要求不斷更新和完善分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)線上課程，更好地輔助線下教學(xué)。

4 結(jié)束語(yǔ)

依靠分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)資源的建設(shè)，嶺南師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院實(shí)現(xiàn)了線下線上融合教學(xué)改革新模式的實(shí)施，提高了分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量和效率，同時(shí)服務(wù)了對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)感興趣的高質(zhì)量學(xué)生的人才培養(yǎng)。隨著課程資源的進(jìn)一步完善和提升將會(huì)形成真正開放的社會(huì)共享資源。