數字技術融入分子生物學課程的挑戰與對策

2025-05-19 00:00:00張連江刁云飛劉東旭孫淑霞

現代商貿工業 2025年9期

摘要：本文針對如何充分利用數字技術資源融入分子生物學課程教學以提高教學效果，分析了分子生物學課程數字教學存在的問題，提出教師數字素養的提高是數字技術融入課程的關鍵，挖掘并利用中國大學慕課、超星“學習通”、應用軟件、文獻閱讀等多途徑數字教學資源，采用線上線下相結合的教學方法與手段，構建多元化教學評價體系，有利于激發學生學習興趣，引導學生正向使用電子產品和網絡資源，提高學生數字素養和就業競爭力。

關鍵詞：數字技術；數字素養；分子生物學；數字技術融入式課程

中圖分類號：F2 文獻標識碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2025.09.017

2022年，黨的二十大報告明確提出：“推進教育數字化，建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國。”同年，教育部在教育行業標準中給出了教師數字素養框架，規定了數字化意識、數字技術知識與技能、數字化應用、數字社會責任、專業發展五個維度的要求[1]。隨著互聯網、大數據的普及，數字素養能力的提高問題也日益擺在高校教師和學生面前。數字素養教育實施的關鍵在于數字技術融入式課程能否有效貫通于高校課程目標、內容、實施、評價等環節中，從而培養具有高素質的數字素養人才。快速發展的數字技術對高校教師提出了新的要求，實踐表明，數字技術融入高校專業課程更適應于教學改革的需要[2]。高校、教師、學生是數字技術融入教學的主體，高校是數字技術融入式課程有效實施的重要保障，教師在數字技術學習與應用中起引領作用，能幫助學生提高數字素養能力。學生依靠數字素養能力獲取信息，不斷提升自身綜合能力[3-5]。分子生物學是以核酸和蛋白為研究對象，從分子水平解析生命科學的奧秘，是生命科學研究必不可少的技術手段之一[6]。分子生物學技術的介入，大大提高了人類認識和主動改造自然界的能力，分子生物學課程融合了遺傳學、生物學、生物化學等基礎理論知識[7]。近些年，分子生物學以前所未有的速度飛速發展，如何統計分析高通量測序、生物芯片等技術產生的海量數據而獲得有價值的科學發現，是廣大科研工作者面臨的機遇和挑戰。隨著互聯網的快速發展，優質教學資源、校際間課程學習已成為現實[8]，踐行教育信息化，全面提升分子生物學教學數字技術素養，推進線上線下相結合的混合教學模式[9]，以數字技術資源助推分子生物學課程建設，有助于提高學生學習興趣，提升學生大數據思維和數字素養。

1 分子生物學課程數字化教學現存的問題

目前，分子生物學課程內容以基礎理論知識傳授和基本實驗技術學習為主，缺少數字技術內容的融入，專業能力的提升和數字素養未能協同發展，導致數字素養融入分子生物學課程內容的速度無法跟上快速發展的數字技術，再加上分子生物學實驗技術更新快、費用高，分子生物學實驗教學內容更新緩慢。

1.1 教師數字素養不足

近些年，多種渠道獲取信息的途徑改變了分子生物學教育教學和科學研究的實踐，網絡資源、虛擬仿真實驗技術、統計軟件等數字技術資源的使用，使分子生物學的學習內容和學習通道大大拓寬。同時，計算機處理支持的成像系統、掃描和分析功能整合到了分子生物學課程中，這些技術的整合需要高校教師具有數字技術意識。高校教師年齡結構不同，接受新鮮事物能力不同，目前為止，特別是老教師，從一支粉筆、一塊黑板到幻燈片和教案再到多媒體教學，分子生物學教學依然主要依賴教科書和多媒體課件，長期依賴傳統教學方法和手段。一些教師數字技術意識淡薄，不了解數字化教學平臺和教學工具，不能利用網絡資源和虛擬實驗教學資源，導致課程學習資源匱乏，學習途徑單一，加上在教學改革方面缺乏創新意識，無法將先進的數字化優勢提供給學生，限制了數字技術融入課程教學優勢的發揮[10]。

1.2 學生對數字技術融入課程積極性不高

目前，學生數字素養能力提升的具體方案還未健全，切實可行的數字素養提升計劃仍未落實。在信息化時代，電腦、手機等電子產品是新時代大學生必備品，用于交流、游戲、娛樂等占多數，用于網絡資源學習的占少數。同時，數字技術融入分子生物學課程的評價標準不完善，仍以“考試成績”“實驗技術考核成績”作為衡量標準，無形中挫傷了學生利用網絡等數字資源學習的積極性和主動性[11]。因此，從教學內容、教學方法、考核標準等方面制定教學計劃是激發學生提高數字素養的內在動力，引導學生正向使用手機和電腦進行數字素養提升勢在必行。

