课程思政视域下分子生物学实验的课程设计

沈 喜， 林 芳， 宋 渊， 张 华， 易 静， 程 博

（兰州大学生命科学学院生物国家级实验教学示范中心，兰州 730000）

0 引言

课程思政建设是高校进一步推进教学改革、落实立德树人根本任务的战略举措。2020年教育部印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》，明晰了课程思政的建设要求和路径遵循［1］。习近平总书记在党的二十大报告中再次重申，育人的根本在于立德，落实立德树人根本任务，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。近几年，高校在实验室安全［2-3］、实验课程教学［4］、实验课程评价体系［5］、实验中心建设［6］等方面中开展了课程思政教育，提出多种课程思政的方案和策略，有力提升了实践教学教师在全员、全过程、全方位“立德树人”“知行合一”的教育水平。

分子生物学是面向生物、医学、药学、草业、生态等生命学科学生开设的一门核心课程，应用范围与人类生产生活有着包罗万象的关系，例如：遗传病诊断和预防、生物医药、农作物改良、动物育种、畜牧业发展等方面。但是，生物专业要取得突破性进展和丰硕的成果，必须依赖基本的实验条件、大量的精力投入、淡泊名利的耐心和毅力。由于投入学习的周期长、收益慢，生物专业已从20年前高考学生认为的“21 世纪是生命科学的世纪”转变为当下的“四大天坑”专业之首。作为生命专业核心课程的教学团队，在课程思政视域下，以价值引领和人文情怀丰满课程内容，将传授先进知识和课程思政相融合进行课程设计，科学有效地落实于本科教学中，达到增强学科魅力、触发学习动力的教学目标，培养爱岗敬业的生命科学人才。

1 分子生物学实验课程思政的意蕴及价值

在课程设计之前，需要准确把握分子生物学实验课程价值内涵与实验课程思政的内涵，以课程教学目标为指导，在知识传授和技能培训的过程中，重视学生品格、意志、情感和价值观的塑造，实现实践教学与课程思政的价值统一（见图1）。

图1 分子生物学实验课程思政设计框架

1.1 分子生物学实验课程的内涵与价值

分子生物学是运用先进仪器、巧妙设计、实验观察、逻辑分析和思维判断来揭示微观生命，并用之改造生命、实现生物定向演化的学科。1901 ～2022年自然科学的诺奖得主共有638 人，其中近1／2 的成果与生物化学及分子生物学有关，充分表明这门学科的研究进展代表着人类在前沿科技、科学思维和微观认知方面的综合进步。在探索微观生命的过程中包含了人类孜孜以求追求真理的精神，包含了人与人的相互配合、辩证和共识，达到对自然界的了解、适应和改善。所以通过学习这门课程，让学生不仅增强改造自然的学科自信，更应该懂得尊重和敬畏自然规律，与自然和谐共生的世界观，牢固树立人与人之间求同存异、相互依赖的“人类命运共同体”的价值观。

1.2 实验课程思政的内涵与价值

课程思政不是一门具体的课程，也不是纯粹的思想政治教育，作为价值观教育的一种新理念，旨在实现知识教育与价值教育的统一，育人与育才的统一［7］。

实验教学融入思政教育较理论课程更有实践意义，在特定的实验室里，学生身处专业仪器和特殊试剂药品的严肃环境中，会不自觉地怀着好奇与敬畏，通过教师的引导学习理论知识，按照实验要求进行实践活动，再根据理论知识分析实验结果最后完成实验报告。在理论-实践-理论的认知过程中，与教师有着近距离、充分交流的机会，教师的政治意识、学术精神、文化自信和人格修养很容易与显性的知识传授相融合［8］，多角度地对学生产生直接影响，形成一种“如盐入水”的隐性教育，促进学生综合能力的全面发展。所以说，实验教学具有“知行合一”的思政教育内涵和价值。

1.3 分子生物学实验教学目标与实验课程思政建设目标的价值耦合

分子生物学实验以各类生命体为研究对象，侧重于技能培训和行为实践。学生提高学习的获得感和认同感，源于把学习不仅仅当作知识的积累、转变和迁移［9-10］，而是自身理想信念的切实行动者，是生命学科的学习价值到社会价值的体现。高校课程思政建设侧重于精神和思维的培育，如果单纯以思想教育为主，会显得空洞无物，同样需要以课程教学为载体，在专业技能培训中强调知识教育与价值教育相统一，注重价值引领和品德培养。只有将二者有机结合起来，才能达到同向同行，最终把大学生培养成具有坚定理想信念和过硬学识能力的社会主义建设者和接班人［11-13］。

