基于“RBL+TBL”模式的農(nóng)業(yè)院校分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革探究

王澤民　晉昕

摘 要：分子生物學(xué)是一門交叉學(xué)科，是生物相關(guān)學(xué)科間的紐帶，其實(shí)踐性和應(yīng)用性較強(qiáng)，也是專業(yè)教學(xué)中的重點(diǎn)。尤其在農(nóng)林類專業(yè)領(lǐng)域，在分子水平上探求解決農(nóng)、林領(lǐng)域中的卡脖子問題，事關(guān)民生，意義重大。目前多數(shù)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍采用傳統(tǒng)的講授教學(xué)模式，不利于學(xué)生綜合分析、解決問題和科研能力的提升。在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用研究型學(xué)習(xí)（Research-based Learning，RBL）結(jié)合基于技術(shù)的學(xué)習(xí)（Technology-Based Learning， TBL）的教學(xué)模式，引入“以學(xué)生為主體”的核心，結(jié)合專業(yè)特色進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)流程進(jìn)行革新，全方位提升課程質(zhì)量。達(dá)到拓展授課內(nèi)容，將傳統(tǒng)的被動(dòng)學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的探索、思考和實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生的科研興趣，鍛煉分析問題、解決問題的科研思維，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；RBL模式；TBL模式；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2023）04-0100-04

1 引言

隨著分子生物學(xué)的崛起，生命科學(xué)得到了快速發(fā)展，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)廣泛同農(nóng)林學(xué)科、動(dòng)物醫(yī)學(xué)及材料學(xué)等深度融合，開啟了相應(yīng)學(xué)科的分子時(shí)代。分子生物學(xué)是前沿性很強(qiáng)的一門基礎(chǔ)課，這門課程的特點(diǎn)是微觀、抽象。使學(xué)生及時(shí)了解分子生物學(xué)最新進(jìn)展和掌握分子生物學(xué)相關(guān)技術(shù)，是分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革面臨的首要問題?！靶罗r(nóng)科”建設(shè)必須緊緊立足于新時(shí)代農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的社會(huì)需求，培養(yǎng)一批具有多學(xué)科背景、能夠解決生產(chǎn)實(shí)踐問題的創(chuàng)新型農(nóng)業(yè)人才。而分子生物學(xué)是“新農(nóng)科”專業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)課，也是專業(yè)教學(xué)中的重點(diǎn)[1-3]。尤其在農(nóng)林類專業(yè)領(lǐng)域，在分子水平上探求解決農(nóng)、林領(lǐng)域中的卡脖子問題，事關(guān)民生，意義重大。黨的二十大報(bào)告專門提出，要全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興，堅(jiān)持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展，加快建設(shè)農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)。而這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)離不開分子生物學(xué)理論和技術(shù)。例如生物育種中轉(zhuǎn)基因技術(shù)和基因編輯技術(shù)等都是以分子生物學(xué)為基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用不僅能縮短育種周期，同時(shí)能夠極大地提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)等，如轉(zhuǎn)抗蟲棉、抗除草劑玉米等轉(zhuǎn)基因作物。2019年習(xí)近平總書記給全國(guó)涉農(nóng)高校書記校長(zhǎng)和專家代表回信從黨和國(guó)家事業(yè)的全局高度對(duì)農(nóng)林高校的工作提出了明確要求，對(duì)農(nóng)林高校師生寄予了厚望。鄉(xiāng)村振興，人才是關(guān)鍵。習(xí)近平總書記指出：“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展空間仍然很大，現(xiàn)代農(nóng)村是一片大有可為的土地、希望的田野”。充分利用好農(nóng)業(yè)高校的教育、科研、人才、智力和平臺(tái)等優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建適應(yīng)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略需要的人才培養(yǎng)大格局。以培養(yǎng)適應(yīng)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略需求的大學(xué)生為牽引，突出優(yōu)勢(shì)特色，培育推動(dòng)脫貧攻堅(jiān)與鄉(xiāng)村振興有效銜接的鄉(xiāng)村振興人才。因此，熟練掌握分子生物學(xué)知識(shí)及實(shí)驗(yàn)技術(shù)，成為當(dāng)代農(nóng)林科學(xué)從業(yè)人員所必需的素養(yǎng)。

