网络时代如何提高“分子生物学”课程的吸引力

牛晓磊 冯世鹏 王倩男 蒋凌雁 陈银华

[摘 要] 网络时代，学生容易被各种网络信息所诱惑，从而削弱学习的积极性。分子生物学作为生物学专业极其重要的必选课，如何提高“分子生物学”课堂的吸引力，可从教学内容改革入手，提高课堂讲授内容的系统性、知识性、实用性、趣味性。同时，讨论改革课堂教学方式及教学手段，通过综合使用引导式、故事式、举例式的教学方法，让PPT以内容为主，适当增加短视频、动画等表现形式。通过多种形式的综合改革，能够激发学生的学习积极性，让学生愿意学、听得进、记得住，最终学好“分子生物学”课程。

[关键词] 网络时代;分子生物学;课程吸引力;教育改革

[基金项目] 2019年度海南省高等学校教育教学改革研究项目“分子生物学课程教学内容及实验体系整体优化”（Hnjg2019ZD-2）;2019年度海南大学教育教学改革研究项目“分子生物学课程教学内容及实验体系整体优化”（hdjy1926）;2020年度教育部新农科研究与改革实践项目“热带新农科多样化人才培养体系研究与实践”（NDE2020-20）

[作者简介] 牛晓磊（1979—），男，河南安阳人，博士，海南大学热带作物学院副教授，主要从事热带作物遗传育种研究;冯世鹏（1980—），男，湖北孝感人，博士，海南大学热带作物学院副教授，主要从事热带作物遗传育种研究;王倩男（1985—），女，湖北武汉人，博士，海南大学热带作物学院副教授，主要从事热带植物与病原菌互作机制研究。

[中图分类号] G642.41   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）50-0117-04    [收稿日期] 2021-07-07

一、引言

海南大学是2007年8月由原华南热带农业大学与原海南大学合并组建而成的综合性重点大学，2008年12月成为国家“211工程”重点建设高校，2017年入选国家“世界一流学科”建设高校。2018年，海南大学成为教育部与海南省政府“部省合建”高校，被纳入教育部直属高校排序。海南大学生物技术专业于2001开始在全国范围内招生，2009年生物技术专业被评为海南省特色专业，2019年生物技术与生物科学专业入选国家级一流本科专业建设名单。海南大学从2008年开始就启动文理科实验班的创新型人才教育教学改革，每班在全校新生中挑选约30人进行创新人才培养，2015年开设生物科学专业理科实验班。

“分子生物学”课程是生物技术与生物科学专业的核心必修课，学生毕业后无论是攻读研究生还是就业，均可用到相关知识和技术。一直以来的参考教材均为朱玉贤院士主编的《现代分子生物学》[1]教材。

二、学生学习现状

学生是学习的主体，其学习努力的程度与成绩成正相关。以近五年（2014—2017级）生物技术、生物科学专业学生的平均成绩为例，普通班学生成绩成正态分布，90分以上及50分以下的学生较少，绝大多数学生的成绩集中在70～90分;理科实验班的学生成绩集中在80～100分，无不及格学生，学生平均成绩明显高于普通班学生。从考研率来说，普通班的学生近3年的考研率分别为29.69%、38.03%和38.89%，而实验班学生的考研率均在90%以上。以上数据充分说明学生的自主学习能力非常重要。

但是由于远离家长的监督，一部分学生进入校园开始大学生活后，在现代大数据网络时代，将大部分时间花在网络上看影视剧和各种八卦消息及沉迷于游戏，加上专业知识相对枯燥，学习兴趣下降，将本应用于学习的宝贵时间浪费在游戏和浏览各种网络信息中，浪费了自己的青春。如何提高课程对学生的吸引力，让学生充分利用校园提供的各种有利资源和条件进行高效学习，本文以“分子生物学”课程为例，进行相关课程改革的探讨。

