網(wǎng)絡(luò)時代如何提高“分子生物學(xué)”課程的吸引力

牛曉磊 馮世鵬 王倩男 蔣凌雁 陳銀華

[摘 要] 網(wǎng)絡(luò)時代，學(xué)生容易被各種網(wǎng)絡(luò)信息所誘惑，從而削弱學(xué)習(xí)的積極性。分子生物學(xué)作為生物學(xué)專業(yè)極其重要的必選課，如何提高“分子生物學(xué)”課堂的吸引力，可從教學(xué)內(nèi)容改革入手，提高課堂講授內(nèi)容的系統(tǒng)性、知識性、實用性、趣味性。同時，討論改革課堂教學(xué)方式及教學(xué)手段，通過綜合使用引導(dǎo)式、故事式、舉例式的教學(xué)方法，讓PPT以內(nèi)容為主，適當(dāng)增加短視頻、動畫等表現(xiàn)形式。通過多種形式的綜合改革，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生愿意學(xué)、聽得進、記得住，最終學(xué)好“分子生物學(xué)”課程。

[關(guān)鍵詞] 網(wǎng)絡(luò)時代;分子生物學(xué);課程吸引力;教育改革

[基金項目] 2019年度海南省高等學(xué)校教育教學(xué)改革研究項目“分子生物學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容及實驗體系整體優(yōu)化”（Hnjg2019ZD-2）;2019年度海南大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目“分子生物學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容及實驗體系整體優(yōu)化”（hdjy1926）;2020年度教育部新農(nóng)科研究與改革實踐項目“熱帶新農(nóng)科多樣化人才培養(yǎng)體系研究與實踐”（NDE2020-20）

[作者簡介] 牛曉磊（1979—），男，河南安陽人，博士，海南大學(xué)熱帶作物學(xué)院副教授，主要從事熱帶作物遺傳育種研究;馮世鵬（1980—），男，湖北孝感人，博士，海南大學(xué)熱帶作物學(xué)院副教授，主要從事熱帶作物遺傳育種研究;王倩男（1985—），女，湖北武漢人，博士，海南大學(xué)熱帶作物學(xué)院副教授，主要從事熱帶植物與病原菌互作機制研究。

[中圖分類號] G642.41? ?[文獻標(biāo)識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）50-0117-04? ? [收稿日期] 2021-07-07

一、引言

海南大學(xué)是2007年8月由原華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)與原海南大學(xué)合并組建而成的綜合性重點大學(xué)，2008年12月成為國家“211工程”重點建設(shè)高校，2017年入選國家“世界一流學(xué)科”建設(shè)高校。2018年，海南大學(xué)成為教育部與海南省政府“部省合建”高校，被納入教育部直屬高校排序。海南大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)于2001開始在全國范圍內(nèi)招生，2009年生物技術(shù)專業(yè)被評為海南省特色專業(yè)，2019年生物技術(shù)與生物科學(xué)專業(yè)入選國家級一流本科專業(yè)建設(shè)名單。海南大學(xué)從2008年開始就啟動文理科實驗班的創(chuàng)新型人才教育教學(xué)改革，每班在全校新生中挑選約30人進行創(chuàng)新人才培養(yǎng)，2015年開設(shè)生物科學(xué)專業(yè)理科實驗班。

“分子生物學(xué)”課程是生物技術(shù)與生物科學(xué)專業(yè)的核心必修課，學(xué)生畢業(yè)后無論是攻讀研究生還是就業(yè)，均可用到相關(guān)知識和技術(shù)。一直以來的參考教材均為朱玉賢院士主編的《現(xiàn)代分子生物學(xué)》[1]教材。

