RBL教学模式在分子生物学课程中的应用探索

郑梅竹,潘奕辰,鲁婷婷,陆 瑶,张 薇,范亚军

(1.长春师范大学中心实验室,吉林 长春 130032;2.吉林大学生命科学学院,吉林 长春130012;3.长春师范大学生命科学学院,吉林 长春 130032;4.长春市第六中学,吉林 长春 130031)

分子生物学是一门在分子层面上对生物大分子的结构和功能进行研究的综合性基础学科,与生物化学、病理学、生理学等学科有着千丝万缕的联系,它可以揭示出生命现象的本质。分子生物学本身的学科特性和应用领域的复杂性使其成为一门前沿科学领域,它让人类对生命的理解从宏观领域延伸到了微观层面,为人类利用并改造生物提供了有力的工具。作为一门基础课程,分子生物学拥有庞杂的知识体系,对提高本科生的培养质量和科研能力具有十分关键的作用。

研究型(Research-Based Learning, RBL)教学模式是一种在“发现式学习模式”和“认知发展学说”的基础上发展起来的,在学科中开展研究的教学模式[1]。教学过程是教与学互动的过程,RBL教学模式是指在传授传统教学知识的基础上,教师运用多种教学手段观察学生的行为表现,及时调控学生的不良行为,鼓励学生思考、探究,帮助学生解决学习中遇到的问题,旨在培养学生创新精神的一种模式。这种模式以学生为主体,以教师为引导者,支持学生个性的发展。在教学、科研相结合的氛围中,师生融洽地相互交流,达到激发学生创新欲望的目的[2]。RBL教学模式实现了教学与科研的统一、人才培养与学科建设的统一[3-4]。大量的资料证明,参与科学研究工作,接触科技前沿,对学生形成积极的科学态度有着极大的影响[5-6]。

1 分子生物学课程教学现状及存在的问题

分子生物学有着鲜明的学科特色,具有较强的理论性、实践性,内容冗长繁杂,知识点多,学生理解、掌握实验操作难度大[7]。如何让学生知悉分子生物学理论及技术相关的前沿知识,进而培养出创新型人才,是当今推进分子生物学教学面临的首要问题[8]。当今传统分子生物学课程的教学内容和教学模式存在的问题主要体现在以下三方面。

1.1 缺乏对学生科学观与创造力的培养

在传统的教学中,大部分学生课堂参与度不高,习惯被动接受知识。多数学生思考问题的思路过于狭窄,角度过于单一,综合分析能力及创新思维不足。例如蛋白质翻译过程是一个非常复杂的过程,学生在学习该部分知识时往往都是死记硬背。这种学习方式显然无法提高学生的学习效果,不利于学生对该部分知识的掌握。

1.2 课堂教学缺少新时代特色

传统教学无法呈现不同学科和技术的交叉与融合,大部分学生存在生物分子技术等专业知识基础不扎实、缺乏理论联系实践的能力等问题。例如“基因表达调控”这一知识点晦涩难懂,部分学生在学习过程中对基因表达调控的相关知识掌握不到位,导致实验课程难以达到预期效果。

1.3 新知识体系难以及时传授给学生

随着科技的进步,近年分子生物学得到突飞猛进的发展,许多新成果、新理论应运而生。但由于种种原因,普通院校中使用的分子生物学教材的主要内容变化幅度较小。若仅靠传统教学,难以及时将新知识体系传授给学生。如果教师忽略了这些问题,仍然按照传统教学模式粗略讲解,就可能导致学生对新、旧知识体系的理解产生冲突。既要保证学科内容和知识体系的稳定,又要适时地反映学科发展的动态,对教师教学而言是一个非常大的挑战。

2 RBL教学模式在分子生物学课程教学中的应用对策

基于上述情况,依托长春师范大学“吉林省长白山天然药物化学与生物学重点实验室”,以教师负责的科研项目为引导,在分子生物学理论教学及分子生物学实验教学中应用“边研边学,研学结合,以研促学”的研究型教学模式,通过教学内容及授课方式的转变,提高学生自主学习能力及整体的学科素养。

2.1 优化和整合理论教学内容,提升教学内容的新颖性

随着科学技术的发展,分子生物学研究中的新方法、新技术层出不穷。作为揭示生命活动根本机制的基础课程,分子生物学应以动态的知识体系为主要内容,以隐藏在生物活动现象背后的分子机理过程的解析为重点[9]。根据长春师范大学《分子生物学课程教学大纲》的要求,对课程内容进行了优化和改进,剔除过时的教学内容,整合重复的知识点,充实前沿的理论。在授课过程中,结合教材适时地对分子生物学最新的研究成果及科学前沿知识进行讲解,并将分子生物学新技术在日常生活中的应用进行介绍[10]。如近些年脑卒中的发病率显著上升,在授课过程中可以此为切入点,讲解分子生物学在脑梗检测、治疗以及在其他疾病预防、诊断中发挥的作用,引导学生思考分子生物学的重要性,激发学生的学习能动性。

2.2 运用多种现代化教学措施,构建以教材为主、网络教学平台为辅的教学资源

作为多学科交叉的产物,分子生物学涉及的范围极为广泛。在分子生物学教学中,面对教学内容信息量大、课时少的问题,如何提高学生的学习效率是一个十分重要的课题。在理论教学中综合采用讲授和自学两种教学方法。在课堂教学中,使用多媒体等现代化教学手段,整合教学资源,将教材重难点以动画的形式呈现出来,形成生动、直观、系统和完善的分子生物学多媒体教学课件,增加学生对知识的掌握程度,极大地提高了学生的学习兴趣[11]。充分利用互联网教学平台创造宽松、和谐的教学氛围,使学生的创造性思维、学习的主动性得到充分发挥。

