高等学校“分子生物学”教学改革初探

王勃 于天英

摘要：随着基础科学进步为生物学创新注入强大动力，人类对生命健康、疾病治疗、疫苗研发的需求提高。21世纪被称为“生物工程时代”，生物学也逐渐发展为一门显学，成为高等学校开设的重点课程之一。其中，“分子生物学”属于自然科学范畴内最具活力、最具前景的一门学科，开设范围包括医学专业、农学专业、生物工程专业、制药工程专业等，是塑造大学生正确生命观与生物学素养的重要课程。为了增强高等学校“分子生物学”课程教学的有效性、促进教学实质性改革，首先从宏观层面分析该课程教学存在的问题，其次围绕理论教学与实验教学展开研究，提出可行的教学改革方案。

关键词：“分子生物学”;理论教学改革;实验教学改革;“互联网+”

根据“分子生物学”（molecular biology）的诞生标志，即人类发现DNA遗传信息并构建双螺旋结构模型（沃森&克里克），不难判断该学科的定位，是一门自然科学领域研究生命现象、规律、本质的科学，研究对象聚焦于生物大分子的结构与功能。将分析视域集中到“分子生物学”的知识体系层面，“自然科学”这一所属领域决定了该知识体系的特征。（1）存在丰富的验证性知识，如染色体的结构、遗传物质、基因突变等，此类知识属于理论教学层面，是高校学生开展“分子生物学”知识体系建构的基础。（2）需要进行大量的实验教学，因为“分子生物学”是建立在分子水平（或“微观尺度”）上的新兴科学[1]，具有一定的抽象性，不像生理学、植物学一样具有条理性和直观性。从以上两点分析出发，高等学校“分子生物学”的教学改革既要满足理论教学的系统性要求，又要满足实验教学的沉浸式需求。

1 高等学校“分子生物学”教学问题

1.1 理论教学面临的问题

客观来看，“分子生物学”一直处在动态发展中，生物学前沿理论研究不断取得突破，对固有知识体系的影响深刻，同时，不同基础学科视角和应用学科的需求均会对“分子生物学”教学产生导向作用。因此，理论教学面临的问题很多，本研究仅从高等学校教育职能出发，重点分析3个方面的问题。

1.1.1 教材问题

教材是教学的知识信息载体，也是师生围绕“分子生物学”进行互动沟通的重要媒介，选用何种教材对理论教学是否满足“系统性要求”至关重要。笔者收集了高等学校适用的“分子生物学”教材（见表1），对比发现，不同版本的教材（不含实验教材）虽然各有亮点，但应用于理论教学方面普遍存在知识点复杂、抽象和知识结构逻辑性强、概念较多的问题。如果作为教学依据，不仅同质性很高，还会浪费大量的教学精力与时间，不利于实效性课堂的建立。

1.1.2 教法问题

结合笔者的经验，“分子生物学”知识（已验证知识）浅而繁、多而杂，概念、定义、方法等基础性知识不需要深讲，导致教学方法单一，突出表现为有限知识资源的排浪式讲授，高校学生处于被动地位，与教师的交流不够深入，难以直接从理论维度对“分子生物学”进行拓展。此外，教法单一还意味着对“互联网+”教育资源的利用效度不足，例如酶切、 DNA重排、基因组测序等知识过于抽象，网络信息资源介入不足，很难从教法方面赋予学生直观的认识。

1.1.3 教学模式

21世纪初，以“生物工程”为代表的新兴专业炙手可热，社会上普遍认同生物学将引领新时代。但从现状来看，绝大部分生物学类本科及高职人才并没有机会真正进入生物工程、生物科技、生物制药等研发领域，一方面是因为自身知识储备不足，另一方面与教学模式相关。以“分子生物学”为例，双师型队伍建设、产学一体化建设、现代学徒制建设、校企合作机制建设等远比其他专业落后，高校普遍采用以理论为主的“填鸭式”教学模式。

1.2 实验教学面临的问题

（1）受到高等学校实验教学条件的限制，实验本身沦为理论教学的附庸。尽管高等学校（以普通本科为主）整体上在自然科学教育方面的投入很大，但除了985、211、双一流高校及部分专业，大多数学校的实验条件相对简陋，无力支撑大规模、多样性的“分子生物学”实验教学。受条件限制，除了不得不减少实验项目，也会简化一些实验教学内容，如较为基础的聚合酶链式反应、核酸提取、标记示踪剂等。类似的基础性实验项目是对教材中理论知识的现实验证，无论是按照老师提供的实验流程，还是依照教材设计的实验“临摹”，实验本身都缺乏自主能动性，无法实现理论与实践的统一[2]。

