基于“RBL+TBL”模式的农业院校分子生物学实验课程改革探究

王泽民　晋昕

摘 要：分子生物学是一门交叉学科，是生物相关学科间的纽带，其实践性和应用性较强，也是专业教学中的重点。尤其在农林类专业领域，在分子水平上探求解决农、林领域中的卡脖子问题，事关民生，意义重大。目前多数分子生物学实验教学仍采用传统的讲授教学模式，不利于学生综合分析、解决问题和科研能力的提升。在分子生物学实验教学中采用研究型学习（Research-based Learning，RBL）结合基于技术的学习（Technology-Based Learning， TBL）的教学模式，引入“以学生为主体”的核心，结合专业特色进行个性化设计，对教学内容和教学流程进行革新，全方位提升课程质量。达到拓展授课内容，将传统的被动学习过程转变为主动的探索、思考和实践，激发学生的科研兴趣，锻炼分析问题、解决问题的科研思维，提升学生的综合素质。

关键词：分子生物学；实验教学；RBL模式；TBL模式；教学改革

中图分类号：G642  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2023）04-0100-04

1 引言

随着分子生物学的崛起，生命科学得到了快速发展，分子生物学实验技术广泛同农林学科、动物医学及材料学等深度融合，开启了相应学科的分子时代。分子生物学是前沿性很强的一门基础课，这门课程的特点是微观、抽象。使学生及时了解分子生物学最新进展和掌握分子生物学相关技术，是分子生物学实验课程教学改革面临的首要问题。“新农科”建设必须紧紧立足于新时代农业农村现代化的社会需求，培养一批具有多学科背景、能够解决生产实践问题的创新型农业人才。而分子生物学是“新农科”专业的关键基础课，也是专业教学中的重点[1-3]。尤其在农林类专业领域，在分子水平上探求解决农、林领域中的卡脖子问题，事关民生，意义重大。党的二十大报告专门提出，要全面推进乡村振兴，坚持农业农村优先发展，加快建设农业强国。而这一目标的实现离不开分子生物学理论和技术。例如生物育种中转基因技术和基因编辑技术等都是以分子生物学为基础。转基因技术的应用不仅能缩短育种周期，同时能够极大地提高农产品产量和品质等，如转抗虫棉、抗除草剂玉米等转基因作物。2019年习近平总书记给全国涉农高校书记校长和专家代表回信从党和国家事业的全局高度对农林高校的工作提出了明确要求，对农林高校师生寄予了厚望。乡村振兴，人才是关键。习近平总书记指出：“现代农业发展空间仍然很大，现代农村是一片大有可为的土地、希望的田野”。充分利用好农业高校的教育、科研、人才、智力和平台等优势，构建适应乡村振兴战略需要的人才培养大格局。以培养适应乡村振兴战略需求的大学生为牵引，突出优势特色，培育推动脱贫攻坚与乡村振兴有效衔接的乡村振兴人才。因此，熟练掌握分子生物学知识及实验技术，成为当代农林科学从业人员所必需的素养。

分子生物学实验教学作为理论与实践连接的桥梁，其重要性不言而喻。然而，传统的分子生物学教学内容及模式已不能满足当下的教学需要，尤其缺乏“以学生为主体”的意识[4]。为了契合新时代对高校人才培养的新要求，笔者结合农业大学的专业特色，整合现代教学理念和技术对分子生物学实验教学改革进行探索，旨在提高授课质量，锻炼学生的科研创新能力，以培养适应乡村振兴战略需求的大学生为牵引，突出优势特色，培育推动脱贫攻坚与乡村振兴有效衔接的乡村振兴人才。

2 分子生物学实验课程教学改革的基本思路

分子生物学实验技术革新速度快，学生不仅要学习基础知识、操作，更要了解学科发展前沿，才能适应社会需求和学科变革。传统教学内容主要是验证性实验，且实验间彼此独立，不利于学生建立知识体系，主要关注于学生实验技能的练习，对于提升学生的高阶能力，即聚焦于思考、解决问题的科研能力训练效果微乎其微。基于上述问题，依照自主创新的课程改革思路，对分子生物学实验课程进行调整，建立“实验基础结合科研探索”的课程模式，既满足对实验基础的学习，又达到锻炼学生科研创新能力的目的。

