生物工程专业“分子生物学”教学改革探讨

王 霞，李 昉，梁成伟，王秀丹，王晓琨，魏曼曼

(青岛科技大学 海洋科学与生物工程学院，山东 青岛 266042)

分子生物学是在生物化学和遗传学的基础上诞生并迅速发展的一门学科，它的兴起标志着生物学进入了一个崭新的时代。分子生物学主要从分子水平研究核酸和蛋白质等生物大分子的结构，及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用等生命本质问题[1]。分子生物学学科日渐成熟，已经渗入到生命科学的各个领域，尤其是在生物工程技术应用比较广泛的农业、医药、食品和环保等领域提供了重要的理论基础，分子生物学课程也被列入高等院校生物工程专业的基础必修课程。该门课程设立的目的是建立一个系统性强、能与国际接轨的分子生物学知识体系，使学生对该学科产生兴趣，为今后投身生命科学的研究奠定基础，同时加强学生对知识进行融会贯通的能力，培养具有诚信品格和国际竞争力的优秀工程应用型人才。不过，分子生物学知识点较多，内容较抽象，实践性较强，涉及技术面较广[2]，导致学生学习效果不是很理想，无法完全达到开设分子生物学课程的目的。因此，开展教学改革，制定行之有效的教学方案，是分子生物学专业课老师亟需解决的问题。笔者结合教学实践，剖析了当前分子生物学教学过程中存在的显著问题，提出了相应的解决方案，期望在今后分子生物学课程的教学过程中取得更好的效果。

1 分子生物学教学过程中存在的问题

传统教学方法是指针对应试教育采用的“填鸭式”教学方式，这种教学模式虽然可以让教师在较短时间内灌输给学生更多信息，从而满足学校的考试和修满毕业学分的要求。但需要注意的是，当今社会是创新型社会，社会发展更加迅速、知识结构更加精细和具体，当代大学生作为社会发展的中坚力量，必须具备足够的创新能力和扎实的专业基础知识才能满足社会发展的需求，从而成为一名合格的社会主义建设者。分子生物学，作为生物学发展最前沿的课程之一，教学目的应该是更加注重培养学生的创新性，提高学生的综合素质，而传统教学方式越来越不能满足这样的要求，这就需要我们找出当前教学过程中存在的问题，从而有针对的进行改革，这样才能提升教学质量。总结起来，主要存在以下几方面的问题。

1.1 知识点较多，内容较抽象

分子生物学是所有生物学科中最抽象的一门课程，不仅内容抽象，信息量庞杂，而且新理论以及新技术也层出不穷[3]。从教学内容上来看，分子生物学的授课以中心法则为主线，知识点主要包括细胞、蛋白、核酸、DNA 复制、RNA 转录、翻译、基因表达与调控等。其中复制、转录、翻译以及基因表达与调控是重点难点[4]。因此，分子生物学包含的相关知识点非常庞杂、零散，内容抽象且知识点逻辑性较强，学生比较难理解，如果前面知识不能及时消化，后续知识就更加难以接受。授课的另外一个特点是，内容上与生物化学、遗传学以及细胞生物学甚至是基因工程等课程存在很多的交叉，教学过程中在讲授某些知识点时，不可避免的要与这些课程关联甚至重复，这导致学生觉得这些知识点好像在其它课程中已经学习过了，属于重复学习，从而让学生感到重点不够明确。但实际上，同样的一个知识点在不同课程的教学过程中所强调的侧重点是不一样的，要求掌握程度也不一样[5]。

1.2 学生学习兴趣不浓厚

所谓兴趣是学习最好的老师，如果对一门课程不感兴趣，只是机械刻板地接受信息，那么就无法真正地深入理解并掌握知识[6]，所以，培养学生的兴趣对分子生物学课程改革非常重要。分子生物学作为生物专业学生的一门专业基础课程，与其它普修的基础课程有着明显的不同。首先，学生的知识储备存在很大的差异，普修的基础课都是从高中甚至初中开始学习，学生的知识储备非常充足，知识点连贯，所以能够很快的进入学习状态，学习兴趣也很浓厚，有利于接受新的知识。而分子生物学作为一门专业课程，内容更加精细和具体，很多知识点是学生们以前没有接触到的，这就使得学习难度加大，很多学生在上课过程中会逐渐丧失学习兴趣。其次，因为分子结构是“看不见摸不到”的，所以，分子生物学内容非常抽象，比如在讲授PCR反应时，学生就会因为想象不出具体的反应过程而难以理解，从而导致很多学生渐渐的对学科知识望文生畏。加之分子生物学理论内容庞大复杂，要想使学生一直保持较高的学习兴趣就更难了。

