高等學(xué)校“分子生物學(xué)”教學(xué)改革初探

王勃 于天英

摘要：隨著基礎(chǔ)科學(xué)進(jìn)步為生物學(xué)創(chuàng)新注入強(qiáng)大動(dòng)力，人類對(duì)生命健康、疾病治療、疫苗研發(fā)的需求提高。21世紀(jì)被稱為“生物工程時(shí)代”，生物學(xué)也逐漸發(fā)展為一門顯學(xué)，成為高等學(xué)校開設(shè)的重點(diǎn)課程之一。其中，“分子生物學(xué)”屬于自然科學(xué)范疇內(nèi)最具活力、最具前景的一門學(xué)科，開設(shè)范圍包括醫(yī)學(xué)專業(yè)、農(nóng)學(xué)專業(yè)、生物工程專業(yè)、制藥工程專業(yè)等，是塑造大學(xué)生正確生命觀與生物學(xué)素養(yǎng)的重要課程。為了增強(qiáng)高等學(xué)?！胺肿由飳W(xué)”課程教學(xué)的有效性、促進(jìn)教學(xué)實(shí)質(zhì)性改革，首先從宏觀層面分析該課程教學(xué)存在的問題，其次圍繞理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)展開研究，提出可行的教學(xué)改革方案。

關(guān)鍵詞：“分子生物學(xué)”;理論教學(xué)改革;實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革;“互聯(lián)網(wǎng)+”

根據(jù)“分子生物學(xué)”（molecular biology）的誕生標(biāo)志，即人類發(fā)現(xiàn)DNA遺傳信息并構(gòu)建雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（沃森&克里克），不難判斷該學(xué)科的定位，是一門自然科學(xué)領(lǐng)域研究生命現(xiàn)象、規(guī)律、本質(zhì)的科學(xué)，研究對(duì)象聚焦于生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能。將分析視域集中到“分子生物學(xué)”的知識(shí)體系層面，“自然科學(xué)”這一所屬領(lǐng)域決定了該知識(shí)體系的特征。（1）存在豐富的驗(yàn)證性知識(shí)，如染色體的結(jié)構(gòu)、遺傳物質(zhì)、基因突變等，此類知識(shí)屬于理論教學(xué)層面，是高校學(xué)生開展“分子生物學(xué)”知識(shí)體系建構(gòu)的基礎(chǔ)。（2）需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，因?yàn)椤胺肿由飳W(xué)”是建立在分子水平（或“微觀尺度”）上的新興科學(xué)[1]，具有一定的抽象性，不像生理學(xué)、植物學(xué)一樣具有條理性和直觀性。從以上兩點(diǎn)分析出發(fā)，高等學(xué)?！胺肿由飳W(xué)”的教學(xué)改革既要滿足理論教學(xué)的系統(tǒng)性要求，又要滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的沉浸式需求。

1 高等學(xué)?！胺肿由飳W(xué)”教學(xué)問題

1.1 理論教學(xué)面臨的問題

客觀來看，“分子生物學(xué)”一直處在動(dòng)態(tài)發(fā)展中，生物學(xué)前沿理論研究不斷取得突破，對(duì)固有知識(shí)體系的影響深刻，同時(shí)，不同基礎(chǔ)學(xué)科視角和應(yīng)用學(xué)科的需求均會(huì)對(duì)“分子生物學(xué)”教學(xué)產(chǎn)生導(dǎo)向作用。因此，理論教學(xué)面臨的問題很多，本研究?jī)H從高等學(xué)校教育職能出發(fā)，重點(diǎn)分析3個(gè)方面的問題。

1.1.1 教材問題

教材是教學(xué)的知識(shí)信息載體，也是師生圍繞“分子生物學(xué)”進(jìn)行互動(dòng)溝通的重要媒介，選用何種教材對(duì)理論教學(xué)是否滿足“系統(tǒng)性要求”至關(guān)重要。筆者收集了高等學(xué)校適用的“分子生物學(xué)”教材（見表1），對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不同版本的教材（不含實(shí)驗(yàn)教材）雖然各有亮點(diǎn)，但應(yīng)用于理論教學(xué)方面普遍存在知識(shí)點(diǎn)復(fù)雜、抽象和知識(shí)結(jié)構(gòu)邏輯性強(qiáng)、概念較多的問題。如果作為教學(xué)依據(jù)，不僅同質(zhì)性很高，還會(huì)浪費(fèi)大量的教學(xué)精力與時(shí)間，不利于實(shí)效性課堂的建立。

