慕課環(huán)境下虛實(shí)結(jié)合的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

馮慶玲，葉招權(quán)，林繼輝

（閩南科技學(xué)院 福建 南安 362300）

隨著信息技術(shù)的日新月異，教育開始由線下走向線上，改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式，中國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”教育在政策推動(dòng)、用戶需求、技術(shù)革新、自身優(yōu)勢(shì)等內(nèi)外因素的綜合作用下迅速崛起。慕課在線教育近幾年極大促進(jìn)了現(xiàn)代化教育體制改革[1]。慕課強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，改變了傳統(tǒng)的被動(dòng)教學(xué)模式[2]，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體。同時(shí)，虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也迅速發(fā)展，即采用仿真虛構(gòu)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景、實(shí)驗(yàn)條件、材料在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作及結(jié)果分析[3-4]。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)可補(bǔ)充一些由于儀器造價(jià)高昂、操作時(shí)間長(zhǎng)、危險(xiǎn)性大而在實(shí)體實(shí)驗(yàn)室無(wú)法開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。近年來(lái)，教育部也開展了系列建設(shè)工作，如華中師范大學(xué)建立包括分子生物學(xué)、生物形態(tài)學(xué)等在內(nèi)的多個(gè)虛擬仿真模塊[5-6]，配合實(shí)體實(shí)驗(yàn)室教學(xué)更能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提高效率[7]。分子生物學(xué)是一門人類從分子水平上真正揭示生物奧秘、探索生命本質(zhì)的學(xué)科[8]，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在該課程占有重要地位[9]，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有助于提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)及創(chuàng)造力[10]。

閩南科技學(xué)院生物工程專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱“本專業(yè)”）作為省級(jí)一流本科專業(yè)，一直把分子生物學(xué)理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為核心專業(yè)課建設(shè)。學(xué)科建設(shè)的要求是要符合地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人才需求，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中掌握基本操作技術(shù)，以應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，同時(shí)培養(yǎng)一批具備創(chuàng)新能力及應(yīng)用技能的復(fù)合型人才[11-12]。但在近幾年分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，無(wú)法全面完成培養(yǎng)方案，急需調(diào)整。

1 分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作參與感低

一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通過(guò)一臺(tái)儀器可完成整個(gè)班級(jí)樣品的檢測(cè)工作，如電泳儀，PCR儀等，學(xué)生待教師講解完原理及儀器使用方法后便把樣品放入儀器等待結(jié)果，并無(wú)動(dòng)手操作過(guò)程。另外，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)與其他學(xué)科實(shí)驗(yàn)不同，每個(gè)項(xiàng)目都有非常明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果，部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的結(jié)果要等下次實(shí)驗(yàn)時(shí)才能確定成功與否，且整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程簡(jiǎn)單，等待時(shí)間長(zhǎng)，這些因素導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課失去興趣、無(wú)參與感，教師無(wú)法實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

1.2 學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解不透徹

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理復(fù)雜，涉及知識(shí)點(diǎn)多，比如，堿裂解法提取質(zhì)粒的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，既包括提取的知識(shí)點(diǎn)，又包括質(zhì)粒載體的相關(guān)知識(shí)，教師授課一般先講解實(shí)驗(yàn)原理與操作步驟再讓學(xué)生操作[13]，為節(jié)約時(shí)間只能快速簡(jiǎn)單講解，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解不透徹，操作時(shí)只是根據(jù)步驟簡(jiǎn)單處理，缺乏獨(dú)立思考的過(guò)程。另外，那些“試劑貴重、儀器造價(jià)高”的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通常會(huì)被省略掉，如達(dá)載體構(gòu)建后期的篩選、檢測(cè)工作以及實(shí)時(shí)熒光RT-PCR等，不能按基因操作流程完整進(jìn)行，無(wú)最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使學(xué)生不能完整理解體外構(gòu)建載體及基因表達(dá)的全過(guò)程及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

1.3 考核方式不全面

在以往的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，先后采取了多種考核方式，如閉卷考試，期末成績(jī)由卷面成績(jī)和平日成績(jī)組成，這種考核的缺點(diǎn)是學(xué)生把實(shí)驗(yàn)課當(dāng)理論課來(lái)學(xué)習(xí)，無(wú)法考查實(shí)驗(yàn)操作技能；或采用操作考試的方式，因時(shí)間限制只能考一些簡(jiǎn)單如平板的制作、移液槍的使用、凝膠的制備等項(xiàng)目，這些操作步驟簡(jiǎn)單，考試結(jié)果區(qū)分不明顯，學(xué)生對(duì)分子實(shí)驗(yàn)缺乏理解。后期選擇采用提交綜合論文的形式考核，通過(guò)讓每個(gè)學(xué)生參與設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)以考查其對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和方法的掌握情況，但同樣無(wú)法考查動(dòng)手操作能力。

