分子生物學網(wǎng)絡教學資源與網(wǎng)絡輔助教學實踐

邱海洪++蔣盛巖++劉靜霆

摘 要：分子生物學是生命科學類本科專業(yè)的一門重要基礎課程，日漸豐富的網(wǎng)絡教學資源使得網(wǎng)絡輔助教學日益成為分子生物學課程教學的必要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的課堂教學受時間、空間等多方面因素制約。隨著網(wǎng)絡的普及以及教育技術(shù)的快速發(fā)展，課程網(wǎng)站的建設越來越受到高校的重視。構(gòu)建分子生物學網(wǎng)絡輔助教學互動平臺能夠較大地提高課程教學效果。

關(guān)鍵詞：分子生物學 網(wǎng)絡教學資源 網(wǎng)絡輔助教學 互動平臺

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（b）-0199-03

分子生物學是生命科學類本科專業(yè)的一門重要基礎課程，主要研究核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)及其在遺傳信息和細胞信息傳遞中的作用，是當前生命科學中發(fā)展最快并正在與其它學科廣泛交叉與滲透的重要前沿領域。分子生物學所涉及的PCR、分子克隆、核酸電泳、瓊脂糖凝膠電泳測序、DNA與RNA提取、外源DNA轉(zhuǎn)化、體外轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、cDNA文庫構(gòu)建、原位雜交、酵母雙雜交、差減雜交、扣除雜交、藍白斑篩選、抗生素篩選等相關(guān)技術(shù)發(fā)展異常迅速[1]，幾乎滲透到生物科學的所有領域。這些技術(shù)所蘊藏的信息量較大，抽象又不易理解，通過短暫的課堂教學難以讓初學者在完全掌握。這就要求教學者要建立并充分利用好網(wǎng)絡輔助教學平臺，以便學生課后學有所依，問有所托，疑有所答，最終有效提高教學效果。

目前，網(wǎng)絡輔助教學已成為創(chuàng)新教學方式的熱點，因為很多在校大學生花在“網(wǎng)絡”、“電腦”的課余時間較多，而傳統(tǒng)的課堂面授答疑等教學活動往往受時間、空間等因素的制約，學生不能及時解決問題，教師也不能及時了解和掌握學生的情況，不利于學生與教師之間及時溝通與交流，因此阻礙了教學質(zhì)量的提高。如何發(fā)揮網(wǎng)絡輔助教學的潛力以提高有限教育資源的利用率？已成為廣大教育工作者面臨的重要問題。為了使學生能夠掌握快速發(fā)展的分子生物學理論知識和相關(guān)技術(shù)，筆者所在的分子生物學教學團隊以現(xiàn)代信息技術(shù)為支撐，構(gòu)建包括課程學案、習題、實驗指導、參考文獻、師生互動等分子生物學網(wǎng)絡教學平臺作為課堂教學的輔助和補充，引導學生自主學習與獨立思考，在一定程度上較大地提高了教學效果。

1 分子生物學教學網(wǎng)絡資源

1.1 分子生物學常用論壇

論壇是一種主題鮮明、內(nèi)容豐富、交互性強的網(wǎng)絡資源。廣大師生可以在分子生物學論壇上各抒己見、集思廣益、取長補短，不斷提高自己的分子生物學理論和科研水平。常用的分子生物學論壇有小木蟲、生物谷、生物秀（中國生物科學論壇）、丁香園、基因酷、生物信息學論壇、生物通和分子生物學論壇等[2]。