1.1.2 教法問題

結(jié)合筆者的經(jīng)驗(yàn)，“分子生物學(xué)”知識(shí)（已驗(yàn)證知識(shí)）淺而繁、多而雜，概念、定義、方法等基礎(chǔ)性知識(shí)不需要深講，導(dǎo)致教學(xué)方法單一，突出表現(xiàn)為有限知識(shí)資源的排浪式講授，高校學(xué)生處于被動(dòng)地位，與教師的交流不夠深入，難以直接從理論維度對(duì)“分子生物學(xué)”進(jìn)行拓展。此外，教法單一還意味著對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”教育資源的利用效度不足，例如酶切、 DNA重排、基因組測(cè)序等知識(shí)過于抽象，網(wǎng)絡(luò)信息資源介入不足，很難從教法方面賦予學(xué)生直觀的認(rèn)識(shí)。

1.1.3 教學(xué)模式

21世紀(jì)初，以“生物工程”為代表的新興專業(yè)炙手可熱，社會(huì)上普遍認(rèn)同生物學(xué)將引領(lǐng)新時(shí)代。但從現(xiàn)狀來看，絕大部分生物學(xué)類本科及高職人才并沒有機(jī)會(huì)真正進(jìn)入生物工程、生物科技、生物制藥等研發(fā)領(lǐng)域，一方面是因?yàn)樽陨碇R(shí)儲(chǔ)備不足，另一方面與教學(xué)模式相關(guān)。以“分子生物學(xué)”為例，雙師型隊(duì)伍建設(shè)、產(chǎn)學(xué)一體化建設(shè)、現(xiàn)代學(xué)徒制建設(shè)、校企合作機(jī)制建設(shè)等遠(yuǎn)比其他專業(yè)落后，高校普遍采用以理論為主的“填鴨式”教學(xué)模式。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的問題

（1）受到高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的限制，實(shí)驗(yàn)本身淪為理論教學(xué)的附庸。盡管高等學(xué)校（以普通本科為主）整體上在自然科學(xué)教育方面的投入很大，但除了985、211、雙一流高校及部分專業(yè)，大多數(shù)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件相對(duì)簡(jiǎn)陋，無力支撐大規(guī)模、多樣性的“分子生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)。受條件限制，除了不得不減少實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也會(huì)簡(jiǎn)化一些實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，如較為基礎(chǔ)的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、核酸提取、標(biāo)記示蹤劑等。類似的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是對(duì)教材中理論知識(shí)的現(xiàn)實(shí)驗(yàn)證，無論是按照老師提供的實(shí)驗(yàn)流程，還是依照教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)“臨摹”，實(shí)驗(yàn)本身都缺乏自主能動(dòng)性，無法實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一[2]。

（2）高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織方式落后，實(shí)驗(yàn)難以提供“沉浸式”體驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主操作，但“分子生物學(xué)”是建立在分子尺度上的，實(shí)驗(yàn)對(duì)象的微觀性決定了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的抽象性，包括教科書上給出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在現(xiàn)實(shí)中需要染色、電泳等方式才能觀察到。由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有一定的演示性特點(diǎn)，如教師利用PPT展示實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并要求學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)圖片分析實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程，很難產(chǎn)生“沉浸式”體驗(yàn)[3]，削弱了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，學(xué)生忽略了實(shí)驗(yàn)的重要性。

