“分子生物學(xué)”教學(xué)模式改革與實(shí)踐

［摘 要］ “分子生物學(xué)”課程緊跟科學(xué)前沿，涵蓋基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等新興領(lǐng)域，注重實(shí)驗(yàn)操作技能的培養(yǎng)。新農(nóng)科農(nóng)學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班是河南農(nóng)業(yè)大學(xué)為培養(yǎng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的精英人才設(shè)立，“分子生物學(xué)”是其培養(yǎng)方案中的核心必修課程。從新農(nóng)科農(nóng)學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，分析目前教學(xué)過程中存在的問題，提出相應(yīng)的教學(xué)改革措施，并為提升農(nóng)學(xué)專業(yè)的教學(xué)效果提供思路和方法，為培養(yǎng)科研素養(yǎng)高和具有國際化視野的創(chuàng)新型農(nóng)業(yè)人才奠定基礎(chǔ)。

［關(guān)鍵詞］ 分子生物學(xué)；教學(xué)改革；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班；優(yōu)化與創(chuàng)新

［基金項(xiàng)目］ 2023年度河南農(nóng)業(yè)大學(xué)本科教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目重點(diǎn)項(xiàng)目“新農(nóng)科農(nóng)學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班‘分子生物學(xué)’教學(xué)模式改革與實(shí)踐”（2023XJGLX016）；2020年度河南省新農(nóng)科研究與改革實(shí)踐項(xiàng)目“全方位合作 多要素融合 新農(nóng)科‘一共四互’科教協(xié)同育人機(jī)制改革與實(shí)踐”（2020JGLX113）；2023年度河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目計(jì)劃“玉米彎孢葉斑病抗病分子標(biāo)記開發(fā)和應(yīng)用”（23B210001）

［作者簡介］ 茍明月（1980—），男，四川樂山人，博士，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授，主要從事玉米遺傳育種研究；徐莉萍（1988—），女，河南固始人，博士，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院副教授（通信作者），主要從事玉米遺傳育種研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）52-0069-04 ［收稿日期］ 2024-09-03

引言

農(nóng)學(xué)專業(yè)是河南農(nóng)業(yè)大學(xué)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)專業(yè)，是開辦最早的主干專業(yè)之一。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)新農(nóng)科農(nóng)學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班是為培養(yǎng)高層次農(nóng)學(xué)拔尖創(chuàng)新人才而設(shè)立的特色班，每年從全校的各專業(yè)一年級(jí)本科生中擇優(yōu)選拔而成。實(shí)驗(yàn)班特別注重創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力、科研素養(yǎng)和國際化視野的培養(yǎng)。農(nóng)學(xué)是一門對(duì)專業(yè)理論基礎(chǔ)和實(shí)踐技能均有很高要求的學(xué)科［1］。如何在教學(xué)中將前沿基礎(chǔ)研究與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，以研究推動(dòng)教學(xué)，已成為新時(shí)代農(nóng)業(yè)高層次復(fù)合型優(yōu)秀人才培養(yǎng)的必由之路［2］。當(dāng)前，作物遺傳育種已進(jìn)入到“常規(guī)育種+生物技術(shù)+信息化”的育種“4.0時(shí)代”，正迎來以基因編輯、全基因組選擇、人工智能等技術(shù)融合發(fā)展為標(biāo)志的新一輪育種革命。而這輪革命與分子生物學(xué)這一新興學(xué)科的快速發(fā)展密切相關(guān)。20世紀(jì)中期，核酸被確定為主要的遺傳物質(zhì)，分子生物學(xué)作為一門學(xué)科也應(yīng)運(yùn)而生，并成為當(dāng)前最前沿、最活躍的學(xué)科之一［3-4］，是以研究核酸、蛋白等生物大分子結(jié)構(gòu)、功能以及相互作用為主要內(nèi)容的基礎(chǔ)學(xué)科［5-6］?！胺肿由飳W(xué)”不僅是先修課程“遺傳學(xué)”“生物化學(xué)”等的知識(shí)延伸，又為“基因工程”“生物信息學(xué)”等后續(xù)課程奠定基礎(chǔ)，被設(shè)立為實(shí)驗(yàn)班的核心必修課程。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)已在農(nóng)學(xué)專業(yè)本科生和研究生中開設(shè)“分子生物學(xué)”課程二十余年。鑒于該課程知識(shí)點(diǎn)繁多、技術(shù)更新快、理論性強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)條件要求高等特點(diǎn)，近年來“分子生物學(xué)”教學(xué)已逐步出現(xiàn)幾個(gè)突出問題：現(xiàn)有教學(xué)大綱過多強(qiáng)調(diào)繁復(fù)的傳統(tǒng)分子生物學(xué)知識(shí)體系，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性；教材更新較慢，對(duì)最新的分子生物學(xué)理論跟蹤偏少，教學(xué)過程中科學(xué)前沿性體現(xiàn)不足；學(xué)生以被動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)為主，課堂和課后互動(dòng)學(xué)習(xí)的參與度不高；實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容陳舊，教學(xué)國際化程度低，英文教學(xué)水平亟待加強(qiáng)。因此，對(duì)“分子生物學(xué)”課程教學(xué)模式的改革已迫在眉睫，亟須在師資結(jié)構(gòu)、授課內(nèi)容、授課和考核方式、學(xué)生國際化和實(shí)踐能力培養(yǎng)等方面進(jìn)行新的思考和探索［7-9］。本文將結(jié)合新農(nóng)科農(nóng)學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)“分子生物學(xué)”課程體系與教學(xué)內(nèi)容等進(jìn)行改革和優(yōu)化，著重加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力和國際化視野培養(yǎng)，使“分子生物學(xué)”教學(xué)水平全面提升。