三、教学内容的改革

“分子生物学”课程中，部分内容在“生物化学”“基因工程”和“分子标记技术”等课程重复出现，为了避免相同内容的重复讲解，应对各门课程内容进行侧重点划分。“生物化学”课程应偏向于生物大分子的组成、结构、理化性质、合成与分解及参与的代谢通路等;“基因工程”课程偏向详细讲解基因工程操作过程的细节;“分子标记技术”偏向分子标记的类型、检测方法及其应用;“分子生物学”课程偏向讲解生物信息流向的过程及分子生物学实验技术的基本原理。以PCR技术为例，“分子生物学”课程主要讲解其基本原理;“基因工程”课程可讲解PCR所涉及的酶的种类、引物设计及其应用条件等;“分子标记技术”课程则讲解PCR在分子标记中的具体应用。

（一）教学内容的系统化

朱玉贤院士主编的《现代分子生物学》分为11章，以DNA、RNA、蛋白质三类大分子为研究对象，讲解其信息流过程及所涉及的分子生物学相关技术，各章内容相互呼应成为一个有机整体。第1章绪论部分主要讲述分子生物学发展历史及分子生物学主要研究内容。第2章至第4章主要讲解中心法则遗传信息传递的详细过程，包括DNA复制（第2章）、RNA转录（第3章）和蛋白翻译（第4章）。第5、6章主要讲解分子生物学相关技术原理。第7、8章讲解基因的表达调控，包括原核生物的表达調控（第7章）和真核生物的表达调控（第8章）。第9章主要讲解人类常见疾病的原理及可能的防治方法，包括肿瘤、艾滋病、乙肝、禽流感、SARS等。第10章主要讲解基因调控动植物的发育过程。第11章主要讲解基因组测定的内容、方法及比较基因组学知识。所有内容均围绕中心法则及其应用展开。

教学内容系统化是让学生了解各章节间的内在联系，在学习各章节具体内容时具有一张知识网，知道各章节内容在这张网上的节点，从而在学习的时候能较快掌握相关知识，增强学好本课程的信心。

分子生物学课程内容归纳如下。

●分子结构特点（染色体结构、DNA结构、RNA结构、蛋白质的结构在生物化学课程中主要讲授）

●来源过程（DNA复制;RNA转录;蛋白质翻译）

●加工修饰（DNA突变、转座;RNA转录后加工修饰;蛋白质翻译后修饰）

●过程抑制（DNA复制调控、RNA转录抑制、蛋白质合成抑制剂）

●分子转运（DNA无转运、RNA、蛋白质有转运）

●过程调节≈基因表达调控（DNA水平、RNA水平、蛋白质水平）

（二）引入前沿科技知识

生物学是发展最快的领域。以我国科技部评出的近3年的“十大科技进展”为例，每年都有多项重大科技进展与生物学相关。2020年世界十大科技进展中有5项与生物相关[2]，中国十大科技进展中有2项与生物有关[3];2019年世界十大科技进展[4]有6项与生物相关，中国十大科技进展中有2项与生物有关[5];2018年世界十大科技进展中有6项与生物相关[6]，中国十大科技进展中有3项与生物有关。这些科技进展中和每年诺贝尔奖与生物相关的知识点，都是引发学生兴趣的点，从这些知识中精选部分进行专题介绍，或在课程讲解过程中将相关知识融入现有章节，与时俱进，会大大提高学生对课程的兴趣。如藻类光合蛋白结构可在第4章蛋白中讲不同的蛋白质具有不同的功能，测定重要功能蛋白的结构就会有重大科学发现。青藏高原发现的丹尼索瓦人是通过蛋白质序列进行物种鉴定的例子，可作为DNA在物种鉴定、身份鉴定中的补充。非洲猪瘟病毒结构及其组装机制可在第9章讲解，非洲猪瘟是2019年对人们生活影响最大的事件之一。克隆猴的例子可在讲染色体时用，染色体DNA是主要的遗传物质，携带了绝大部分的遗传信息，细胞器也携带了部分遗传信息，两者的结合可实现物种克隆。此外，克隆技术是把双刃剑，利用它可建立疾病模型等，造福人类，而对人类的盲目克隆将产生一系列的伦理道德问题。将最新的知识与课本内容结合起来，既丰富了课堂授课内容，还能激发学生学习的兴趣，一举多得。