3 分子生物学实验教学改革

3.1 教学内容的改革

分子生物学内容更新速度快，但教材普遍滞后，无法充分满足教学需要。传统的实验课程依附于理论教学，内容或形式上始终缺乏综合性和创新性。因此，实验课程内容优化是教学改革的第一步，授课过程中融合前沿研究，提升教学内容的层次。例如，选择高水平期刊上发表的相关论文，通过研读论文学习，既学习了研究中的前沿实验技术，又练习了文献阅读能力，同时有利于学生将实验技术同科研问题衔接起来，启发科研思维。在授课内容中引入新实验技术的简介，比如CRISPR/Cas9基因编辑技术等，通过展望新技术在不同领域带来的革命，激发学生的学习热情。

3.2 RBL模式下的教学形式

RBL（Research-based Learning）模式指的是研究型教学，在研究目的的驱动下，能最大限度地调动学生自主学习、探究，如表1所示。RBL模式下，不再按照传统模式设置固定的实验，在完成实验理论部分的学习后，鼓励学生根据自己的专业和时间分组，自主选题、查阅文献、设计实验方案。待方案成型后，在班级内开展互评，通过讨论进一步完善实验方案。实验方案互评环节对提升学生的综合素质能力有很大的促进。RBL模式中，教师需全程提供个性化指导，保障实验的顺利开展。问题是思维的中心，发现问题和解决问题承载着素养的生成过程[6]。例如，有实验小组提出家乡干旱少雨，农作物连年减产甚至绝收，希望通过分子生物学改变作物的抗性，减少恶劣条件的影响。鉴于此，首先引导他们学习与植物抗旱相关的基因知识，查阅文献选定具体基因。进而，指导学生选择实验材料、查詢基因序列、设计引物、基因克隆、载体构建等。实验内容涵盖的基础操作，包括植物DNA、RNA的提取，RNA的反转录、PCR（Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应）、质粒DNA提取、酶切及载体构建等。在满足教学需要的同时，强化学生的团队合作、沟通能力[7]。

3.3 TBL模式下的教学时空

线下课堂囿于课时有限，承载的内容较少。TBL（Technology-Based Learning）基于技术的学习流程，即通过电子技术学习内容，包括互联网、音频、视频和音频会议等，有助于丰富传统的面对面课堂[8]。互联网及互联网移动端的爆炸式发展，迅速推进了TBL教学模式的推广。TBL模式突破了传统课堂的时空限制，可最大限度地拓展学习内容，且知识形式多变（文字，动画，实拍视频），为学生自主学习提供保障。由于疫情的助推，慕课、网络教学平台和虚拟仿真实验在高校教学中得到了快速推广。TBL模式借助于手机、电脑的应用程序，提供了自主学习的平台，打通了师生交流的无障碍通道，扩展了教学内容，强化了教学效果[9-11]。

3.4 “RBL+TBL”下的教学流程

采用RBL结合TBL（RBL+TBL）的实验课教学模式，优化了分子生物学实验教学。借助慕课、雨课堂和国家智慧教育公共服务平台等成熟优质的线上资源，将分子生物学实验基础知识的教学转移到网络教学平台。线上学习完成后，通过对应的在线测试进行测评，考核通过后才可开展后续实操部分。在实验方案实施阶段，各组学生根据自己的实际情况自行安排实验进度，保证在学期内撰写实验方案、完成实验并做好记录，最后撰写实验报告并进行答辩。

4 “RBL+TBL”教学模式效果

4.1 “RBL+TBL”教学模式扩充教学内容，完善知识全面性

传统的分子生物学实验教学局限多，时间利用率低。如PCR、琼脂糖凝胶电泳等实验中都包含大量的等待时间。特别是各小组间实验进度总有差异，需要互相等待，造成时间浪费。RBL结合TBL模式则可以完全避免上述情况，在满足教学需要的同时，时间利用效率得以提高。引入TBL模式后，学生可在通过虚拟实验开展练习，特别对受限于实验条件无法在线下开展的实验意义重大。虽无法完全替代线下的实验操作练习，但线上线下、虚实结合的模式也最大限度的充实了课程内容[9]。同时，TBL模式为师生沟通交流提供无障碍平台，学生可以做到随时随地的学习。分子生物学实验课程内容抽象复杂、传统的教学方法难以满足更高的教学需求。慕课、视频公开课和微课等多媒体教学能够利用图像和模拟动画等向学生传递更直观的知识。这种逼真性和动态性，更利于反映分子生物学抽象的概念和实验过程，从而突破分子生物学实验的教学难点，提高实验教学效果。课后问卷调查结果显示，89.65%的同学对上述模式接受度高，4.35%的同学态度不明确，其余同学均表示有一定的帮助。