一、目前教學(xué)問題分析

（一）教材知識(shí)體系陳舊

由于分子生物學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)不斷更新和演進(jìn)，教材需要包含最新的科學(xué)研究成果和前沿技術(shù)應(yīng)用，以反映該領(lǐng)域的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。雖然現(xiàn)有的分子生物學(xué)教材對(duì)分子生物學(xué)發(fā)展歷史進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，對(duì)經(jīng)典的分子生物學(xué)理論進(jìn)行了詳細(xì)闡述，但由于分子生物學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)展日新月異，現(xiàn)有教材無法滿足學(xué)生對(duì)最新研究動(dòng)態(tài)了解的迫切需求，難以達(dá)到以研促教的效果。因此，及時(shí)更新教材和課件對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和應(yīng)對(duì)未來挑戰(zhàn)至關(guān)重要。此外，舊的教材中缺乏案例和實(shí)例，過于理論化，與實(shí)際研究脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生難以產(chǎn)生共鳴。通過生動(dòng)的案例和實(shí)際應(yīng)用，教材可以幫助學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際問題聯(lián)系起來，使學(xué)生增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣和對(duì)知識(shí)的理解。

（二）教學(xué)大綱缺乏系統(tǒng)性和實(shí)踐性

“分子生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)大綱實(shí)踐性不強(qiáng)。分子生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)周期長，而本科生的實(shí)驗(yàn)課每次只有兩個(gè)學(xué)時(shí)，無法完成一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)，不能系統(tǒng)地學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)知識(shí)。比如PCR技術(shù)，從體系配置到目標(biāo)條帶的檢測(cè)需要至少5～6個(gè)小時(shí)。分子生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)還有一個(gè)特點(diǎn)，即每個(gè)零星的實(shí)驗(yàn)都有相互關(guān)系，比如PCR技術(shù)也包含了瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)技術(shù)，基因克隆也是基于PCR技術(shù)等。之前的實(shí)驗(yàn)大綱沒有系統(tǒng)地安排各個(gè)實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)不貫通。所以實(shí)驗(yàn)課可以設(shè)置安排主題模塊，一個(gè)模塊的實(shí)驗(yàn)應(yīng)安排在一起，以利于學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。