2 分子生物学实验课程思政的实现路径

实验教学进行课程思政的路径必须全面深入地聚焦教学设计和实施环节，不能生搬硬套和强行植入，让思政教育和实验教学形成“两张皮”的现象。现结合线上与线下两条路径力求将思维、能力、情感、品格的培养有机地融合于实验教学，以“润物无声”的方式将思政融化于技能培训和素养达成之中。

2.1 专业教师思政教学能力的提高

2019年3月，习近平总书记在学校思想政治理论课教师座谈会上指出：“办好思想政治理论课关键在教师，关键在发挥教师的积极性、主动性、创造性。思政课教师，要给学生心灵埋下真善美的种子，引导学生扣好人生第一粒扣子”。不仅思想政治理论课，所有课程思政元素的挖掘和融入归根结底是由教师组织完成，从4 个方面提高专业教师的思政教学能力。

（1）建设课程教师团队。目前高校教师的学历组成普遍以博士为主，整体业务水平较高，但是教授同一门课程的不同教师对课程思政的重视程度和认识水平存在差异，这就需要以建设教师团队为核心，加强教师团队政治理论学习和交流，首先在教师队伍中达到政治认同、共同重视和价值统一，才能发挥每位专业教师的主观能动性，做好课程的思政教育［14］。

（2）建立规范的教学大纲。课程思政需要有较高的理论和政治水平，需要教师开拓视野，学习政治理论，深入思考价值元素，挖掘教学内容与思政教育的结合点，共同制定教学大纲。在讲授知识点和学生实践过程中，何时加入、加入什么案例、如何将案例提升为思政精神，都需要教师团队达成共识，写入教学大纲，成为思政教学的规范，避免思想认识的偏差。

（3）建设课程思政案例库。在规范的教学大纲指导下，教学团队定期开展教研活动，组织教师根据本学科的科技前沿、社会热点、文化自信、科研伦理和科普知识等方面搜集思政案例，提炼思政元素精神，建立思政案例库，并且随着本学科的科研进展、热点变换和新事件的发生不断更新。

（4）设计实验课堂的教学环节。课堂设计是实现思政元素融入实验课堂的关键，教师在组织和融入思政教学的实验过程中，不仅需要思政案例的植入，更需要基于实践经验的萃取，将实验教学的基本方法和思想政治教育的一般规律相结合，设计好实验教学的每一个环节。一份好的课堂设计可以使思政教育成为实验教学改革的推动力，让学生对实验环境产生亲近感，对实验目的产生归属感，对实验过程产生责任感，对实验结果产生获得感，真正达到实验课程思政教学的实效［15］。

2.2 实验教学“6 环节”融入思政元素的具体路径

2.2.1 课程导学环节（课前）

分子生物学实验自2020年起实行线上线下混合教学模式，在线MOOC已在中国大学MOOC平台运行6个周期。MOOC的总论纳入覆盖分子生物学实验内容、具有划时代意义、里程碑式的诺奖成果故事。诺贝尔奖是全球学者追求的最高荣誉和学术认可，通过课前导学，将其中的科学精神和科研素养塑造为本课程的第一印象，充分激发学生热爱本学科、树立为生命科学事业长期奋斗的崇高志向。

（1）追求真理、无惧权威的创新精神——Watson和Crick发现DNA双螺旋结构获1962年诺贝尔化学奖。分子生物学实验的第一步是获取生物的基因组DNA，而DNA双螺旋结构的发现被视为20 世纪最伟大的成就之一，是分子生物学诞生的标志。20 世纪50年代，学院参与DNA 结构解析的主要有3 个团队：加州理工的科学奇才、世界主要的结构化学家Linus Pauling、两个血气方刚并无多少科学经验而被很多人小看的英国博后Watson 和研究生Crick、英国国王学院实验室的Maurice Wilkins 和Rosalind Franklin。研究背景相差悬殊的情况下，对DNA结构研究充满热情的Watson和Crick根据Wilkins报告中DNA的X射线衍射图片，推导出了DNA 双螺旋结构模型的初稿，但是提呈给Franklin时被指出了重要的错误。两个年轻人并不气馁，根据Wilkins提供的Franklin 更清晰的X射线衍射照片继续完善模型推导，最后先于Linus Pauling于1953年4月25日出版的Nature 杂志发表了DNA反向平行双螺旋模型的论文，成为现代科学史上的重要里程碑，对当代从分子水平研究生命科学产生了深远的影响。少年强则中国强，在受到西方不良文化影响和冲击下，许多青少年价值观扭曲，金钱享受观至上。但是通过国外科学家获诺奖的故事让学生明白对科学真理的追求和突破认知边界的努力是人类的共同价值取向。当前，我国面临新时代新征程的使命任务中，青少年的重任在肩，非常需要这种对科学研究充满热情、勇于挑战未知、勇于冲破权威束缚的创新精神做支撑。

