研究型教學(xué)在昆蟲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

孟祥坤 錢坤 王建軍

摘要研究型大學(xué)需要研究型教學(xué)，而研究型教學(xué)在高等學(xué)校的學(xué)科教育中具有舉足輕重的地位。結(jié)合近年來在昆蟲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中的體會，從理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)技能相結(jié)合、擴(kuò)展學(xué)術(shù)寬度和發(fā)展學(xué)科交叉、促進(jìn)學(xué)術(shù)創(chuàng)新3個(gè)方面介紹了研究型教學(xué)在昆蟲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞研究型教學(xué);昆蟲分子生物學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號S-01文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611（2019）03-0281-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.03.085

高水平研究型大學(xué)是一個(gè)國家的科技、經(jīng)濟(jì)和社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定程度的必然產(chǎn)物，是高等教育適應(yīng)社會發(fā)展的需要，是推動(dòng)社會進(jìn)步的重要力量。高水平研究型大學(xué)從“高水平”和“研究型”2個(gè)方面對大學(xué)提出了要求，高等教育的基礎(chǔ)是人才培養(yǎng)，而教學(xué)是高水平研究型大學(xué)的基本活動(dòng)和功能。2005年，教育部發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》，明確提出了高校要積極推動(dòng)研究型教學(xué)，以提高大學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力，為高校教學(xué)改革指明了方向。

隨著人類社會的進(jìn)步，尤其是現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，研究型教學(xué)的內(nèi)涵也不斷豐富。研究型教學(xué)是一種新型的、開放式的教學(xué)態(tài)度，是在一定的教學(xué)思想指導(dǎo)下，教師將理論知識、科學(xué)研究與具體實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，以引導(dǎo)學(xué)生高度參與并充分發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，在實(shí)驗(yàn)過程中解決具體科學(xué)問題的教學(xué)模式[1]。它完整展示了理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化過程，是內(nèi)容與形式的結(jié)合，在理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)中起到了媒介的作用。

昆蟲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是將分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于昆蟲學(xué)研究的課程，是諸多農(nóng)業(yè)院校一門專業(yè)必修課，課程注重介紹分子生物學(xué)的基本操作技術(shù)與實(shí)驗(yàn)手段，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和科研素質(zhì)。如何科學(xué)地創(chuàng)建昆蟲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、擴(kuò)展學(xué)術(shù)寬度、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，這些因素都影響實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果。筆者結(jié)合近年來的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐技能相結(jié)合、擴(kuò)展學(xué)術(shù)寬度和發(fā)展學(xué)科交叉、促進(jìn)學(xué)術(shù)創(chuàng)新3個(gè)方面介紹了研究型教學(xué)在昆蟲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

1注重理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)技能相結(jié)合

研究型教學(xué)強(qiáng)調(diào)研究型思維的培養(yǎng)和研究能力的鍛煉，注重學(xué)生對基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)技能的探索，教師在學(xué)科教學(xué)中通過科研案例引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用知識，在實(shí)驗(yàn)中解決實(shí)際問題。昆蟲分子生物學(xué)是一門以核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及其規(guī)律性和相互關(guān)系作為研究對象，從分子水平闡明生命本質(zhì)，將分子生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用于昆蟲學(xué)研究的學(xué)科，是現(xiàn)代生命科學(xué)領(lǐng)域最具活力、發(fā)展最快的學(xué)科之一[2]。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對學(xué)科教學(xué)的要求也越來越高。昆蟲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)作為理論課程的延伸，是學(xué)生理解和掌握分子生物學(xué)原理的重要環(huán)節(jié)。

昆蟲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程以每一個(gè)實(shí)驗(yàn)為單位，實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)間互相獨(dú)立的授課方式[3]，這樣的教學(xué)方式更注重實(shí)驗(yàn)技術(shù)本身，但每一個(gè)實(shí)驗(yàn)單位之間關(guān)聯(lián)性較小。在綜合傳統(tǒng)教學(xué)方式的基礎(chǔ)上，通過一套完整的實(shí)驗(yàn)方案，優(yōu)化整體設(shè)計(jì)，對實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了改革。將相對獨(dú)立的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)單位融入到一個(gè)大的綜合性實(shí)驗(yàn)中，使每一個(gè)具體實(shí)驗(yàn)之間既相互獨(dú)立又彼此連貫，前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的材料，通過這樣的形式引導(dǎo)學(xué)生形成一種科學(xué)的思維方式。將理論知識與綜合的實(shí)驗(yàn)技能相結(jié)合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的同時(shí)，系統(tǒng)掌握理論知識。

