課程思政視域下分子生物學實驗的課程設計

沈 喜， 林 芳， 宋 淵， 張 華， 易 靜， 程 博

（蘭州大學生命科學學院生物國家級實驗教學示范中心，蘭州 730000）

0 引言

課程思政建設是高校進一步推進教學改革、落實立德樹人根本任務的戰略舉措。2020年教育部印發了《高等學校課程思政建設指導綱要》，明晰了課程思政的建設要求和路徑遵循［1］。習近平總書記在黨的二十大報告中再次重申，育人的根本在于立德，落實立德樹人根本任務，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人。近幾年，高校在實驗室安全［2-3］、實驗課程教學［4］、實驗課程評價體系［5］、實驗中心建設［6］等方面中開展了課程思政教育，提出多種課程思政的方案和策略，有力提升了實踐教學教師在全員、全過程、全方位“立德樹人”“知行合一”的教育水平。

分子生物學是面向生物、醫學、藥學、草業、生態等生命學科學生開設的一門核心課程，應用范圍與人類生產生活有著包羅萬象的關系，例如：遺傳病診斷和預防、生物醫藥、農作物改良、動物育種、畜牧業發展等方面。但是，生物專業要取得突破性進展和豐碩的成果，必須依賴基本的實驗條件、大量的精力投入、淡泊名利的耐心和毅力。由于投入學習的周期長、收益慢，生物專業已從20年前高考學生認為的“21 世紀是生命科學的世紀”轉變為當下的“四大天坑”專業之首。作為生命專業核心課程的教學團隊，在課程思政視域下，以價值引領和人文情懷豐滿課程內容，將傳授先進知識和課程思政相融合進行課程設計，科學有效地落實于本科教學中，達到增強學科魅力、觸發學習動力的教學目標，培養愛崗敬業的生命科學人才。

1 分子生物學實驗課程思政的意蘊及價值

在課程設計之前，需要準確把握分子生物學實驗課程價值內涵與實驗課程思政的內涵，以課程教學目標為指導，在知識傳授和技能培訓的過程中，重視學生品格、意志、情感和價值觀的塑造，實現實踐教學與課程思政的價值統一（見圖1）。

圖1 分子生物學實驗課程思政設計框架

1.1 分子生物學實驗課程的內涵與價值

分子生物學是運用先進儀器、巧妙設計、實驗觀察、邏輯分析和思維判斷來揭示微觀生命，并用之改造生命、實現生物定向演化的學科。1901 ～2022年自然科學的諾獎得主共有638 人，其中近1／2 的成果與生物化學及分子生物學有關，充分表明這門學科的研究進展代表著人類在前沿科技、科學思維和微觀認知方面的綜合進步。在探索微觀生命的過程中包含了人類孜孜以求追求真理的精神，包含了人與人的相互配合、辯證和共識，達到對自然界的了解、適應和改善。所以通過學習這門課程，讓學生不僅增強改造自然的學科自信，更應該懂得尊重和敬畏自然規律，與自然和諧共生的世界觀，牢固樹立人與人之間求同存異、相互依賴的“人類命運共同體”的價值觀。

1.2 實驗課程思政的內涵與價值

課程思政不是一門具體的課程，也不是純粹的思想政治教育，作為價值觀教育的一種新理念，旨在實現知識教育與價值教育的統一，育人與育才的統一［7］。

實驗教學融入思政教育較理論課程更有實踐意義，在特定的實驗室里，學生身處專業儀器和特殊試劑藥品的嚴肅環境中，會不自覺地懷著好奇與敬畏，通過教師的引導學習理論知識，按照實驗要求進行實踐活動，再根據理論知識分析實驗結果最后完成實驗報告。在理論-實踐-理論的認知過程中，與教師有著近距離、充分交流的機會，教師的政治意識、學術精神、文化自信和人格修養很容易與顯性的知識傳授相融合［8］，多角度地對學生產生直接影響，形成一種“如鹽入水”的隱性教育，促進學生綜合能力的全面發展。所以說，實驗教學具有“知行合一”的思政教育內涵和價值。