（2）集智攻关、团队协作的协同精神——Paul Berg发明DNA 重组技术获得1980年诺贝尔化学奖。DNA重组和转化是分子生物学实验基因克隆的核心技术，这项技术在至少3 个国际顶尖研究团队的努力下得以实现。1972年，美国斯坦福大学现代遗传工程之父Paul Berg 团队在试管里将病毒SV40、大肠杆菌乳糖操纵子和λ 噬菌体功能基因，通过λ 外切酶、EcoR I、DNA聚合酶I、DNA 连接酶进行人工重组，完成了人类第一次把不同物种的DNA 连接成重组DNA的壮举。1970年瑞典卡罗林斯卡研究所的Mandel 研究团队，发明了CaCl2热休克转化法让大肠杆菌吸收噬菌体DNA。1973年，斯坦福大学医学院Stanly与加州大学伯克利分校的Boyer，结合前两个团队的成果，将重组的质粒DNA 导入细菌，转化技术获得成功，奠定了当代分子克隆、基因工程、生物医药的基础。科学技术的进步和发展向来不是孤立的个人行为，都是在前人经验积累的基础上，结合自身和团队的持续努力获得突破性进展，我国青年一代必须懂得人类战胜自然、改造自然要依靠团队和集体的智慧和力量。

（3）胸怀天下、服务人民的爱国精神——屠呦呦因青蒿素研究获2015年诺贝尔生理或医学奖。在讲分子生物学应用时引入我国屠呦呦获得诺奖的故事。疟疾是流行于热带和亚热带国家的重要流行病，青蒿素问世推广前，全球每年约有4 亿人感染疟疾，100 万以上人口死亡［16］。屠呦呦以人民生命安全为己任，领导课题组收集中医药2 000 余方药基础上，历经380多次失败，终于在1971年获得青蒿抗疟发掘成功。青蒿素不仅有效控制了我国疟疾的感染率和死亡率，自2006年被WHO推荐用于疟疾一线药物后，使全球每年百万人免于疟疾的病死［17］，对人类公卫事业上作出了巨大贡献。生物医药是现代生物技术与制药产业相结合的高精产业，近年来，中国生物技术的发展虽然在干细胞、合成生物学、神经生物学等多个领域实现突破，但具有原创性的研究成果和应用落后于海外，以发展原创科技为核心竞争力的生物医药研发是中国解决卡脖子的紧迫问题，需要青年一代以强烈的爱国主义精神为学习动力，投身于现代生物技术在生物医药领域的研究。

（4）生物技术的双刃剑、科学伦理的普及——Charpentier和Doudna因发明基因编辑技术获得2020年诺贝尔化学奖。CRISPR／Cas9 基因编辑技术是目前全球做分子研究必备的实验技术，年轻的华裔科学家张峰是该技术的重要发明人。虽然2020年的诺贝尔化学奖授予法国Charpentier和美国Doudna，但是2022年2月28日，美国专利和商标局（USPTO）裁定CRISPR／Cas9 基因编辑技术专利属于张锋团队。暂且不讨论诺奖的得失问题，需要向学生指明的是：生物技术是把双刃剑！基因编辑使生命科学有能力全面干预生命的遗传和演化，但是引起社会广泛关注的基因编辑婴儿的出生，向世人提出了警示：生物技术造就的奇迹越多，由其引发的社会风险和科研伦理也会越多。所以，提醒未来从事生命科学研究的学生应该清醒地认识学术底线：禁止采用生殖细胞从事基因治疗，因为生殖细胞可将编辑过的基因遗传给后代，导致人类基因池的污染，造成的不良后果目前无法确定。

2.2.2 实验原理环节（课前）

理科实验教学中需要学生掌握原理性和方法性的思维模式，尤其是具有微观特征的分子生物学实验，孤立的验证性实验不仅不能解决实际科研问题，而且学生无法建立各项实验技术之间的联系。结构性思维是马克思主义方法论中整体和部分关系的重要启示，也是科研工作的重要思维方式。本课程教学团队对课程内容进行重构，减少单独的验证性实验，将分子生物学实验学习的各项技术，整合于解决科研问题的技术通路，以解决问题为“整体”顶层设计，以单项技术为“部分”进行教学实施，在实验原理环节帮助学生绘制思维导图，将综合实验中复杂的流程先分大模块，最后分解到具体步骤。这种结构性思维设计的实验体系，既有框架又有细节，加强了技术点之间的关联性，在课前帮助学生建立“整体”和“部分”的观念，既有助于记忆，而且提高了分析问题和解决问题的能力［18，19］。

