研究型教学模式在分子生物学课程中的应用

张 迪，王 荣

（阜阳师范学院 生物与食品工程学院，安徽 阜阳 236037）

分子生物学是现代生命科学的核心基础。是在分子水平研究生物的结构、功能、发生和发展的规律，以及生物与环境的关系等。在我国大学本科教育教学中，生命科学相关课程大致可以分为基础课程、专业课程和拓展课程。分子生物学作为核心专业基础课覆盖面宽，同时兼具理论性与技术性专业知识结构特点。还承载着生物学专业的所有专业课程的学习基础。分子生物学更是从分子水平上阐明一切生命活动发生过程和机制的研究性学科，是现代生物科学的核心。创新时代要求一切要以创新为目的，采用创新的手段和思维。下面，就以师范院校生物学专业的分子生物学课程的教学改革论证研究型教学在当今教改大潮下的核心角色。

1 现状及存在的问题

近年来，生命科学的各个学科发展均表现出了加速的趋势。以基因组等组学研究为代表的新的研究领域、新的视角和新技术的结合，使得众多长期令我们充满兴趣但无法解答的问题得以突破。例如：在生物表型的决定中，基因表达的改变更多的是表观的非遗传性因素导致的；单细胞分析技术的建立；动物胚胎发育中体细胞重编程；生物体内的微生物群落的存在意义和作用等。但当前的分子生物学课程的教学内容和教学模式严重滞后。这主要体现在以下几方面：

1.1 塑造学生的科学和创新精神方面存在缺失

当今社会尤其倡导科学和创新精神。在生命科学研究中，存在着很多关键的但难以解决的问题。长期的研究和大量的投入并未使问题真正解决。这部分是由于技术瓶颈导致我们无法在更深层次的水平上开展研究。但同时也是由于我们思考问题的路径过于僵化，角度过于单一。科学发展史告诉我们，生命科学乃至整个自然科学的历次重大进展，均是建立在思想上发生巨大转变基础上的。如，达尔文进化论的产生就是建立在仔细的科学观察、严谨的数据分析、大胆的假设和科学证明基础上的。近年来，在分子生物学研究中，有关表观遗传学的研究方兴未艾。一些突破性发现就是建立在对原有僵化思想上的突破，进而改进研究设计并取得突破性成果的。

1.2 新时代特色未能充分体现在教学过程中

科学研究日益体现出不同学科间的交叉和不同技术间的结合特点。在这方面最典型的例子就是冷冻电镜技术的发展对蛋白质结构分析工作的巨大推动。作为分子生物学中重要的研究领域，对蛋白大分子的空间结构和功能关系的研究一直是研究热点。但现有的建模理论始终无法被大量的超显微结构数据所证实。冷冻电镜技术的出现，使分子成像极大地简单化，并于2017年获得诺贝尔奖。施一公等学者运用冷冻电镜技术对蛋白结构的分析，进一步推动了对相关生物学过程和蛋白功能的研究。因此，在讲授蛋白功能及蛋白与DNA和RNA相互作用时，不能仅提及已知的结论。应当就功能与分子结构的关系，及利用包括基因工程技术改造蛋白的结构，进而影响蛋白正常功能的一系列连续过程加以讲述。这里既包含了研究方法，也呈现了不同学科和技术的交叉与融合。

1.3 新技术和新理论无法及时地传导给学生

分子生物学发展到今天，已形成了完整的知识体系。但由于培养学生的定位等原因，在普通师范院校中使用的教材的主要内容变化很小。在静态部分，主要包括各种生物分子的介绍、经典的遗传定律和部分核心的分子生物学实验的原理。在动态的部分，主要介绍有关DNA复制和转录，蛋白质的翻译过程与机制。尽管这些内容早已形成较为完善的知识体系，并且成为现代生物学的基石。但近年来的大量基础研究依然发现了许多极为重要的发现。如，在DNA复制研究方面发现：半保留复制里每条单链的复制高度独立，具有随机性。先导链和滞后链的复制速度与步调并不同步。由此就会引起一系列的连锁问题，如为什么会这样，控制机制是什么，它的生物学意义是什么等。这些新的进展并未引起教师的足够重视。又如关于非编码RNA在基因的表达调控中的作用正不断被发现，并改变着原有的知识体系。因此，新知识体系的快速形成与原有的教学间产生了突出的矛盾。即要做到保持学科内容知识体系的稳定性，又要及时地体现出学科发展的动态性，对于能否胜任分子生物学这门快速发展的学科课程来说是有较高的挑战性的。

