创新实验班“分子生物学”教学改革与实践

李学军，黄德宝

（西北农林科技大学，陕西 杨凌 712100）

“创新实验班”是教育部2007年启动的“普通高等学校人才培养创新试验区”而设立的人才培养模式新项目。“创新实验班”体现精英教育理念，以培养崇尚科学、追求创新、富有社会责任感的社会急需的研究型创新人才为目标。西北农林科技大学“创新实验班”旨在为以生命科学为基础的农科优势专业培养优秀研究生生源和后备科研人才，并为现代农业高新技术产业输送高级人才。

分子生物学课程是生命科学类研究型拔尖人才培养的必选课程，是植物科学“创新实验班”重要的专业基础课程，教好该课程，对培养优秀的专业人才具有重要作用。“创新实验班”学生都是高考中优秀的生源，对他们采用“填鸭式”的、学生被动接受式教育很难培养出创新性人才。多数世界著名大学校长也认为中国大学的教学制度、教学内容和教学方法等，窒息了中国大学生的批判性思维和挑战权威的精神，所以也就培养不出创造性的人才［1］。文章结合多年的教学改革经验并借鉴美国康奈尔大学的部分教学方法［2］，就农林高校植物类“创新实验班”分子生物学教学改革从以下几个方面进行探索。

一、调整教学内容和方式 充分调动学生学习兴趣

（一）教材的选用

教材是学生学习的最基本材料，是学生获取知识的最主要源泉。分子生物学发展日新月异，新知识新技术不断涌现，国内外新版教材不断面世。一方面，对初习分子生物学的本科生选用总括基本理论、核心内容及主要技术的教材作为基础教材，如该校教师在分子生物学教学中先后采用过刘进元等译的Instant Notes in Molecular Biology和朱玉贤等主编的《现代分子生物学》等。另一方面，选用力求反映当今分子生物学课程新进展、新技术、新成果和新知识的版本作为补充教材，如G karp 编著的《Cell and Molecular Biology》、Benjamin Lewin 编著的《Gene VIII》、Robert F.Weaver编著的《Molecular Biology》等英文原版教材，让英语基础好，学有余力的同学学习，尽量满足不同层次学生的要求，帮助学生更好地理解教材内容，掌握分子生物学的精髓，为将来的专业及科研工作打下良好的基础。

（二）课堂教学内容和方式的改革

从教学大纲入手，对教学设计进行了大胆的改革，突出学生在课堂及学习过程中的参与程度，充分调动学生学习积极性，培养学生自主学习能力。“分子生物学”课程总学时为48 学时（2.5 个学分，理论课32课时，实验课16课时）。理论课共16大节，每大节课第一小节（50min）由教师主讲理论知识，在授课方式上，不是读PPT，而是采用讲课或说课的方式［3］，明确教学主线、明晰教学方案、提升教学设计，将课程内容浓缩。使学生听课后有所领悟和感悟，想的更远、想的更多，充分调动学生课外投入时间来学习，从而提升教学水平。第二小节由学生分组讲授专题或表演“辩论性分子秀”，并展开讨论，形成“以学生为中心”，充分发挥学生在教学中的能动性、自主性和创造性，激发他们迫切的学习愿望，并使学生在学习中产生强烈的创新欲望。表1所示为2012年该课程改革的教学内容及方式。

表1 分子生物学课程课堂教学内容及方式

（三）指定阅读课外材料并开展专题研讨

不断扩展教学内容，在课堂授课的同时，给学生提供最新的国内外分子生物学相关的高水平研究论文，学生自学后，教师提供中文摘要，并引导学生开展专题讨论。在内容上突出一个“新”字，使学生把课本所学理论知识与学科发展前沿相接，便于学生了解本学科当前发展的趋势、研究的热点，培养学生追踪国际前沿的能力，在引导学生学习时注意授“鱼”和授“渔”的关系，侧重于多向思维的启发，便于学生对知识活学活用，不因循守旧，敢于创新，激发学生的学习热情和求知欲。表2所示的是2012年教学过程中发放的研究论文。