改革后以昆蟲的基因克隆為例，具體實(shí)驗(yàn)進(jìn)程如下：提取昆蟲總RNA、反轉(zhuǎn)錄合成cDNA模板、PCR從cDNA中擴(kuò)增目的基因、瓊脂糖電泳、切膠回收目的基因、目的基因與載體質(zhì)粒連接、載體質(zhì)粒轉(zhuǎn)入大腸桿菌培養(yǎng)、重組體的篩選與電泳檢測等環(huán)節(jié)，構(gòu)成一套完整的基因克隆步驟。這一套完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不僅能夠鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，而且能夠確保各個(gè)實(shí)驗(yàn)之間的連貫性，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都會影響下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，這種由淺入深、循序漸進(jìn)的教學(xué)方式能夠加深學(xué)生對理論知識的理解，有利于形成一種科學(xué)的思維方式，真正做到學(xué)以致用，融會貫通。

2關(guān)注熱點(diǎn)，擴(kuò)展學(xué)術(shù)寬度

隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展，新技術(shù)和新方法不斷涌現(xiàn)，昆蟲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)呈現(xiàn)出越來越強(qiáng)大的生命力，其突破性成就極大地加速了生命科學(xué)的研究進(jìn)展，這就要求昆蟲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程必須保持與時(shí)俱進(jìn)。研究型教學(xué)要求教師確保實(shí)驗(yàn)課題的多樣性和專業(yè)性，改變實(shí)驗(yàn)課題陳舊、技術(shù)方法老套的現(xiàn)狀，創(chuàng)造性地開展實(shí)驗(yàn)，不斷在課堂教學(xué)和學(xué)習(xí)中引入新設(shè)備、新技術(shù)和新方法[4]。在教學(xué)中應(yīng)注重將課內(nèi)教學(xué)實(shí)踐和課外學(xué)術(shù)擴(kuò)展相結(jié)合，跟蹤學(xué)術(shù)熱點(diǎn)，根據(jù)課時(shí)安排和學(xué)生實(shí)驗(yàn)課進(jìn)程，組織學(xué)習(xí)大型高端儀器的使用方法，如激光共聚焦顯微鏡、電生理儀器以及顯微注射儀等。另外，應(yīng)注意適時(shí)、適量地在實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中引入最新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法，現(xiàn)代綜合試驗(yàn)技術(shù)包括基因編輯技術(shù)、RNA干擾、蛋白質(zhì)組學(xué)等。

結(jié)合該學(xué)科研究熱點(diǎn)，在教學(xué)過程中介紹了一種最新的基因編輯技術(shù)。Clustered regularly interspaced short palindromic repeats（CRISPR）-Cas9人工核酸內(nèi)切酶系統(tǒng)是一種全新的、基于細(xì)菌獲得性免疫系統(tǒng)改造而成的第三代基因編輯技術(shù)[5]。2007年，Barrangou等[6]首次發(fā)現(xiàn)并證實(shí)細(xì)菌可利用CRSPR系統(tǒng)對抵抗噬菌體入侵;2008年，Marraffini等[7]發(fā)現(xiàn)細(xì)菌CRISPR系統(tǒng)能阻止外源質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移，首次利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了CRISPR系統(tǒng)的功能;2013年，Cong等[8]在《科學(xué)》雜志發(fā)表了基于CRISPR/Cas9技術(shù)在人類與小鼠細(xì)胞系中進(jìn)行基因敲除的新方法。正是這些研究將基因定向編輯技術(shù)推向高潮，使其成為現(xiàn)代分子生物學(xué)的研究熱點(diǎn)。CRISPR/Cas9系統(tǒng)的作用機(jī)制是細(xì)菌和古細(xì)菌中的CRISPR系統(tǒng)能夠?qū)⑶秩胨拗鞯氖删w等外源DNA片段整合到CRISPR位點(diǎn)，通過前體crRNAs（Pre-CRISPR RNAs）引導(dǎo)核酸酶Cas9剪切DNA序列，對基因組DNA進(jìn)行定點(diǎn)修飾，抵抗病毒或者噬菌體的入侵[5]。目前CRISPR/Cas9系統(tǒng)已經(jīng)被成功應(yīng)用于動(dòng)物[8]、植物[9]和真菌[10]等物種的基因組編輯，且由于其突變效率高、制作簡單及成本低[10]等特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種具有廣闊應(yīng)用前景的基因組定點(diǎn)改造工具。通過對新技術(shù)、新方法的學(xué)習(xí)，不僅拓寬了學(xué)生的視野，而且為學(xué)生將來從事科研工作奠定了基礎(chǔ)。