（2）高等学校实验教学组织方式落后，实验难以提供“沉浸式”体验。实验教学强调学生自主操作，但“分子生物学”是建立在分子尺度上的，实验对象的微观性决定了实验内容的抽象性，包括教科书上给出的实验结果，在现实中需要染色、电泳等方式才能观察到。由于传统实验教学具有一定的演示性特点，如教师利用PPT展示实验过程、实验现象，并要求学生按照实验图片分析实验原理、实验过程，很难产生“沉浸式”体验[3]，削弱了学生的实验兴趣，学生忽略了实验的重要性。

（3）“分子生物学”实验教学目标不合理，造成“重结果轻过程”的现象。在开设“分子生物学”课程的高校专业中，教师一般将学生实验操作结果纳入平时成绩考核序列，但在实验教学目标设计上，主要突出实验结果（性质、数据等），对实验过程中是否充分体现了“分子生物学”实验原理、实验操作是否符合规范、实验设计是否具有创新性等问题的关注度相对较低。从学生角度而言，影响成绩的关键落在了实验报告上，难免出现“为实验而实验”，依据验证性结论反向构建实验过程的现象，不利于学生科研能力的培养。

2 “分子生物学”理论教学改革探索

“分子生物学”理论教学应以系统性为抓手，将教学改革作用于教材、教法及教学模式3个方面。

2.1 教材内容改革

高等学校直接选用“分子生物学”教材构建教学内容，无论对版本如何精挑细选，都很难与人才培养完全契合。高等学校的人才培养存在两种方向，即学术性与职业性人才。在不同人才培养导向下，对教材内容的需求存在较大差异。在实践过程中，可以选定一本或一类“分子生物學”教材为范本，按照“能力导向+以生为本”的原则进行教材重构。结合笔者的实践经验，为了系统地呈现“分子生物学”的基础知识，统筹表1所列教材中的相同部分，按照克里克提出的“分子生物学”中心法则（genetic central dogma）要求，整合出一套汇集DNA、RNA、蛋白质、遗传信息转录与翻译等知识点的教学讲义，一方面，可以精简大量“分子生物学”的重复概念，强化相关知识点的衔接（如详细描述遗传信息从 DNA向RNA传递的过程、机理），实现碎片化知识的有序排列，优化教材内容的逻辑结构。另一方面，有利于与实验教学的衔接，增强理论与实践的黏性，如基于一个实验项目将相关知识串联起来。

2.2 教学方法改革

考虑到大学生已经具备一定的自主学习、探索能力，“分子生物学”教学方法应采用“少教多学”的原则，兼顾“分子生物学”理论教学的系统性需求。因此，在具体的教学方法设计上，可基于立体化的设计方式[4]，引导学生从多个角度理解、掌握“分子生物学”知识内容。其中，多角度教学方法设计可以理解为在一个“分子生物学”知识点的教学中，同时提供多种呈现方式，比如最基础的“DNA双螺旋结构”，这一知识点在中学阶段就已经提到，但学生真正接触DNA双螺旋模型的机会并不多，在课堂上除了用语言描述，辅以实体模型、3D图片、视频、自制Flash动画等资源，反复从多个角度呈现，也可以用DNA双螺旋分子模型的拼装材料，依据理论知识进行实践。立体化教学方法的设计可以理解为“互联网+主题化+任务式”教学思维，本质上是一种高效互动的教学方式，以互联网技术及数字化资源“托底”，用以弥补传统言说传授表达力的不足，以主题化的知识整合形式，为学生建立“分子生物学”知识思维导图，例如以“DNA”为主题词，所能关联的知识点包括“DNA基本结构”“DNA基本性质”“DNA与蛋白质的相互作用”“重组DNA（克隆）”“DNA排序”等，任务式驱动可以通过衔接度较高的问题实现，例如按照“DNA的一级结构、二级结构、高级结构”循序渐进地设计问题。

2.3 教学模式改革

高等学校“分子生物学”教学的常规组织模式仍然是课堂，从系统性要求出发，势必要改变课堂组织模式下“分子生物学”知识单向传播的方式，这是教学模式改革的重心所在。可以将一节课划分成不同的教学实施区间，例如按照“六分法”，将课堂组织分为回顾阶段、探讨阶段、引导阶段、讲授阶段、释疑阶段、鞏固阶段。其中，回顾阶段的教学时长控制在5 min以内，在教师的引导下，对前面所学知识进行概括总结。在这一过程中，以提问的方式对学生的知识储备进行检验，引出本节课要学的知识点。探讨阶段不是针对新知识展开的，而是对将要学习的新知识进行“预测”，教师可以事先准备一些开放性问题、生物学现象、实验案例等，促进学生对既有知识与新知识之间的关联。引导阶段完全由老师主导，目的是将出现的“错误预测”引入正常轨道，同时公布本节课关于“分子生物学”教学的重点、难点、疑点等。讲授阶段采用2.2中构建的教学方法，这一阶段所占时间较长，应控制在一节课时长的1/2左右，保证将知识点讲明白、讲透彻。释疑阶段是一个师生互动过程，由学生提出相关问题，教师负责有针对性地解答，同时，学生所提问题也应与本专业保持一定相关性。例如，医学专业学生在课堂上学习了 RNA干扰技术，比较有价值的问题有RNA干扰技术在癌症治疗方面的价值和实现原理、现阶段取得的成果等。巩固阶段完全交给学生自主展开，可组织3～5 min的组间、组内探讨活动，教师在这一阶段提供一些拓展性读物。