1.3 分子生物學實驗教學目標與實驗課程思政建設目標的價值耦合

分子生物學實驗以各類生命體為研究對象，側重于技能培訓和行為實踐。學生提高學習的獲得感和認同感，源于把學習不僅僅當作知識的積累、轉變和遷移［9-10］，而是自身理想信念的切實行動者，是生命學科的學習價值到社會價值的體現。高校課程思政建設側重于精神和思維的培育，如果單純以思想教育為主，會顯得空洞無物，同樣需要以課程教學為載體，在專業技能培訓中強調知識教育與價值教育相統一，注重價值引領和品德培養。只有將二者有機結合起來，才能達到同向同行，最終把大學生培養成具有堅定理想信念和過硬學識能力的社會主義建設者和接班人［11-13］。

2 分子生物學實驗課程思政的實現路徑

實驗教學進行課程思政的路徑必須全面深入地聚焦教學設計和實施環節，不能生搬硬套和強行植入，讓思政教育和實驗教學形成“兩張皮”的現象。現結合線上與線下兩條路徑力求將思維、能力、情感、品格的培養有機地融合于實驗教學，以“潤物無聲”的方式將思政融化于技能培訓和素養達成之中。

2.1 專業教師思政教學能力的提高

2019年3月，習近平總書記在學校思想政治理論課教師座談會上指出：“辦好思想政治理論課關鍵在教師，關鍵在發揮教師的積極性、主動性、創造性。思政課教師，要給學生心靈埋下真善美的種子，引導學生扣好人生第一粒扣子”。不僅思想政治理論課，所有課程思政元素的挖掘和融入歸根結底是由教師組織完成，從4 個方面提高專業教師的思政教學能力。

（1）建設課程教師團隊。目前高校教師的學歷組成普遍以博士為主，整體業務水平較高，但是教授同一門課程的不同教師對課程思政的重視程度和認識水平存在差異，這就需要以建設教師團隊為核心，加強教師團隊政治理論學習和交流，首先在教師隊伍中達到政治認同、共同重視和價值統一，才能發揮每位專業教師的主觀能動性，做好課程的思政教育［14］。

（2）建立規范的教學大綱。課程思政需要有較高的理論和政治水平，需要教師開拓視野，學習政治理論，深入思考價值元素，挖掘教學內容與思政教育的結合點，共同制定教學大綱。在講授知識點和學生實踐過程中，何時加入、加入什么案例、如何將案例提升為思政精神，都需要教師團隊達成共識，寫入教學大綱，成為思政教學的規范，避免思想認識的偏差。

（3）建設課程思政案例庫。在規范的教學大綱指導下，教學團隊定期開展教研活動，組織教師根據本學科的科技前沿、社會熱點、文化自信、科研倫理和科普知識等方面搜集思政案例，提煉思政元素精神，建立思政案例庫，并且隨著本學科的科研進展、熱點變換和新事件的發生不斷更新。

（4）設計實驗課堂的教學環節。課堂設計是實現思政元素融入實驗課堂的關鍵，教師在組織和融入思政教學的實驗過程中，不僅需要思政案例的植入，更需要基于實踐經驗的萃取，將實驗教學的基本方法和思想政治教育的一般規律相結合，設計好實驗教學的每一個環節。一份好的課堂設計可以使思政教育成為實驗教學改革的推動力，讓學生對實驗環境產生親近感，對實驗目的產生歸屬感，對實驗過程產生責任感，對實驗結果產生獲得感，真正達到實驗課程思政教學的實效［15］。

2.2 實驗教學“6 環節”融入思政元素的具體路徑

2.2.1 課程導學環節（課前）

分子生物學實驗自2020年起實行線上線下混合教學模式，在線MOOC已在中國大學MOOC平臺運行6個周期。MOOC的總論納入覆蓋分子生物學實驗內容、具有劃時代意義、里程碑式的諾獎成果故事。諾貝爾獎是全球學者追求的最高榮譽和學術認可，通過課前導學，將其中的科學精神和科研素養塑造為本課程的第一印象，充分激發學生熱愛本學科、樹立為生命科學事業長期奮斗的崇高志向。