1.3 實驗課程受教學條件限制

分子生物學課程實踐性強，依托數字技術資源可彌補實驗操作的不足，如通過觀看慕課（MOOC）教學資源掌握基本實驗操作技術，采用虛擬仿真進行虛擬實驗操作以了解每個實驗的操作規范，也可以通過軟件設計引物、檢驗引物特異性、查找突變（SNP）位點、不同物種間進行基因序列同源性分析等。實驗室實際動手操作結合數字資源輔助教學，能有效提高學生實驗操作能力、拓展理論知識。數字化教學側重點在基礎理論知識和模擬實驗方面，因學生學習習慣不同，有的喜歡動手操作，有的偏好理論學習，不能充分發揮學生個性化需要特長。另外，虛擬仿真實驗室和網絡資源需要高校投入資金建設，不是所有高校都具備這樣的條件，技術和設備限制了數字化教學的開展[12]。

2 構建數字技術融入分子生物學課程教學新模式策略

2.1 加強師資隊伍建設，提升教師數字素養

高校教師是先進技術的引領者，提升自身數字素養是培養學生數字化意識的前提。高校教師應在心理、行為上接受數字化教育，對快速發展的數字信息技術應以積極的態度面對，增強主體意識、相互交流學習、激發數字技術學習活力、提升數字化教學意識和安全意識。在分子生物學學習和教學過程中，充分發揮數字信息技術在教學中的優勢，發揮優秀網絡資源、大數據分析技術、虛擬仿真實驗平臺等數字資源在課程教學中的作用。

2.2 豐富實驗課教學內容

數字技術平臺為分子生物學實驗課教學內容提供了多種獲取途徑，如課程導言、實驗原理、實驗操作技術、討論與分析等，采用線上教學資源與線下課堂教學相結合的混合教學模式，分層次設計教學目標，即知識目標：記憶基因組DNA提取、PCR擴增技術、瓊脂糖凝膠電泳、重組基因的構建與鑒定；能力目標：注重理論與實際相結合，結合超星“學習通”教學資源，提高學生自主學習和獨立設計實驗能力，知曉分子生物學研究動向與進展；素質目標：培養學生嚴謹的科研工作態度和發現問題、解決問題的能力，樹立環保意識。

2.3 挖掘并充分利用數字教學資源

2.3.1 中國大學慕課

利用中國大學慕課免費開放的優勢進行跨校學習，推薦中南大學分子生物學和分子生物學實驗、武漢大學分子生物學、北京師范大學分子生物學實驗課程，將慕課學習作為一項考核內容。

2.3.2 應用軟件和網站

分子生物學涉及的應用網站、應用軟件和統計分析軟件較多。主要包括：（1）NCBI數據庫：可用于查找基因DNA、mRNA、蛋白序列、基因突變（SNP）位點、查找英文文獻等；BLAST網站用于生物序列同源性分析；（2）Primer 6.0軟件：用于多聚酶鏈式反應（PCR）所用引物設計和內切酶位點分析；（3）分子生物信息學軟件：如DNAstar Lasergene、DNAman：用于DNA、RNA和蛋白質序列生物信息比對分析；（4）統計分析軟件如Excel、SPSS19.0：用于熒光定量PCR實驗結果分析；（5）中國知網、萬方等數據庫：用于搜索中文文獻。在教學設計時將這些數字資源適時加入教學內容中，彌補課本知識的不足，拓寬學生知識點和視野。

2.3.3 虛擬仿真技術

分子生物學嚴格的實驗操作規程是提高實驗成功率的首要條件。分子生物學實驗大多采用儀器檢測結果并進行分析，加上實驗操作直觀性差、周期長、效率低，對學生來說，由于實驗操作不熟練、結果分析經驗不足等因素，學生往往不能找出實驗失敗的原因并提出改進措施。虛擬仿真技術可借助軟件操作系統進行在線虛擬學習，身臨其境地感受每一操作步驟的具體操作方法與注意事項，教師引導學生自主完成在線虛擬仿真操作，課后線上鞏固學習效果，能很好地掌握分子生物學相關實驗操作技術，提升科研能力[13-14]。

2.3.4 文獻檢索數據庫

分子生物學實驗技術更新快，新技術、新方法是進行分子生物學實驗設計的基礎，從文獻中獲取這些知識是最直接的。引導學生閱讀文章、自行設計實驗并付諸實施是學習分子生物學實驗技術的有效途徑。通過閱讀文獻可了解行業動態，培養學生自主學習能力、創新能力及對知識體系的應用能力。文獻閱讀還可以使學生盡早知曉文獻獲取途徑、文獻管理、使用能力，提高捕捉關鍵信息的敏感度及科技論文寫作能力[15-16]。