2 造成问题的主要原因

当今社会与科学的快速发展都对生物学相关专业的教育和教学都提出了时代的新要求。即课程的设置和教学该如何满足当前形势的要求。分子生物学课程从内容看，兼具知识的记忆性和理论理解与推理相结合的特点。因此，在教学中，往往出现只强调其知识内容的记忆性，忽略了知识的产生过程和逻辑关系问题。作者认为，目前本科生物学专业的分子生物学教学中存在问题有以下的原因。

学生学习动机发生偏移和教师的认识不到位。目前，在高等教育体系中，普通师范院校的定位决定了它以培养中小学教师为主。生物专业的绝大多数学生的学习目的呈现出短期性和现实性。如为了取得好成绩、为考研、考编及其它的短期目标。在现实社会的滚滚洪流之中，学生为了寻找一条自己的人生之路，是可以理解的。但必然导致学习目的偏离，对科学和科学精神的追求失去原动力，无法做到真正追寻科学知识和对科学精神的实质理解。学习行为流于表面，也更无法谈及积极主动的学习动机。与此相关的，则体现在教学模式方面依然是以灌输知识为主，以记忆性学习为主。学生缺乏应有的思考性学习，逻辑思维得不到锻炼。教师知识体系僵化陈旧，无法及时跟踪科技飞速发展的步伐。教师在教学中缺少诱导式，启发式和探究式教学，注重形式而忽视分子生物学教学的精神实质。

教学评价环节是回顾教学效果，发现问题、评判学生学习成绩和督促学生有效学习的重要步骤。是整个教学环节中不可缺少的一环。而当前在教学评价环节上，应试化倾向也非常严重。这必然与上面谈到的原因有直接的因果关系，也与教师惰性心理和教学内容安排失当有关。此外，评价体系中，过于注重纸笔测验，缺少研究性报告和实验技能评价。可以说，仅以考试为导向的教学，不可能实现教育的根本目的。

3 研究型教学模式在分子生物学课程中的应用探索

为响应新时代的创新性发展要求，向学生传导（生命）科学的本质，适应社会的需要。使学生能较好地掌握基础理论和解决问题的能力，应从制定新的教学大纲入手，摆脱理论与实验课的传统教学模式，优化教学结构，降低单纯记忆性的知识内容比率，积极探索研究型教学模式的应用。打破在师范与非师范学生专业培养中的划分问题，适应国家在师范教育上新的改革要求。总体讲，应在以下几方面做出认真思考。

3.1 优化知识结构

综合性大学与师范大学（学院）的分子生物学课程，在教学内容涵盖范围和难易程度上基本类似。但在历史悠久，学术气氛浓厚的国家级重点大学和主要面向中小学师资培养的地方性师范大学（学院）间，由于所培养的学生今后发展定位不同，教师在教学模式和内在驱动力上存在着明显的差异。明确专业教育教学目标是当前最首要的任务。分子生物学课程不能被简单地被看成为一门专业学科课程，更应作为揭示生命活动根本机制，乃至整个自然科学的核心基础课程。应该被作为探索跨越生命与非生命物质的分子性质和生命活动独有特质的关键学科开展教学活动。由于不存在统一教学大纲等指导性文件，在教学中，如何根据实际情况，制定可行的教学指导文件，将对具体的教学模式，教学过程和教学评价等各教学环节起到指引作用。具体说，将分子生物学中与生物化学，细胞生物学和遗传学等相关课程的教学内容进行综合分析。将其中的生物大分子等涉及到以分子属性和分子结构为主的静态知识体系尽量剥离出来，把这些内容作为生物化学课程的重点授课内容。分子生物学课程应该以动态知识体系为主，着重于揭示潜藏在生物活动现象下面的分子机制过程分析。