（三）结合生活实际

课本知识与实际生活中的事物结合起来，就会变得鲜活起来，具有生命力。如在讲染色体时，可介绍唐氏综合征是人的第21条染色体多了一条，做唐筛就是查看胎儿的核型，也可通过无创DNA来查看[7];马与驴的杂交后代骡子不能繁殖，是因为骡子体内来自马与驴的染色体不成对，不能产生正常的生殖细胞;无籽西瓜无籽的原因是它的染色体是三倍体，无法正常联会等。在讲DNA突变时，可介绍镰刀型细胞贫血症的例子：血红蛋白单碱基的突变导致单个氨基酸的变化，最终导致圆盘状的红细胞变成镰刀状[8]，严重降低携带氧的能力，从而导致贫血症。在讲DNA转座时，可介绍DNA转座子理论的发现从被嘲笑到获得诺贝尔奖的过程，同时介绍转座子技术的应用。讲SNP时，可解释为什么没有DNA序列完全相同的两个人，同时介绍SNP与蓬勃发展的个性化医疗之间的关联。讲mRNA的结构特征时，利用真核mRNA绝大多数具有polyA尾巴而其他RNA没有这个特点，用以设计mRNA反转录的引物和mRNA分离纯化柱等。讲RNA转录抑制剂时，可讲抗生素的故事。抗生素可抑制病原物DNA的复制或RNA的转录，因此用于药物治疗微生物引起的感染。但是它也能对人体正常细胞产生副作用，因此孕妇与婴幼儿慎用等。课本上的知识来自实验或实践，既可以解开学生心中的疑惑，又可让学生体会分子生物学知识在现实生活中的应用，增加了学生学习的兴趣和动力。

（四）展示分子生物学技术的应用

对分子生物学实验技术的讲解，可让学生了解在与专业相关的工作中所用的技术。比如PCR技术，2020年最让人刻骨铭心的事件莫过于新冠肺炎疫情病毒的影响。在该病毒的众多检测方法中，PCR技术是确诊的金标准，其他检测技术常作为补充或者初筛;亲子鉴定过程及司法上法医物证证据等也会用到该技术。在医疗诊断中，病毒载量常用实时定量PCR技术。在科研中，对基因的定量检测也是研究基因功能的必要步骤。蛋白质与抗体亲和分析技术在ABO血型判定、早孕测试、艾滋病试纸条检测、转基因植物试纸条检测等过程中均用到了特定的抗原抗体亲和反应，在科研中，对蛋白互作进行研究而解释蛋白功能也用到了该技术。将这些技术应用穿插于课本知识之中，可让学生看到所学知识在医学、科研、工农业生产中的应用价值，大大提高了学生的学习兴趣。

四、教学方式的改革

好的课堂，学生的思维应随教师的讲解而展开，能当堂理解教师讲授的大部分知识，然后通过课后复习，完全理解并掌握教师所教授的全部内容。目前的教学方式以教师讲授为主，学生作业、自学为辅。这样的教学方式中，课堂讲解内容多，但是学生常常难以集中精力学习，达不到理想的学习效果。

“分子生物学”为一门专业课，但也充满知识性、实用性、趣味性，有大量的故事可供引用、借鉴，因此讲授时可采用引导、启发、举例、故事等多种形式进行课程讲解，调动学生的学习积极性。

启发式的教学，即在课堂上多提问，如“为什么是这样”“怎么理解”“两者间有什么差异”让学生思考、总结和比较。比如“为什么染色体要不断折叠成高级结构”，让学生总结染色体的组成及结构特点。人的染色体DNA双螺旋拉直了线性长度达1米，只有不断地折叠成高级结构才能装入细胞核;细胞分裂时，也需要DNA以染色体的形式出现，这样便于分裂时的识别与分配。再如，通過“沃森与克里克是怎么证明DNA是双螺旋结构的”这个问题，可让学生将DNA的X射线衍射图、查盖夫规则、四个核苷酸间的氢键连接特性等知识点串联起来。