2.4 教學方法與手段多樣化

新時代大學生思路開闊，使用電子產品通過互聯網學習、娛樂、人際交往已是當代大學生生活中重要的一部分，正確引導學生廣泛利用數字資源，發揮其對互聯網依賴性的正向引導作用尤為重要。針對教學內容采用適合的教學方法和手段，激發學生學習興趣，以學生為中心、換位思考，改變過去“老師教，學生學”的填鴨式教學方式，讓學生忙起來，課堂“活”起來。

2.4.1 線上線下教學相結合授課

充分利用超星“學習通”網絡資源，將授課計劃、教案、實驗操作規程、網絡資源鏈接等教學資源上傳，采用超星“學習通”投屏授課，完成學生考勤、機選回答問題、分組討論、播放網絡視頻等教學活動。適時關注熱點問題，引導學生充分利用網絡資源補充課程知識點。并鼓勵學生通過互聯網獲取有關實驗的新技術、新方法及學科研究進展情況上傳至“學習通”，實現生生、生師之間網絡交流和討論。

2.4.2 翻轉課堂法教學

重構課程教學內容，設置3～4項以學生為主體、教師主導的翻轉課堂教學內容，對教學過程進行設計，課前通過超星“學習通”發布任務，指導學生利用“中國知網”“NCBI”等數據庫資源查找資料，促進學生自主學習、小組協作準備任務；課中組織學生匯報準備情況、組間交流、討論、達成共識并進行實驗；課后通過參與教師科研、比賽等鞏固教學效果。制定評價標準，檢測各組學生學習效果，通過調查問卷反饋并整改存在的問題。

2.4.3 項目法教學

教師科研、大學生創新項目、校內實訓項目等是開展分子生物學實驗最重要的條件，按授課內容進行的分子生物學實驗大多是驗證性實驗，結果是已知的，不能滿足學生的好奇心。而科研項目需要通過查閱設計實驗，雖然結果也具有一定可預見性，但需要按技術路線進行驗證，包括試驗設計的合理性分析、實驗方案的確定、數據整理與分析等。學生進入實驗室參與科研項目是一個探索或求證的過程，其間會遇到各種各樣的問題，這些問題的解決能夠提高學生綜合素質，使學生養成嚴謹的科研工作態度，激發科研興趣和追求新知識的熱情，達到科研反哺教學的目的。

2.5 構建多元化教學評價體系

構建數字技術融入分子生物學課程線上線下相結合的教師教學評價體系；加強高校分子生物學課程數字資源建設，注重線上數字信息資源學習過程考核，建立學生多途徑學習評價體系；通過調查問卷、問題反饋等形式，從學生學習積極性、自主學習能力、知識理解記憶等方面分析課程目標達成度。

3 結語

推進課程數字化建設，是高校教學由單一傳統模式向數字化教學相結合模式發生的重大變革，也是社會發展的必然趨勢。數字技術融入分子生物學課程，以“學生為中心”，教師應從增強課程數字化意識、廣泛利用網絡資源豐富教學內容、推進課程數字化教學進程設計、采用線上線下相結合的授課模式、構建數字素養融入課程考評機制等方面轉變教學觀念，引導學生正向使用電子產品和網絡資源，使學生動起來，課堂“活”起來，促進學生數字素養的提升，進而提高綜合素質和就業競爭力。

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.中華人民共和國教育行業標準JY/T 0646-2022[S].2022.

[2]余鵬.數字化背景下高職電子應用技術課程教學改革研究[J].造紙裝備及材料，2024，53（01）：202-204.

[3]韓毅初，李欣.高校數字素養融入式課程：價值意蘊、現實困境及改進路徑[J].黑龍江教育（理論與實踐），2024，（05）：27-30.

[4]陳穎，侯文豪，張鈺群，等.數字信息化技術在實驗教學中的應用案例分析[J].電子技術，2022，51（05）：64-66.

[5]翟翔，郭睿，于保鋒，等.合理利用數字化平臺提高醫學生在生物化學與分子生物學學習中的自主性[J].基層醫學論壇，2018，22（28）：3940-3942.

[6]王文義.分子生物學課程教學改革與實踐探索—以基因編輯教學為例[J].科教文匯，2024，（04）：67-70.

[7]王亞娟，程遠芳，楊全中，等.基于課程思政的醫學分子生物學課程教學實例[J].中華全科醫學，2023，21（11）：1958-1962.

[8]王婧，劉大勇.信息化技術驅動混合式教學改革及實踐——以法理學課程為例[J].現代職業教育，2023，（04）：41-44.

[9]付亞茹.提高本科“分子生物學”課程教學質量的措施探討[J].教育教學論壇，2024，（21）：17-20.

[10]王文君，周榮艷，陶晨雨，等.教育數字化轉型背景下動物科學專業教育的挑戰與對策[J].黑龍江動物繁殖，2023，31（05）：44-47.

[11]汪金英，李宜申.教育數字化轉型背景下青少年數字素養提升路徑探究[J].教育科學探索，2024，42（02）：77-84.