3發(fā)展學(xué)科交叉，促進(jìn)學(xué)術(shù)創(chuàng)新

研究型教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生研究型思維的培養(yǎng)和創(chuàng)新意識的提高。創(chuàng)新思維是以現(xiàn)有的思維模式、新穎獨(dú)創(chuàng)的方法，提出異于常規(guī)或常人思路見解的思維過程，通過這種思維改進(jìn)創(chuàng)造出新事物或新方法，并獲得具有一定社會意義的行為[11]。創(chuàng)新最重要的特征之一就是知識組合與交叉應(yīng)用，隨著新技術(shù)的大量涌現(xiàn)，各學(xué)科之間的交叉滲透是當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的趨勢之一，學(xué)科交叉研究的形成極大地推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步[12]。多學(xué)科之間交叉滲透的加強(qiáng)，以注重能力培養(yǎng)和創(chuàng)新思維提升為主的研究型教學(xué)被提上日程。

科學(xué)研究中新理論、新發(fā)明的產(chǎn)生，通常是在學(xué)科交叉點(diǎn)上。重視學(xué)科交叉，促進(jìn)學(xué)術(shù)創(chuàng)新，將使科學(xué)本身向著更深層次和更高水平發(fā)展。1953年4月25日，生物學(xué)家Watson和物理學(xué)家Crick在《自然》雜志發(fā)表了題為《Molecular structure of nucleic acids：A structure for deoxyribose nucleic acid》的文章，建立DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型[13]，這是人類解釋生命奧秘的劃時(shí)代事件，是學(xué)科交叉的偉大成果。他們具有不同的知識背景，但在同一時(shí)間都致力于研究遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，在學(xué)術(shù)合作中發(fā)揮各自的專業(yè)，為DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的發(fā)現(xiàn)做出了貢獻(xiàn)，最終帶來了一場生命科學(xué)界的巨大革命。

昆蟲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課是相關(guān)學(xué)科理論與實(shí)踐相結(jié)合的橋梁，作為學(xué)科交叉的融合點(diǎn)，其在相關(guān)研究領(lǐng)域中發(fā)揮著舉足輕重的作用。在實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中，教師應(yīng)該注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多學(xué)科知識的學(xué)習(xí)，通過不同學(xué)科之間的相互滲透，獲得創(chuàng)新成果的基礎(chǔ)。這要求學(xué)生在掌握昆蟲分子生物學(xué)理論知識的基礎(chǔ)上，掌握相關(guān)學(xué)科動(dòng)態(tài)，學(xué)習(xí)遺傳學(xué)、植物生產(chǎn)學(xué)、生物信息學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識?？鐚W(xué)科學(xué)習(xí)能夠讓學(xué)生將知識和技能相互融合，做到交叉應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)術(shù)創(chuàng)新;學(xué)生之間可以取長補(bǔ)短、通力合作，營造一個(gè)跨學(xué)科相互學(xué)習(xí)和相互支持的學(xué)術(shù)氛圍。

4結(jié)語

研究型教學(xué)作為當(dāng)代教學(xué)理論研究的新熱點(diǎn)，將教學(xué)方式從傳統(tǒng)的知識傳授轉(zhuǎn)變?yōu)橹R傳授與學(xué)術(shù)研究和探索相結(jié)合，對于夯實(shí)學(xué)生專業(yè)技能、激發(fā)求知欲以及提升學(xué)術(shù)創(chuàng)新思維至關(guān)重要，在聚焦于專業(yè)知識及學(xué)術(shù)研究探索的高等教育中更凸顯其重要性。通過不斷的改革與調(diào)整，新的“研究型”教學(xué)模式將展現(xiàn)良好的前景。

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