（1）追求真理、無懼權威的創新精神——Watson和Crick發現DNA雙螺旋結構獲1962年諾貝爾化學獎。分子生物學實驗的第一步是獲取生物的基因組DNA，而DNA雙螺旋結構的發現被視為20 世紀最偉大的成就之一，是分子生物學誕生的標志。20 世紀50年代，學院參與DNA 結構解析的主要有3 個團隊：加州理工的科學奇才、世界主要的結構化學家Linus Pauling、兩個血氣方剛并無多少科學經驗而被很多人小看的英國博后Watson 和研究生Crick、英國國王學院實驗室的Maurice Wilkins 和Rosalind Franklin。研究背景相差懸殊的情況下，對DNA結構研究充滿熱情的Watson和Crick根據Wilkins報告中DNA的X射線衍射圖片，推導出了DNA 雙螺旋結構模型的初稿，但是提呈給Franklin時被指出了重要的錯誤。兩個年輕人并不氣餒，根據Wilkins提供的Franklin 更清晰的X射線衍射照片繼續完善模型推導，最后先于Linus Pauling于1953年4月25日出版的Nature 雜志發表了DNA反向平行雙螺旋模型的論文，成為現代科學史上的重要里程碑，對當代從分子水平研究生命科學產生了深遠的影響。少年強則中國強，在受到西方不良文化影響和沖擊下，許多青少年價值觀扭曲，金錢享受觀至上。但是通過國外科學家獲諾獎的故事讓學生明白對科學真理的追求和突破認知邊界的努力是人類的共同價值取向。當前，我國面臨新時代新征程的使命任務中，青少年的重任在肩，非常需要這種對科學研究充滿熱情、勇于挑戰未知、勇于沖破權威束縛的創新精神做支撐。

（2）集智攻關、團隊協作的協同精神——Paul Berg發明DNA 重組技術獲得1980年諾貝爾化學獎。DNA重組和轉化是分子生物學實驗基因克隆的核心技術，這項技術在至少3 個國際頂尖研究團隊的努力下得以實現。1972年，美國斯坦福大學現代遺傳工程之父Paul Berg 團隊在試管里將病毒SV40、大腸桿菌乳糖操縱子和λ 噬菌體功能基因，通過λ 外切酶、EcoR I、DNA聚合酶I、DNA 連接酶進行人工重組，完成了人類第一次把不同物種的DNA 連接成重組DNA的壯舉。1970年瑞典卡羅林斯卡研究所的Mandel 研究團隊，發明了CaCl2熱休克轉化法讓大腸桿菌吸收噬菌體DNA。1973年，斯坦福大學醫學院Stanly與加州大學伯克利分校的Boyer，結合前兩個團隊的成果，將重組的質粒DNA 導入細菌，轉化技術獲得成功，奠定了當代分子克隆、基因工程、生物醫藥的基礎。科學技術的進步和發展向來不是孤立的個人行為，都是在前人經驗積累的基礎上，結合自身和團隊的持續努力獲得突破性進展，我國青年一代必須懂得人類戰勝自然、改造自然要依靠團隊和集體的智慧和力量。

（3）胸懷天下、服務人民的愛國精神——屠呦呦因青蒿素研究獲2015年諾貝爾生理或醫學獎。在講分子生物學應用時引入我國屠呦呦獲得諾獎的故事。瘧疾是流行于熱帶和亞熱帶國家的重要流行病，青蒿素問世推廣前，全球每年約有4 億人感染瘧疾，100 萬以上人口死亡［16］。屠呦呦以人民生命安全為己任，領導課題組收集中醫藥2 000 余方藥基礎上，歷經380多次失敗，終于在1971年獲得青蒿抗瘧發掘成功。青蒿素不僅有效控制了我國瘧疾的感染率和死亡率，自2006年被WHO推薦用于瘧疾一線藥物后，使全球每年百萬人免于瘧疾的病死［17］，對人類公衛事業上作出了巨大貢獻。生物醫藥是現代生物技術與制藥產業相結合的高精產業，近年來，中國生物技術的發展雖然在干細胞、合成生物學、神經生物學等多個領域實現突破，但具有原創性的研究成果和應用落后于海外，以發展原創科技為核心競爭力的生物醫藥研發是中國解決卡脖子的緊迫問題，需要青年一代以強烈的愛國主義精神為學習動力，投身于現代生物技術在生物醫藥領域的研究。

