生物工程類專業(yè)分子生物學(xué)教學(xué)改革初步探索

摘 要：在生物工程類專業(yè)的教學(xué)過(guò)程中，我們采用多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)資源補(bǔ)充、專業(yè)分析軟件演示與教材相結(jié)合以及理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的授課方式從多方面對(duì)《分子生物學(xué)》進(jìn)行了初步教學(xué)改革，對(duì)提升教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率、加強(qiáng)學(xué)生對(duì)分子生物學(xué)理論知識(shí)的理解和掌握以及培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能等均起到了良好的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：生物工程類 分子生物學(xué)教學(xué) 改革初探

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2014）02（a）-0053-02

在現(xiàn)代生物學(xué)領(lǐng)域，生物技術(shù)作為一種新型學(xué)科和技術(shù)得到了飛速發(fā)展并為人類社會(huì)帶來(lái)了巨大影響。作為生物技術(shù)的核心學(xué)科，分子生物學(xué)，是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能，并從分子水平上闡述這些大分子之間相互作用的關(guān)系及其基因表達(dá)提供機(jī)理的科學(xué)。

分子生物學(xué)是在多個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，特別是生物化學(xué)和遺傳學(xué)，目前已逐漸滲透到生物學(xué)科的各個(gè)領(lǐng)域之中，改變了或正在改變著整個(gè)生物學(xué)的面貌，被認(rèn)為是現(xiàn)代生命科學(xué)的三大前言學(xué)科之一，也是目前高校生物類專業(yè)的重要必修專業(yè)課之一。分子生物學(xué)是一門(mén)新興學(xué)科，在迅速發(fā)展的過(guò)程中會(huì)逐漸建立一系列新的理論和方法，知識(shí)點(diǎn)具有繁雜、更新快、抽象、難以掌握等特點(diǎn)，因此，在實(shí)際教學(xué)中必須根據(jù)專業(yè)情況做出調(diào)整，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面進(jìn)行改革，以突出重點(diǎn)，強(qiáng)化理論與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，幫助學(xué)生理解并掌握分子生物學(xué)的核心理論體系和實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法。本文針對(duì)生物工程類專業(yè)的培養(yǎng)方向和教學(xué)重點(diǎn)，對(duì)分子生物學(xué)的教學(xué)改革進(jìn)行了初步探索。

1 教學(xué)改革的基本原則和思路

我們開(kāi)展分子生物學(xué)教學(xué)改革遵循兩條基本原則：一是適應(yīng)普通高等教學(xué)需求的基本原則；二是適應(yīng)本學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng)需要的基本原則。在堅(jiān)持兩個(gè)基本原則基礎(chǔ)之上，我們提出三條改革思路：一是針對(duì)生物工程類專業(yè)特點(diǎn)，突出分子生物學(xué)在現(xiàn)代工業(yè)微生物研究和改良中的應(yīng)用趨勢(shì)和途徑，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)的理解和本學(xué)科的認(rèn)識(shí)；二是遵循高等院校教學(xué)特點(diǎn)，從教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容等方面進(jìn)行改革和探索，建立一套能夠培養(yǎng)理論素養(yǎng)與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ⒅氐墓こ袒瞬诺姆肿由飳W(xué)教學(xué)體系；三是加強(qiáng)理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用實(shí)例相結(jié)合的教學(xué)方式，在理論中強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，在應(yīng)用中引出理論，使學(xué)生在有限的教學(xué)課時(shí)內(nèi)消化理論知識(shí)的同時(shí)拓展視野并加強(qiáng)對(duì)本學(xué)科的理解。

2 教學(xué)改革具體內(nèi)容

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

我們?cè)谶M(jìn)行分子生物學(xué)課程的授學(xué)時(shí)，首先針對(duì)生物工程類專業(yè)特點(diǎn)選擇合適的教材并制定教學(xué)大綱。經(jīng)過(guò)比較和分析，我們選擇趙亞華編著的《分子生物學(xué)教程》（第三版）（普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材）作為基礎(chǔ)教材，該教材主要闡述的是狹義分子生物學(xué)所涵蓋的范疇，編寫(xiě)內(nèi)容具有條理清晰，語(yǔ)言簡(jiǎn)練，信息量大，實(shí)例豐富等特點(diǎn)，并且全書(shū)系統(tǒng)地在重要的知識(shí)點(diǎn)后附有簡(jiǎn)要小結(jié)，便于學(xué)生在學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)過(guò)程中從繁雜的信息中快速的查找和理解重點(diǎn)內(nèi)容，比較適合于普通高校生物工程類專業(yè)教學(xué)使用。