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為理論與實(shí)踐連接的橋梁，其重要性不言而喻。然而，傳統(tǒng)的分子生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容及模式已不能滿足當(dāng)下的教學(xué)需要，尤其缺乏“以學(xué)生為主體”的意識(shí)[4]。為了契合新時(shí)代對(duì)高校人才培養(yǎng)的新要求，筆者結(jié)合農(nóng)業(yè)大學(xué)的專業(yè)特色，整合現(xiàn)代教學(xué)理念和技術(shù)對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)行探索，旨在提高授課質(zhì)量，鍛煉學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，以培養(yǎng)適應(yīng)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略需求的大學(xué)生為牽引，突出優(yōu)勢(shì)特色，培育推動(dòng)脫貧攻堅(jiān)與鄉(xiāng)村振興有效銜接的鄉(xiāng)村振興人才。

2 分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的基本思路

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)革新速度快，學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)、操作，更要了解學(xué)科發(fā)展前沿，才能適應(yīng)社會(huì)需求和學(xué)科變革。傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容主要是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)間彼此獨(dú)立，不利于學(xué)生建立知識(shí)體系，主要關(guān)注于學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的練習(xí)，對(duì)于提升學(xué)生的高階能力，即聚焦于思考、解決問題的科研能力訓(xùn)練效果微乎其微。基于上述問題，依照自主創(chuàng)新的課程改革思路，對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行調(diào)整，建立“實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)結(jié)合科研探索”的課程模式，既滿足對(duì)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，又達(dá)到鍛煉學(xué)生科研創(chuàng)新能力的目的。

3 分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

3.1 教學(xué)內(nèi)容的改革

分子生物學(xué)內(nèi)容更新速度快，但教材普遍滯后，無法充分滿足教學(xué)需要。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程依附于理論教學(xué)，內(nèi)容或形式上始終缺乏綜合性和創(chuàng)新性。因此，實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容優(yōu)化是教學(xué)改革的第一步，授課過程中融合前沿研究，提升教學(xué)內(nèi)容的層次。例如，選擇高水平期刊上發(fā)表的相關(guān)論文，通過研讀論文學(xué)習(xí)，既學(xué)習(xí)了研究中的前沿實(shí)驗(yàn)技術(shù)，又練習(xí)了文獻(xiàn)閱讀能力，同時(shí)有利于學(xué)生將實(shí)驗(yàn)技術(shù)同科研問題銜接起來，啟發(fā)科研思維。在授課內(nèi)容中引入新實(shí)驗(yàn)技術(shù)的簡(jiǎn)介，比如CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)等，通過展望新技術(shù)在不同領(lǐng)域帶來的革命，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

3.2 RBL模式下的教學(xué)形式

RBL（Research-based Learning）模式指的是研究型教學(xué)，在研究目的的驅(qū)動(dòng)下，能最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究，如表1所示。RBL模式下，不再按照傳統(tǒng)模式設(shè)置固定的實(shí)驗(yàn)，在完成實(shí)驗(yàn)理論部分的學(xué)習(xí)后，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自己的專業(yè)和時(shí)間分組，自主選題、查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。待方案成型后，在班級(jí)內(nèi)開展互評(píng)，通過討論進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)方案互評(píng)環(huán)節(jié)對(duì)提升學(xué)生的綜合素質(zhì)能力有很大的促進(jìn)。RBL模式中，教師需全程提供個(gè)性化指導(dǎo)，保障實(shí)驗(yàn)的順利開展。問題是思維的中心，發(fā)現(xiàn)問題和解決問題承載著素養(yǎng)的生成過程[6]。例如，有實(shí)驗(yàn)小組提出家鄉(xiāng)干旱少雨，農(nóng)作物連年減產(chǎn)甚至絕收，希望通過分子生物學(xué)改變作物的抗性，減少惡劣條件的影響。鑒于此，首先引導(dǎo)他們學(xué)習(xí)與植物抗旱相關(guān)的基因知識(shí)，查閱文獻(xiàn)選定具體基因。進(jìn)而，指導(dǎo)學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)材料、查詢基因序列、設(shè)計(jì)引物、基因克隆、載體構(gòu)建等。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋的基礎(chǔ)操作，包括植物DNA、RNA的提取，RNA的反轉(zhuǎn)錄、PCR（Polymerase Chain Reaction，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）、質(zhì)粒DNA提取、酶切及載體構(gòu)建等。在滿足教學(xué)需要的同時(shí)，強(qiáng)化學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作、溝通能力[7]。