表2 分子生物学相关最新研究论文

（四）在理论教学中重视理论与理论发现的整合

分子生物学的理论和概念，都是通过严格的科学实验、严谨的科学分析和严密的科学论证得出来的。在教学中不是简单地介绍理论，而是从理论发现的过程入手，再现科学家的实验过程及其对实验结果的分析方法，然后归纳总结他们的研究方法和思路。如在讲跳跃基因概念时，并不是简单直接地交代跳跃基因的定义和生物学意义，而先介绍美国科学家McClintock B.，她发现玉米籽粒颜色的遗传很不稳定，有时籽粒上还出现一些斑斑点点。她通过田间耐心的记录和利用显微镜仔细的观察玉米染色体，发现使籽粒着色的色素基因能从染色体的一个位置跳到另一个位置，甚至从一条染色体跳到另一条染色体上。这个发现在当时是划时代的。通过对前人经典实验的讲解，学生从中可以得到许多科学研究方法启迪，包括实验方案、科学严谨设计、实验结果的科学分析和推断及理论创新方法等。

通过教材的科学选用、教学大纲的大胆改革、国际最新研究论文的阅读和讨论及理论讲授中理论与理论发现的整合等，充分的调动了学生学习的兴趣，切实提高了课程教学质量，收到极好的教学效果。

二、采用灵活的教学方法 积极引导学生主动探索

（一）将现代多媒体技术引入课堂教学

分子生物学中DNA、RNA 及蛋白质的生物合成、基因表达调控等内容十分抽象，例如：蛋白质生物合成过程氨基酸的进位、转位及肽链延伸等步骤学生很难理解。传统的讲解、比划、挂图等静态教学手段难以使学生快速掌握知识。借助多媒体技术将收集到的动画、声音、文本、图片等组合制作成课件，变原来的静态为动态、抽象为直观、瞬间过程为定格分析，全方位、多视角、多层次地进行演示，可使教学内容更加直观、生动、形象［4］。极大的激发了学生的主观能动性和自我发挥、自我创造的能力。

（二）采用启发研讨式教学

启发式教学和研讨式教学的关键是由老师创设问题情境，然后师生共同查找资料，研究、讨论、实践，提出解决问题的方式。教师在教学的过程中，有一半的课堂教学时间给学生，让学生占据课堂教学主体地位，成为学习行为的主人。在学期开始就将学生分成14 组（2 人一组），创设相应的专题题目（表1），让学生在课余时间通过查阅资料、讨论、加工处理信息，自制成PPT，课堂汇报。针对学生的讲授内容，教师以“导”为主，提出有思考价值的问题，让全班同学讨论，让同学们应用所学的知识解决问题。具体操作中，注意创设的问题情境一方面要紧扣教学内容，另一方面，要贴近生活、富有吸引力。比如，教师在教学中围绕“人为什么会死亡？”，从古到今，无论是帝王将相还是普通百姓都想长生不老，寻找灵丹妙药，没有成功。针对这一问题，教师创设了两个专题（细胞程序性死亡、端粒—生命的时钟），通过这两个专题的讲授、启发、讨论，同学们明白了青少年、中年、老年不同时期细胞的生长发育规律，了解了端粒的结构及端粒酶，并憧憬着将来通过控制人体端粒酶的表达可以达到长寿的目的。

通过教学实践，这种老师当“导演”，学生当“演员”的启发研讨式教学方式，不仅能使学生增长知识、开阔视野，有助于学生综合能力的提高，还有助于师生共同探索、发现和研究，进而密切师生关系，促进教学相长，而且，能够让学生逐步离开教师这根“拐杖”独立“行走”，从“学会”走向“会学”。

（三）采用探究讨论式教学

探究式教学，指学生在学习概念和原理时，教师只是给他们一些事例和问题，让学生自己通过阅读、观察、思考、讨论等途径去独立探究，自行发现并掌握相应的原理和结论的一种方法。教师在教学过程中，注重理论与实践的结合，比如，在讲授人类基因组、免疫分子、基因克隆及信号传递等概念和原理时，结合当前国内外的最新研究成果，给学生发放4篇权威研究论文（表2），让学生阅读、思考并分组讨论，最后由老师点评。这种方法，是因该作者在美国康奈尔大学听课时，发现几乎每次上课，老师都要发放1～2篇论文，让学生课外阅读，并组织讨论，这样，学生既学习了基本知识，又把理论与当前国际最新研究接轨，极大的激发了他们主动探索的兴趣。在探究式教学的过程中，学生的主体地位、自主能力、掌握认识和解决问题的能力都得到了很大的加强，收到很好的教学效果。