二、學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀

學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，其學(xué)習(xí)努力的程度與成績成正相關(guān)。以近五年（2014—2017級）生物技術(shù)、生物科學(xué)專業(yè)學(xué)生的平均成績?yōu)槔?，普通班學(xué)生成績成正態(tài)分布，90分以上及50分以下的學(xué)生較少，絕大多數(shù)學(xué)生的成績集中在70～90分;理科實驗班的學(xué)生成績集中在80～100分，無不及格學(xué)生，學(xué)生平均成績明顯高于普通班學(xué)生。從考研率來說，普通班的學(xué)生近3年的考研率分別為29.69%、38.03%和38.89%，而實驗班學(xué)生的考研率均在90%以上。以上數(shù)據(jù)充分說明學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力非常重要。

但是由于遠離家長的監(jiān)督，一部分學(xué)生進入校園開始大學(xué)生活后，在現(xiàn)代大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)時代，將大部分時間花在網(wǎng)絡(luò)上看影視劇和各種八卦消息及沉迷于游戲，加上專業(yè)知識相對枯燥，學(xué)習(xí)興趣下降，將本應(yīng)用于學(xué)習(xí)的寶貴時間浪費在游戲和瀏覽各種網(wǎng)絡(luò)信息中，浪費了自己的青春。如何提高課程對學(xué)生的吸引力，讓學(xué)生充分利用校園提供的各種有利資源和條件進行高效學(xué)習(xí)，本文以“分子生物學(xué)”課程為例，進行相關(guān)課程改革的探討。

三、教學(xué)內(nèi)容的改革

“分子生物學(xué)”課程中，部分內(nèi)容在“生物化學(xué)”“基因工程”和“分子標(biāo)記技術(shù)”等課程重復(fù)出現(xiàn)，為了避免相同內(nèi)容的重復(fù)講解，應(yīng)對各門課程內(nèi)容進行側(cè)重點劃分?！吧锘瘜W(xué)”課程應(yīng)偏向于生物大分子的組成、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、合成與分解及參與的代謝通路等;“基因工程”課程偏向詳細講解基因工程操作過程的細節(jié);“分子標(biāo)記技術(shù)”偏向分子標(biāo)記的類型、檢測方法及其應(yīng)用;“分子生物學(xué)”課程偏向講解生物信息流向的過程及分子生物學(xué)實驗技術(shù)的基本原理。以PCR技術(shù)為例，“分子生物學(xué)”課程主要講解其基本原理;“基因工程”課程可講解PCR所涉及的酶的種類、引物設(shè)計及其應(yīng)用條件等;“分子標(biāo)記技術(shù)”課程則講解PCR在分子標(biāo)記中的具體應(yīng)用。

（一）教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)化

朱玉賢院士主編的《現(xiàn)代分子生物學(xué)》分為11章，以DNA、RNA、蛋白質(zhì)三類大分子為研究對象，講解其信息流過程及所涉及的分子生物學(xué)相關(guān)技術(shù)，各章內(nèi)容相互呼應(yīng)成為一個有機整體。第1章緒論部分主要講述分子生物學(xué)發(fā)展歷史及分子生物學(xué)主要研究內(nèi)容。第2章至第4章主要講解中心法則遺傳信息傳遞的詳細過程，包括DNA復(fù)制（第2章）、RNA轉(zhuǎn)錄（第3章）和蛋白翻譯（第4章）。第5、6章主要講解分子生物學(xué)相關(guān)技術(shù)原理。第7、8章講解基因的表達調(diào)控，包括原核生物的表達調(diào)控（第7章）和真核生物的表達調(diào)控（第8章）。第9章主要講解人類常見疾病的原理及可能的防治方法，包括腫瘤、艾滋病、乙肝、禽流感、SARS等。第10章主要講解基因調(diào)控動植物的發(fā)育過程。第11章主要講解基因組測定的內(nèi)容、方法及比較基因組學(xué)知識。所有內(nèi)容均圍繞中心法則及其應(yīng)用展開。

教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)化是讓學(xué)生了解各章節(jié)間的內(nèi)在聯(lián)系，在學(xué)習(xí)各章節(jié)具體內(nèi)容時具有一張知識網(wǎng)，知道各章節(jié)內(nèi)容在這張網(wǎng)上的節(jié)點，從而在學(xué)習(xí)的時候能較快掌握相關(guān)知識，增強學(xué)好本課程的信心。