（三）教學(xué)方式落后

以往的教學(xué)模式是以教師講課為主要形式的課堂教學(xué)，學(xué)生是被動(dòng)接受知識(shí)，教師與學(xué)生間的互動(dòng)很少，導(dǎo)致學(xué)生在課堂教學(xué)的參與度低，并且案例教學(xué)也相對(duì)缺乏，無法有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)方法單一導(dǎo)致學(xué)生上課積極性不高，課堂教學(xué)效果差。此外，由于英語是一種全球通用語言，掌握英語可以拓寬個(gè)人視野，增加就業(yè)機(jī)會(huì)，促進(jìn)國際交流與合作。同時(shí)，掌握英語也是獲取最新分子生物學(xué)知識(shí)的重要途徑，因此英語對(duì)于個(gè)人的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展也具有重要意義。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班是培養(yǎng)具有國際化視野的研究型人才，基于漢語教學(xué)無法滿足國際化的培養(yǎng)目標(biāo)，亟須逐漸探索雙語教學(xué)模式，對(duì)部分章節(jié)進(jìn)行純英語授課試點(diǎn)。

二、課程優(yōu)化與改革措施

新農(nóng)科農(nóng)學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的“分析生物學(xué)”課程在三年的教學(xué)改革和實(shí)踐中，通過全面豐富課程教學(xué)內(nèi)容，提升各環(huán)節(jié)教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)參與度，優(yōu)化課程考核方式，全方位多角度提高了學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量，發(fā)揮了農(nóng)學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的先發(fā)試點(diǎn)作用，帶動(dòng)了河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)相關(guān)專業(yè)“分子生物學(xué)”教學(xué)水平全面提升。課程改革的具體措施如下。

（一）優(yōu)化師資隊(duì)伍，夯實(shí)團(tuán)隊(duì)力量

建設(shè)高水平的師資隊(duì)伍對(duì)于提高教育質(zhì)量、培養(yǎng)人才具有重要意義。針對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班國際化的培養(yǎng)目標(biāo)，在師資配備上，選擇具有國外留學(xué)經(jīng)歷、英語口語能力好，并具有多年一線分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的教授作為課程主要章節(jié)的主講教師。采用“一課多師”授課模式，教學(xué)均由教授擔(dān)綱，課程組負(fù)責(zé)人組織授課教師共同擬定教學(xué)大綱，根據(jù)每位教師的研究背景確定授課章節(jié)，發(fā)揮教師在教學(xué)中對(duì)具體分子生物學(xué)研究方向的前沿知識(shí)引領(lǐng)作用。為保證“分子生物學(xué)”課程教學(xué)的高水平教學(xué)及其持續(xù)、健康發(fā)展，由課程組組長統(tǒng)一組織開展集體備課、示范性講課、疑難案例集體討論等教學(xué)研究活動(dòng)；鼓勵(lì)和引導(dǎo)課程組教師積極參加相關(guān)教學(xué)與學(xué)術(shù)會(huì)議，申請(qǐng)教改相關(guān)項(xiàng)目，不斷提高團(tuán)隊(duì)整體專業(yè)素養(yǎng)。

