分子生物學(xué)模塊化教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

段瑞君， 楊 希， 梁 健， 李長忠

(青海大學(xué) 生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院， 西寧 810016)

模塊化教學(xué)模式(modules of employable skills，MES)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，指將課程內(nèi)容的知識點(diǎn)與相關(guān)的知識點(diǎn)組合起來，形成知識模塊，進(jìn)一步按照程序模塊化的構(gòu)想和原則設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、組合知識模塊的一種教學(xué)模式。也就是指在既定的授課原則下，將涵蓋的教學(xué)內(nèi)容按照一定的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)則進(jìn)行分解，然后組合成多個相對獨(dú)立的教學(xué)知識模塊，且各教學(xué)模塊之間還可以按照一定的規(guī)則有選擇性進(jìn)行重新組合[1-2]。模塊化教學(xué)法體現(xiàn)的針對性、靈活性和現(xiàn)實(shí)性與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比，特點(diǎn)鮮明，因而越來越受到教師的關(guān)注[3]，近年來模塊化教學(xué)模式在高校生命科學(xué)領(lǐng)域的諸多課程的教學(xué)中得到應(yīng)用，如細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)、酶工程等，進(jìn)行了相關(guān)教學(xué)理論的研究和實(shí)踐的探索[4-7]，取得了較好的教學(xué)效果。

分子生物學(xué)是20世紀(jì)50年代初建立起來的一門新興學(xué)科，是在遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和生物化學(xué)三大學(xué)科基礎(chǔ)上形成的一門獨(dú)立的學(xué)科體系，分子生物學(xué)課程目前也已成為生命科學(xué)領(lǐng)域各專業(yè)最為基礎(chǔ)、最為重要、最為前沿的主干課程之一[8-9]。分子生物學(xué)傳統(tǒng)的教學(xué)模式，教學(xué)知識點(diǎn)繁多，沒有明確地劃分知識點(diǎn)模塊，未能突出課程各章節(jié)間的聯(lián)系，沒有很好地體現(xiàn)圍繞主要知識點(diǎn)及相關(guān)知識點(diǎn)的有機(jī)結(jié)合而形成相對獨(dú)立的知識整體，不利于學(xué)生對知識的掌握。我們自2003年開設(shè)分子生物學(xué)課程以來，在多年課程教學(xué)改革的基礎(chǔ)上[10-11]，提出了分子生物學(xué)模塊化教學(xué)模式的改革思路，取得了初步成效。

1 分子生物學(xué)教學(xué)模式的現(xiàn)狀

分子生物學(xué)屬于新興學(xué)科，教學(xué)內(nèi)容的組織十分重要，且極具學(xué)科特色，特點(diǎn)是知識內(nèi)容更新快，不僅需要參考諸多英文參考書內(nèi)容，更需要隨時(shí)關(guān)注國際最新分子生物學(xué)研究成果，需要教師在授課內(nèi)容上不僅注重基本的理論，同時(shí)需要不斷更新知識。另外分子生物學(xué)的研究技術(shù)應(yīng)用性強(qiáng)，要求課程實(shí)驗(yàn)在整個教學(xué)任務(wù)中占據(jù)較高比重，需要在課程講授中注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和理論基礎(chǔ)的掌握。

目前，分子生物學(xué)課堂教學(xué)現(xiàn)狀是基本依照教材章節(jié)的順序進(jìn)行講授，這種方式導(dǎo)致上課內(nèi)容相對零散，最新前沿動態(tài)和學(xué)科發(fā)展的內(nèi)容不易穿插進(jìn)去，相關(guān)知識點(diǎn)的有機(jī)結(jié)合不明顯，從教學(xué)效果來看，學(xué)生對知識點(diǎn)的理解也是有限的，不能取得很好的啟發(fā)和拓展效果。

分子生物學(xué)教學(xué)改革中也報(bào)道了采用了啟發(fā)式、互動式、以問題為導(dǎo)向等教學(xué)方法[12-14]，這些方法的使用對教學(xué)效果的提高，具有一定的幫助，但授課內(nèi)容的組織大多仍然沿用傳統(tǒng)的模式，通過教學(xué)內(nèi)容知識點(diǎn)的有機(jī)結(jié)合和選擇組合來提高教學(xué)效果的目的尚未體現(xiàn)。