綜上，實(shí)驗(yàn)原理理解不透徹，儀器使用方法不明確，操作步驟不規(guī)范又沒(méi)有時(shí)間練習(xí)，以及某些成本高的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目因條件限制不能開展，不能保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)的完整性等都是亟待解決的問(wèn)題，需在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中探索適合本校學(xué)生及辦學(xué)條件的教學(xué)方式并積極變革。

2 慕課環(huán)境下“虛實(shí)”結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式開展

2.1 慕課先導(dǎo)學(xué)習(xí)模式建立

目前，教師普遍認(rèn)可“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺(tái)進(jìn)行生物學(xué)實(shí)驗(yàn)[14]，根據(jù)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程大綱，依托慕課平臺(tái)的優(yōu)質(zhì)資源構(gòu)建完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，通過(guò)錄制實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中的操作、PPT 講解等視頻上傳到慕課平臺(tái)，逐步在慕課平臺(tái)建立包括原理講解、操作過(guò)程、知識(shí)點(diǎn)測(cè)試、問(wèn)題討論等完整流程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。每次實(shí)體實(shí)驗(yàn)室操作或虛擬實(shí)驗(yàn)操作之前要求學(xué)生登錄慕課平臺(tái)完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的視頻學(xué)習(xí)及測(cè)試，這樣可保證學(xué)生實(shí)操之前有足夠時(shí)間理解實(shí)驗(yàn)原理及步驟，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，學(xué)生就不會(huì)處于簡(jiǎn)單的模仿?tīng)顟B(tài)。

2.2 “虛實(shí)”結(jié)合開展實(shí)驗(yàn)操作

首先，對(duì)一些鍛煉操作能力的項(xiàng)目安排實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，如堿裂解法提取質(zhì)粒，大腸桿菌感受態(tài)的制備，植物基因組DNA 的提取等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這些實(shí)驗(yàn)操作步驟連貫性強(qiáng)，每步實(shí)驗(yàn)都能觀察到明顯的結(jié)果，通過(guò)實(shí)操能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力及觀察能力。另外，通過(guò)前期線上視頻學(xué)習(xí)及問(wèn)題分析情況，學(xué)生能在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主動(dòng)觀察及思考。教師也可現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)學(xué)生操作，錄制一些操作標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)果準(zhǔn)確的操作案例，以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，鼓勵(lì)學(xué)生不斷完善實(shí)驗(yàn)操作技能。

其次，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將分子生物學(xué)知識(shí)點(diǎn)與操作技術(shù)融合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以設(shè)置一個(gè)表達(dá)載體構(gòu)建的完整實(shí)驗(yàn)體系，包括質(zhì)粒DNA 提取，酶切，鑒定、連接、轉(zhuǎn)化、篩選等所有綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，從而保證學(xué)生逐步形成對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)從理論知識(shí)到操作技能系統(tǒng)、全面、深刻的認(rèn)識(shí)。

2.3 過(guò)程性綜合評(píng)價(jià)實(shí)施

結(jié)合每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的知識(shí)點(diǎn)，在慕課平臺(tái)完成知識(shí)點(diǎn)測(cè)試，將測(cè)試成績(jī)以及實(shí)體實(shí)驗(yàn)室操作或虛擬仿真項(xiàng)目操作成績(jī)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)?nèi)呓Y(jié)合起來(lái)，按照一定比例構(gòu)成學(xué)生的綜合成績(jī)，保證理論知識(shí)及實(shí)驗(yàn)操作技能都能參與考評(píng)，考評(píng)結(jié)果更有區(qū)分度。這種方式可將實(shí)驗(yàn)開始前的預(yù)習(xí)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程到實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析過(guò)程都納入考核中，從而對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行過(guò)程性考核而非“一考定成績(jī)”。

