分子生物学理论与实验教学的改革研究

张欣薇 王强 陈明辉 周通 王飞 钟平安

[摘 要] 分子生物学是研究蛋白质、核酸等生物大分子的结构与功能、遗传信息传递规律及其相关的一门学科，是生命科学类本科专业学生必须掌握的一门专业主干课程之一。针对近几年该门课程在教育方面暴露出的问题进行了课程与实验教学上的改革尝试，同时引入了理论与实验有机结合的教育方法，并取得了显著的效果。旨在提高教学质量上提供有价值的参考。

[关键词] 分子生物学;课程;实验;教学改革

[作者简介] 张欣薇（1999—），女，江西景德镇人，江西农业大学生物科学与工程学院2017级生物工程专业本科生，研究方向为生物工程;

钟平安（1977—），男，江西吉安人，博士，江西农业大学生物科学与工程学院讲师（通信作者），研究方向为生物技术。

[中图分类号] G420    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）30-0170-03    [收稿日期] 2019-10-20

分子生物学是生命科学类本科专业学生必须掌握的一门专业主干课程之一，是研究蛋白质、核酸等生物大分子的结构与功能、遗传信息传递规律及调控方式和分子生物学研究方法的一门学科[1]。近年来随着科技的迅速发展，分子生物学技术突飞猛进，但教学模式与教材的更新速度却赶不上该学科的发展，因此，相应的教学模式应不断调整和优化[2]。

一、教学改革存在的问题

（一）教学形式单一

传统的授课方式往往采取老师主讲，大部分学生只是单方面接收信息而疏于思考。同时分子生物学课程知识体系庞杂，且其新技术、新方法、新成果不断涌现，给课程的教与学带来相当大的难度。如果光靠老师的讲解、传统的板书及幻灯片等教学手段远不能表达和传递深奥而抽象的理论知识，学生难以从直观上理解与记忆，以至于难以进行实际实践上的运用。所以对于传统的教学模式急需改进。

（二）理论课程衔接弱

分子生物学与生化、细胞、遗传、基因工程等课程的部分内容存在不同程度的相关性，造成一些内容的重复讲授[3]。课程的重复讲授不仅浪费时间，降低授课质量，同时也容易造成学生记忆上的混淆。所以处理好分子生物学与其他专业课之间的安排与衔接问题尤其重要。

（三）实验安排不合理

传统的实验教学通常是老师先将实验目的、操作步骤等写在黑板上，各种试剂也是预先配制好、分装好，上课时老师对以上内容逐一讲解，学生根据操作步骤机械地完成即可，实验报告也是直接照抄黑板上所写的内容，甚至实验结果都是一样的。这样的教学方式，学生纯粹是机械学习，总是跟随着老师的思维走，不能培养學生的动手能力和创新能力。同时实验与实验、实验与课程之间也缺少衔接，大部分学生都是按部就班地完成实验，不能理解每个实验之间的关联与目的。而实验与课程的实际联系也不足，甚至存在脱节的现象。传统的教学模式常以课程教学为主导，实验教学为辅助的形式。这种教学理念容易造成应试化教育不利于学生的发展。

二、理论课程教学改革

（一）优选教材

教材是课程内容的知识载体，也是进行教学活动的基本工具，适宜的教材可以起到事半功倍的作用。分子生物学相关的出版教材非常丰富，包括《现代分子生物学》（朱玉贤，高教出版社，第五版）、《分子生物学教程》（赵亚华，科学出版社，2006）、《基础分子生物学》（郑用琏，高教出版社，2012）等[4]。目前我们主要选用北京大学朱玉贤等主编的《现代分子生物学》第五版，它的知识体系完整，突出强调了分子生物学研究技术和原理，体现了分子生物学的最新技术和研究成果，扩充了基因组学和蛋白质组学部分相关内容。帮助学生更快更好地接受并理解知识，同时也能更有效地开展教学活动，对于提高教学质量具有积极作用。

（二）完善课程衔接

建议分子生物学安排在生化、细胞、遗传等课之后，安排在基因工程之前。这样在细胞、遗传等学科知识的基础上学习，可减少重复内容的讲解，并能从分子角度加深对分子生物学有关内容的认识理解。而生化、细胞、遗传几门课之间的教学内容也要合理安排、衔接贯通。如分子生物学课中有关细胞器的分子结构、功能的章节，可以在开设的细胞生物学课中讲授，以避免细胞与分子的课程重复。而有关DNA同源重组交换的详细内容应在遗传课中讲授，而在分子生物学中就不用再重复[5]。同时分子生物学课程内容之间也应做到相互衔接。如讲授到真核生物DNA复制特点时可以与原核生物DNA复制特点相结合，比较其异同之处，方便同学们的理解和记忆。所以解决好课程之间以及内容之间的衔接，不仅利于主干突出，还能节省时间，提高授课效率，帮助学生更好更有效率地学习该门课程。