（4）生物技術的雙刃劍、科學倫理的普及——Charpentier和Doudna因發明基因編輯技術獲得2020年諾貝爾化學獎。CRISPR／Cas9 基因編輯技術是目前全球做分子研究必備的實驗技術，年輕的華裔科學家張峰是該技術的重要發明人。雖然2020年的諾貝爾化學獎授予法國Charpentier和美國Doudna，但是2022年2月28日，美國專利和商標局（USPTO）裁定CRISPR／Cas9 基因編輯技術專利屬于張鋒團隊。暫且不討論諾獎的得失問題，需要向學生指明的是：生物技術是把雙刃劍！基因編輯使生命科學有能力全面干預生命的遺傳和演化，但是引起社會廣泛關注的基因編輯嬰兒的出生，向世人提出了警示：生物技術造就的奇跡越多，由其引發的社會風險和科研倫理也會越多。所以，提醒未來從事生命科學研究的學生應該清醒地認識學術底線：禁止采用生殖細胞從事基因治療，因為生殖細胞可將編輯過的基因遺傳給后代，導致人類基因池的污染，造成的不良后果目前無法確定。

2.2.2 實驗原理環節（課前）

理科實驗教學中需要學生掌握原理性和方法性的思維模式，尤其是具有微觀特征的分子生物學實驗，孤立的驗證性實驗不僅不能解決實際科研問題，而且學生無法建立各項實驗技術之間的聯系。結構性思維是馬克思主義方法論中整體和部分關系的重要啟示，也是科研工作的重要思維方式。本課程教學團隊對課程內容進行重構，減少單獨的驗證性實驗，將分子生物學實驗學習的各項技術，整合于解決科研問題的技術通路，以解決問題為“整體”頂層設計，以單項技術為“部分”進行教學實施，在實驗原理環節幫助學生繪制思維導圖，將綜合實驗中復雜的流程先分大模塊，最后分解到具體步驟。這種結構性思維設計的實驗體系，既有框架又有細節，加強了技術點之間的關聯性，在課前幫助學生建立“整體”和“部分”的觀念，既有助于記憶，而且提高了分析問題和解決問題的能力［18，19］。

2.2.3 實驗操作環節（課上）

實驗操作環節是學生獨立自主動手動腦的主要環節，過去往往側重動手能力的培養，讓學生認為實驗操作僅僅是“照單抓藥”，忽略了蘊含于實驗成敗的多方面因素。應根據課程思政的理念，構建“顯性教育”與“隱性教育”相結合的實驗技能培訓，通過二者之間教育目的的一致性、工作內涵的共融性和實施主體的協同性［20］，將樸實勤奮的實驗習慣、高尚自律的人格素養通過教師的言傳身教傳染給學生，真正實現學生綜合能力的培養。

（1）團隊協作意識。在科學研究中，重視團隊作用，發揚協作精神，是取得科研成果的重要因素。本課程的實驗課上要求2 人為一個合作小組，每次實驗兩位同學都有相應的任務，例如這次實驗A 同學配制試劑，B同學安裝實驗裝置，下次實驗角色對換。這樣安排不僅提高每位同學的動手參與度，而且由于實驗的成敗關乎兩個人的操作，充分培養了學生小組內相互合作、共同榮辱的協作意識。

