基于現(xiàn)代信息技術的“分子生物學實驗”課程建設與實踐

王鑫 彭曉玨 李紹波

[摘 要] “分子生物學實驗”作為生命科學領域基礎課程，是一門實踐性學科。該文通過論證，對教學內(nèi)容進行更新，引進綜合性實驗，提升學生的綜合能力;基于現(xiàn)代信息技術，對分子生物學實驗課程教學進行了較大幅度的改革，以期取得更好的實驗教學效果，提高學生運用知識的能力和科研素質(zhì)。

[關鍵詞] 現(xiàn)代信息技術;分子生物學實驗;雨課堂;教學模式

[作者簡介] 王鑫（1987—），男，博士，南昌大學生命科學學院講師，主要從事植物分子生物學教學與研究。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）17-0226-02 ? ?[收稿日期] 2019-10-31

新時代全國高等學校本科教育工作會議上，教育部部長陳寶生強調(diào)提升大學生的學業(yè)挑戰(zhàn)度，合理增加課程難度，激發(fā)學生學習動力和專業(yè)興趣，真正把內(nèi)涵建設、質(zhì)量提升體現(xiàn)在每一個學生的學習成果上。

分子生物學是一門在分子水平上研究生命活動及規(guī)律的學科，其主要研究內(nèi)容是核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能以及相互作用[1]，是一門實踐性非常強的學科，在分子生物學教學過程中，實驗教學有著舉足輕重的地位。但長期以來，分子生物學實驗教學內(nèi)容以驗證性實驗為主，綜合性、設計性實驗較少[2-5]?！胺肿由飳W實驗”作為生命科學領域基礎課程，在南昌大學生命科學學院各專業(yè)（生物技術、生物科學、生態(tài)、水產(chǎn)）開設。傳統(tǒng)的授課方式是教師簡要地講授實驗原理和方案步驟，演示關鍵的實驗操作，學生遵照實驗指導和老師的示范完成實驗，老師和學生一起分析實驗的結(jié)果，學生缺乏獨立分析和解決問題的能力[6-7]。筆者在日常教學過程中以培養(yǎng)學生能力為導向，基于現(xiàn)代信息技術，對分子生物學實驗課程教學模式加以探索并進行了較大幅度的改革，以期取得更好的實驗教學效果，提高學生運用知識的能力和科研素質(zhì)。

一、教學內(nèi)容的改革

1.通過基礎性實驗提高學生動手能力。設置分子生物學基礎實驗，如菌株復壯與單菌落菌株的獲取、堿法小量提取質(zhì)粒DNA、瓊脂糖凝膠電泳檢測質(zhì)粒DNA、質(zhì)粒DNA的限制性酶切、PCR擴增與檢測、感受態(tài)細胞的制備、質(zhì)粒轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)化體篩選、植物基因組DNA的提取、細菌染色體DNA的提取、紫外分光光度法測定核酸濃度。分子生物學基礎部分實驗課，每個星期上課1次，3個課時;學生2人一組，能很好保證學生動手操作。這些基礎實驗，可進一步提高學生動手操作能力，為以后的學習或工作奠定良好的基礎。

2.綜合性大實驗提升綜合運用能力。為了進一步提升學生的綜合能力，設置綜合性實驗，YFP-GUS融合基因在原核與真核細胞中的表達實驗項目。我們強調(diào)實驗的完整性和連續(xù)性，實驗安排在兩個周末的全天完成。巧妙地設計和利用寡核苷酸引物，通過重疊PCR技術將GUS蛋白與GFP蛋白的編碼序列進行融合。構(gòu)建原核表達載體并進行轉(zhuǎn)化，加入IPTG誘導表達，進而用紫外線（凝膠成像系統(tǒng)）照射觀察實驗組與空白對照組中GFP基因的表達情況。真核植物水稻組織中GUS染色方法實驗，檢測GUS蛋白在水稻組織中的表達情況。

CRISPR/Cas9技術作為最新的基因編輯技術，我們在分子生物學實驗課程中，設置CRISPR敲除載體的構(gòu)建。其中，包含如何根據(jù)基因的序列來設計sgRNA靶點、靶點引物接頭與sgRNA表達盒的連接、Overlapping PCR法獲得sgRNA表達盒、采用“Golden Gate”法將表達盒與骨架載體進行連接，最后將連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化大腸桿菌以篩選陽性克隆。該實驗的引入不僅能夠促進學生對CRISPR/Cas9技術的理解，同時使得學生掌握Overlapping PCR和“Golden Gate”構(gòu)建載體，較好的運用基礎性實驗，能有效提升學生的綜合素質(zhì)。