2.2.3 实验操作环节（课上）

实验操作环节是学生独立自主动手动脑的主要环节，过去往往侧重动手能力的培养，让学生认为实验操作仅仅是“照单抓药”，忽略了蕴含于实验成败的多方面因素。应根据课程思政的理念，构建“显性教育”与“隐性教育”相结合的实验技能培训，通过二者之间教育目的的一致性、工作内涵的共融性和实施主体的协同性［20］，将朴实勤奋的实验习惯、高尚自律的人格素养通过教师的言传身教传染给学生，真正实现学生综合能力的培养。

（1）团队协作意识。在科学研究中，重视团队作用，发扬协作精神，是取得科研成果的重要因素。本课程的实验课上要求2 人为一个合作小组，每次实验两位同学都有相应的任务，例如这次实验A 同学配制试剂，B同学安装实验装置，下次实验角色对换。这样安排不仅提高每位同学的动手参与度，而且由于实验的成败关乎两个人的操作，充分培养了学生小组内相互合作、共同荣辱的协作意识。

（2）“利他”思维。“利他”思维是东方的辩证哲学思想，是华夏5000年人与人之间文明相处的智慧。很多学生在实验室里以自我为中心，迟到早退影响课堂秩序，随手摆放物品忽略他人感受。所以迟到早退纳入综合考核，实验过程中教师会提醒和要求学生及时归位用过的公用药品和物品，值日生及时补充公用蒸馏水等；实验后认真清理实验台，清洗、整理用过的烧杯、培养皿，调节加样枪到最大量程并按组放置在加样枪架上，方便下次实验的同学使用。这些实验习惯的培养，让每位实验者都能体会到为他人着想，而获得他人尊重和赞赏的愉悦的实验感受。

（3）挫折思想。分子生物学实验为综合性实验，操作流程长、步骤多、细节多，对于第一次实验的学生具有挑战性。随着实验进度的逐步加深，失败率会逐渐提高，许多学生因为实验失败而沮丧放弃。需要老师耐心引导学生分析每一步的操作细节和成败原因，让学生认识到真正的科学研究不是实验流程一帆风顺的复制粘贴，而需要在每个动手环节认真观察实验现象，关注操作细节，总结最佳操作方法。只有勇于面对挫折和挑战，反复总结经验教训，才能获得真正的成功，这才是操作环节最重要的收获。

2.2.4 实验器材环节（课上）

分子生物学实验的器材会用到离心、灭菌、核酸检测等设备，用到许多昂贵的试剂和材料，MOOC导学部分不仅专门介绍仪器设备的安全使用和规范操作，另外在课上还要按照每个实验的实际情况讲授课本之外的经验，将勤俭节约、实验安全和环保意识落到实处。

（1）勤俭节约意识。勤俭节约是中华民族的传统美德，作为未来的科研工作者更应该注重试剂耗材的节约，避免社会资源的浪费。①所有易变质、易降解的贵重酶类和蛋白质样品应小量分装，避免反复冻融后整管浪费。如TaqE、dNTP和彩虹marker等；②配制试剂按需配制，不随意浪费药品。例如不同大小的水平板电泳槽，按照体积提前计算需要的琼脂糖的克数，然后配制相应毫升数的琼脂糖凝胶；③回收利用用量较大的试剂或昂贵的实验材料。例如电泳的电极缓冲液和Western Blot的第一抗体可反复使用3 ～4 次，降低实验成本；④减少一次性塑料器材的使用，例如使用可反复灭菌的玻璃培养皿，减少一次性塑料培养皿的使用，也可降低对环境的白色污染。

（2）安全意识和环保措施。党的二十大报告中指出，“人与自然和谐共生”是“中国式现代化”的5 项特征之一。坚持可持续发展，像保护眼睛一样保护自然和生态环境，是生命专业学生必备的职业素养。分子实验室试剂药品项目种类繁多，涉及有机试剂包含苯酚、氯仿、异戊醇等；生物样品包括工程细菌、蛋白、抗体等；有害试剂包括致癌性的EB、神经毒性试剂丙烯酰胺等，所以安全教育和环境保护措施的培养必须贯穿于实验始末。例如：废弃的有机试剂苯酚／氯仿／异戊醇不能直接倒入下水道污染环境，必须集中回收在废液桶中，废液桶上标记明确的标签，等待学校统一回收给专业“三”废品公司处理；实验构建的具有耐药性的工程菌应在实验后高温灭活处理；用致癌性染料溴化乙啶染色的琼脂糖凝胶必须集中回收，用活性炭处理后在学校焚烧炉里焚烧为无害物，或者用无致癌性染料Gene Green替换致癌性试剂溴化乙啶；PAGE 电泳灌胶剩余的液态聚丙烯酰胺不能直接倒入下水道，必须等到与N'N-甲叉双丙烯酰胺化学聚合成毒性极低的固态聚丙烯酰胺凝胶后丢弃。