（三）翻转课堂

新的理论课程教学模式可以采用案例式、讨论式以及翻转课堂相结合的形式。首先将班级划分为几个小组，并将课本的每个章节提出一到两个案例，在授课前供小组挑选并提前学习，进行有目的地看教材、查阅相关文献、关注最新案例研究，进行讨论，撰写讲稿，制作多媒体课件，讲授到相关章节时该小组选派一个代表上台演讲说明，结束后小组所有成员要接受其他同学及授课教师的提问并进行回答，教师就各组、各生的报告以及回答情况，再进行相应的更正与补充。同时每个小组的表现情况也与平时分有关，小组与小组之间形成一种竞争关系，激发同学们的学习动力。将案例式、讨论式与翻转课堂相结合模式不仅有老师讲述环节，也大大加强了同学们的参与度，起到自觉预习的作用，有效培养了其分析能力与报告能力，有利于培养学生自主获取知识、灵活运用的能力，同时竞争意识也大大激发了同学们的学习动力，让学生化被动为主动。

（四）多媒体的运用

充分利用动画、微课、精品资源库等网络多媒体技术，可有效增加教学信息量，改善教学效果，同学们也更容易理解理论知识。比如在上课过程中可以结合慕课、雨课堂等APP进行教学。慕课含有丰富的课程资源、视频、作业、讨论话题等内容。在讲授到DNA复制、RNA转录和蛋白质翻译过程等较为抽象知识点时可以结合慕课视频进行教学，方便同学的理解和记忆。雨课堂可以记录老师的PPT稿件，可以提问、统计回答的正确率，记录错题数量等功能。老师可以利用雨课堂教学以及提问时刻了解学生们的接受程度，同学们可以利用雨课堂回顾老师每节课所讲内容以及回顾错题。所以充分利用多媒体的功能，不仅活跃课堂调动学生积极性还便于学生理解记忆且效果更好。

二、 实验课程教学改革

（一）设计综合性实验

将分子生物学实验设计成综合性实验。每个实验相互独立，同时又相互联系。前后实验其实是一个整体，前一个实验是后一个实验的材料，后一个实验是前一个实验的检测手段[6]。如将基因组DNA提取、琼脂糖凝胶电泳、聚合酶链式反应（PCR）等几个实验作为一个整体进行教学。在实验教学过程中，可以先讲解整个综合性实验系统的原理与联系，加深同学们对整个实验的印象。之后再将班级划分为几个小组，每个小组通过查找文献、搜集资料等方式设计出一种实验方案。在之后的实验课上可以与老师讲解的实验案例作比对，弄明白有何异同之处，重点难点由老师来进行解答。之后在老师的辅助下将自己的方案进行更合理的改进，每组再按照自己的实验方案进行实验。最后可以利用多媒体教学的形式将每组的实验结果直观地显示出来。并逐一分析每组的结果，探讨出哪组的方案更理想，理想在哪里，哪组实验为什么失败？帮助找寻原因以及解决办法。通过此方法不仅可以解决实验之间缺少连续性的问题，还可以避免相同的实验结果，提高同学们的自学能力、培养发散性思维、增强创造能力和解决实际问题的能力，使实验课具有综合性，更加生动、更加具有实践运用的意义，避免了按部就班地教学。

（二）设立导师制度

为使学生更早地进入实验室学习专业知识，江西农业大学设置了导师制度。在大一的时候就分好小组，每个小组安排一位导师。学生可以跟随自己的导师进行学习，在大一、大二时进入实验室学习一些基础的实验操作，养成良好的实验操作习惯。在学习专业课程后，可以更深入地了解老师的研究方向及科研动态，并积极参与到导师的课题当中，积累自己的科研经验。同时学校也给予同学们许多展示平台，比如创新创业、生命科学竞赛、挑战杯、互联网+等比赛。同学们可以将自己研究的项目进行申报参赛，从中不仅可以系统化地研究整体实验，将理论知识投入到实践中，还可以接触到其他优秀的研究项目，从中学习新技术、新方法，并以此为基础，进行更深入的研究。