（二）重組課程內(nèi)容，提升教學(xué)質(zhì)量

分子生物學(xué)是農(nóng)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最快的一門學(xué)科，“新”是分子生物學(xué)的最大特點(diǎn)，新技術(shù)、新理論層出不窮，日新月異。如何讓學(xué)生在扎實(shí)掌握教材內(nèi)容的同時(shí)獲得追蹤前沿創(chuàng)新知識(shí)的方法，如何讓學(xué)生辯證看待新觀點(diǎn)、學(xué)習(xí)建立扎實(shí)的知識(shí)體系，是新時(shí)代“分子生物學(xué)”的主要挑戰(zhàn)。為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，“分子生物學(xué)”教學(xué)過程中以教材為基礎(chǔ)，適時(shí)結(jié)合最新分子生物學(xué)研究成果，由點(diǎn)帶面深化“分子生物學(xué)”知識(shí)體系。在內(nèi)容設(shè)置上注重增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析能力的培養(yǎng)，通過基礎(chǔ)原理、新技術(shù)、新成果的教學(xué)內(nèi)容引入，增強(qiáng)課程理論與科學(xué)前沿的緊密聯(lián)系。在保留之前課程體系基本框架的同時(shí)，結(jié)合學(xué)科發(fā)展新特點(diǎn)，側(cè)重對(duì)核心知識(shí)點(diǎn)的梳理和重構(gòu)，對(duì)部分冗長繁復(fù)且缺乏實(shí)踐指導(dǎo)意義的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行縮減，融入科學(xué)發(fā)展史、重大科研突破典型案例分析，并分享任課教師的科研經(jīng)歷和研究課題，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新思維能力。比如，在“基因概念”章節(jié)，結(jié)合跳躍基因的研究，延伸出玉米轉(zhuǎn)座子突變體構(gòu)建，進(jìn)一步介紹DNA變異的常規(guī)知識(shí)以及突變體庫的構(gòu)建方法和應(yīng)用；在“DNA復(fù)制”章節(jié)，引入DNA復(fù)制的應(yīng)用即PCR技術(shù)，以具體實(shí)例為學(xué)生講授科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明的聯(lián)系與區(qū)別，從PCR的發(fā)現(xiàn)，發(fā)展到各種延伸應(yīng)用領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生開展分子生物學(xué)研究須具備的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的創(chuàng)新思維能力；在“分子生物學(xué)新技術(shù)”章節(jié)，引入基因編輯的原理和最新研究進(jìn)展和應(yīng)用，突出新技術(shù)對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重大影響，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

（三）創(chuàng)新教學(xué)模式，強(qiáng)化教學(xué)質(zhì)量

“分子生物學(xué)”教學(xué)內(nèi)容涉及肉眼不可見的大分子及其復(fù)雜相互作用，由于其不可見的特性，決定了課程內(nèi)容相對(duì)抽象。為解決課程內(nèi)容抽象問題，“分子生物學(xué)”教學(xué)過程中將充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，使用多媒體放映課程相關(guān)可視化的英文視頻（比如DNA和蛋白結(jié)構(gòu)、DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄、基因編輯等的分子生物學(xué)動(dòng)畫），增強(qiáng)課堂教學(xué)的趣味性，便于學(xué)生直觀掌握教學(xué)內(nèi)容。雙語教學(xué)改革是培養(yǎng)具有國際視野的高素質(zhì)新農(nóng)科人才，適應(yīng)教育全球化發(fā)展趨勢(shì)的重要舉措。針對(duì)分子生物學(xué)學(xué)科發(fā)展快的特點(diǎn)，本課程將以雙語教學(xué)為主要教學(xué)方式，對(duì)部分專題性課程實(shí)行全英文授課，在課程PPT、專題學(xué)習(xí)中使用原始英文素材，合理增加英語內(nèi)容和國際學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用外語獲取專業(yè)知識(shí)的能力；強(qiáng)化學(xué)生的信息檢索和學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，增進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)科發(fā)展的理解，提高學(xué)生前瞻性科學(xué)素養(yǎng)；教學(xué)過程中突出個(gè)性化的啟發(fā)式教學(xué)，比如提出思考性課題，調(diào)動(dòng)學(xué)生隨堂問答和課下思考。

（四）強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，提升科研能力

“分子生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生掌握生物大分子實(shí)驗(yàn)原理、技術(shù)流程和結(jié)果分析能力。由于分子生物學(xué)實(shí)踐性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)具有很強(qiáng)連貫性的特點(diǎn)，改革實(shí)踐教學(xué)，以基因克隆為主線，將DNA提取鑒定、RNA提取鑒定、RT-PCR，核酸產(chǎn)物回收，質(zhì)粒轉(zhuǎn)化等一系列實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，提高學(xué)生的實(shí)踐積極性和基本科學(xué)素養(yǎng)。隨著本科實(shí)驗(yàn)室條件的進(jìn)一步改善，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，將進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)，讓每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)過程，并鼓勵(lì)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，包括物品滅菌、溶液和培養(yǎng)基配制、凝膠制備、感受態(tài)制備等，做好獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)研究的前期技能培訓(xùn)。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生和其他農(nóng)學(xué)專業(yè)的學(xué)生一樣，實(shí)行全員導(dǎo)師制，即本科生在大學(xué)一年級(jí)的第二學(xué)期進(jìn)入課題組，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下參與科研實(shí)踐。