（3）“分子生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)不合理，造成“重結(jié)果輕過程”的現(xiàn)象。在開設(shè)“分子生物學(xué)”課程的高校專業(yè)中，教師一般將學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作結(jié)果納入平時(shí)成績(jī)考核序列，但在實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)上，主要突出實(shí)驗(yàn)結(jié)果（性質(zhì)、數(shù)據(jù)等），對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中是否充分體現(xiàn)了“分子生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作是否符合規(guī)范、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否具有創(chuàng)新性等問題的關(guān)注度相對(duì)較低。從學(xué)生角度而言，影響成績(jī)的關(guān)鍵落在了實(shí)驗(yàn)報(bào)告上，難免出現(xiàn)“為實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)”，依據(jù)驗(yàn)證性結(jié)論反向構(gòu)建實(shí)驗(yàn)過程的現(xiàn)象，不利于學(xué)生科研能力的培養(yǎng)。

2 “分子生物學(xué)”理論教學(xué)改革探索

“分子生物學(xué)”理論教學(xué)應(yīng)以系統(tǒng)性為抓手，將教學(xué)改革作用于教材、教法及教學(xué)模式3個(gè)方面。

2.1 教材內(nèi)容改革

高等學(xué)校直接選用“分子生物學(xué)”教材構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容，無論對(duì)版本如何精挑細(xì)選，都很難與人才培養(yǎng)完全契合。高等學(xué)校的人才培養(yǎng)存在兩種方向，即學(xué)術(shù)性與職業(yè)性人才。在不同人才培養(yǎng)導(dǎo)向下，對(duì)教材內(nèi)容的需求存在較大差異。在實(shí)踐過程中，可以選定一本或一類“分子生物學(xué)”教材為范本，按照“能力導(dǎo)向+以生為本”的原則進(jìn)行教材重構(gòu)。結(jié)合筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為了系統(tǒng)地呈現(xiàn)“分子生物學(xué)”的基礎(chǔ)知識(shí)，統(tǒng)籌表1所列教材中的相同部分，按照克里克提出的“分子生物學(xué)”中心法則（genetic central dogma）要求，整合出一套匯集DNA、RNA、蛋白質(zhì)、遺傳信息轉(zhuǎn)錄與翻譯等知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)講義，一方面，可以精簡(jiǎn)大量“分子生物學(xué)”的重復(fù)概念，強(qiáng)化相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的銜接（如詳細(xì)描述遺傳信息從 DNA向RNA傳遞的過程、機(jī)理），實(shí)現(xiàn)碎片化知識(shí)的有序排列，優(yōu)化教材內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)。另一方面，有利于與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的銜接，增強(qiáng)理論與實(shí)踐的黏性，如基于一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將相關(guān)知識(shí)串聯(lián)起來。

2.2 教學(xué)方法改革

考慮到大學(xué)生已經(jīng)具備一定的自主學(xué)習(xí)、探索能力，“分子生物學(xué)”教學(xué)方法應(yīng)采用“少教多學(xué)”的原則，兼顧“分子生物學(xué)”理論教學(xué)的系統(tǒng)性需求。因此，在具體的教學(xué)方法設(shè)計(jì)上，可基于立體化的設(shè)計(jì)方式[4]，引導(dǎo)學(xué)生從多個(gè)角度理解、掌握“分子生物學(xué)”知識(shí)內(nèi)容。其中，多角度教學(xué)方法設(shè)計(jì)可以理解為在一個(gè)“分子生物學(xué)”知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中，同時(shí)提供多種呈現(xiàn)方式，比如最基礎(chǔ)的“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)”，這一知識(shí)點(diǎn)在中學(xué)階段就已經(jīng)提到，但學(xué)生真正接觸DNA雙螺旋模型的機(jī)會(huì)并不多，在課堂上除了用語言描述，輔以實(shí)體模型、3D圖片、視頻、自制Flash動(dòng)畫等資源，反復(fù)從多個(gè)角度呈現(xiàn)，也可以用DNA雙螺旋分子模型的拼裝材料，依據(jù)理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐。立體化教學(xué)方法的設(shè)計(jì)可以理解為“互聯(lián)網(wǎng)+主題化+任務(wù)式”教學(xué)思維，本質(zhì)上是一種高效互動(dòng)的教學(xué)方式，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及數(shù)字化資源“托底”，用以彌補(bǔ)傳統(tǒng)言說傳授表達(dá)力的不足，以主題化的知識(shí)整合形式，為學(xué)生建立“分子生物學(xué)”知識(shí)思維導(dǎo)圖，例如以“DNA”為主題詞，所能關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)包括“DNA基本結(jié)構(gòu)”“DNA基本性質(zhì)”“DNA與蛋白質(zhì)的相互作用”“重組DNA（克?。薄癉NA排序”等，任務(wù)式驅(qū)動(dòng)可以通過銜接度較高的問題實(shí)現(xiàn)，例如按照“DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、高級(jí)結(jié)構(gòu)”循序漸進(jìn)地設(shè)計(jì)問題。