引导式的教学，就是在课堂上引导学生得到结论。比如在DNA复制部分，可联系细胞有丝分裂周期的问题，一个细胞周期只分裂一次，则一个细胞周期DNA仅复制多少次？一次;DNA在细胞分裂的哪个时期进行复制？合成期，即S期;原核生物DNA复制从固定起点开始，单向或双向复制完成整个染色体的复制，真核生物染色体很长，能从一个固定起点复制吗？而且，原核生物的DNA聚合酶合成效率比真核生物快20倍，因此真核生物的复制必定从多点开始、双向复制。这可结合已有知识，引导学生自己得到结论。

举例式、故事式是用事例或者故事说明相关知识，或引入正文，或调节课堂气氛，这是因为学生喜欢听事例、听故事。如讲PCR時，穆利斯在路上开车时，想到路灯相当于DNA的两条链，车相当于引物，车开过一段路可复制一段序列，这就是PCR最初的构想。实际实施时，由于没有控温仪，只能用三个温度的水浴锅进行控温。当时的DNA聚合酶又不耐高温，不得不在每次高温变性后待温度降下来再补加DNA聚合酶。通过这个故事，可加深学生对PCR技术的印象。再如讲DNA杂交为Southern Blot时，RNA的杂交为Northern Blot，蛋白质的杂交则为Western Blot，这是科学家的幽默。

五、教学手段的改革

生物技术/科学专业的“分子生物学”在2017年以前为72课时，其中理论课52课时，实验课20学时;2017年之后分为2门课，其中“分子生物学”理论课程48课时，“分子生物学实验”32课时。实验课时的增加，一方面整合了“基因工程原理”“生物化学”等课程的相似实验，另一方面希望学生能掌握分子生物学相关实验技术。理论课时略有减少，但所授内容没有改变。目前的教学方法以课堂多媒体教学为主，新冠肺炎疫情期间改为网络教学，为了抓住学生的注意力，可进行如下改变。在教学PPT中适当增加图片、动画、短视频等更生动的表现形式，让学生能以相对轻松的心情学到相关知识。

还可将“分子生物学”的内容以知识点为单位进行分解，制作通俗易懂的网络短视频，放在课程网络空间，也可放在短视频平台上。如抖音、西瓜视频、火山视频等平台比较受学生欢迎，可让学生以喜欢的方式接受知识。

也可建立网络教学空间。课堂教学学时有限，教师可将讲课视频、参考文献、补充材料、短视频、课后习题等放在网络空间，便于学生课后复习、自学。同时，在网络空间开辟问答栏，让学生提问，并及时予以回复，一方面能够解答学生的疑惑，另一方面可以了解学生对相关知识的掌握情况。

参考文献

[1]朱玉贤，李毅，郑晓峰，等.现代分子生物学[M].第5版.北京：高等教育出版社，2019.

[2]2020年世界十大科技进展[EB/OL].（2021-01-21）[2020-07-01].http：//www.cas.cn/cm/202101/t20210121_4775291.shtml

[3]2020年中国十大科技进展[EB/OL].（2021-01-21）[2020-07-01].http：//www.cas.cn/cm/202101/t20210121_4775288.shtml

[4]2019年世界十大科技进展[EB/OL].（2021-01-14）[2020-07-01].http：//www.cas.cn/kj/202001/t20200114_4731359.shtml

[5]2019年中国十大科技进展[EB/OL].（2020-02-27）[2020-07-01].http：//www.xinhuanet.com/tech/2020-02/27/c_1125633348.htm

[6]2018年世界十大科技进展[EB/OL].（2019-01-03）[2020-07-01].http：//www.cas.cn/kj/201901/t20190103_4675756.shtml

[7]吴蠡荪.临床检验报告单解读[M].第2版.北京：中国医药科技出版社，2018.

[8]朱圣庚，徐长法.生物化学（上）[M].第4版.北京：高等教育出版社，2017.