3.3 TBL模式下的教學(xué)時(shí)空

線下課堂囿于課時(shí)有限，承載的內(nèi)容較少。TBL（Technology-Based Learning）基于技術(shù)的學(xué)習(xí)流程，即通過電子技術(shù)學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括互聯(lián)網(wǎng)、音頻、視頻和音頻會(huì)議等，有助于豐富傳統(tǒng)的面對(duì)面課堂[8]?；ヂ?lián)網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)端的爆炸式發(fā)展，迅速推進(jìn)了TBL教學(xué)模式的推廣。TBL模式突破了傳統(tǒng)課堂的時(shí)空限制，可最大限度地拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容，且知識(shí)形式多變（文字，動(dòng)畫，實(shí)拍視頻），為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供保障。由于疫情的助推，慕課、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在高校教學(xué)中得到了快速推廣。TBL模式借助于手機(jī)、電腦的應(yīng)用程序，提供了自主學(xué)習(xí)的平臺(tái)，打通了師生交流的無障礙通道，擴(kuò)展了教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化了教學(xué)效果[9-11]。

3.4 “RBL+TBL”下的教學(xué)流程

采用RBL結(jié)合TBL（RBL+TBL）的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式，優(yōu)化了分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。借助慕課、雨課堂和國(guó)家智慧教育公共服務(wù)平臺(tái)等成熟優(yōu)質(zhì)的線上資源，將分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。線上學(xué)習(xí)完成后，通過對(duì)應(yīng)的在線測(cè)試進(jìn)行測(cè)評(píng)，考核通過后才可開展后續(xù)實(shí)操部分。在實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施階段，各組學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況自行安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，保證在學(xué)期內(nèi)撰寫實(shí)驗(yàn)方案、完成實(shí)驗(yàn)并做好記錄，最后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告并進(jìn)行答辯。

4 “RBL+TBL”教學(xué)模式效果

4.1 “RBL+TBL”教學(xué)模式擴(kuò)充教學(xué)內(nèi)容，完善知識(shí)全面性

傳統(tǒng)的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)局限多，時(shí)間利用率低。如PCR、瓊脂糖凝膠電泳等實(shí)驗(yàn)中都包含大量的等待時(shí)間。特別是各小組間實(shí)驗(yàn)進(jìn)度總有差異，需要互相等待，造成時(shí)間浪費(fèi)。RBL結(jié)合TBL模式則可以完全避免上述情況，在滿足教學(xué)需要的同時(shí)，時(shí)間利用效率得以提高。引入TBL模式后，學(xué)生可在通過虛擬實(shí)驗(yàn)開展練習(xí)，特別對(duì)受限于實(shí)驗(yàn)條件無法在線下開展的實(shí)驗(yàn)意義重大。雖無法完全替代線下的實(shí)驗(yàn)操作練習(xí)，但線上線下、虛實(shí)結(jié)合的模式也最大限度的充實(shí)了課程內(nèi)容[9]。同時(shí)，TBL模式為師生溝通交流提供無障礙平臺(tái)，學(xué)生可以做到隨時(shí)隨地的學(xué)習(xí)。分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容抽象復(fù)雜、傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以滿足更高的教學(xué)需求。慕課、視頻公開課和微課等多媒體教學(xué)能夠利用圖像和模擬動(dòng)畫等向?qū)W生傳遞更直觀的知識(shí)。這種逼真性和動(dòng)態(tài)性，更利于反映分子生物學(xué)抽象的概念和實(shí)驗(yàn)過程，從而突破分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)難點(diǎn)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。課后問卷調(diào)查結(jié)果顯示，89.65%的同學(xué)對(duì)上述模式接受度高，4.35%的同學(xué)態(tài)度不明確，其余同學(xué)均表示有一定的幫助。

4.2 “RBL+TBL”教學(xué)模式貫穿科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)教學(xué)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與意識(shí)

與傳統(tǒng)教學(xué)的先學(xué)習(xí)理論知識(shí)再解決固定實(shí)驗(yàn)問題的模式所不同，科研問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法以學(xué)生為主體，以專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)際科研問題為核心規(guī)劃實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生圍繞實(shí)際科研問題尋求解決方案。我們將該學(xué)習(xí)模式應(yīng)用于分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)生在教學(xué)過程中的參與意識(shí)和主動(dòng)性，更好地激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情和求知欲。