（五）優(yōu)化考核方式，提升課程效能

合理設(shè)計(jì)考核方式能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力，引導(dǎo)他們更深入地理解和掌握知識(shí)?！胺肿由飳W(xué)”課程采用平時(shí)測(cè)評(píng)、實(shí)驗(yàn)測(cè)評(píng)與期中及期末考試相結(jié)合的考核方法。平時(shí)成績測(cè)評(píng)是將課前預(yù)習(xí)、課堂表現(xiàn)、課后思考、科研熱點(diǎn)追蹤、線上學(xué)習(xí)（測(cè)驗(yàn)）、期中考試等學(xué)習(xí)過程全面納入課程形成性評(píng)價(jià)體系，每2～3周考核一次，共考核5次，比重為40%；實(shí)驗(yàn)測(cè)評(píng)是按照5人一個(gè)小組形式開展，學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成各自的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并進(jìn)行團(tuán)隊(duì)協(xié)作，每人獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，占最終成績的比重為20%。學(xué)期末進(jìn)行一次閉卷考試，比重為40%。期中和期末考試試卷分為填空題、選擇題、判斷題、名詞解釋題和問答題等題型。加大問答題比例，在問答題中設(shè)置科研案例分析類題目，著重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力。此外，采用靈活多樣的考核形式，增加開放式課程論文撰寫、英文文獻(xiàn)翻譯、隨堂測(cè)驗(yàn)等考核方式的賦分比例，降低卷面考試分值的占比。通過學(xué)生平時(shí)的課堂發(fā)言和課后作業(yè)完成情況，可以采取個(gè)別學(xué)生重點(diǎn)輔導(dǎo)講解，并針對(duì)出現(xiàn)的問題及時(shí)調(diào)整授課的方式方法，及時(shí)了解學(xué)生對(duì)課程的理解和對(duì)教學(xué)的建議；通過期末考試，對(duì)學(xué)生知識(shí)的掌握程度有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，據(jù)此對(duì)教學(xué)的內(nèi)容和教學(xué)方法做出合理調(diào)整。

結(jié)語

當(dāng)前分子生物學(xué)在技術(shù)、交叉學(xué)科融合和應(yīng)用方面都呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢(shì)，在前期分子生物學(xué)人才培養(yǎng)方案基礎(chǔ)上，不定期針對(duì)“分子生物學(xué)”課程特點(diǎn)及學(xué)生培養(yǎng)中的問題，課程組教師進(jìn)行有效溝通、集思廣益，圍繞新農(nóng)科建設(shè)方向，制訂出培養(yǎng)高層次農(nóng)學(xué)拔尖創(chuàng)新人才的更好教學(xué)方案。

（課程組成員：茍明月、徐莉萍、李廣偉、姬祥、鄭旭、張幸果、丁冬、丁俊強(qiáng)、杜長青、李浩川）

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Reform and Practice of Molecular Biology： Taking the New Agricultural Science and Agriculture

Innovation Experimental Class of Henan Agricultural University as an Example

GOU Ming-yue， XU Li-ping， LI Guang-wei， JI Xiang

（College of Agronomy， Henan Agricultural University， Zhengzhou， Henan 450046， China）

Abstract： The Molecular Biology course closely follows the scientific frontier and focuses on the cultivation of students’ experimental operation skills， covering emerging fields such as genomics and proteomics. The New Agricultural Science and Agriculture innovation experimental class is specially designed by Henan Agricultural University to cultivate the agricultural elite talents， and Molecular Biology is the core compulsory course in its training program. With the training goal of the innovation experimental class， this paper analyzes the existing problems in the current teaching process， puts forward the corresponding teaching reform measures， and provides ideas and methods for improving the teaching effect of agronomy major， and lays a foundation for the cultivation of innovative agricultural talents with high scientific research quality and international vision.

Key words： Molecular Biology; teaching reform; innovation experimental class; optimization and innovation