2.3 教學(xué)模式改革

高等學(xué)校“分子生物學(xué)”教學(xué)的常規(guī)組織模式仍然是課堂，從系統(tǒng)性要求出發(fā)，勢(shì)必要改變課堂組織模式下“分子生物學(xué)”知識(shí)單向傳播的方式，這是教學(xué)模式改革的重心所在?？梢詫⒁还?jié)課劃分成不同的教學(xué)實(shí)施區(qū)間，例如按照“六分法”，將課堂組織分為回顧階段、探討階段、引導(dǎo)階段、講授階段、釋疑階段、鞏固階段。其中，回顧階段的教學(xué)時(shí)長(zhǎng)控制在5 min以內(nèi)，在教師的引導(dǎo)下，對(duì)前面所學(xué)知識(shí)進(jìn)行概括總結(jié)。在這一過程中，以提問的方式對(duì)學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備進(jìn)行檢驗(yàn)，引出本節(jié)課要學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。探討階段不是針對(duì)新知識(shí)展開的，而是對(duì)將要學(xué)習(xí)的新知識(shí)進(jìn)行“預(yù)測(cè)”，教師可以事先準(zhǔn)備一些開放性問題、生物學(xué)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)案例等，促進(jìn)學(xué)生對(duì)既有知識(shí)與新知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)。引導(dǎo)階段完全由老師主導(dǎo)，目的是將出現(xiàn)的“錯(cuò)誤預(yù)測(cè)”引入正常軌道，同時(shí)公布本節(jié)課關(guān)于“分子生物學(xué)”教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)等。講授階段采用2.2中構(gòu)建的教學(xué)方法，這一階段所占時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)控制在一節(jié)課時(shí)長(zhǎng)的1/2左右，保證將知識(shí)點(diǎn)講明白、講透徹。釋疑階段是一個(gè)師生互動(dòng)過程，由學(xué)生提出相關(guān)問題，教師負(fù)責(zé)有針對(duì)性地解答，同時(shí)，學(xué)生所提問題也應(yīng)與本專業(yè)保持一定相關(guān)性。例如，醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)了 RNA干擾技術(shù)，比較有價(jià)值的問題有RNA干擾技術(shù)在癌癥治療方面的價(jià)值和實(shí)現(xiàn)原理、現(xiàn)階段取得的成果等。鞏固階段完全交給學(xué)生自主展開，可組織3～5 min的組間、組內(nèi)探討活動(dòng)，教師在這一階段提供一些拓展性讀物。

3 “分子生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

圍繞“分子生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，一個(gè)核心任務(wù)是將抽象化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w化的呈現(xiàn)形式，包含對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程內(nèi)容的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，也包括“線上+線下”組合教學(xué)手段的運(yùn)用，以實(shí)現(xiàn)“分子生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的最大化。直觀上，在“互聯(lián)網(wǎng)+”思維的引領(lǐng)下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)大量應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)工具、平臺(tái)、素材等，但傳統(tǒng)教學(xué)（即線下教學(xué)）也不可以徹底拋棄。事實(shí)上，傳統(tǒng)教學(xué)在營(yíng)造學(xué)習(xí)氛圍、提高師生互動(dòng)性方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，與“沉浸式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體驗(yàn)并不沖突。一個(gè)完整的“分子生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革模型，除了發(fā)揮理論知識(shí)的實(shí)踐驗(yàn)證功能，還要貫徹立德樹人的根本教育任務(wù)，換言之，該改革模型還應(yīng)突出“分子生物學(xué)”課程思政的價(jià)值，完整的架構(gòu)如圖1所示。

3.1 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”匹配實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與素材

