畜牧類專業(yè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式改革探索

郭 玲

（武漢輕工大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院 湖北·武漢 430023）

分子生物學(xué)是一門從分子水平研究生命過(guò)程的科學(xué)，是以遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和生物化學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科，隨著生命科學(xué)的發(fā)展，分子生物學(xué)已經(jīng)滲透到生物類各個(gè)學(xué)科，成為生命科學(xué)領(lǐng)域一門重要基礎(chǔ)學(xué)科。對(duì)于生物技術(shù)應(yīng)用比較廣泛的農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、營(yíng)養(yǎng)、食品、環(huán)境等領(lǐng)域，分子生物學(xué)為各項(xiàng)新興技術(shù)提供了重要理論基礎(chǔ)。高等院校尤其是畜牧類、生物類等本科專業(yè)已將分子生物學(xué)列為本科生的專業(yè)核心必修課。分子生物學(xué)對(duì)于培養(yǎng)本科生專業(yè)素養(yǎng)及科學(xué)思維顯得至關(guān)重要，而分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用、提高學(xué)生的動(dòng)手能力。為適應(yīng)迅速發(fā)展的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需求，培養(yǎng)具有良好專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維的優(yōu)秀本科生，需要提高分子生物學(xué)及其實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量，讓有限的課堂教學(xué)實(shí)踐產(chǎn)生更好的教學(xué)效果。

隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展，課堂教學(xué)方式也發(fā)生了日新月異的變化，微課、MOOC、虛擬仿真課堂不斷出現(xiàn)在我們的視野中。傳統(tǒng)教學(xué)方式面臨著許多挑戰(zhàn)，早已不能滿足新一代在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下成長(zhǎng)起來(lái)的大學(xué)生。教育工作者應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，不斷探索適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展和提高教學(xué)效果的新型教學(xué)方式。

1 分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1 學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高

分子生物學(xué)的知識(shí)點(diǎn)具有抽象性，其理論體系內(nèi)容龐大復(fù)雜，通常需要用一個(gè)概念去解釋另一個(gè)概念。時(shí)間一長(zhǎng)，本科生普遍感覺(jué)學(xué)習(xí)分子生物學(xué)具有枯燥乏味、難以理解的困擾，導(dǎo)致學(xué)生逐漸失去了對(duì)分子生物學(xué)的學(xué)習(xí)熱情。此外，分子生物學(xué)的知識(shí)點(diǎn)還具有前后內(nèi)容融會(huì)貫通的特點(diǎn)，需要很強(qiáng)的邏輯思維去理解各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，如果學(xué)生只是刻板機(jī)械的記憶概念而沒(méi)有真正理解概念，將會(huì)導(dǎo)致無(wú)法將前后知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)理解，從而導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法原理，所以當(dāng)學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的時(shí)候無(wú)從下手，最終感覺(jué)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)枯燥無(wú)味，又會(huì)進(jìn)入到失去做分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的惡性循環(huán)中。

1.2 學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備不足

分子生物學(xué)知識(shí)點(diǎn)抽象、內(nèi)容龐大復(fù)雜，所講授的內(nèi)容主要是摸不到看不著的生物小分子，如DNA，RNA，蛋白質(zhì)等，以及其參與到的生物過(guò)程，如復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、表達(dá)調(diào)控等，而這些大的生物過(guò)程又會(huì)涉及到許多學(xué)生之前從沒(méi)接觸過(guò)的知識(shí)點(diǎn)和概念，講課過(guò)程往往是用新的概念去解釋另一個(gè)新概念。對(duì)學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備要求非常高，不僅要求學(xué)生掌握生物學(xué)基本知識(shí)，還需要學(xué)生熟練掌握遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)這些先期課程的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)展而言，需要學(xué)生具備基本分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能，如移液器使用、制備培養(yǎng)基等。但事實(shí)是，高等院校學(xué)生生源質(zhì)量參差不齊、教育背景多元化，有的學(xué)生對(duì)先期課程沒(méi)有理解和掌握，甚至跨專業(yè)轉(zhuǎn)專業(yè)學(xué)生根本沒(méi)有學(xué)過(guò)這些相關(guān)課程。因此，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生存在聽(tīng)不懂、不會(huì)動(dòng)手的難題。