分子生物學(xué)課時(shí)少而內(nèi)容繁雜，在有限的課時(shí)之內(nèi)不可能按教材內(nèi)容全部講授，學(xué)生也不可能全部能夠接受。因此，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，我們必須結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，對(duì)教科書(shū)內(nèi)容進(jìn)行取舍，并根據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)充，突出專業(yè)領(lǐng)域涉及的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，選定教材之后，我們根據(jù)生物工程類專業(yè)特點(diǎn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化：（1）弱化學(xué)科交叉重復(fù)部分，分子生物學(xué)是在多個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，也決定了分子生物學(xué)中有很多理論知識(shí)與其它學(xué)科具有交叉和重復(fù)，如生物化學(xué)、遺傳學(xué)、酶學(xué)和微生物學(xué)等，我們?cè)诜肿由飳W(xué)的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中對(duì)已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的交叉部分的知識(shí)點(diǎn)采用復(fù)習(xí)的方式快速進(jìn)行；（2）強(qiáng)化對(duì)與專業(yè)相關(guān)的理論知識(shí)講解，例如DNA的重組、真核生物與原核生物基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)調(diào)控等內(nèi)容；（3）引導(dǎo)介紹與本專業(yè)相關(guān)性不強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生如有興趣可以利用課外時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，以滿足求知欲望較為強(qiáng)烈的學(xué)生的學(xué)習(xí)要求，如噬菌體基因的表達(dá)調(diào)控、病毒的分子生物學(xué)等；（4）結(jié)合專業(yè)方向補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容，加大應(yīng)用實(shí)例講解，促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，例如講解特異位點(diǎn)重組內(nèi)容時(shí)，可以結(jié)合目前研究領(lǐng)域應(yīng)用較多的Xer/dif重組系統(tǒng)進(jìn)行講解，讓學(xué)生理解了特異位點(diǎn)重組概念和過(guò)程的同時(shí)，又學(xué)習(xí)了該重組理論最新研究進(jìn)展及其在微生物代謝途徑工程中的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的理論性、專業(yè)性、實(shí)用性、學(xué)術(shù)性和前沿性并舉。

2.2 改革教學(xué)方法

對(duì)大學(xué)生而言，分子生物學(xué)是一門(mén)及其抽象的學(xué)科，其中涉及的理論體系和生物過(guò)程復(fù)雜而又晦澀難懂，極其難以掌握，采用傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)效率有限，因此創(chuàng)新教學(xué)方法，改變授課方式，使抽象化的概念能夠直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并提升學(xué)習(xí)效率尤為重要。

我們?cè)趯?shí)際教學(xué)中，對(duì)教學(xué)方法做了以下四項(xiàng)改革：（1）采用多媒體教學(xué)，結(jié)合大量精美圖片、動(dòng)畫(huà)和視頻，將抽象的、理論的生物過(guò)程或概念中涵蓋的大量信息有效、生動(dòng)、形象化地展現(xiàn)給學(xué)生，例如，蛋白質(zhì)合成過(guò)程中涉及的起始、延生和終止三個(gè)過(guò)程以及延生過(guò)程中涉及的進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽和轉(zhuǎn)位三個(gè)反應(yīng)實(shí)際上是一個(gè)連續(xù)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，中間涉及的概念和因子很多，通過(guò)板書(shū)無(wú)法有效地進(jìn)行形象化演示和解釋，而在多媒體教學(xué)方式下，借助大量圖片和動(dòng)畫(huà)實(shí)現(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)相結(jié)合的方式講授該生物過(guò)程，可使學(xué)生有效地理解并掌握該部分內(nèi)容；（2）大力利用網(wǎng)絡(luò)資源，搜尋與講授內(nèi)容相關(guān)的精美圖片和科教視頻，補(bǔ)充教材內(nèi)容的不足，從不同視角、不同階段對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行闡釋，幫助學(xué)生對(duì)難點(diǎn)的理解和掌握，例如，RNA干擾技術(shù)是一個(gè)比較抽象的概念和過(guò)程，課堂調(diào)查中發(fā)現(xiàn)學(xué)生很難理解雙鏈RNA的產(chǎn)生、水解以及Dicer蛋白的作用過(guò)程等概念，在我們的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中選用一段網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)視頻（Nature系列）通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)模擬，使學(xué)生輕松地“看到了”生物體內(nèi)RNA干擾過(guò)程，極大地幫助了學(xué)生對(duì)相關(guān)過(guò)程的認(rèn)識(shí)和理解；（3）利用生物學(xué)分析軟件演示促進(jìn)學(xué)生理解，在現(xiàn)代分子生物學(xué)研究領(lǐng)域，無(wú)論是簡(jiǎn)單基因的比對(duì)分析還是復(fù)雜的蛋白質(zhì)定向進(jìn)化模擬都離不開(kāi)專業(yè)的生物學(xué)分析軟件，在教學(xué)方面利用生物學(xué)分析軟件也可以達(dá)到事半功倍的效果，例如，在講授蛋白質(zhì)的編碼基因序列（CDS）和開(kāi)放閱讀框（ORF）兩個(gè)概念的時(shí)候，學(xué)生短時(shí)間之內(nèi)無(wú)法深刻理解，如果使用生物學(xué)分析軟件對(duì)一條基因進(jìn)行分析演示，學(xué)生可以一目了然地“看到”CDS與ORF之間的聯(lián)系與區(qū)別；（4）結(jié)合實(shí)例對(duì)重點(diǎn)理論進(jìn)行剖析，例如基因表達(dá)調(diào)控部分內(nèi)容，在目前的科學(xué)研究領(lǐng)域和實(shí)際工業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域研究都極為廣泛，但在實(shí)際教學(xué)時(shí)，由于知識(shí)點(diǎn)多，過(guò)程復(fù)雜，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中往往感覺(jué)到枯燥而不知所以然，此時(shí)即可在教學(xué)過(guò)程中結(jié)合某個(gè)具體的相關(guān)研究項(xiàng)目（例如碩士研究論文、博士研究論文或科研基金研究項(xiàng)目）的目的、意義和方法等進(jìn)行講解，達(dá)到理論學(xué)習(xí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，在實(shí)例中引出理論概念和過(guò)程。通過(guò)大量實(shí)例的講解，不僅促進(jìn)了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，同時(shí)加深了學(xué)生對(duì)本學(xué)科的認(rèn)識(shí)，拓展了學(xué)生的視野，培養(yǎng)了學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用中解決問(wèn)題的思維能力。