2 分子生物學(xué)模塊化教學(xué)思路

現(xiàn)代生物學(xué)各課程的教學(xué)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平的提高和教育觀念的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的講授式教學(xué)不斷地向各種新的教學(xué)培養(yǎng)模式發(fā)展。分子生物學(xué)課程作為生物科學(xué)領(lǐng)域的核心課程，具有概念抽象、術(shù)語生僻和內(nèi)容繁雜等特點(diǎn)，如果將課程知識點(diǎn)按課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)內(nèi)容分解為若干個相關(guān)知識模塊，分析并構(gòu)建這些知識模塊之間的關(guān)聯(lián)，使之形成一個網(wǎng)絡(luò)化的有機(jī)整體，不僅符合學(xué)科的發(fā)展，更有利于學(xué)生掌握、理解和應(yīng)用。

基于分子生物學(xué)課程的授課內(nèi)容分成理論課和實(shí)驗(yàn)課兩部分，在模塊化教學(xué)改革中我們首先對理論課程建立了模塊化教學(xué)方案，即主要圍繞核酸的分子生物學(xué)內(nèi)容，通過對國內(nèi)外教材、教案的研究，將分子生物學(xué)理論課程分為4個知識模塊(圖1)，一是遺傳信息的傳遞(中心法則)；二是以DNA重組技術(shù)為主的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)；三是基因的表達(dá)與調(diào)控；四是分子生物學(xué)的應(yīng)用與進(jìn)展。

其次我們根據(jù)生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)的特點(diǎn)對分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系提出了“3+1”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[11]，即劃分為4個教學(xué)模塊，一是基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)；二是綜合性實(shí)驗(yàn)；三是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；四是創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。整個實(shí)驗(yàn)體系以基因克隆操作為核心，按照實(shí)驗(yàn)體系將涉及的基因克隆知識內(nèi)容分為：分、切、接、轉(zhuǎn)和檢5個基本操作技術(shù)小模塊(圖1)。

簡而言之，模塊化教學(xué)首先將分子生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容的次序進(jìn)行了合理調(diào)整，先基礎(chǔ)后綜合，符合學(xué)生對系統(tǒng)知識的認(rèn)知規(guī)律。其次，突出了教學(xué)的重難點(diǎn)，使教學(xué)更有目的性、學(xué)習(xí)更有導(dǎo)向性。我們力求讓分子生物學(xué)教學(xué)從有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的角度出發(fā)，既強(qiáng)調(diào)模塊內(nèi)知識的緊密聯(lián)系，又注重模塊之間各知識點(diǎn)的相互呼應(yīng)，這樣課堂教學(xué)的效果不是局限在某一個孤立的知識點(diǎn)，而是站在整個課程的高度對知識進(jìn)行融會貫通，方便學(xué)生掌握。

圖1 分子生物學(xué)模塊化教學(xué)設(shè)置

3 分子生物學(xué)模塊化教學(xué)的實(shí)施及效果

3.1 教材的選擇

多年的教學(xué)實(shí)踐表明，選取適合本科生的分子生物學(xué)教材對于學(xué)生系統(tǒng)地掌握本學(xué)科的知識體系及最新研究動態(tài)至關(guān)重要，適宜的教材可以起到事半功倍的作用。目前我們主要選用北京大學(xué)朱玉賢等主編的《現(xiàn)代分子生物學(xué)》，它的知識體系完整，內(nèi)容前沿，尤其是第四版突出強(qiáng)調(diào)了分子生物學(xué)研究技術(shù)和原理，在基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)部分也擴(kuò)充了一部分相關(guān)內(nèi)容，這些知識點(diǎn)均體現(xiàn)了分子生物學(xué)的最新技術(shù)和研究成果。