從高等學(xué)校校本課程開發(fā)的角度出發(fā)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及的“分子生物學(xué)”知識(shí)可以形成相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，以充分發(fā)揮高校自身的實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)勢(shì)，如圍繞蛋白質(zhì)的誘導(dǎo)、表達(dá)與檢測(cè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可借助互聯(lián)網(wǎng)收集與誘導(dǎo)溫度、 IPTG濃度、蛋白質(zhì)前提加工等相關(guān)知識(shí)內(nèi)容。同時(shí)，由于“互聯(lián)網(wǎng)+”的開放性，教師也可以通過預(yù)告實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的方式，讓學(xué)生自行搜索實(shí)驗(yàn)知識(shí)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的信息收集整理能力。素材即實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用的文字、圖片、視頻等數(shù)字化資料，與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容保持一定匹配度，結(jié)合筆者經(jīng)驗(yàn)，建議教師自行錄制視頻素材，包括實(shí)驗(yàn)的工具、試劑、基本操作、重點(diǎn)事項(xiàng)等，通過線上途徑傳遞給學(xué)生（如 QQ、微信），并在實(shí)驗(yàn)教學(xué)正式開始之前，以直播的方式演示完整的流程。

3.2 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課程思政關(guān)聯(lián)

實(shí)驗(yàn)是探究自然科學(xué)的主要途徑，這一行為本身蘊(yùn)含著豐富的人文精神，如攀登科學(xué)高峰、激活創(chuàng)新意識(shí)、強(qiáng)化動(dòng)手能力等，符合高校以德樹人的教育需求，也是實(shí)現(xiàn)課程思政的有效手段。借助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一方面可以發(fā)揮“分子生物學(xué)”的現(xiàn)實(shí)價(jià)值，進(jìn)一步關(guān)聯(lián)相關(guān)科研人物，如開發(fā)干擾素α-1b的侯云德院士以及研發(fā)疫苗的陳薇院士等;另一方面，強(qiáng)調(diào)正確的價(jià)值觀、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)觀在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的促進(jìn)作用。要秉承實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，以強(qiáng)烈的責(zé)任心尋找實(shí)驗(yàn)偏差，消除學(xué)習(xí)“分子生物學(xué)”課程時(shí)的功利心理。

3.3 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”構(gòu)建“分子生物學(xué)”實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系

“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)模式之所以能帶給人強(qiáng)烈的沉浸感，是因?yàn)樵诨ヂ?lián)網(wǎng)平臺(tái)上，個(gè)體處在較為平等的地位，提高了評(píng)價(jià)者和被評(píng)價(jià)者的客觀性。同時(shí)，“互聯(lián)網(wǎng)+”可以形成多維度的評(píng)價(jià)渠道，如課前利用線上途徑（雨課堂等），對(duì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)、要求等進(jìn)行集體探討，一個(gè)觀點(diǎn)被提出之后，能迅速發(fā)現(xiàn)存在的問題。從課前預(yù)習(xí)的角度來看，極大地減少了教師的工作量。此外，將實(shí)驗(yàn)過程以視頻的形式傳輸?shù)健盎ヂ?lián)網(wǎng)+”平臺(tái)上，可以進(jìn)行更加詳細(xì)的過程評(píng)價(jià)，消除以結(jié)果為依據(jù)的評(píng)價(jià)弊端;教師要關(guān)注的是系統(tǒng)的評(píng)價(jià)表設(shè)計(jì)，從實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備到實(shí)驗(yàn)操作、從實(shí)驗(yàn)過程到實(shí)驗(yàn)結(jié)果、從實(shí)驗(yàn)原理到實(shí)驗(yàn)安全等，實(shí)現(xiàn)定量化的全方位評(píng)價(jià)。

4 結(jié)語

“分子生物學(xué)”教學(xué)改革應(yīng)聚焦學(xué)生主體地位的塑造，基于理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)提出的觀點(diǎn)，本質(zhì)是增強(qiáng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，擺脫被動(dòng)接受知識(shí)信息的桎梏，同時(shí)強(qiáng)化理論與實(shí)踐教學(xué)的平衡性。

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