二、教學模式的改革

1.雨課堂的運用。雨課堂由學堂在線與在線教育辦公室共同研發(fā)，旨在連接師生的智能終端，將課前-課上-課后的每一個環(huán)節(jié)都賦予全新的體驗，最大限度地釋放教與學的能量[8]。隨著智能手機在學生用的廣泛使用，采用雨課堂極大提高學生課課堂的參與度，每位學生在自己的手機或客戶端上就可以查看并保存上課的PPT。筆者在2018～2019學年的第一學期，以生物科學161、生物科學162及本碩班的“分子生物學實驗”進行改革。首先在雨課堂官網(wǎng)上（ykt.io）下載軟件，安裝后;教師利用微信掃碼并開啟雨課堂，隨后學生用微信掃碼并輸入暗號加入班級，待學生加入雨課堂班級之后，即可開始雨課堂授課。

2.超星學習通教學平臺的運用。在2018～2019學年的第一學期，以生物科學161、生物科學162及本碩班的“分子生物學實驗”進行教學改革，伴隨課堂中引進雨課堂授課，結(jié)合南昌大學網(wǎng)絡教學平臺-超星學習通，建設“分子生物學實驗”在線學習平臺。將所有實驗內(nèi)容、學習資料等都在學習平臺上同步更新，學生只要登入系統(tǒng)就可以查看和下載，學生還可以根據(jù)自己想學習的內(nèi)容與老師進行交流。采用學生實驗報告在線提交，所有實驗報告都在線提交，避免學生交紙質(zhì)版實驗報告后容易丟失，同時教師對實驗報告在線批閱后，成績和教師的評語學生在學習通用戶端都可以進行查看，這樣學生可以及時進行更正。給學生講述按照學術數(shù)據(jù)整理的方式進行實驗結(jié)果整理，并要求學生嚴格按照學術標準進行整理和分析。

三、考核方式的改革

為了與此種教學模式相配合，所有實驗報告，發(fā)送至分子生物學實驗網(wǎng)絡教學平臺。平時成績20%;實驗過程成績20%，考核學生動手操作能力;實驗報告的成績占60%，實驗報告成績更注重學生對數(shù)據(jù)的整理和分析。綜合大實驗以小組團隊進行考核，促進團隊成員相互督促，共同提高。

1.教學效果分析及討論。筆者對南昌大學生物科學2016級本科生的分子生物學實驗采用了的教學模式，學生反響良好，并進行問卷調(diào)查，在對68位學生的調(diào)查，顯示僅僅只有4位同學愿意接受傳統(tǒng)的教學方式進行授課，絕大部分學生都希望采用混合式教學模式。新的教學模式激發(fā)了學生學習的興趣，同時也增強了學生與教師之間的交流，能有效提升教學質(zhì)量

2.成效評價。所有實驗報告和作業(yè)采用在線提交，經(jīng)過一個學期的訓練，學生能夠很好的進行實驗數(shù)據(jù)收集，圖注和文字說明的標注，同時對實驗結(jié)果進行分析，可以很好的提高學生分析數(shù)據(jù)和整理數(shù)據(jù)的能力，為以后的學習或工作奠定良好的基礎。

四、小結(jié)

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的大數(shù)據(jù)背景下，現(xiàn)代信息技術的發(fā)展，不斷的彌補傳統(tǒng)教學方式的不足。雨課堂和超星學習通利用移動終端，對學生的學習全過程進行了無縫連接，可以做到知識傳授碎片化、學生學習的隨機化。雨課堂和超星學習通作為互聯(lián)網(wǎng)時代衍生出的新型教學助手，在一定程度上，為教師不斷改進教學方式提供新思路;同時充分調(diào)動學生學習的積極性，從而提高課堂教學效率，提升教學效果。

參考文獻

[1]朱玉賢，李毅，鄭曉峰.現(xiàn)代分子生物學（第4版）[N].北京：科學出版社，2012.

[2]李鈞敏.分子生物學實驗[N].杭州：浙江大學出版社，2010.

[3]柏素花分子生物學實驗教學改革的實踐與探討[J].科技信息：學術研究，2008，（8）：110-111.

[4]姚慶收，秦加陽，張小華，等.基于網(wǎng)絡教學平臺的分子生物學翻轉(zhuǎn)課堂對學生自主學習能力的培養(yǎng)[J].中華醫(yī)學教育探索雜志，2017，16（3）：287-289.

[5]（美）Robert F.Weaver.分子生物學[N].鄭用璉譯.北京：科學出版社有限責任公司，2016.

[6]馬景蕃，劉喜明，李虹儀，鄭新添.分子生物學實驗教學創(chuàng)新模式的建設與實踐[J].高師理科學刊，2018，38（5）：98-100.

[7]傅晶，許曉東，劉佳明.分子生物學實驗教學改革的探索[J]教育教學論壇，2018，22（5）：123-124

[8]孫利宏.雨課堂——慕課時代的中國創(chuàng)新[J].中國校外教育，2019，（03）：72-73.

Abstract：As a basic course in the field of life science，Molecular Biology experiment is a practical subject.In this paper，the teaching content is updated，the comprehensive experiment is introduced，and the students' comprehensive ability is improved.based on modern information technology，the teaching of molecular biology experiment course has been reformed greatly in order to obtain better experimental teaching effect and improve the students' ability to use knowledge and scientific research quality.

Key words：modern information technology;molecular biology experiment;rain classroom;teaching model