1.2 分子生物學常用軟件

隨著越來越多的核酸序列和蛋白質(zhì)序列的測定，越來越復雜的分子生物學數(shù)據(jù)呈爆發(fā)式增長，越來越多的生物公司開發(fā)出各種各樣的分子生物學軟件，方便研究人員進行數(shù)據(jù)分析。這其中包括常用于PCR引物設計軟件、DNA 的序列編輯、開放閱讀框搜尋、限制性酶切圖譜繪制、遺傳圖譜繪制、蛋白序列翻譯和序列比對等分析功能的軟件；用于蛋白的同源性比對、二級結(jié)構(gòu)預測、蛋白酶解消化圖譜和氨基酸序列查找等分析功能的軟件。這其中較為常用的綜合性軟件有DNATools 、DNASTAR、Omiga、Vector NTI、DNASIS等。常用的引物設計軟件主要有Premier 和Oligo等，常用的酶切分析軟件主要有DNAssist、RESTRICTION ANALYSIS、PrimerPremier、Vector NTI Suite等，常用的凝膠分析軟件有QuantityOne、BandScan、Band Leader、TotalLab、QuantiScan、Gel-Pro Analyzer等，常用的質(zhì)料繪圖軟件有Plasmid Processor、Gene Construction Kit、Winplas、Plasmid Premier等，常用蛋白質(zhì)分析軟件有ANTHEPROT、pSAAM、aminoXpress、VHMPT等，常用的2D分析軟件有PDQuest、ImageMaster 2D Platinum等，常用的進化樹構(gòu)建與分析軟件有PAUP、PHYLIP、PUZZLE和TREEVIEW、CLUSTALX等，三維結(jié)構(gòu)顯示軟件主要有MoluCAD、Biodesigner、RasMol、Moilin、ICMLite等。

1.3 分子生物學常用數(shù)據(jù)庫

隨著核酸與蛋白質(zhì)生物大分子序列和結(jié)構(gòu)測定技術(shù)的完善和應用，有關(guān)核酸及蛋白質(zhì)序列的數(shù)據(jù)庫及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫也在迅速增長，數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容和種類更加豐富和完善，為生物學各個領域的深入研究提供了堅實的信息學基礎。目前常用的核酸序列數(shù)據(jù)庫有：（1）美國國家生物技術(shù)信息中心（National Center for Biotechnology Information，NCBI）建立的GenBank數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包含70，000多種生物的核苷酸序列，每條紀錄都有編碼區(qū)（CDS）特征的注釋，還包括氨基酸的翻譯，科研人員可以從數(shù)據(jù)庫中直接獲取序列數(shù)據(jù)。（2）歐洲分子生物實驗室（The European Molecular Biology Laboratory， EMBL）的EMBL-DNA數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫近年來發(fā)展很快，數(shù)據(jù)量逐年成倍遞增，可供科研人員進行核苷酸序列檢索及序列相似性查詢。（3）日本國立遺傳研究所（NIG）的DDBJ數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫與GenBank、EMBL互通有無，同步更新，數(shù)據(jù)庫主頁除了數(shù)據(jù)庫檢索（Data search）功能之外，還有數(shù)據(jù)分析（Data analysis）和數(shù)據(jù)提交（Data submission）等功能。蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫主要有：（1）美國國家生物醫(yī)學研究基金會（National Biomedical Research Foundation，NBRF）、德國的慕尼黑蛋白質(zhì)序列信息中心（Munich Information Center for Protein Sequences，MIPS）和日本國際蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫（Japanese International Protein Information Database，JIPID合作成立的國際蛋白質(zhì)信息中心（PIR-International），共同收集和維護蛋白質(zhì)序列的PIR數(shù)據(jù)庫，這是一個全面的、經(jīng)過注釋的、非冗余的蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫。（2）瑞士日內(nèi)瓦大學的蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫SWISS-PROT（Swiss-Prot Protein Sequence Database），目前已合并入UniProt數(shù)據(jù)庫，并與30多個數(shù)據(jù)建立了交叉引用，其中包括核酸序列庫、蛋白質(zhì)序列庫和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)庫等，SWISS-PROT數(shù)據(jù)庫包含了EMBL核酸序列數(shù)據(jù)庫中經(jīng)過仔細檢查和準確注釋了的蛋白質(zhì)序列，方便了研究人員開展任何蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)的搜尋和比對工作。除了序列數(shù)據(jù)庫之外，還有基因組及相關(guān)數(shù)據(jù)庫GSDB和GDB，核酸三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫NDB和BNASDB，蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫PDB，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類數(shù)據(jù)庫SCOP，蛋白質(zhì)二維凝膠電泳數(shù)據(jù)庫WORLD-2DPAGE和Phoretix links，信號傳導及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用相關(guān)數(shù)據(jù)庫DIP，INTERACT和ProNet，DNA和蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)庫DPInteract，限制性內(nèi)切酶和甲基化酶的數(shù)據(jù)庫Rebase等。日漸豐富的分子生物學數(shù)據(jù)庫極大地方便了分子生物學教學和科研。endprint