1.3 教學(xué)模式陳舊

傳統(tǒng)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置是按照教學(xué)大綱的要求機(jī)械設(shè)定，忽略了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的有機(jī)結(jié)合性和連貫性，存在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間相對(duì)孤立，缺乏內(nèi)在聯(lián)系的缺陷。傳統(tǒng)教學(xué)模式影響了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣和主動(dòng)性，不利于實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量的提高和學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。另外，實(shí)驗(yàn)課的考核方法也過(guò)于簡(jiǎn)單，多以實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為考核的依據(jù)，對(duì)學(xué)生的激勵(lì)作用不大，不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。這種舊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式顯然已經(jīng)不適應(yīng)高等教育新形式，改革成為必然趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于《分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程的改革主要體現(xiàn)在對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容連貫性的改善、對(duì)實(shí)驗(yàn)課考核環(huán)節(jié)的改革以及與學(xué)生之間互動(dòng)方法等。在改善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容連貫性方面的教學(xué)研究主要是將科研課題與分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)聯(lián)系起來(lái)，將分散的小實(shí)驗(yàn)連貫起來(lái)，完成一個(gè)完整的并且能夠與教師科研課題相關(guān)的整體性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，即課題驅(qū)動(dòng)的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本研究項(xiàng)目將著重這方面進(jìn)行改革嘗試。

1.4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與前沿技術(shù)結(jié)合不夠緊密

現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，引入了分子生物學(xué)先進(jìn)技術(shù)，如基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9、基因芯片、單細(xì)胞測(cè)序等。單就PCR技術(shù)而言，發(fā)展出了一系列新的技術(shù)，如焦磷酸測(cè)序、高通量測(cè)序等。但目前高等院校的傳統(tǒng)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)仍然是最基礎(chǔ)、較為落后的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，無(wú)法幫助學(xué)生了解最前沿的科學(xué)技術(shù)；實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)操作仍停留在十幾年前的技術(shù)層面，對(duì)激發(fā)科學(xué)創(chuàng)新思維存在障礙。究其原因，不是教師沒(méi)有能力向?qū)W生傳授最新技術(shù)，而是迫于現(xiàn)在高校對(duì)教師的教學(xué)科研考核壓力，教師專注于科研產(chǎn)出而沒(méi)有多余精力來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容調(diào)整和技術(shù)升級(jí)。因此，鼓勵(lì)高等院校調(diào)整教學(xué)科研績(jī)效評(píng)價(jià)方式，加大教學(xué)改革績(jī)效的評(píng)估力度，從而激發(fā)高校教師將更多的時(shí)間投入到教學(xué)改革上，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)，提高教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生多元化發(fā)展。

2 課程實(shí)施方案改革措施

2.1 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師，只有激發(fā)學(xué)生對(duì)分子生物學(xué)和分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課的興趣，才能保證學(xué)生和老師在課堂上進(jìn)行有效溝通，促進(jìn)學(xué)生對(duì)分子生物學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)原理的理解。理解了實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)生自然知道應(yīng)該從何處下手，以及如何解決問(wèn)題。因此，畜牧類專業(yè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革首先應(yīng)從培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣入手。如何提高學(xué)生對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣呢？我們可以從以下幾個(gè)方面入手：首先，上課前以動(dòng)畫(huà)或視頻的方式引入生活場(chǎng)景中的科學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)而引出科學(xué)現(xiàn)象背后的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，例如親子鑒定、刑事案件偵破會(huì)涉及到從血液中提取DNA和PCR技術(shù)；其次，將課堂實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與畜牧生產(chǎn)結(jié)合，例如PCR-RFLP技術(shù)可以用于基因型分型，運(yùn)用到篩選豬氟烷基因檢測(cè)PSE肉。最后，實(shí)行獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手積極性，對(duì)于能夠正確高效完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生給予學(xué)分獎(jiǎng)勵(lì)，而不僅憑實(shí)驗(yàn)報(bào)告機(jī)械性給分。通過(guò)在畜牧類專業(yè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂上的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，以上教學(xué)手段可以有效提高學(xué)生對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣和積極性，提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的動(dòng)手能力。

2.2 加強(qiáng)預(yù)備知識(shí)儲(chǔ)備

分子生物學(xué)內(nèi)容龐大復(fù)雜，需要學(xué)生具備一定先期知識(shí)儲(chǔ)備，而高等院校學(xué)生生源質(zhì)量參差不齊、教育背景多元化。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們需要在課前幫助學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)習(xí)和鋪墊。例如，在進(jìn)行PCR實(shí)驗(yàn)之前，向?qū)W生傳授PCR原理及每種成分的功能，這樣學(xué)生在進(jìn)行實(shí)際操作的時(shí)候就知道自己每一步加入的溶液是什么又有什么作用，在擴(kuò)增出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候可以從哪些方面分析原因以及改進(jìn)。再如，在進(jìn)行轉(zhuǎn)化大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)之前，向?qū)W生傳授質(zhì)粒概念、感受態(tài)細(xì)胞的概念、質(zhì)粒復(fù)制原理、轉(zhuǎn)化原理等，這樣學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，就知道每一步操作細(xì)胞發(fā)生的變化?？傊?，只有提前加強(qiáng)學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備，使學(xué)生扎實(shí)掌握實(shí)驗(yàn)原理，枯燥的實(shí)驗(yàn)才能變得立體動(dòng)態(tài)，學(xué)生的思維才能得以啟發(fā)。

