高等院校新工科专业“分子生物学”教学改革初探

徐欣怡 陈丹 沈晓敏 曾鋆 谢晖

[摘 要] 作为现代生物学领域最具活力的学科之一，分子生物学在生命学科专业教育中具有重要地位。我们在“双一流”建设和新工科建设的背景下，经过多年的教学经验积累，提出“一减两加”指导下的课程内容重塑和再编辑、线上线下组合教学新模式，以及利用“过程评价”和“能力考核”的方法进行课程评价，为培养适合新工科发展的生物科技新型人才提供有价值的课程改革思路与方法。

[关键词] 分子生物学，新工科，课程内容重塑，组合教学，能力评价

[基金项目] 2019-2020年度西安电子科技大学“‘分子生物学在线开放课程建设”（2019-2020）;2020年度西安电子科技大学生命科学技术学院“‘分子生物学慕课课程建设”（2020）;2020-2021年度中央高校基本科研业务费（JB191201）

[作者简介] 徐欣怡（1982—），女，甘肃兰州人，博士，西安电子科技大学生命科学技术学院、生命科学技术实验教学示范中心讲师，主要从事分子生物学和分子影像学教学与研究。

[中图分类号] G640    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）38-0182-02    [收稿日期] 2020-07-10

“中国制造2025”和“工业制造4.0”重大决策的提出，我国产业体系面临巨大的转型升级，国家布局的十大创新领域中包括新材料、生物医药及高性能医疗器械的制造领域的结构调整和转型升级，因此需要大量满足新经济发展的该专业新工科人才。西安电子科技大学生命科学技术学院作为工科特色的高等学校，将传统的工科学科与数字化、智能化专业整合，设置了生物技术与计算机科学双学位培养专业。其次发展满足未来发展需要的新兴工科专业，包括有生物医学工程和智能医学两个专业。在上述学科中分子生物学都作为学科的专业基础课出现在新工科专业的本科教学课程中。学校以“双一流”建设、新工科建设为契机，为学生培养提出了更为具体、更高标准的要求，同时为分子生物学的教学带来了新的机遇与挑战。本文以笔者所带的生物技术专业和生物医学工程专业学生学习情况为例，探讨分子生物学教学改革的思路与方法。

一、新工科专业分子生物学教学中存在的问题

目前工科专业学生在学习分子生物学的过程还存在以下问题。第一，传统的分子生物学与我们学院特色的大数据、人工智能和生物医学影像等内容交叉，所学知识点更为庞杂分散。每个学生的学习兴趣、学习能力不同，传统的教授方式导致学习能力强的学生“吃不饱”，学习兴趣和学习能力稍差的学生“塞不进”。第二，笔者所在院校学生在大一至大二的课程设置中，多以计算机、人工智能和信息化等必修课为主。传统的讲授内容无法挖掘出与上述课程间的联系，导致学生的学习兴趣不足。第三，先修专业课程课时被不同程度的压缩，导致学生专业基础较弱。第四，考核方法粗放，从考勤、课堂提问、期中测试成绩、期末测试成绩四个方面按不同权重给予考核。

二、课程教学改革

（一）“一减两加”的课程内容重塑和再编辑

在以蛋白质和核酸等生物大分子的结构、功能以及相互作用为核心内容并不改变的前提下，我们对分子生物学课程进行了“一减两加”的内容重塑。“一减”是指减少与先修的“细胞生物学”“生物化学”等课程的重叠内容。如DNA转录过程的基本概念和一般过程在先修課程中已讲述过，本课程内容就聚焦于转录起始阶段中的RNA核心酶、σ因子和启动子的结构和功能变化。学生在学习这部分内容时能明确理解哪些是分子生物学所关注的科学问题。“两加”中的第一个是指增加合成生物学衔接紧密的内容。合成生物学是21世纪初生命科学领域发展迅速的新兴科学，把生物体天然元件和信号网络转变为工程化的元件、模块、网络用以构建具备各种功能的生物组件和生命体，并利用它们生产多种高附加值的工业产品。合成生物学在医学、制药、化工等领域表现出了非常强的发展潜力。增加与分子生物学衔接的合成生物学课程内容符合国家对新工科专业的需求和定位。第二个增加的课程内容是与我们学院特色专业相关的内容，包括基因组学、二代/三代测序、癌症发生的分子生物学机制以及分子生物学中的高通量检测的技术手段，与本校学科建设的定位紧密结合。