分子生物學(xué)課程內(nèi)容歸納如下。

●分子結(jié)構(gòu)特點（染色體結(jié)構(gòu)、DNA結(jié)構(gòu)、RNA結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)在生物化學(xué)課程中主要講授）

●來源過程（DNA復(fù)制;RNA轉(zhuǎn)錄;蛋白質(zhì)翻譯）

●加工修飾（DNA突變、轉(zhuǎn)座;RNA轉(zhuǎn)錄后加工修飾;蛋白質(zhì)翻譯后修飾）

●過程抑制（DNA復(fù)制調(diào)控、RNA轉(zhuǎn)錄抑制、蛋白質(zhì)合成抑制劑）

●分子轉(zhuǎn)運（DNA無轉(zhuǎn)運、RNA、蛋白質(zhì)有轉(zhuǎn)運）

●過程調(diào)節(jié)≈基因表達調(diào)控（DNA水平、RNA水平、蛋白質(zhì)水平）

（二）引入前沿科技知識

生物學(xué)是發(fā)展最快的領(lǐng)域。以我國科技部評出的近3年的“十大科技進展”為例，每年都有多項重大科技進展與生物學(xué)相關(guān)。2020年世界十大科技進展中有5項與生物相關(guān)[2]，中國十大科技進展中有2項與生物有關(guān)[3];2019年世界十大科技進展[4]有6項與生物相關(guān)，中國十大科技進展中有2項與生物有關(guān)[5];2018年世界十大科技進展中有6項與生物相關(guān)[6]，中國十大科技進展中有3項與生物有關(guān)。這些科技進展中和每年諾貝爾獎與生物相關(guān)的知識點，都是引發(fā)學(xué)生興趣的點，從這些知識中精選部分進行專題介紹，或在課程講解過程中將相關(guān)知識融入現(xiàn)有章節(jié)，與時俱進，會大大提高學(xué)生對課程的興趣。如藻類光合蛋白結(jié)構(gòu)可在第4章蛋白中講不同的蛋白質(zhì)具有不同的功能，測定重要功能蛋白的結(jié)構(gòu)就會有重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。青藏高原發(fā)現(xiàn)的丹尼索瓦人是通過蛋白質(zhì)序列進行物種鑒定的例子，可作為DNA在物種鑒定、身份鑒定中的補充。非洲豬瘟病毒結(jié)構(gòu)及其組裝機制可在第9章講解，非洲豬瘟是2019年對人們生活影響最大的事件之一?？寺『锏睦涌稍谥v染色體時用，染色體DNA是主要的遺傳物質(zhì)，攜帶了絕大部分的遺傳信息，細胞器也攜帶了部分遺傳信息，兩者的結(jié)合可實現(xiàn)物種克隆。此外，克隆技術(shù)是把雙刃劍，利用它可建立疾病模型等，造福人類，而對人類的盲目克隆將產(chǎn)生一系列的倫理道德問題。將最新的知識與課本內(nèi)容結(jié)合起來，既豐富了課堂授課內(nèi)容，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，一舉多得。