（2）“利他”思維。“利他”思維是東方的辯證哲學思想，是華夏5000年人與人之間文明相處的智慧。很多學生在實驗室里以自我為中心，遲到早退影響課堂秩序，隨手擺放物品忽略他人感受。所以遲到早退納入綜合考核，實驗過程中教師會提醒和要求學生及時歸位用過的公用藥品和物品，值日生及時補充公用蒸餾水等；實驗后認真清理實驗臺，清洗、整理用過的燒杯、培養皿，調節加樣槍到最大量程并按組放置在加樣槍架上，方便下次實驗的同學使用。這些實驗習慣的培養，讓每位實驗者都能體會到為他人著想，而獲得他人尊重和贊賞的愉悅的實驗感受。

（3）挫折思想。分子生物學實驗為綜合性實驗，操作流程長、步驟多、細節多，對于第一次實驗的學生具有挑戰性。隨著實驗進度的逐步加深，失敗率會逐漸提高，許多學生因為實驗失敗而沮喪放棄。需要老師耐心引導學生分析每一步的操作細節和成敗原因，讓學生認識到真正的科學研究不是實驗流程一帆風順的復制粘貼，而需要在每個動手環節認真觀察實驗現象，關注操作細節，總結最佳操作方法。只有勇于面對挫折和挑戰，反復總結經驗教訓，才能獲得真正的成功，這才是操作環節最重要的收獲。

2.2.4 實驗器材環節（課上）

分子生物學實驗的器材會用到離心、滅菌、核酸檢測等設備，用到許多昂貴的試劑和材料，MOOC導學部分不僅專門介紹儀器設備的安全使用和規范操作，另外在課上還要按照每個實驗的實際情況講授課本之外的經驗，將勤儉節約、實驗安全和環保意識落到實處。

（1）勤儉節約意識。勤儉節約是中華民族的傳統美德，作為未來的科研工作者更應該注重試劑耗材的節約，避免社會資源的浪費。①所有易變質、易降解的貴重酶類和蛋白質樣品應小量分裝，避免反復凍融后整管浪費。如TaqE、dNTP和彩虹marker等；②配制試劑按需配制，不隨意浪費藥品。例如不同大小的水平板電泳槽，按照體積提前計算需要的瓊脂糖的克數，然后配制相應毫升數的瓊脂糖凝膠；③回收利用用量較大的試劑或昂貴的實驗材料。例如電泳的電極緩沖液和Western Blot的第一抗體可反復使用3 ～4 次，降低實驗成本；④減少一次性塑料器材的使用，例如使用可反復滅菌的玻璃培養皿，減少一次性塑料培養皿的使用，也可降低對環境的白色污染。

（2）安全意識和環保措施。黨的二十大報告中指出，“人與自然和諧共生”是“中國式現代化”的5 項特征之一。堅持可持續發展，像保護眼睛一樣保護自然和生態環境，是生命專業學生必備的職業素養。分子實驗室試劑藥品項目種類繁多，涉及有機試劑包含苯酚、氯仿、異戊醇等；生物樣品包括工程細菌、蛋白、抗體等；有害試劑包括致癌性的EB、神經毒性試劑丙烯酰胺等，所以安全教育和環境保護措施的培養必須貫穿于實驗始末。例如：廢棄的有機試劑苯酚／氯仿／異戊醇不能直接倒入下水道污染環境，必須集中回收在廢液桶中，廢液桶上標記明確的標簽，等待學校統一回收給專業“三”廢品公司處理；實驗構建的具有耐藥性的工程菌應在實驗后高溫滅活處理；用致癌性染料溴化乙啶染色的瓊脂糖凝膠必須集中回收，用活性炭處理后在學校焚燒爐里焚燒為無害物，或者用無致癌性染料Gene Green替換致癌性試劑溴化乙啶；PAGE 電泳灌膠剩余的液態聚丙烯酰胺不能直接倒入下水道，必須等到與N'N-甲叉雙丙烯酰胺化學聚合成毒性極低的固態聚丙烯酰胺凝膠后丟棄。