1.4 分子生物學常用動畫資源

動畫教學作為一種多媒體教學技術(shù)，具有動態(tài)、直觀、生動和形象等特點，使學習者印象深刻。分子生物學中如DNA復制、蛋白質(zhì)的合成等許多知識點以及聚合酶鏈反應（Polymerase Chain Reaction，PCR）等分子生物學研究技術(shù)過程都是一些動態(tài)過程，借助動畫可以形象地展示生物大分子之間相互作用的動態(tài)過程，具有較強真實感，學生感覺身臨其境，學習興趣高漲，理解深刻。充分利用網(wǎng)絡資源，收集分子生物學有關(guān)理論和實踐操作動畫應用于課堂輔助教學，可提高分子生物學多媒體教學效果。常用的分子生物學教學動畫資源有：（1）Whfreeman公司出版的分子細胞生物學配套學習資料以及麥格希教育集團提供部分有關(guān)分子生物學知識的動畫。其中有關(guān)DNA復制、轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)合成、乳糖操縱子模型、DNA測序、基因芯片和RNA加工等動畫簡潔明了，配有簡單介紹，很適合于課堂輔助教學。（2）Sumanas公司開發(fā)的動畫技術(shù)關(guān)于分子生物學內(nèi)容的PCR、mRNA的剪切、ELISA技術(shù)、蛋白質(zhì)分泌、質(zhì)粒克隆、酵母雙雜交技術(shù)、單克隆抗體制備等動畫制作精美，動態(tài)感強，并附有測驗試題，可以供學生練習鞏固相關(guān)知識。（3）冷泉港實驗室（The Cold Spring Harbor Laboratory，CSHL）下屬的“多蘭DNA學習中心”）展示了許多分子生物學教學動畫，如DNA組裝染色體、RNA的生物合成和蛋白質(zhì)的生物合成等理論內(nèi)容以及基因克隆、PCR和DNA測序等分子生物學實驗技術(shù)，動畫形象生動，淺顯易懂。（4）常用分子生物學教學動畫網(wǎng)站有http：//www.hhmi.org/biointeractive/animations/index.html、http：//v.bio1000.com/show-413.html及http：//www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/animations/animations.htm等[3]。

盡管分子生物學教學動畫資源豐富，但動畫畢竟只是一種輔助教學，主要用于一些難以闡述清楚和理解的分子生物學知識點，所以教師在課堂教學活動中不能讓“動畫”取代自己，動畫演示教學時間不宜太長，以免喧賓奪主，而應該結(jié)合多媒體教學課件這一外在工具，抓好課堂教學“內(nèi)功”，在動畫演示的同時輔以理論講解，有效實現(xiàn)教學目標，提高課堂教學效果。

1.5 分子生物學文獻數(shù)據(jù)庫

分子生物學常用文獻中文數(shù)據(jù)庫有：中國知網(wǎng)、中國學位全文數(shù)據(jù)庫、萬方數(shù)據(jù)庫、重慶維普中文科技期刊數(shù)據(jù)庫以及中國學術(shù)會議全文數(shù)據(jù)庫，外文電子期刊數(shù)據(jù)庫有：pubmed數(shù)據(jù)庫、Elsevier Science Direct全文期刊數(shù)據(jù)庫、SCI數(shù)據(jù)庫、Springer全文期刊數(shù)據(jù)庫等。通過查閱這些文獻數(shù)據(jù)庫，可以方便獲取相關(guān)文獻，供學習考研參考。