3.2 增加研究性教学内容

态度是学习的倾向，是通过多年的学习发展来的经验[1]。它可以分为面对科学的态度和科学态度。前者是指对科学知识、科学研究及科学与社会关系在态度、情感和价值观方面的体现。后者主要指在开展科学活动时表现出来的技能和思维方式[2]。学习态度决定了学习的成效，决定了他们解决问题的能力。以问题为导向的研究活动不是一般的生物实验课所能比拟的。国外的研究已经表明，通过积极的参与科研活动，学生在科学课程上的学习态度都得到了极大的发展[3]。从事研究实践活动的学生在学习过程中会感到更好的适应，并且在各方面取得更好的成绩[4-5]。

在我国，985高校的生命科学专业对本科生早已有此要求，即在四年的学习中必须至少有一年的科研经历才能允许毕业。从学生完成相关训练后的综合表现看，这种模式的学习决不是只通过理论学习，考试获得高分成绩所能相比的。因此，在分子生物学教学中，可选择适合的内容，设定研究课题，引导学生思考以问题为导向的科学研究是如何开展的。例如，针对分子生物学中基因的转录启动这部分内容，教师在讲解基础理论内容后，可以请学生开展“分离特定物种基因组具有启动子功能序列”的研究。由教师提出研究目标和实验设计基本原则，学生提出具体的研究方案和细节。在我院，也已开始提倡本科生参加相关专业领域的科研活动。学生参加的态度是积极踊跃的。尽管这种提议还未形成规定性要求，但无疑方向是正确的[6]。

3.3 优化知识结构布局

特定的教学策略可以促进学生的学习和理解。例如“类推法”和“互动演示法[7-8]。教师在教学中应更着重于对复杂的学科知识的教学把握。在教学中特别要重视对关键核心概念的理解与把握，使学生对知识架构上关键的节点概念掌握是正确和牢固的。例如，该如何使学生理解表观遗传学这个概念。教学中，就要对基因表达调控和生物性状这两个基础概念进行深入讲解。使学生深刻领会表观遗传学的核心在于强调一切非遗传物质改变所造成的生物表型（性状）改变。这样，学生就不会再把具体的转录、翻译和各种环境因素导致的基因表达变化割裂开来，可以用统一的观点分析问题。此外，新的教学手段的应用有其必要性，但对分子生物学的教学更应重视使学生在掌握基础理论后，在实验设计、实验执行和资料分析及交流方面得到锻炼。另外，图形资料是科学语言的重要组成部分，可以高度精炼压缩需要文字表达的内容，在分子生物学知识体系中有着广泛的存在和不可替代的作用。在训练学生开展研究的同时，要特别强调帮助学生掌握收集数据和展示结论技能的重要性[9]。

此外，加强生物专业课程与物理、化学和数学等学科课程的交叉联系，有助于加深对分子生物学基本概念的理解，包括对物理学科中“过程”和“能量”等的重视。在理论模型、难题的解决和实验设计等方面，这些在传统生物学教学中不太强调的概念在生命科学中也应被重视。正如沃特金斯等人认为的那样，通过不同学科间互相渗透协调，发现它们共同关注的问题，可以激励学生，帮助理解生物学中的基本物理原则及其对生命的控制和调节[10]。而这最终也将有助于学生理解生命与非生命物质的终极统一，更好地理解生命形态与非生命形态的区别在于能量维持的有序性。在对客观世界的认识方面建立自己的合理观念[11]。

3.4 提出适应新趋势的教学评价模式

在分子生物学课程评价方面，实作评价是值得考虑的候选方案。可以深入探讨改变评价考核方式和内容，建立新的以概念元素为核心的支持和评估分子生物学核心概念学习的详细框架[12]。以评价方式转变作为改变学生学习行为模式的主要手段，可以更有效地促进学生学习的积极性和学习目标的达成。在具体考核中，可分为以生物核心概念和知识框架为考试内容的笔试部分，以设计研究性小课题为解决问题的综合能力评价部分，其中包含实验技能考核。

4 小结

今天，我们面临着前所未有的局面。学习已经变成每个人终身发展的需要。大学教育对个人的长期发展具有关键影响。它不仅仅是学科专业知识的获得过程，更重要的是在于获得适应当今和未来知识喷涌而出，社会高度复杂化的局面。而对教育工作者，思考这个问题更具有必要性和紧迫性。