教學(xué)內(nèi)容的拓展及知識(shí)全面性的增加，激發(fā)了學(xué)生的興趣和創(chuàng)造力。近年，學(xué)校組織了學(xué)科知識(shí)競(jìng)賽和生物建模大賽等。2021年共提交了200多件作品，參賽作品數(shù)量較往年增加三成以上。其中授課班級(jí)學(xué)生從去年的0人參加，到今年40人組隊(duì)參加。科學(xué)與藝術(shù)的結(jié)合，不僅是課堂內(nèi)容的延伸，也調(diào)動(dòng)了學(xué)生藝術(shù)創(chuàng)造力，加深了對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的記憶。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，“RBL+TBL”分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可以和各類學(xué)科比賽結(jié)合，相得益彰。經(jīng)過探索，2021年度，授課班級(jí)的6個(gè)實(shí)驗(yàn)小組踴躍報(bào)名，經(jīng)過探討和整合，最終形成了2個(gè)參賽項(xiàng)目，共計(jì)10人參加全國(guó)大學(xué)生生命科學(xué)大賽（CULSC）的科學(xué)探究類賽道。實(shí)驗(yàn)課與比賽相結(jié)合，豐富學(xué)習(xí)生活，使學(xué)生樹立創(chuàng)新探索的科研精神。將以問題為導(dǎo)向的“RBL+TBL”模式應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能培養(yǎng)學(xué)員縝密的邏輯思維能力、敏銳的觀察能力、良好的語(yǔ)言表達(dá)能力和解決實(shí)際問題的能力。

5 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要采取授課模式（Lecture-based Learning，LBL）開展，缺乏分析、思考的環(huán)節(jié)。對(duì)于學(xué)生來說，“RBL+TBL”教學(xué)模式下的實(shí)驗(yàn)不再是單一操作訓(xùn)練，學(xué)生深度參與實(shí)驗(yàn)開展的各個(gè)環(huán)節(jié)，既滿足了實(shí)驗(yàn)課對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的鍛煉，又增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)課程的科研訓(xùn)練，且更容易激發(fā)學(xué)生的興趣。同時(shí)，教育目標(biāo)，從認(rèn)知領(lǐng)域的低階（知曉和領(lǐng)會(huì)知識(shí)點(diǎn)），上升到高階（分析、綜合應(yīng)用和評(píng)價(jià)），更符合新時(shí)代培養(yǎng)學(xué)生的需要。通過近年來分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革實(shí)踐，學(xué)生普遍反映對(duì)學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力有較大提升，為農(nóng)學(xué)類專業(yè)研究型教學(xué)模式改革提供了新途徑。

與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比“RBL+TBL”模式，主要有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）通過研讀文獻(xiàn)、選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和解決實(shí)際問題的能力；（2）在實(shí)驗(yàn)方案互評(píng)過程中，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生應(yīng)用、分析的綜合能力，鍛煉學(xué)生縝密的科研思維；（3）在實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施過程中，幫助學(xué)生熟悉科研實(shí)驗(yàn)的基本過程，鍛煉實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理能力，形成一定的科學(xué)素養(yǎng)[13]；（4）授課過程包括了課堂講授、自主學(xué)習(xí)、線上學(xué)習(xí)和分組式的合作學(xué)習(xí)，既鍛煉了獨(dú)立思考的能力，也促進(jìn)了學(xué)生的合作交流，為交流思想提供了平臺(tái)[14

“RBL+TBL”教學(xué)模式在實(shí)施中也存在一些問題，由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間靈活，教師很難做到時(shí)時(shí)監(jiān)督，需要投入更多的師資力量來保障實(shí)驗(yàn)課的開展。為了適應(yīng)“RBL+TBL”教學(xué)模式，需要建立合適的評(píng)價(jià)模式，將線上、線下兩方面的評(píng)價(jià)分開，細(xì)化評(píng)價(jià)體系，量化實(shí)驗(yàn)參與度，更加合理公平地對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和成果進(jìn)行評(píng)價(jià)。該教學(xué)模式還需要在今后的實(shí)踐中積累更多經(jīng)驗(yàn)，不斷打磨以形成更加科學(xué)、有效的教學(xué)模式，進(jìn)一步在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中推廣應(yīng)用，培養(yǎng)符合社會(huì)需要的大學(xué)生。

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收稿日期：2023-01-19

基金項(xiàng)目：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)課程思政項(xiàng)目（2021-054）；甘肅省教育廳高校青年博士基金（2021QB-031）