1.3 教学模式较传统，内容较陈旧

分子生物学课程专业性较强，教师在授课过程中如何把抽象的知识点更加浅显易懂地教授给学生，就显得非常重要。分子生物学是研究微观世界知识的一门学科，像基因的结构和功能、遗传信息的传递等知识点，借助显微镜及实验操作也很难理解。传统授课模式下，大部分都是照本宣科，教师写板书，学生记笔记，即使有些教师借助图片讲述，学生也较难理解，这样的模式不仅抽象，而且双方缺乏互动，学生在这样的教学活动中只是被动接收，完全体会不到参与感，这也是导致分子生物学教学效果不佳的重要因素。举个例子，比如蛋白质合成过程中氨基酸的进位、转位及肽链的延伸等过程，如果不借助图片、录像或者视频等教学手段，教师很难讲清楚，学生就很难理解。

分子生物学的发展日新月异，很多教材上面的内容或者技术已经落后，虽然能够很好的传递基础知识，但是会与社会发展和实际应用严重脱节，应用性欠缺。举例来说，像DNA测序技术，很多教材里面还是Sanger DNA 测序法原理，在实际应用中已经逐渐被二代、三代高通量测序技术替代。所以，在讲述基础知识的同时，还要阐述新的技术和应用，使得学生更能适应当今社会发展的需求。

1.4 实验教学效果不佳，理论与实践教学脱节

实验操作是分子生物学教学内容的重要组成部分，它与理论知识教授相辅相成，共同构成了分子生物学的主体内容[7]。理论知识是实验操作的指导要领，而实验操作是理论知识的具体应用，通过实验操作，学生可以更加深入的了解课程内容，促进对基础知识的理解和吸收。总的来讲，分子生物学整个实验环节包括实验准备，实验操作，实验结果分析和实验报告提交四个部分。通常在分子生物学实验教学过程中，学生往往只是参与实验操作和实验报告提交这两个环节。实验准备主要由主课老师和实验师完成，学生基本不参与，再加上缺乏有效的预习，学生们在实验开始前不能熟练的掌握整个实验操作。在实验课上，学生会对所用的设备仪器感到很陌生，老师讲解之后，学生会照着操作步骤机械式地完成实验，但仍然不能深刻的记住整个过程，更不能将所学的理论知识与实验过程结合起来，从而导致实验教学的效果不佳。所以，学生在得出实验结果之后也很难对自身实验结果做出正确合理的分析。通常是做完实验后不知道自己做的什么，分析实验数据又成为学生学习的一个难点。

2 分子生物学教学改进措施

2.1 教学内容的改进

教学以教材为基础，参照教学大纲的要求，结合科技发展现状，加强对新技术的收集力度，并将其有效融入教学体系内，优化知识体系，扩充教学内容[8]。在向学生传授更多的理论知识的同时，确保教学内容能够一直符合时代的发展需求。教师要时刻关注本学科领域的最新的发展动态，对学生讲述近期我国在生物学相关研究领域工作中取得的显著性成果，比如针对新冠肺炎疫情新研发的核酸检测技术，可以在适当的章节引入相应的介绍，这样的授课内容更迎合现代社会的发展需求。又比如讲基因敲除技术时，可讲授目前分子生物学领域的研究热点-CRISP/Cas 9系统基因修饰技术，这是极有可能获得诺贝尔奖的一项技术。向学生介绍这项新技术的应用和发展前景会激发学习兴趣，激发勇于创新的热情。在传统教学内容中加入这些时代前沿的内容，使学生产生更高的兴趣的同时，也间接告诉学生科学创新性的重要性和从事相关工作的重要价值。可按照OBE理念的要求重新制定教学大纲，有助于培养学生的创新意识和科研能力。类似这样的教学内容的融入可以赋予课堂生动的特点，可向能力强的学生传授更多的理论知识，符合时代要求，有利于其多方面成长，向学生充分见证了分子生物学技术对人类社会发展的重大贡献，为学生将来选择职业提供一定的理论参考。

2.2 教学模式的更新

按照OBE理念[9]，在课堂中利用不同的教学形式鼓励学生自主学习和提高团队合作的能力。传统教学模式以教师讲课为主，学生参与度不高，可尝试将教学大纲内容分为两部分，教师讲授教材中较难理解的部分，学生以小组为单位将教材中的较易理解的内容在课外进行材料收集和知识汇总，将相关的内容做成PPT，在课堂上讲授。每个小组讲授一个专题，报告结束后，全班同学及授课教师可提问题、提建议，报告同学就自己的理解进行回答，授课教师会对各生的报告情况，如内容的完整性、准确性、答疑等项目进行讲评、补充。通过这种形式可使学生更好的理解知识点，在问答过程中也可让授课教师更好的了解学生的掌握情况。