4.2 “RBL+TBL”教学模式贯穿科学研究实验教学，激发学生主动参与意识

与传统教学的先学习理论知识再解决固定实验问题的模式所不同，科研问题驱动教学法以学生为主体，以专业领域内的实际科研问题为核心规划实验内容，让学生围绕实际科研问题寻求解决方案。我们将该学习模式应用于分子生物学实验教学，提高学生在教学过程中的参与意识和主动性，更好地激发学生自主学习的热情和求知欲。

教学内容的拓展及知识全面性的增加，激发了学生的兴趣和创造力。近年，学校组织了学科知识竞赛和生物建模大赛等。2021年共提交了200多件作品，参赛作品数量较往年增加三成以上。其中授课班级学生从去年的0人参加，到今年40人组队参加。科学与艺术的结合，不仅是课堂内容的延伸，也调动了学生艺术创造力，加深了对相关知識点的记忆。在教学过程中发现，“RBL+TBL”分子生物学实验教学模式可以和各类学科比赛结合，相得益彰。经过探索，2021年度，授课班级的6个实验小组踊跃报名，经过探讨和整合，最终形成了2个参赛项目，共计10人参加全国大学生生命科学大赛（CULSC）的科学探究类赛道。实验课与比赛相结合，丰富学习生活，使学生树立创新探索的科研精神。将以问题为导向的“RBL+TBL”模式应用于实验教学，能培养学员缜密的逻辑思维能力、敏锐的观察能力、良好的语言表达能力和解决实际问题的能力。

5 结语

传统的分子生物学实验教学主要采取授课模式（Lecture-based Learning，LBL）开展，缺乏分析、思考的环节。对于学生来说，“RBL+TBL”教学模式下的实验不再是单一操作训练，学生深度参与实验开展的各个环节，既满足了实验课对学生动手能力的锻炼，又增强了实验课程的科研训练，且更容易激发学生的兴趣。同时，教育目标，从认知领域的低阶（知晓和领会知识点），上升到高阶（分析、综合应用和评价），更符合新时代培养学生的需要。通过近年来分子生物学实验课程的教学改革实践，学生普遍反映对学习能力、创新能力有较大提升，为农学类专业研究型教学模式改革提供了新途径。

与传统的教学模式相比“RBL+TBL”模式，主要有如下优点：（1）通过研读文献、选择实验项目，可以培养学生的科研思维和解决实际问题的能力；（2）在实验方案互评过程中，进一步锻炼学生应用、分析的综合能力，锻炼学生缜密的科研思维；（3）在实验方案的实施过程中，帮助学生熟悉科研实验的基本过程，锻炼实验操作和数据处理能力，形成一定的科学素养[13]；（4）授课过程包括了课堂讲授、自主学习、线上学习和分组式的合作学习，既锻炼了独立思考的能力，也促进了学生的合作交流，为交流思想提供了平台[14

“RBL+TBL”教学模式在实施中也存在一些问题，由于实验时间灵活，教师很难做到时时监督，需要投入更多的师资力量来保障实验课的开展。为了适应“RBL+TBL”教学模式，需要建立合适的评价模式，将线上、线下两方面的评价分开，细化评价体系，量化实验参与度，更加合理公平地对学生的学习行为和成果进行评价。该教学模式还需要在今后的实践中积累更多经验，不断打磨以形成更加科学、有效的教学模式，进一步在分子生物学实验教学过程中推广应用，培养符合社会需要的大学生。

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收稿日期：2023-01-19

基金项目：甘肃农业大学课程思政项目（2021-054）；甘肃省教育厅高校青年博士基金（2021QB-031）