（四）采用“辩论性分子秀”互动式教学

互动式教学，就是由教师设置主题，在师生、生生平等交流探讨的过程中，达到不同观点碰撞交融，进而激发学生的主动性和探索性。“主题”是教学互动得以开展的条件和基础，教师在课前必须立足教学内容精心设计互动问题。目前大多数教学中存在的问题是，老师提出问题让同学们讨论，多数情况下学生不说话、冷场，时常是自问自答。针对存在的问题，教师在教学中采用“辩论性分子秀”方式进行互动教学，具体的做法就是教师提前确定辩论主题（如表1），在一组学生中，一个同学担任正方辩手，另一个同学担任反方辩手，让他们在课余时间查阅资料、积极准备，在课堂时间上讲台演讲即“分子秀”，进行辩论，其余同学由老师提问，支持那方，必须说出支持的理由，这样就达到师生互动、生生互动的目的。在教学过程中，教师发现，影响“辩论性分子秀”互动教学方式效果的最重要的因素是“互动的主题”。一要“动”在教学热点上，要求教师选择学生熟悉，最好是热点、关注度比较高的问题进行互动。教师在2012年度的教学中，选择了2个关注度比较高的主题：一是素肉精，以三聚氰胺为例，来辩论科学发展与人类进步；二是转基因是非。在教学过程中发现大多数同学都能大胆提出自己的观点，并进行论述，教学气氛非常活跃。二要“动”在教学疑点上。“疑是思之始，学之端”。思维是从疑问和惊奇开始的。在讲授什么是遗传物质时，除了DNA、RNA 是遗传物质外，还有没有其他的遗传物质？如“朊病毒”，只有蛋白质而没有核酸，但既有感染性，又有遗传性，可以自我复制，那么朊病毒是遗传物质吗？带着这样的疑问，让学生自己研究、讨论，并分别形成自己的观点进行辩论，极大地激发了学生学习探索的欲望，换来学生心态的开放和创造力的激活。通过几届“辩论性分子秀”互动教学的实践，学生的科学创新思维得到锻炼，深入思考和解决科学问题的能力大大提高，其学习兴趣、求知欲望和学习的主动性显著增强。

三、开设研究开放性实验 专注培养学生创新精神

分子生物学实验是加深学生对理论知识的理解，培养学生独立思考、独立工作能力以及创造能力的良好途径，是学生参与科研实践的切入点。传统的实验教学是教师准备好实验，学生进行简单的操作以验证实验结果，完成实验报告即可，从这样的实验教学体系中学生所得非常有限，常常是知其然，而不知其所以然，离开了老师就一筹莫展，这与培养创新型人才的目标是背道而驰的。教师通过开放实验室、开放实验项目、开放实验内容、开放实验仪器等措施将学生推上主体位置，让学生分小组进行创新性实验设计和实施［5］，实验教师是指导者。如在PCR 扩增实验教学中，不是让学生重复一个设计成熟的PCR 反应体系的操作步骤，而是引导学生从模板提取、引物设计合成、反应条件摸索、反应产物分析鉴定等方面对一个全新的PCR 反应进行从头设计，充分锻炼他们的动手能力、思维能力和实验设计能力，培养学生的科研意识［6］。实验课程的考核不再是实验报告的简单传抄，而是借鉴美国康奈尔大学的经验，让学生对实验的研究过程及结果进行口头汇报。在实验教学考核中，口头报告能力的培养，是教师实验课教学改革的亮点。在实践过程中发现，人人动手、个个思考的多了；靠抄袭报告、滥竽充数的少了。

四、参与教师的研究课题 努力提高学生创新能力

作为创新实验班的分子生物学教学，自然更要突出创新驱动性。创新性教育主要是通过让学生能够围绕一定的课题接受较为正规的创新能力训练，能够与实验教师和指导教师通过知识的交流和共享来实现创新能力的提高［7］。教师鼓励学生按照自己的兴趣参与教师的科研项目，建议他们利用课余时间、周末、假期自行联系或由我们推荐到不同的科研项目组，接受正规的研究训练、为学生在大三和大四阶段实现贯通式培养奠定了基础。在作者2011年所授课班中，78%的同学利用这个机会拿到或参与国家级或校级科创项目，65%的同学已经通过直博的途径进入这些实验室继续深造。2012年春季授课班中，在讲授的学期就利用教师课程安排的主题申请到科创项目2项，下半年95%的同学申请到国家级或校级科创项目。2012年暑假开始，100%的同学参与教师的科研课题。达到了让学生直接接触科学研究前沿，以科学研究促进和带动学生学习的目的。实现了人才培养模式由以课本为中心、以课堂为中心、以教师为中心向以学生为中心、以学习为中心、以理论和实践相结合为中心的转变。