2.2.5 实验报告环节（课后）

学术诚信一直是科研工作者最重要的品德规范，但是学生中抄袭和采用他人结果的现象时有发生，究其主要原因：传统的实验评价以实验成功为主要给分项，学生为了获得良好的实验成绩，不惜弄虚作假或复制粘贴他人优秀的实验照片。本着培养学生学术诚信的宗旨，我们对实验报告采取2 个举措：①降低实验报告在最终成绩中的比例。②实验报告不以实验成败论英雄。当实验成功时，要求学生查阅文献，用文献资料结合自己的实验结果，来分析和讨论本实验说明的问题；当实验失败时，要求学生真实客观地记录实验结果，并能用理论知识和逻辑分析来解释失败的原因、有可能的补救方法、如何在下次实验获得较好结果等。用实验报告来反映真实的动手能力、小组配合和解决问题的能力，从根本上树立朴素求实、诚实守信的学术精神。

2.2.6 考核评价体系（课后）

课程的考核评价改变过去以实验报告为最终成绩的单边考核方式，而是利用线上MOOC 平台和线下课堂实操两种课堂环境，设计了包含对课前、课上和课后的“显性”和“隐性”思政元素的总体考核，并设置了具体的实施细则（见图2）。课前将学生对实验理论知识的掌握情况纳入MOOC 平台设置的单元测验和期末考试，将学生价值观和精神引领以主观题的方式设计入“课堂讨论”；课上学生遵守课堂纪律和实验清理情况纳入课堂表现；课后实验报告以小论文的形式考核学生小组配合和科研思维的达成情况。通过考核体系改革，全面客观地反映实验过程中技术培训与育人育才的总体效果。

图2 分子生物学实验考核评价体系

2.3 课程思政反馈

通过中国大学MOOC 线上课堂讨论的形式，了解学生对课程思政中科学精神的认同情况。讨论题目是：谈谈自己最欣赏的生物科学家及原因。统计本学期排名靠前的科学家，校内学生中有19%的欣赏达尔文，敬佩他不惧神权、坚持真理的科学精神；17%的学生欣赏孟德尔，敬佩他坚持真理、善于观察和勤于思考的科学精神；8%的学生欣赏屠呦呦，敬佩我国女性科学家淡泊名利、专心科研的科学精神；7%的学生欣赏施一公和颜宁，敬佩他们立志科研、回国报效的爱国情怀；7%的学生欣赏芭芭拉.麦克林托克，敬佩她坚持真理、质疑权威的科学精神；5%的学生欣赏摩尔根，敬佩他毕生从事遗传学研究的执着精神；4%的学生欣赏Watson和Crick，敬佩两位科学家年少有为、共同克服困难的合作精神。校外学生讨论中有55%的（包括一名留学日本的研究生）喜欢华裔科学家张峰，非常敬佩我国青年才俊在基因编辑中的开拓性工作。从认真而热烈的讨论中可以看出，坚持真理、淡泊名利、爱国情怀、专注科研、共克难题是大多数青年学生认可和信服的科学精神，其中对华裔青年科学家张峰的敬佩体现了年轻学子对科研做出卓越贡献的崇高理想和美好愿望。通过讨论，充分说明通过线上线下相结合的课程思政设计，潜移默化帮助学生树立了正确的世界观和价值观，有效激发了学生热爱生命专业并为之奋斗的信心和决心。

3 结语

综上所述，思政教育通过实验课程设计发挥教书育人、立德树人的作用，是一种行之有效的育人育才课程改革方式，也必定须长期坚持的工作。我校异地校区办学，学生接触最多、接触时间最长的就是长期驻守榆中校区的专业实验教师。通过核心实验课程的设计和培训，把我校一代代教师立志高远、扎根西部的爱国情怀，专注科研、潜心教学的学术精神，踏实朴素、诚实自律的做人做事风格传染给学生，培养品德高尚、理想远大、具有国际视野和家国情怀的综合性人才，是在双一流高校建设过程中秉承的办学理念和建设目标。

·名人名言·

科学实验是科学理论的源泉，是自然科学的根本，也是工程技术的基础。

——张文裕