及时将分子生物学理论和技术的前沿资料上传至教学平台,依据教材定期开展探究和讨论性专题活动,学生通过上网查阅资料了解最新的分子生物学知识,求知欲、创新欲望得到极大程度的增强。如在每年的诺贝尔生理学或医学奖揭晓之际,让学生查阅近5年的获奖者,选择获奖者所研究的课题,整理资料,并结合最新进展,在课堂上相互交流。

2.3 强化课内实践性教学,培养学生的科学与创造性思维

对课内实验内容进行优化和重组,贯彻“三型实验原则”(将实验分为基础型实验、综合型实验、研究型实验三大类)。适当削减验证型实验,适度增添综合型实验,积极开展创新性研究型实验[12]。

基础型实验部分,在学生能规范操作基本的实验及常规实验技术(如琼脂糖凝胶电泳、聚合酶链式反应、DNA的提取等)基础上,减少传统的验证型实验项目及学时数。在进行基础型实验过程中,学生应做到“3个独立”(独立进行操作、独立分析实验现象、独立撰写报告)、“2个必须”(必须预习实验内容、必须认真听老师讲解)、“1个严格”(严格遵守实验操作安全准则),以达到培养学生的实验操作技能、提高学生解决问题能力的目的。

综合型实验部分,根据实验室现有资源,加强设计型实验项目的训练。如组织学生针对课内教学中遇到的问题分小组进行实验项目设计,教师评估项目的可行性并给予适当的指导。这一过程为学生提供机会,可以提高他们的信心、自我效能、技能和科学探究能力[10]。

研究型实验部分,引导学生查阅相关资料,探究教材上的实验并进行改进创新。在学生设计新的完整实验过程中,培养学生的创新能力,激发学生的创造力,促进学生综合素质的提高。

2.4 开展课外创新性研究型实验

由于本科生的课题经费有限,可以以硕士生课题研究和本科生课题组活动为平台,合理并充分利用导师研究经费、硕士生研究经费和本科生课题组经费,整合现有实践教学资源。教师讲授分子生物学基础知识的同时,让本科生融入硕士生课题研究中,直接参与分子生物学项目实验,使本科生对分子生物学领域的研究内容有切身的体会与认识,将抽象内容直观化。本科生以3～5人为一组,自发组成多个研究小组,根据教师申报的科研项目,查阅相关资料后撰写创新创业项目申请书,教师根据申请书的质量选择几个研究组进行科学项目的实验研究。此过程可以激发学生对新知识的兴趣,帮助学生找准自己的定位,从而进一步培养学生的科技创新能力。

3 RBL在分子生物学教学中应用的效果

3.1 实验分组

在2019级和2020级生物技术专业随机抽取2个班的学生各90人(在年龄、性别、专业背景、学习环境等方面无统计学差异),分别设立为实验组(RBL教学组)和对照组(传统教学组)。传统教学组实施基于讲授的教学方法(Lecture-Based Learning,LBL)和以问题为导向的教学方法(Problem-Based Learning,PBL),RBL教学组实施“LBL+PBL+RBL”教学法。

3.2 教学效果评价

选择课程考核方法(课堂表现、平时作业和期末考试相结合),分析成绩,评价RBL教学模式在分子生物学课程教学中的效果。采用 SPSS 21.0 统计软件对数据进行分析整理,采用双样本t检验进行组间比较,P<0.05 表示差异显著。

3.3 学生实践能力评价

通过问卷调查和访谈,评价RBL教学模式下学生的查阅文献能力、科研思维和创新能力、分析解决问题能力、实践动手能力、团队协作和综合素质等方面的改变。

3.4 实验结果

RBL教学模式在分子生物学教学中应用后,学生的学习成绩(表1)和动手操作能力、查阅文献能力、科研思维能力、团队协作能力、分析解决问题的能力、科研意识、创新能力等方面(图1)都有显著提高。结果表明RBL教学模式的采用拓宽了学生的视野,提高了学生的创新能力以及科学素养,调动了学生的学习积极性,挖掘出一批致力于从事科研工作的学生,为培养高素质创新应用型人才奠定了坚实的基础。

表1 学生考核成绩

图1 分子生物学教学中应用RBL教学模式对学生学习效果的调查表

经过RBL教学模式培养的学生申报全国大学生生命科学创新创业大赛、吉林省生命科学竞赛和吉林省大学生创新创业训练计划项目的成功率显著提高,2019级生物科学和2020生物技术专业学生获得全国大学生生命科学创新创业大赛三等奖2项,吉林省大学生生命科学竞赛二等奖2项和三等奖1项,获批吉林省大学生创新创业训练计划项目2项。导师在指导大学生科研项目的同时,既提高了自己的教学水平和教学质量,又顺利完成了所申请的科研项目。

4 结论

RBL教学模式能提高学生的学习能动性,激发学生对分子生物学及创新创业项目的兴趣;增加学生的知识储备量,提高学生的创新实践能力。教师不断更新并完善教学内容,将教学与科研相结合,以研促学,在完成教研任务的同时,促进了人才的培养,进而使分子生物学课程教学质量进一步提高。应用实践结果表明,RBL教学模式在分子生物学教学实践中是行之有效的,具有较强的应用价值。