（三）結(jié)合生活實際

課本知識與實際生活中的事物結(jié)合起來，就會變得鮮活起來，具有生命力。如在講染色體時，可介紹唐氏綜合征是人的第21條染色體多了一條，做唐篩就是查看胎兒的核型，也可通過無創(chuàng)DNA來查看[7];馬與驢的雜交后代騾子不能繁殖，是因為騾子體內(nèi)來自馬與驢的染色體不成對，不能產(chǎn)生正常的生殖細胞;無籽西瓜無籽的原因是它的染色體是三倍體，無法正常聯(lián)會等。在講DNA突變時，可介紹鐮刀型細胞貧血癥的例子：血紅蛋白單堿基的突變導(dǎo)致單個氨基酸的變化，最終導(dǎo)致圓盤狀的紅細胞變成鐮刀狀[8]，嚴重降低攜帶氧的能力，從而導(dǎo)致貧血癥。在講DNA轉(zhuǎn)座時，可介紹DNA轉(zhuǎn)座子理論的發(fā)現(xiàn)從被嘲笑到獲得諾貝爾獎的過程，同時介紹轉(zhuǎn)座子技術(shù)的應(yīng)用。講SNP時，可解釋為什么沒有DNA序列完全相同的兩個人，同時介紹SNP與蓬勃發(fā)展的個性化醫(yī)療之間的關(guān)聯(lián)。講mRNA的結(jié)構(gòu)特征時，利用真核mRNA絕大多數(shù)具有polyA尾巴而其他RNA沒有這個特點，用以設(shè)計mRNA反轉(zhuǎn)錄的引物和mRNA分離純化柱等。講RNA轉(zhuǎn)錄抑制劑時，可講抗生素的故事?？股乜梢种撇≡顳NA的復(fù)制或RNA的轉(zhuǎn)錄，因此用于藥物治療微生物引起的感染。但是它也能對人體正常細胞產(chǎn)生副作用，因此孕婦與嬰幼兒慎用等。課本上的知識來自實驗或?qū)嵺`，既可以解開學(xué)生心中的疑惑，又可讓學(xué)生體會分子生物學(xué)知識在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動力。

（四）展示分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用

對分子生物學(xué)實驗技術(shù)的講解，可讓學(xué)生了解在與專業(yè)相關(guān)的工作中所用的技術(shù)。比如PCR技術(shù)，2020年最讓人刻骨銘心的事件莫過于新冠肺炎疫情病毒的影響。在該病毒的眾多檢測方法中，PCR技術(shù)是確診的金標(biāo)準(zhǔn)，其他檢測技術(shù)常作為補充或者初篩;親子鑒定過程及司法上法醫(yī)物證證據(jù)等也會用到該技術(shù)。在醫(yī)療診斷中，病毒載量常用實時定量PCR技術(shù)。在科研中，對基因的定量檢測也是研究基因功能的必要步驟。蛋白質(zhì)與抗體親和分析技術(shù)在ABO血型判定、早孕測試、艾滋病試紙條檢測、轉(zhuǎn)基因植物試紙條檢測等過程中均用到了特定的抗原抗體親和反應(yīng)，在科研中，對蛋白互作進行研究而解釋蛋白功能也用到了該技術(shù)。將這些技術(shù)應(yīng)用穿插于課本知識之中，可讓學(xué)生看到所學(xué)知識在醫(yī)學(xué)、科研、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用價值，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

四、教學(xué)方式的改革

好的課堂，學(xué)生的思維應(yīng)隨教師的講解而展開，能當(dāng)堂理解教師講授的大部分知識，然后通過課后復(fù)習(xí)，完全理解并掌握教師所教授的全部內(nèi)容。目前的教學(xué)方式以教師講授為主，學(xué)生作業(yè)、自學(xué)為輔。這樣的教學(xué)方式中，課堂講解內(nèi)容多，但是學(xué)生常常難以集中精力學(xué)習(xí)，達不到理想的學(xué)習(xí)效果。

“分子生物學(xué)”為一門專業(yè)課，但也充滿知識性、實用性、趣味性，有大量的故事可供引用、借鑒，因此講授時可采用引導(dǎo)、啟發(fā)、舉例、故事等多種形式進行課程講解，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

啟發(fā)式的教學(xué)，即在課堂上多提問，如“為什么是這樣”“怎么理解”“兩者間有什么差異”讓學(xué)生思考、總結(jié)和比較。比如“為什么染色體要不斷折疊成高級結(jié)構(gòu)”，讓學(xué)生總結(jié)染色體的組成及結(jié)構(gòu)特點。人的染色體DNA雙螺旋拉直了線性長度達1米，只有不斷地折疊成高級結(jié)構(gòu)才能裝入細胞核;細胞分裂時，也需要DNA以染色體的形式出現(xiàn)，這樣便于分裂時的識別與分配。再如，通過“沃森與克里克是怎么證明DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)的”這個問題，可讓學(xué)生將DNA的X射線衍射圖、查蓋夫規(guī)則、四個核苷酸間的氫鍵連接特性等知識點串聯(lián)起來。