3.2 分子生物學(xué)模塊化教學(xué)內(nèi)容的組織

分子生物學(xué)理論教學(xué)的第一模塊“遺傳信息的傳遞”主要圍繞“中心法則”，以復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯三大基本過程為主，兼顧染色體、DNA、基因和基因組、DNA轉(zhuǎn)座、DNA損傷與修復(fù)、DNA重組等基礎(chǔ)知識點(diǎn)。根據(jù)所選教材，主要包括3個章節(jié)內(nèi)容：第二章 染色體與DNA；第三章 生物信息的傳遞(上)——從DNA到RNA；第四章 生物信息的傳遞(下)——從mRNA到蛋白質(zhì)。由于其主要內(nèi)容與生物化學(xué)多有重疊，可以采用雙語教學(xué)的教學(xué)方式，有效提高學(xué)生的專業(yè)英語表達(dá)能力。

第二模塊“分子生物學(xué)研究技術(shù)”主要包括核酸、蛋白質(zhì)操作技術(shù)和基因功能研究技術(shù)兩部分，結(jié)合分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以基因克隆為主。根據(jù)所選教材，主要包括2個章節(jié)內(nèi)容：第五章 分子生物學(xué)研究法(上)——DNA、RNA及蛋白質(zhì)操作技術(shù)；第六章 分子生物學(xué)研究法(下)——基因功能研究技術(shù)。由于課時(shí)少、內(nèi)容多，主要采用分組討論準(zhǔn)備、學(xué)生PPT制作和翻轉(zhuǎn)式教學(xué)方法，在節(jié)省課時(shí)的同時(shí)有效提高了學(xué)生的積極性。

第三模塊“基因表達(dá)與調(diào)控”為課程重點(diǎn)，主要包括原核基因表達(dá)調(diào)控模式和真核基因表達(dá)調(diào)控模式兩部分內(nèi)容，原核基因表達(dá)調(diào)控模式以操縱子為主，主要講授乳糖操縱子和色氨酸操縱子兩大典型操縱子，真核基因表達(dá)調(diào)控模式以順式作用元件和反式作用因子為主，兼顧表觀遺傳調(diào)控、基因沉默等內(nèi)容。根據(jù)所選教材，主要包括2個章節(jié)內(nèi)容：第七章 基因的表達(dá)與調(diào)控(上)——原核基因表達(dá)調(diào)控模式；第八章 基因的表達(dá)與調(diào)控(下)——真核基因表達(dá)調(diào)控的一般規(guī)律。為提高學(xué)生對重點(diǎn)內(nèi)容的認(rèn)知程度，教學(xué)中主要采用動畫演示、輔以課堂練習(xí)題等多種方式來鞏固知識認(rèn)知。

第四模塊“分子生物學(xué)的應(yīng)用與進(jìn)展”中應(yīng)用部分包括基因與人類健康、基因與發(fā)育兩章內(nèi)容，進(jìn)展部分以基因組內(nèi)容為主。根據(jù)所選教材，主要包括3個章節(jié)內(nèi)容：第九章 疾病與人類健康；第十章 基因與發(fā)育；第十一章 基因組與比較基因組學(xué)。由于其教學(xué)內(nèi)容涉及醫(yī)學(xué)、發(fā)育生物學(xué)等相關(guān)學(xué)科，主要采用撰寫小論文、課堂討論、結(jié)合科研等方式進(jìn)行教學(xué)。

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第一模塊“基礎(chǔ)性”實(shí)驗(yàn)主要通過讓學(xué)生動手練習(xí)基本的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，結(jié)合分子生物學(xué)課程實(shí)驗(yàn)，采取分項(xiàng)訓(xùn)練的方式，對分子克隆實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)(分、切、接、轉(zhuǎn)、檢等小模塊)進(jìn)行單項(xiàng)教學(xué)，從而使學(xué)生對課堂教學(xué)內(nèi)容有更為深入和細(xì)節(jié)的認(rèn)識。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)如下：

實(shí)驗(yàn)1 分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作

實(shí)驗(yàn)2 基因組DNA提取和純度鑒定

實(shí)驗(yàn)3 瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA

實(shí)驗(yàn)4 聚合酶鏈?zhǔn)?PCR)反應(yīng)擴(kuò)增DNA片段

實(shí)驗(yàn)5 大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞的制備及轉(zhuǎn)化