2 分子生物學網(wǎng)絡輔助教學平臺的構(gòu)建與應用

借助豐富的分子生物學教學網(wǎng)絡資源，結(jié)合多年的教學實踐，筆者所在教學團隊構(gòu)建了分子生物學網(wǎng)絡輔助教學平臺（如圖1）的教學模式，該平臺以學生自主學習、以人為本為出發(fā)點，以人機互動、師生互動為優(yōu)勢，以突破時空界限、延伸教學空間、拓展學生思維為手段、以培養(yǎng)勤于思考、善于善思考的高素質(zhì)綜合人才為目的，很好地適應了信息化教學發(fā)展的要求。分子生物學網(wǎng)絡輔助教學平臺包括七大模塊，其中課程介紹模塊主要介紹課程性質(zhì)、地位，教學大綱、教學計劃、考核辦法，每一章節(jié)的教學內(nèi)容與教學重難點，通過了解課程介紹，讓學生掌握待學的大致內(nèi)容。構(gòu)建教材教案與網(wǎng)絡資源模塊涵蓋參考教材、自編教材（講義）、教學課件、論壇、軟件、數(shù)據(jù)庫、動畫、文獻、錄像等多種學習資源，目的在于讓學生在課堂主陣地學習之外，課外學習學有所依。實際應用模塊主要介紹一些常用的分子生物學技術(shù)，如PCR、分子克隆、核酸電泳、瓊脂糖凝膠電泳測序、DNA與RNA 提取、外源DNA轉(zhuǎn)化、體外轉(zhuǎn)錄、逆轉(zhuǎn)錄、cDNA文庫構(gòu)建、藍白斑篩選和蛋白質(zhì)電泳等原理與操作方法，讓學生能真正學以致用。作品展示模塊主要介紹歷屆學生的優(yōu)秀作業(yè)、課程論文，通過榜樣示范激發(fā)學生的學習興趣和動力。練習思考模塊提供章節(jié)總結(jié)要點，配以必要的練習，附上參考答案，讓學習自行檢測，提高自學效果。在線答疑模塊為師生提供了一個課外交流空間，有利調(diào)動了學生學習的積極性，學生與學生之間、學生與老師之間的網(wǎng)絡交流討論解決了教學時間和空間的限制，使學生能夠問有所答，在學習過程中碰到的疑難問題得到及時解決，進一步地激發(fā)了學生的學習興趣，也激發(fā)了教師不斷提升業(yè)務水平，真正實現(xiàn)教學相長。在線答疑模塊的使用也有效解決了網(wǎng)絡教學中師生之間交流不暢的難題，使網(wǎng)絡輔助教學更具可行性和實用性。

總之，借助豐富的網(wǎng)絡資源開展分子生物學課程網(wǎng)絡輔助教學具備人機互動、師生互動的優(yōu)勢，體現(xiàn)了以人為本、自主學習的特點，有利于突破教學時空界限和延伸課堂教學空間，有利于突出教師解惑與答疑的角色以拓展學生的思維方法，真正適應信息化時代教育發(fā)展的要求，培養(yǎng)勤于思考、善于善思考的高素質(zhì)綜合人才。

參考文獻

[1] J.薩姆布魯克，D.W.拉賽爾.分子克隆實驗指南（第三版）[M].北京：科學出版社，2016.

[2] 王靜，壓丹.網(wǎng)絡資源在生物學習中的應用[J].教育教學論壇，2014（29）：244-245.

[3] 趙新民，夏莉，徐玲，等.分子生物學教學動畫網(wǎng)絡資源的利用[J].廣東化工，2011，38（7）：196，198.endprint