（三）实验与课程相结合

课程是基础，实验是运用。理论知识和实践操作是相辅相成的，二者共同促进学生对知识的吸收和理解[7-8]，实践教学能够有效培养学生的动手能力以及创新能力，增强他们的专业知识，提高就业竞争硬实力，培养他们不断学习探索的能力和对新事物充满热情的创新能力。课程教学是实验教学的基础，没有理论知识，实验将无法进行。这就需要将实践教学与传统理论教学方式有机融合，寻找现代与传统教育方式的平衡点。比如在课本知识上讲到酶切以及载体构建的内容时，教学内容不能仅仅局限于课本知识还要让学生进到实验室，此时可以将实验课安排在本周的周六周日，在同学们对于理论知识还有记忆的时候，进入实验，便于同学们将理论知识进行实际运用。理论与实验的有机结合，可以让学生获得更直观的感受，在实践操作中成长，也便于同学们迅速掌握实验技巧，激发同学们对该门课程的兴趣。

（四）完善实验室设备

分子生物学实验对于实验仪器以及材料要求非常高，陈旧的仪器以及试剂的偏差都会影响到实验结果。所以不仅教材要及时更新，仪器设备也要进行定期检修及替换。除此之外，在实验教学过程中发现了许多其他问题如实验条件受限，导致每个小组人数较多，不能保证每个人都动上手，导致许多同学反映对于具体的实验操作及步骤并不熟悉的现象，同时有很多实验结果都是通过比较类似的核酸凝胶电泳图来呈现，同学们容易出現张冠李戴的现象。针对这些问题，学校应该加大对实验室的投入，完善实验设备，确保仪器以及药品的充裕。尽量让每个同学都动上手，让实验分组尽可能地最小化。提高同学们的动手能力同时避免实验结果的重复性。此外，由于分子生物学发展迅速，许多实验技术及实验器材已与最新发展脱轨，此时应及时更新换代，以保证教学的质量以及实用性，同时也有利于同学们之后的研究与发展。

三、初步改革成效

根据以上改革方案，我院从2015级开始采取初步的改革措施。通过统计比较发现改革后，2015级学生的考研成功率达到50%，而未改革的2014级学生考研成功率为40%，考研成功率有显著的上涨。同时通过统计2014级到2017级同学分子生物学的挂科率，发现教学改革后挂科率明显下降。调查结果见图1。并且通过发放问卷的形式调查同学们对分子生物学课程改革的满意程度，经过比较发现大多数同学对改革措施非常满意，少部分觉得还有待提高或者进一步改善。调查结果见图2。综上，该模式的教学改革无论是在考研成功率上还是挂科率上以及满意程度上都表现出明显的效果。

四、结语

上述教学改革方案虽然取得一定成效，但分子生物学教学改革是一项系统工程。如何教好分子生物学课程，提高教学效果，是摆在所有分子生物学教学工作者面前的一个共同问题[9]。因此教学改革的步伐仍需前进，并不断为培育具有主动性及创造性的优秀型复合人才努力，为分子生物学的未来发展打下好基础。

参考文献

[1]朱玉贤，李毅，郑晓峰.现代分子生物学[M].北京：高等教育出版社，2013：312-318.

[2]罗英花，杨智明，金美华，等.“分子生物学”课程教学改革初探[J].农产品加工，2016（8）：76-78.

[3]邱文林，徐运清.“土壤肥料学”实验教学改革与实践[J].孝感学院学报，2002（6）：95-96.

[4]王少奎，马启彬，王兰，等.农学专业《分子生物学》课程改革与实践[J].高教学刊，2019（8）：131-135.

[5]韩端丹，洪琦.分子生物学与生物化学课程间教学衔接探析[J].高等函授学报，2010（5）：30-32.

[6]郭小勤，汤定钦，林新春，等.分子生物学实验教学改革与实践[J].生物技术世界，2016（4）：253-254.

[7]李吉馥.分子生物學实验教学现状与改革[J].安徽农业科学，2018（10）：235-236.

[8]张英，黎宏宇，林大专.分子生物学实验教学改革与探索[J].黑龙江畜牧兽医，2017（3）：269-271.

[9]文静，申玉华，赵冰.高等学校分子生物学教学改革初探[J].吉林农业，2013（8）：92-93.

Research on the Reform of Molecular Biology Theory and Experiment Teaching

ZHANG Xin-wei，WANG Qiang，CHEN Ming-hui，ZHOU Tong，WANG Fei，ZHONG Ping-an

（College of Biological Science and Engineering，Jiangxi Agricultural University，Nanchang，Jiangxi 330045，China）

Abstract：Molecular biology is a subject that studies the structure and function of biological macromolecules such as protein and nucleic acid，the law of genetic information transmission and its related subjects，and it is one of the main courses that students majoring in life sciences must master.In view of the problems exposed in the education of the course in recent years，this paper makes an attempt to reform the course and experiment teaching，and introduces the educational method of the organic combination of theory and experiment，and has achieved remarkable results.The purpose of this paper is to provide valuable reference for improving the quality of teaching.

Key words：molecular biology;course;experiment;teaching reform