畜牧类专业分子生物学实验教学方式改革探索

郭 玲

（武汉轻工大学动物科学与营养工程学院 湖北·武汉 430023）

分子生物学是一门从分子水平研究生命过程的科学，是以遗传学、细胞生物学和生物化学为基础发展起来的新兴学科，随着生命科学的发展，分子生物学已经渗透到生物类各个学科，成为生命科学领域一门重要基础学科。对于生物技术应用比较广泛的农业、医学、药学、营养、食品、环境等领域，分子生物学为各项新兴技术提供了重要理论基础。高等院校尤其是畜牧类、生物类等本科专业已将分子生物学列为本科生的专业核心必修课。分子生物学对于培养本科生专业素养及科学思维显得至关重要，而分子生物学实验可以帮助学生加深对理论知识的理解和运用、提高学生的动手能力。为适应迅速发展的现代农业需求，培养具有良好专业素养和创新思维的优秀本科生，需要提高分子生物学及其实验课程的教学质量，让有限的课堂教学实践产生更好的教学效果。

随着互联网时代的发展，课堂教学方式也发生了日新月异的变化，微课、MOOC、虚拟仿真课堂不断出现在我们的视野中。传统教学方式面临着许多挑战，早已不能满足新一代在互联网时代背景下成长起来的大学生。教育工作者应该与时俱进，不断探索适应新时代发展和提高教学效果的新型教学方式。

1 分子生物学实验教学现状及存在问题

1.1 学生学习积极性不高

分子生物学的知识点具有抽象性，其理论体系内容庞大复杂，通常需要用一个概念去解释另一个概念。时间一长，本科生普遍感觉学习分子生物学具有枯燥乏味、难以理解的困扰，导致学生逐渐失去了对分子生物学的学习热情。此外，分子生物学的知识点还具有前后内容融会贯通的特点，需要很强的逻辑思维去理解各项实验原理和实验结论，如果学生只是刻板机械的记忆概念而没有真正理解概念，将会导致无法将前后知识点串联理解，从而导致学生无法原理，所以当学生开展实验的时候无从下手，最终感觉分子生物学实验枯燥无味，又会进入到失去做分子生物学实验的恶性循环中。

1.2 学生知识储备不足

分子生物学知识点抽象、内容庞大复杂，所讲授的内容主要是摸不到看不着的生物小分子，如DNA，RNA，蛋白质等，以及其参与到的生物过程，如复制、转录、翻译、表达调控等，而这些大的生物过程又会涉及到许多学生之前从没接触过的知识点和概念，讲课过程往往是用新的概念去解释另一个新概念。对学生的知识储备要求非常高，不仅要求学生掌握生物学基本知识，还需要学生熟练掌握遗传学、细胞生物学、生物化学这些先期课程的知识点，对于实验课的开展而言，需要学生具备基本分子生物学实验操作技能，如移液器使用、制备培养基等。但事实是，高等院校学生生源质量参差不齐、教育背景多元化，有的学生对先期课程没有理解和掌握，甚至跨专业转专业学生根本没有学过这些相关课程。因此，分子生物学实验课程，学生存在听不懂、不会动手的难题。

1.3 教学模式陈旧

传统分子生物学实验项目的设置是按照教学大纲的要求机械设定，忽略了实验项目的有机结合性和连贯性，存在实验项目之间相对孤立，缺乏内在联系的缺陷。传统教学模式影响了学生实验的兴趣和主动性，不利于实验课教学质量的提高和学生创新能力的培养。另外，实验课的考核方法也过于简单，多以实验报告作为考核的依据，对学生的激励作用不大，不利于调动学生学习的积极性和主动性。这种旧的实验教学模式显然已经不适应高等教育新形式，改革成为必然趋势。目前，国内关于《分子生物学实验》课程的改革主要体现在对实验内容连贯性的改善、对实验课考核环节的改革以及与学生之间互动方法等。在改善实验内容连贯性方面的教学研究主要是将科研课题与分子生物学实验教学联系起来，将分散的小实验连贯起来，完成一个完整的并且能够与教师科研课题相关的整体性实验设计，即课题驱动的分子生物学实验教学。本研究项目将着重这方面进行改革尝试。

1.4 实验教学内容与前沿技术结合不够紧密

现代畜牧业发展突飞猛进，引入了分子生物学先进技术，如基因编辑技术CRISPR-Cas9、基因芯片、单细胞测序等。单就PCR技术而言，发展出了一系列新的技术，如焦磷酸测序、高通量测序等。但目前高等院校的传统分子生物学实验仍然是最基础、较为落后的实验项目，无法帮助学生了解最前沿的科学技术；实验设备和实验操作仍停留在十几年前的技术层面，对激发科学创新思维存在障碍。究其原因，不是教师没有能力向学生传授最新技术，而是迫于现在高校对教师的教学科研考核压力，教师专注于科研产出而没有多余精力来进行实验课的内容调整和技术升级。因此，鼓励高等院校调整教学科研绩效评价方式，加大教学改革绩效的评估力度，从而激发高校教师将更多的时间投入到教学改革上，保证实验教学内容与时俱进，提高教学效果，促进学生多元化发展。