3 “分子生物学”实验教学改革探索

围绕“分子生物学”实验教学改革，一个核心任务是将抽象化的实验内容转变为具体化的呈现形式，包含对实验教学课程内容的数字化转型，也包括“线上+线下”组合教学手段的运用，以实现“分子生物学”实验教学效果的最大化。直观上，在“互联网+”思维的引领下，实验教学应大量应用网络工具、平台、素材等，但传统教学（即线下教学）也不可以彻底抛弃。事实上，传统教学在营造学习氛围、提高师生互动性方面具有显著的优势，与“沉浸式”实验教学体验并不冲突。一个完整的“分子生物学”实验教学改革模型，除了发挥理论知识的实践验证功能，还要贯彻立德树人的根本教育任务，换言之，该改革模型还应突出“分子生物学”课程思政的价值，完整的架构如图1所示。

3.1 基于“互联网+”匹配实验内容与素材

从高等学校校本课程开发的角度出发，实验内容涉及的“分子生物学”知识可以形成相对独立的系统，以充分发挥高校自身的实验条件优势，如围绕蛋白质的诱导、表达与检测设计实验项目，可借助互联网收集与诱导温度、 IPTG浓度、蛋白质前提加工等相关知识内容。同时，由于“互联网+”的开放性，教师也可以通过预告实验项目的方式，让学生自行搜索实验知识内容，培养学生的信息收集整理能力。素材即实验教学使用的文字、图片、视频等数字化资料，与实验内容保持一定匹配度，结合笔者经验，建议教师自行录制视频素材，包括实验的工具、试剂、基本操作、重点事项等，通过线上途径传递给学生（如 QQ、微信），并在实验教学正式开始之前，以直播的方式演示完整的流程。

3.2 基于“互联网+”的实验教学与课程思政关联

实验是探究自然科学的主要途径，这一行为本身蕴含着丰富的人文精神，如攀登科学高峰、激活创新意识、强化动手能力等，符合高校以德树人的教育需求，也是实现课程思政的有效手段。借助实验教学，一方面可以发挥“分子生物学”的现实价值，进一步关联相关科研人物，如开发干扰素α-1b的侯云德院士以及研发疫苗的陈薇院士等;另一方面，强调正确的价值观、严谨的科学观在实验教学中的促进作用。要秉承实事求是的科学态度，以强烈的责任心寻找实验偏差，消除学习“分子生物学”课程时的功利心理。

3.3 基于“互联网+”构建“分子生物学”实验评价体系

“互联网+”教学模式之所以能带给人强烈的沉浸感，是因为在互联网平台上，个体处在较为平等的地位，提高了评价者和被评价者的客观性。同时，“互联网+”可以形成多维度的评价渠道，如课前利用线上途径（雨课堂等），对实验任务、要求等进行集体探讨，一个观点被提出之后，能迅速发现存在的问题。从课前预习的角度来看，极大地减少了教师的工作量。此外，将实验过程以视频的形式传输到“互联网+”平台上，可以进行更加详细的过程评价，消除以结果为依据的评价弊端;教师要关注的是系统的评价表设计，从实验准备到实验操作、从实验过程到实验结果、从实验原理到实验安全等，实现定量化的全方位评价。

4 结语

“分子生物学”教学改革应聚焦学生主体地位的塑造，基于理论教学与实践教学提出的观点，本质是增强学生的主观能动性，摆脱被动接受知识信息的桎梏，同时强化理论与实践教学的平衡性。

[参考文献]

[1]尹祥佳，李晶，赵慧军，等.高职院校“分子生物学”课程教学改革研究[J].兰州教育学院学报，2020（8）：104-106.

[2]祥佳，郝楠，李晶.高职院校分子生物学PDCA实验教学改革初探[J].化学工程与装备，2020（10）：290-291.

[3]曾颖玥，牟藤，朱春玉，等.基于“互联网+”的分子生物学实验教学体系改革[J].软件导刊，2021（5）：183-187.

[4]董妍玲，潘学武.民办高校分子生物学教学改革初探[J].当代教育论坛（管理研究），2010（6）：126-127.