實(shí)驗(yàn)6 質(zhì)粒DNA的提取與鑒定

第二模塊“綜合性”實(shí)驗(yàn)利用連貫的系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)，開設(shè)綜合性大實(shí)驗(yàn)課程，以分子克隆實(shí)驗(yàn)(分、切、接、轉(zhuǎn)、檢)為主，學(xué)生從提取基因組DNA到擴(kuò)增目的基因，再到構(gòu)建工程菌以及重組子檢測的操作等進(jìn)行連續(xù)操作，使學(xué)生將課程實(shí)驗(yàn)中的單項(xiàng)內(nèi)容串聯(lián)起來，同時(shí)掌握了成套實(shí)驗(yàn)技能。

第三模塊“設(shè)計(jì)性”實(shí)驗(yàn)是在前兩步的基礎(chǔ)之上，結(jié)合后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程，如基因工程實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過查詢文獻(xiàn)等自行設(shè)計(jì)小實(shí)驗(yàn)并對分子克隆實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，擴(kuò)展對分子生物學(xué)理論的認(rèn)知。

第四模塊“創(chuàng)新性”實(shí)驗(yàn)為高階技能，主要針對理論知識扎實(shí)、實(shí)驗(yàn)操作優(yōu)良的學(xué)生開展，可通過科研立項(xiàng)活動或畢業(yè)論文方式，讓一部分同學(xué)探索更深入的分子生物學(xué)研究技術(shù)。

3.3 教學(xué)方式的多樣化

根據(jù)具體模塊的教學(xué)內(nèi)容運(yùn)用了討論式、發(fā)現(xiàn)式、案例式等多種教學(xué)方法。例如課程組教師可通過分析課程各部分內(nèi)容的特點(diǎn)，將教學(xué)內(nèi)容劃分為學(xué)生可自學(xué)部分、適宜課堂討論部分、需要教師主講部分等多種部分，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣營造輕松、活躍的教學(xué)氛圍。

3.4 模塊化改革的教學(xué)效果

目前在我校2012—2014級生物技術(shù)、生物工程、生物制藥專業(yè)應(yīng)用情況良好，2015年對本院不同班級采取模塊式教學(xué)對比，期末考核方式一致，結(jié)果表明采用模塊式教學(xué)改革方式后學(xué)生對分子生物學(xué)課程的知識掌握明顯增強(qiáng)，不及格率明顯降低。尤其重要的是模塊化教學(xué)改革大大激發(fā)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣和積極性，學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和實(shí)踐能力得到提升，同時(shí)學(xué)生通過積極參與相關(guān)教師的科研項(xiàng)目，已獲得多項(xiàng)國家和省級大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，充分體現(xiàn)了教學(xué)改革效果。

4 展望

在具體的分子生物學(xué)教學(xué)過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)圍繞最終的教學(xué)目的，強(qiáng)調(diào)教學(xué)模塊的相對獨(dú)立性和相互間的聯(lián)系，使課程理論講授變得松緊適度和通俗易懂，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，讓學(xué)生樂在其中，快速接受專業(yè)觀點(diǎn)。同時(shí)加強(qiáng)相關(guān)模塊之間教學(xué)內(nèi)容的呼應(yīng)，鞏固和提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力，通過有機(jī)地綜合利用各個模塊，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對分子生物學(xué)相關(guān)研發(fā)和應(yīng)用的認(rèn)識與掌握?？偠灾K化教學(xué)不僅可以調(diào)動學(xué)生的積極性，又能夠充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，讓學(xué)生形成分子生物學(xué)學(xué)科完整的認(rèn)知結(jié)構(gòu)體系。

從整體上來看，逐步轉(zhuǎn)變分子生物學(xué)教學(xué)理念，建立科學(xué)的分子生物學(xué)模塊化教學(xué)模式，通過完善分子生物學(xué)課程體系，加大分子生物學(xué)課程群建設(shè)力度，促進(jìn)教學(xué)方式變革，改變課程考核方式，注重分子生物學(xué)的實(shí)用性，充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)分子生物學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生良好的分子生物學(xué)科研素質(zhì)，將進(jìn)一步滿足分子生物學(xué)發(fā)展對大學(xué)研究型人才的需求，輸送高質(zhì)量的高校畢業(yè)生。

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