2 课程实施方案改革措施

2.1 激发学生学习兴趣

兴趣是最好的老师，只有激发学生对分子生物学和分子生物学实验课的兴趣，才能保证学生和老师在课堂上进行有效沟通，促进学生对分子生物学知识和实验原理的理解。理解了实验原理，学生自然知道应该从何处下手，以及如何解决问题。因此，畜牧类专业分子生物学实验教学改革首先应从培养学生学习兴趣入手。如何提高学生对分子生物学实验的学习兴趣呢？我们可以从以下几个方面入手：首先，上课前以动画或视频的方式引入生活场景中的科学现象，进而引出科学现象背后的实验技术，例如亲子鉴定、刑事案件侦破会涉及到从血液中提取DNA和PCR技术；其次，将课堂实验内容与畜牧生产结合，例如PCR-RFLP技术可以用于基因型分型，运用到筛选猪氟烷基因检测PSE肉。最后，实行奖励机制鼓励学生动手积极性，对于能够正确高效完成实验的学生给予学分奖励，而不仅凭实验报告机械性给分。通过在畜牧类专业分子生物学实验课堂上的实践发现，以上教学手段可以有效提高学生对分子生物学实验的兴趣和积极性，提高学生在实验过程中的动手能力。

2.2 加强预备知识储备

分子生物学内容庞大复杂，需要学生具备一定先期知识储备，而高等院校学生生源质量参差不齐、教育背景多元化。针对这个问题，我们需要在课前帮助学生对相关知识点进行预习和铺垫。例如，在进行PCR实验之前，向学生传授PCR原理及每种成分的功能，这样学生在进行实际操作的时候就知道自己每一步加入的溶液是什么又有什么作用，在扩增出现问题的时候可以从哪些方面分析原因以及改进。再如，在进行转化大肠杆菌感受态细胞实验之前，向学生传授质粒概念、感受态细胞的概念、质粒复制原理、转化原理等，这样学生在实验过程中，就知道每一步操作细胞发生的变化。总之，只有提前加强学生知识储备，使学生扎实掌握实验原理，枯燥的实验才能变得立体动态，学生的思维才能得以启发。

2.3 引入微课教学模式

随着近年来信息化推广，微课渐渐走入大家视野。微课是指运用信息技术按照认知规律，呈现碎片化学习内容、过程及扩展素材的结构化数字资源，以网络为载体记录教师课堂内外教学活动全过程。其核心组成内容是课堂教学视频，同时还包含与该教学主题相关的教学设计、素材课件、教学互动、练习测试及学生反馈、教师点评等辅助性教学资源。具有教学时间较短、内容较少、资源容量较小、主题突出、内容具体、多样传播、反馈及时等优点，已成为信息化时代课程教学的重要方式和手段。针对前面提到的激发学生兴趣和加强学生知识储备的目的，畜牧类专业分子生物学实验教学适合采用演示类微课，即教师在课堂教学前，将具有启发性的教学视频、储备知识点及实验过程示范视频上传至微课平台，供学生观看和预习，课堂教学过程中，学生通过实操和观察获得对分子生物学原理的理解。实验课结束后，学生在微课平台回答思考题、反馈实验结果以提出问题，老师在微课平台上评阅学生的答题内容和实验结果，并进行答疑。微课平台高效便捷地实现了课前启发学习兴趣、预习知识点，课后提交实验结果、完成思考题以及师生互动等多重任务。

2.4 引入虚拟仿真实验平台

现代分子生物学技术的发展日新月异，新的技术层出不穷，为现代农业尤其是畜牧业的发展做出了巨大贡献。例如，CRISPR-Cas9基因编辑技术可以高效快捷的对动物体细胞进行基因改造，进而生产特定转基因动物，制备动物生物反应器，从而为畜牧业和医药行业服务。然而，许多高等院校的分子生物学实验课教学内容却十年如一日，内容仅停留在PCR，因此急需进行教学内容的更新升级。但出于实验设备、时间周期和经济成本等方面的原因，面向全体本科生开设基因编辑实验、动物克隆实验和转基因动物实验显然并不现实。虚拟仿真实验平台的出现，很好的解决了这一问题。目前，部分高校已经建立了分子生物学虚拟仿真实验平台并在网络上公开，我们可以从中挑选适合畜牧行业需求的实验，引导学生进行虚拟实验，同时对实验内容加以讲解，便于学生了解实验过程，学习实验原理。同时，我们正在抓紧建设本校畜牧类专业分子生物学的虚拟仿真实验平台，以期早日用于畜牧类专业本科生的分子生物学实验教学。

3 结语

分子生物学是当今生命科学领域的前沿学科，为现代飞速发展的生物技术提供理论基础。畜牧类专业分子生物学实验课作为分子生物学的辅助课程，帮助学生对理论知识的理解，提高学生动手能力，为畜牧业的飞速发展培养综合能力强的后备人才。因此，高校畜牧类本科专业应加强对分子生物学实验的教学改革，完善教学体系、丰富教学内容、跟上时代步伐，构建出集基础、创新、设计和应用为一体的实验教学体系，以此切实提升畜牧类本科专业分子生物学实验教学效果，为我国畜牧业的发展培养更多优秀人才。