五、建立多元的评价机制 全面激发学生学习热情

采取灵活多样的考核方式，加强对学生学习过程的考核。分子生物学课程内容丰富，综合性强，学习难度较高。建立客观合理、全面有效的评价体系，不仅能够提高学生对课程的重视程度，也能促进学生探索知识的积极性、调动学生创新研究的热情。因此教师制定了多元化的考评体系，重点考核学生的综合学习能力、创新研究能力、实验设计及操作能力、分析问题及解决问题的能力。注重教学环节的监管及训练，在每节课的教学中贯穿随时提问，调动学生学习的积极性，每学期随堂进行2次测验考试，促进学生对理论知识的积累和掌握。教师对学生课程成绩的评价进行改革，改变过去平时占30%，期末考试占70%的做法。采用多元化的评价方法即为：学生课堂回答问题及参与意识环节占5%，参与科研项目占5%，学生分小组选择感兴趣的分子生物学问题，自己制作PPT 并讲授环节占10%，平时测试环节占20%（每次占10%），实验过程中积极性及参与性特别是自主设计实验及评价环节占10%，实验报告及口头报告占10%，分组讨论及“辩论性分子秀”表现占10%，期末考试占30%。强调的是学生参与整个教学过程，综合素质的考评，不以考试为最后的评价标准。探索促进学生发展的科学、多元化评价方式，激励学生乐观向上、自主自立、努力成才。

六、总结

在创新实验班“分子生物学”的教学过程中，始终坚持学生是认知的主体。如何激发学生学习兴趣，充分调动自主学习的能力，是教师教改的一个目标；主动更新知识体系、及时捕捉学科发展动态并针对学生特点采取灵活多样的教学方法和方式，是教师教改过程的重要环节；如何通过实验课程改革，使学生把理论知识和科学研究有机结合起来，提升原创能力，是教师教改的终极目标。经过近几年改革实践，初显成效。学生学习热情和兴趣大大提高，尤其是自主学习能力明显增强，学生自发成立了“创新论坛”、“知行学社”、“分子生物学兴趣小组”等团体。据不完全统计，截止2012年12月，创新实验班2008级、2009级学生公开发表论文74篇，其中SCI收录外文期刊35篇、EI 1篇、中文期刊38篇（A 类期刊论文8篇、B类期刊论文14篇、核心期刊论文1篇）。有10篇论文影响因子超过3.0，最高影响因子达到9.6。获国家专利4项。2008级有169名学生进入硕博（直博）贯通培养通道。2009 级有139名学生进入研究型通道。取得很好的教学效果。2012年11月26日，《中国教育报》对西北农林科技大学创新人才培养改革进行了纪实报导。目前，该校分子生物学采取该教学方法仅在创新实验班开展，这种教学改革需要学校政策的支持，对学生的基础要求较高，对教师要求很高，要求小班研讨教学，孙燕君等也认为小班研讨教学方法是本科精英教育的核心元素［8］。仍需要教师不断地提高业务素质、不断探索、不断实践、不断总结，把分子生物学教学工作开展得更有生气、更有效果，为国家培养出更多高素质的创新型人才。

［1］刘道玉.论大学创造性人才培养体系的构建［J］.高教探索，2011（1）：5－11.

［2］旋天颖.美国康奈尔大学本科教学及管理的特点和启示［J］.中国大学教学，2011（2）：92－94.

［3］陆国栋.关于大学教学中若干要素的思考［J］.中国大学教学，2009（11）：11－13.

［4］田生礼，宋国丽，李辉，等.分子生物学实验教学模式的多样性探索［J］.教育教学论坛，2011（15）：221－222.

［5］张洪奎.开展探索性实验 培养学生创新精神［J］.中国大学教学，2011（11）：68－70.

［6］李立群，王小利，郑锦娟，等.影响聚合酶链式反应实验效果的基本因素［J］.实验室研究与探索，2011（7）：37－40.

［7］李俊龙，徐翔，胡峰，等.农科拔尖创新人才培养模式的探索与实践［J］.中国大学教学，2011（1）：24－26.

［8］孙燕君，卢晓东.小班研讨课教学：本科精英教育的核心元素［J］.中国大学教学，2012（8）：16－19.