当然，课堂交流的内容不仅局限于教学大纲的内容，还可以鼓励学生介绍某一个科学问题的最新的前沿技术，这样可以让学生了解到分子生物学在实际生产和应用中发挥的巨大作用，从而使得学生加深对分子生物学的理解。这种课堂开展讨论的教学方式不仅能充分调动学生学习的兴趣，而且可以增加学生自主学习的能动性，加强学生对于知识点的掌握。除此之外，教师也可以结合自己的相关研究方向，在课堂上讲述最新的研究成果，给学生的学习带入新鲜内容，以期获得更好的教学效果，从而提高学生学习的兴趣。教师在讲解某个知识点时可以结合自己的科研成果，具体讲解自己科研过程中用到了哪些理论知识，遇到了哪些问题以及如何运用理论知识解决这些问题等。教师通过讲解自己的亲身经历，既可以让学生更容易理解相关理论知识，又能提高他们运用这些知识去解决问题的能力，从而使学生加深对相关知识点的掌握程度。

2.3 教学手段的更新

分子生物学内容较抽象，多媒体信息技术发展迅速，可有针对性、有选择地利用科研动画进行辅助教学。例如PCR反应过程、信使RNA剪切、ELISA技术等内容单靠教师讲解和图片展示不能使学生完全掌握，可以利用动画的形式辅助讲解。动画不仅可以清晰明了地展示原本抽象的反应过程，调动学生参与分子生物学课程学习的积极性，还可以组织学生结合课程内容自主参与动画、视频的搜索。动画教学已经逐渐成为分子生物学教学的重要辅助手段，使学生由被动的学习变成主动地参与，从而丰富了学生自主学习的资源。

随着“互联网+”时代的出现，微课和雨课堂混合式教学模式逐渐在高校教学中广泛应用。微型视频网络课程简称微课。微课与完整的在线教学视频不一样，它相对较短，时间通常控制在 8～12 min，内容一般是对课程重点、难点和考点的详细讲解。例如DNA复制过程这个知识点，可以设计成视频，将原本抽象的知识具体化和形象化，以更加直观的方式展示出来，能够使学生加深印象。雨课堂是由学堂在线与清华大学在线教育办公室共同研发的智慧教学工具[10]，可以安装到计算机、移动设备等各种设备上，协助教师完成教学活动。教师在使用雨课堂的同时可以选择搭配各种功能，使得课前—课上—课后可以有机联系起来。相比其它的网络教学形式，雨课堂具有显著的优势，教师可以随时发布公告，课前推送重要知识点和最新科研研究进展，例如新冠肺炎核酸检测原理和相关最新研究进展，可以提高学生学习兴趣，也更好的将学生带入所学知识点中。课上学生可利用弹幕功能随时提问，教师可以开启随堂测验，及时掌握学生学习情况，还可以对整个教学过程进行实时的监测和评估。课后教师可以布置作业，学生可在电脑上完成，方便教师随时了解学生对知识点的掌握情况。我们也可以将微课融入雨课堂教学过程中，在课前和课后进行推送，便于学生在预习、复习时观看，这样的学习更直观，也可以达到合理利用和分配学习时间的目的。所以，将微课和雨课堂相结合应用于内容较为抽象的分子生物学课程中，会大大提高学生学习的兴趣，拓展学生的知识面，更重要的是增加学生学习的效率和加深学生的记忆，从而使得整个教学效果有所提升。

2.4 实验教学的改进

分子生物学教学通常是课堂教学搭配实验教学一起进行，通过开展实验可以让学生更好的理解基础知识，乃至做到融会贯通。要让学生充分参与到实验准备工作中和操作过程中，以了解整个实验的来龙去脉。可以尝试使用虚拟仿真实验室，让学生充分利用虚拟教学系统预习实验。例如，在进行分子实验如提取DNA、RNA，基因克隆，酶切，载体构建等实验时，可制作相应的模拟场景，实验课之前教师指导下组织学生观看虚拟实验中的实验录像，运用虚拟实验软件进行模拟训练。通过这种方式，学生可以提前预习并获得直观的感受，从而使得学生对复杂的实验流程记忆深刻，也能理解抽象的概念。在实验过程中，尽量做到让学生们独立完成自己的实验，实验设置要尽量使学生们体会到实验成功的喜悦和成就感，从而达到提高学生的动手能力和科技创新能力的目的。

3 总结

课程教学质量事关人才培养质量，分子生物学是生物工程专业最重要的专业基础课之一，因此，提高分子生物学的教学质量对于培养高质量生物工程专业人才至关重要。分子生物学的课程教学，需要改变传统的课程模式，充分调动学生自主学习的积极性，从而提高分子生物学的教学质量。因此，教师们任重而道远，要去不断探索学科教学理念，不断提高自身业务素质，不断探索、实践、总结，把课程教学工作开展的更生动、更有效，为社会培养更多高素质的专业人才。