引導(dǎo)式的教學(xué)，就是在課堂上引導(dǎo)學(xué)生得到結(jié)論。比如在DNA復(fù)制部分，可聯(lián)系細胞有絲分裂周期的問題，一個細胞周期只分裂一次，則一個細胞周期DNA僅復(fù)制多少次？一次;DNA在細胞分裂的哪個時期進行復(fù)制？合成期，即S期;原核生物DNA復(fù)制從固定起點開始，單向或雙向復(fù)制完成整個染色體的復(fù)制，真核生物染色體很長，能從一個固定起點復(fù)制嗎？而且，原核生物的DNA聚合酶合成效率比真核生物快20倍，因此真核生物的復(fù)制必定從多點開始、雙向復(fù)制。這可結(jié)合已有知識，引導(dǎo)學(xué)生自己得到結(jié)論。

舉例式、故事式是用事例或者故事說明相關(guān)知識，或引入正文，或調(diào)節(jié)課堂氣氛，這是因為學(xué)生喜歡聽事例、聽故事。如講PCR時，穆利斯在路上開車時，想到路燈相當(dāng)于DNA的兩條鏈，車相當(dāng)于引物，車開過一段路可復(fù)制一段序列，這就是PCR最初的構(gòu)想。實際實施時，由于沒有控溫儀，只能用三個溫度的水浴鍋進行控溫。當(dāng)時的DNA聚合酶又不耐高溫，不得不在每次高溫變性后待溫度降下來再補加DNA聚合酶。通過這個故事，可加深學(xué)生對PCR技術(shù)的印象。再如講DNA雜交為Southern Blot時，RNA的雜交為Northern Blot，蛋白質(zhì)的雜交則為Western Blot，這是科學(xué)家的幽默。

五、教學(xué)手段的改革

生物技術(shù)/科學(xué)專業(yè)的“分子生物學(xué)”在2017年以前為72課時，其中理論課52課時，實驗課20學(xué)時;2017年之后分為2門課，其中“分子生物學(xué)”理論課程48課時，“分子生物學(xué)實驗”32課時。實驗課時的增加，一方面整合了“基因工程原理”“生物化學(xué)”等課程的相似實驗，另一方面希望學(xué)生能掌握分子生物學(xué)相關(guān)實驗技術(shù)。理論課時略有減少，但所授內(nèi)容沒有改變。目前的教學(xué)方法以課堂多媒體教學(xué)為主，新冠肺炎疫情期間改為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，為了抓住學(xué)生的注意力，可進行如下改變。在教學(xué)PPT中適當(dāng)增加圖片、動畫、短視頻等更生動的表現(xiàn)形式，讓學(xué)生能以相對輕松的心情學(xué)到相關(guān)知識。

還可將“分子生物學(xué)”的內(nèi)容以知識點為單位進行分解，制作通俗易懂的網(wǎng)絡(luò)短視頻，放在課程網(wǎng)絡(luò)空間，也可放在短視頻平臺上。如抖音、西瓜視頻、火山視頻等平臺比較受學(xué)生歡迎，可讓學(xué)生以喜歡的方式接受知識。

也可建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)空間。課堂教學(xué)學(xué)時有限，教師可將講課視頻、參考文獻、補充材料、短視頻、課后習(xí)題等放在網(wǎng)絡(luò)空間，便于學(xué)生課后復(fù)習(xí)、自學(xué)。同時，在網(wǎng)絡(luò)空間開辟問答欄，讓學(xué)生提問，并及時予以回復(fù)，一方面能夠解答學(xué)生的疑惑，另一方面可以了解學(xué)生對相關(guān)知識的掌握情況。

參考文獻

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