2.3 引入微課教學(xué)模式

隨著近年來(lái)信息化推廣，微課漸漸走入大家視野。微課是指運(yùn)用信息技術(shù)按照認(rèn)知規(guī)律，呈現(xiàn)碎片化學(xué)習(xí)內(nèi)容、過(guò)程及擴(kuò)展素材的結(jié)構(gòu)化數(shù)字資源，以網(wǎng)絡(luò)為載體記錄教師課堂內(nèi)外教學(xué)活動(dòng)全過(guò)程。其核心組成內(nèi)容是課堂教學(xué)視頻，同時(shí)還包含與該教學(xué)主題相關(guān)的教學(xué)設(shè)計(jì)、素材課件、教學(xué)互動(dòng)、練習(xí)測(cè)試及學(xué)生反饋、教師點(diǎn)評(píng)等輔助性教學(xué)資源。具有教學(xué)時(shí)間較短、內(nèi)容較少、資源容量較小、主題突出、內(nèi)容具體、多樣傳播、反饋及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，已成為信息化時(shí)代課程教學(xué)的重要方式和手段。針對(duì)前面提到的激發(fā)學(xué)生興趣和加強(qiáng)學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備的目的，畜牧類專業(yè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)適合采用演示類微課，即教師在課堂教學(xué)前，將具有啟發(fā)性的教學(xué)視頻、儲(chǔ)備知識(shí)點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)過(guò)程示范視頻上傳至微課平臺(tái)，供學(xué)生觀看和預(yù)習(xí)，課堂教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)實(shí)操和觀察獲得對(duì)分子生物學(xué)原理的理解。實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，學(xué)生在微課平臺(tái)回答思考題、反饋實(shí)驗(yàn)結(jié)果以提出問(wèn)題，老師在微課平臺(tái)上評(píng)閱學(xué)生的答題內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并進(jìn)行答疑。微課平臺(tái)高效便捷地實(shí)現(xiàn)了課前啟發(fā)學(xué)習(xí)興趣、預(yù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，課后提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果、完成思考題以及師生互動(dòng)等多重任務(wù)。

2.4 引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，新的技術(shù)層出不窮，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)尤其是畜牧業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。例如，CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)可以高效快捷的對(duì)動(dòng)物體細(xì)胞進(jìn)行基因改造，進(jìn)而生產(chǎn)特定轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，制備動(dòng)物生物反應(yīng)器，從而為畜牧業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)服務(wù)。然而，許多高等院校的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容卻十年如一日，內(nèi)容僅停留在PCR，因此急需進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的更新升級(jí)。但出于實(shí)驗(yàn)設(shè)備、時(shí)間周期和經(jīng)濟(jì)成本等方面的原因，面向全體本科生開(kāi)設(shè)基因編輯實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物克隆實(shí)驗(yàn)和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯然并不現(xiàn)實(shí)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的出現(xiàn)，很好的解決了這一問(wèn)題。目前，部分高校已經(jīng)建立了分子生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并在網(wǎng)絡(luò)上公開(kāi)，我們可以從中挑選適合畜牧行業(yè)需求的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容加以講解，便于學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理。同時(shí)，我們正在抓緊建設(shè)本校畜牧類專業(yè)分子生物學(xué)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以期早日用于畜牧類專業(yè)本科生的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

3 結(jié)語(yǔ)

分子生物學(xué)是當(dāng)今生命科學(xué)領(lǐng)域的前沿學(xué)科，為現(xiàn)代飛速發(fā)展的生物技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。畜牧類專業(yè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課作為分子生物學(xué)的輔助課程，幫助學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提高學(xué)生動(dòng)手能力，為畜牧業(yè)的飛速發(fā)展培養(yǎng)綜合能力強(qiáng)的后備人才。因此，高校畜牧類本科專業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革，完善教學(xué)體系、豐富教學(xué)內(nèi)容、跟上時(shí)代步伐，構(gòu)建出集基礎(chǔ)、創(chuàng)新、設(shè)計(jì)和應(yīng)用為一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，以此切實(shí)提升畜牧類本科專業(yè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，為我國(guó)畜牧業(yè)的發(fā)展培養(yǎng)更多優(yōu)秀人才。