2.3 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)

分子生物學(xué)是在實(shí)驗(yàn)論證的基礎(chǔ)之上建立并發(fā)展起來(lái)的對(duì)實(shí)驗(yàn)技能要求很強(qiáng)的一門(mén)實(shí)驗(yàn)性學(xué)科，因此，分子生物學(xué)的教學(xué)也必須有實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為支撐，只有在理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的模式下才能使學(xué)生學(xué)以致用，達(dá)到真正理解并掌握分子生物學(xué)的教學(xué)目的。對(duì)工科的生物工程類專業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有舉足輕重、不可替代的作用，是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。在我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中，將每個(gè)班分為10組，每組3～4人，每個(gè)學(xué)生可以且必須單獨(dú)完成實(shí)驗(yàn)操作，掌握本專業(yè)應(yīng)用最為廣泛的基因工程操作技術(shù)中常用的經(jīng)典方法。實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間與課堂教學(xué)時(shí)間比例設(shè)置為1∶2，保障有1/3的教學(xué)時(shí)間用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要圍繞基因工程操作技術(shù)經(jīng)典的四個(gè)步驟進(jìn)行，即目的基因的獲取、重組載體的構(gòu)建（克隆載體）、受體細(xì)胞（大腸桿菌）轉(zhuǎn)化、結(jié)果驗(yàn)證（限制性酶切和PCR），在此過(guò)程中連續(xù)進(jìn)行染色體提取、PCR技術(shù)、連接、大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞制備、轉(zhuǎn)化、質(zhì)粒提取、限制性酶切以及瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)等基本操作，使學(xué)生掌握DNA體外重組過(guò)程中使用的基本操作方法和技術(shù)原理。在上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，多數(shù)實(shí)驗(yàn)步驟中都是微升級(jí)反應(yīng)體系，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力和分析能力要求極高，因此，通過(guò)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以培養(yǎng)并強(qiáng)化學(xué)生的“精細(xì)化”實(shí)驗(yàn)操作能力，為培養(yǎng)動(dòng)手能力強(qiáng)，專業(yè)素質(zhì)過(guò)硬，分析能力嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮细翊髮W(xué)畢業(yè)生做出貢獻(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我們分別從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)踐教學(xué)等三個(gè)方面對(duì)分子生物學(xué)進(jìn)行了教學(xué)改革和探索，在初步改革的教學(xué)過(guò)程中學(xué)生不再感覺(jué)到枯燥和晦澀難懂，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也得到了顯著提高。但是，教學(xué)改革是一項(xiàng)需要持續(xù)進(jìn)行的復(fù)雜而重要的工程，我們需要繼續(xù)在教學(xué)實(shí)踐中不斷地進(jìn)行探索并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改革，在改革實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以期構(gòu)建一套與時(shí)俱進(jìn)的教學(xué)體系，為社會(huì)培養(yǎng)和輸送高素質(zhì)的合格人才做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]趙亞華.分子生物學(xué)教程[M].3版.北京：科學(xué)出版社，2011.