3 教學(xué)成果

3.1 實(shí)驗(yàn)理論理解更透徹

在前期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并在近兩年教學(xué)中逐步解決問(wèn)題，即在上課的過(guò)程中錄制相關(guān)實(shí)驗(yàn)的原理講解、操作過(guò)程視頻，篩選并積累一些線上相關(guān)資料，對(duì)于所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均依附于慕課平臺(tái)，建立了一門較為完整的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課線上課程體系，并且包括重要知識(shí)點(diǎn)測(cè)試，常見(jiàn)問(wèn)題討論分析，師生互動(dòng)答疑等。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之前先讓學(xué)生參與平臺(tái)課程學(xué)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有整體的理解，保證操作過(guò)程更準(zhǔn)確，同時(shí)有足夠的時(shí)間理解消化理論知識(shí)。針對(duì)上學(xué)期的慕課學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)，學(xué)生普遍反映對(duì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)原理把握更準(zhǔn)備，操作步驟也理解得更透徹，能把理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)操作聯(lián)系起來(lái)。在理論測(cè)試方面，均能達(dá)到滿意的成績(jī)。

3.2 綜合實(shí)驗(yàn)體系更完善

由于分子生物學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)展最迅速，應(yīng)用最廣泛的學(xué)科，一些新型設(shè)備、操作技術(shù)層出不窮，而實(shí)驗(yàn)室條件限制使學(xué)生不能及時(shí)接觸到這些儀器設(shè)備，所以選取具代表性的新技術(shù)設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)，并以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的方式讓每位學(xué)生都能進(jìn)行操作練習(xí)，如（His）6 標(biāo)記蛋白質(zhì)的原核表達(dá)和純化實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)是利用大腸桿菌表達(dá)載體pET 和大腸桿菌表達(dá)菌株BL-21，將克隆在pET 載體中的目的基因大量表達(dá)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)涉及載體構(gòu)建、基因表達(dá)、蛋白質(zhì)純化等基本實(shí)驗(yàn)操作，通過(guò)和公司合作的方式建立虛擬仿真操作平臺(tái)，使每個(gè)學(xué)生都可以通過(guò)操作平臺(tái)進(jìn)行充分的練習(xí)操作，并且由于每個(gè)操作步驟都是可視化練習(xí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果清晰可見(jiàn)，操作步驟得分即時(shí)呈現(xiàn)，總體操作時(shí)間較短，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情非常高。另外，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室操作之前要求學(xué)生學(xué)習(xí)慕課平臺(tái)的相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)，使得學(xué)生綜合知識(shí)的運(yùn)用能力及創(chuàng)新能力都得到了培養(yǎng)。

3.3 考核成績(jī)更具過(guò)程性

虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)配合采取多元性加過(guò)程性的考核方式，即每個(gè)學(xué)生的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)成績(jī)由實(shí)體實(shí)驗(yàn)室操作情況、慕課平臺(tái)學(xué)習(xí)及測(cè)試情況、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作得分組成。在實(shí)體操作過(guò)程中，把學(xué)生的上課積極性、操作規(guī)范性、結(jié)果準(zhǔn)確性等都作為考查目標(biāo)。另外，慕課后臺(tái)會(huì)記錄學(xué)生的視頻學(xué)習(xí)、理論測(cè)試、線上討論等情況，并且虛擬仿真系統(tǒng)可以直觀顯示學(xué)生的具體步驟操作得分，把這些成績(jī)按照一定比例作為學(xué)生的期末成績(jī)。這種考核方式實(shí)現(xiàn)了把學(xué)生作為教學(xué)過(guò)程中的主體，使其由被動(dòng)式的“應(yīng)試性”學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)式的“研究型”和“創(chuàng)新性”學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)了全面考核學(xué)生的知識(shí)、能力和綜合素質(zhì)的目標(biāo)。同時(shí)加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解、掌握和應(yīng)用，有助于將理論知識(shí)和實(shí)踐技能綜合應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的解決。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)兩個(gè)學(xué)期的探索與建設(shè)，本專業(yè)目前已基本實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用實(shí)體實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，利用虛擬仿真系統(tǒng)搭建完成了一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生的課堂所學(xué)形成完整的體系，培養(yǎng)了學(xué)生綜合分析及解決問(wèn)題的能力。另外，綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置與開展，離不開學(xué)生對(duì)整個(gè)分子生物知識(shí)體系的掌握和對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的熟悉，這要求學(xué)生認(rèn)真完成慕課平臺(tái)的微課學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作的前置條件并具有一定成效，這需要教師及時(shí)引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生，從而發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。