（二）采用新型的教学手段——线上线下组合教学的模式

随着教学改革的深入，借助现代化的信息技术开展课程教学改革是发展的必然趋势，而传统的线下教学具有学习氛围热烈、互动性强等显著优势，因此我们采用了线上线下混合式教学模式。线下授课以老师讲授、翻转课堂和讨论课结合的教学模式。将教材内容中与先修课程具有重复的部分安排到翻转课堂教学中，再在每个章节中设置不少于5个专题，根据学生人数进行自愿分组，每组3—5名学生。报告后小组接受同学及授课教师的提问、建议和指导，教师就各组的报告情况，如内容的完整性、准确性、答疑等项目进行讲评、补充。讨论课的开展包括选题、学生讨论、完成选题、课后完成报告四个环节。讨论课选题主要以便于深刻理解所学知识并利于融会贯通的实验设计题目为主，如“完成一个质粒的全序列设计，要求能够具有复制、转录的基本部件”，该题目锻炼学生熟练使用Vector NTI软件，以及掌握复制子和启动子的基本概念。线上教学模式主要包括：利用微助教等平台预习和课后复习线下课程所学章节知识点;利用中国大学MOOC（慕课）平台自学线下不涉及或简略介绍的章节知识点;依托我院的虚拟仿真平台熟悉课程中实验技术原理和操作。学生们一致反映依托上述三种线上教学模式，更好的进行课程预习和复习巩固，能够查漏补缺提高学习效率，部分学生根据自我兴趣进行了个性化的学习。

（三）建立“过程评价”和“能力考核”的课程评价体系

单一通过学生的期末成绩来了解教学效果的考核方式，在显示能力培养和个性化差异上具有很大的局限性，会导致考试结果反馈不利。以“过程评价”和“能力考核”为目标，优化后的课程评价考核体系由“微助教”课前预习（10%），“雨课堂”课中提问（10%），小组讨论课成绩（2次，整组成员统一成绩，20%），文献阅读（整组成员统一成绩，15%），阶段考试（15%），期末考试（30%）构成。

微助教平臺发布的课前预习以客观题为主，多设计与之前先修课程有关联的知识点。课中利用雨课堂软件中的“答题”“弹幕”“投票”等功能，对课堂中重点讲解的知识点进行随堂考核。小组讨论课成绩是PPT制作、课上讲解等环节的综合得分，全组人员统一成绩。文献阅读成绩主要是阅读文献后撰写的科技论文的成绩，论文以小组为单位，全组人员统一成绩。阶段考试一般是期中进行，和期末考试类似的卷面考核环节。考试包括选择题、判断题、问答题和实验设计题。实验设计题是体现学生解决问题能力的最佳体现，以考查学生利用所学知识分析解决问题的能力。期中的阶段性考试成绩和期末考试成绩占课程总成绩的45%。

三、结语

上述三个教学改革措施实现后，教学效果良好，教学质量显著提升。通过优化课程内容体系，改变传统的课程模式，以及运用“过程评价”和“能力考核”的课程评价体系进一步确保了新工科人才培养的质量。

参考文献

[1]徐启江，黄云彤，周波，等.基于过程评价与能力培养的分子生物学考试模式改革[J].高等理科教育，2018（5）：85-90.

[2]王洁华，杨少辉.“分子生物学”教学改革探讨[J].安徽农学通报，2018（22）：157-159.

[3]王川，黄丹，魏丕伟，等.生物工程类专业分子生物学教学模式改革[J].农业工程，2019（9），4：97-99.

Preliminary Research on the Teaching Reform of the Course on Molecular Biology for New Engineering Majors in Undergraduate Colleges and Universities

XU Xin-Yiab，CHEN Dana，SHEN Xiao-mina，ZENG Yuna，XIE Huiab

（a.School of Life Science and Technology，b.Experimental Center of Life Science and Technology，Xidian University，Xi'an，Shaanxi 710126，China）

Abstract：As one of the most dynamic disciplines in the field of modern biology，Molecular Biology plays an important role in the professional education of life science.In the context of "Double First-rate" and emerging engineering construction，this paper is based on years of teaching experience to put forward a new mode of curriculum content re-molding and re-editing，online and offline combined teaching under the guidance of "One-minus and Two-pluses"，as well as the curriculum evaluation by means of "formative evaluation" and "ability assessment"，so as to provide valuable ideas and methods of curriculum reform for cultivating new talents of biotechnology adaptive for the new engineering development.

Key words：Molecular Biology;emerging engineering;course content remodeling;combined teaching;ability evaluation