2.2.5 實驗報告環節（課后）

學術誠信一直是科研工作者最重要的品德規范，但是學生中抄襲和采用他人結果的現象時有發生，究其主要原因：傳統的實驗評價以實驗成功為主要給分項，學生為了獲得良好的實驗成績，不惜弄虛作假或復制粘貼他人優秀的實驗照片。本著培養學生學術誠信的宗旨，我們對實驗報告采取2 個舉措：①降低實驗報告在最終成績中的比例。②實驗報告不以實驗成敗論英雄。當實驗成功時，要求學生查閱文獻，用文獻資料結合自己的實驗結果，來分析和討論本實驗說明的問題；當實驗失敗時，要求學生真實客觀地記錄實驗結果，并能用理論知識和邏輯分析來解釋失敗的原因、有可能的補救方法、如何在下次實驗獲得較好結果等。用實驗報告來反映真實的動手能力、小組配合和解決問題的能力，從根本上樹立樸素求實、誠實守信的學術精神。

2.2.6 考核評價體系（課后）

課程的考核評價改變過去以實驗報告為最終成績的單邊考核方式，而是利用線上MOOC 平臺和線下課堂實操兩種課堂環境，設計了包含對課前、課上和課后的“顯性”和“隱性”思政元素的總體考核，并設置了具體的實施細則（見圖2）。課前將學生對實驗理論知識的掌握情況納入MOOC 平臺設置的單元測驗和期末考試，將學生價值觀和精神引領以主觀題的方式設計入“課堂討論”；課上學生遵守課堂紀律和實驗清理情況納入課堂表現；課后實驗報告以小論文的形式考核學生小組配合和科研思維的達成情況。通過考核體系改革，全面客觀地反映實驗過程中技術培訓與育人育才的總體效果。

圖2 分子生物學實驗考核評價體系

2.3 課程思政反饋

通過中國大學MOOC 線上課堂討論的形式，了解學生對課程思政中科學精神的認同情況。討論題目是：談談自己最欣賞的生物科學家及原因。統計本學期排名靠前的科學家，校內學生中有19%的欣賞達爾文，敬佩他不懼神權、堅持真理的科學精神；17%的學生欣賞孟德爾，敬佩他堅持真理、善于觀察和勤于思考的科學精神；8%的學生欣賞屠呦呦，敬佩我國女性科學家淡泊名利、專心科研的科學精神；7%的學生欣賞施一公和顏寧，敬佩他們立志科研、回國報效的愛國情懷；7%的學生欣賞芭芭拉.麥克林托克，敬佩她堅持真理、質疑權威的科學精神；5%的學生欣賞摩爾根，敬佩他畢生從事遺傳學研究的執著精神；4%的學生欣賞Watson和Crick，敬佩兩位科學家年少有為、共同克服困難的合作精神。校外學生討論中有55%的（包括一名留學日本的研究生）喜歡華裔科學家張峰，非常敬佩我國青年才俊在基因編輯中的開拓性工作。從認真而熱烈的討論中可以看出，堅持真理、淡泊名利、愛國情懷、專注科研、共克難題是大多數青年學生認可和信服的科學精神，其中對華裔青年科學家張峰的敬佩體現了年輕學子對科研做出卓越貢獻的崇高理想和美好愿望。通過討論，充分說明通過線上線下相結合的課程思政設計，潛移默化幫助學生樹立了正確的世界觀和價值觀，有效激發了學生熱愛生命專業并為之奮斗的信心和決心。

3 結語

綜上所述，思政教育通過實驗課程設計發揮教書育人、立德樹人的作用，是一種行之有效的育人育才課程改革方式，也必定須長期堅持的工作。我校異地校區辦學，學生接觸最多、接觸時間最長的就是長期駐守榆中校區的專業實驗教師。通過核心實驗課程的設計和培訓，把我校一代代教師立志高遠、扎根西部的愛國情懷，專注科研、潛心教學的學術精神，踏實樸素、誠實自律的做人做事風格傳染給學生，培養品德高尚、理想遠大、具有國際視野和家國情懷的綜合性人才，是在雙一流高校建設過程中秉承的辦學理念和建設目標。

·名人名言·

科學實驗是科學理論的源泉，是自然科學的根本，也是工程技術的基礎。

——張文裕