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分子生物学是一门在分子水平研究核酸和蛋白质等生物大分子的形态、结构、遗传信息传递规律及基因表达调控的科学。它是21世纪生命科学领域发展最迅速的学科之一,极大地推动着整个生命科学的发展[1]。目前,分子生物学是我国高等院校生物、医学类学生的专业必修课,也是化学、物理、材料等专业的选修课。
然而,从中国西部高校—塔里木大学生物类专业学生的分子生物学成绩,以及每年报考研究生的考试科目选择看,学生对分子生物学的学习效果和质量并不好。该校生物类专业学生每年分子生物学平均成绩均在70分左右,在他们报考研究生时,无论是否选择分子生物学相关专业,常常避开分子生物学考试科目。这对学生今后无论是在生物领域进一步深造,或在工作岗位应用分子生物学知识解决实际问题,都带来了极大的问题和困难。
因此,为了解导致塔里木大学本科生物类专业学生学习分子生物学效果差的原因,也为今后教师更好地开展分子生物学教学工作和提高教学质量,本论文采用调查问卷的形式,对学生分子生物学的学习动机、学习兴趣、学习主动性、学习方式以及教学内容和方式等问题进行调查,在分析调查结果的基础上,为更好地进行分子生物学课程的教育教学改革提供有益思路和借鉴。
塔里木大学是一所偏重农业的综合性大学,分子生物学是该校生物技术和应用生物科学本科专业学生的必修课程,在第三学年第一学期开设,总学时为60学时,教学周期为16周,每周上4节课。此前学生已经学习了分子生物学的先导课程—生物化学、细胞生物学和遗传学,对核酸和蛋白质的结构具备一定的知识基础。本次问卷调查采用不记名方式,对象为塔里木大学生命科学学院生物技术专业(简称生技)和应用生物科学专业(简称生科)2014届本科生,共4个班级97人。其中生技2个班,共51人,男生占64.7%,女生占35.3%,新疆生源占60%,疆外生源占40%;生科2个班,共46人,男生占52.2%,女生占47.8%,新疆生源占70%,疆外生源占30%。
一、学习动机
学习动机作为一种非智力因素,是引发和维持个体学习活动,并将学习活动引向一定学习目标的动力机制,通过学习兴趣和态度等间接地影响学习效果和学业成就[2]。调查发现,在对分子生物学重要性的认识方面,分别有97.1%和95.6%生技和生科的学生认为该课程对本专业重要或非常重要,分别只有2.9%和4.4%认为不重要。可以看出,这两个专业的绝大多数学生在学完分子生物学的先导课程后,对开设分子生物学的重要性有足够认识,说明他们具备学好分子生物学的潜质和基础,这为他们提供潜在的学习动力,只是由于其他因素这种动力尚未被激发出来。此外,个别学生对分子生物学的重要性认识尚有不足,这必然会导致他们学习动力的缺乏。因此,需要教师在开始讲授分子生物学绪论时,通过课程介绍以及列举实例等形式,详细讲述这门学科对整个生命科学的发展、生命奥秘的揭示、前沿技术的研发以及现代社会的影响,提高学生对分子生物学重要性的认识。由此看来,绝大多数生技和生科专业的学生虽然肯定了分子生物学课程的重要性,但总体成绩仍然较差,或不愿选择其作为自己喜好学科,说明对分子生物学重要性的认识并不是导致学生学习效果差的主要原因。
二、学习兴趣
兴趣是最好的导师,是一种积极探究的倾向,也是创新能力的源泉[3]。学生对某一学科感兴趣,就会持之以恒地专心致志钻研它,也会提高学习效果。调查显示,生技和生科对分子生物学感兴趣的学生分别占44.1%和42.3%,而超过一半的学生则没兴趣或不喜欢。进一步探究其不感兴趣的原因,两个专业分别有21.7%和22.1%的学生认为内容枯燥,28.3%和25.2%认为记忆内容多,21.7%和23.3%不知道如何学习,还有28.3%和29.4%觉得自己基础差,学不会。由此看出,没有兴趣是塔里木大学生技和生科专业学生对分子生物学学习效果差的主要原因,而该课程本身的内容枯燥、理论抽象、庞杂、不易记忆等特点是导致学生丧失学习兴趣的一个主要因素。兴趣是学习过程中最积极的因素,也是学生走向成才之路的最有效方法。然而分子生物学除上述特点外,随着现代科技的飞速发展,其新理论和新技术还在层出不穷,容易使学生产生畏惧心理,难以接受和掌握微观和抽象知识。另外,这门课程不但自身逻辑性很强,而且与其先导课程的连贯性也很强。若其先导课程没有学好,直接影响后续课程知识的理解和掌握。例如,如果对生物化学中DNA和蛋白质结构没有理解的话,学生就很难掌握分子生物学中生物体如何通过DNA-蛋白质互作方式调控基因的表达,并由此产生恶性循环,久而久之最终导致学生对该课程丧失学习兴趣,甚至达到放任自流的程度。因此,想要学生学好分子生物学,就要充分激发学生的学习兴趣,建立其自信心是关键,这也是提高分子生物学教学质量的有效途径。教师可在讲好绪论、采用恰当的教学方法和注重理论与实践等方面,在今后的教学中充分调动学生学习分子生物学的兴趣和积极性。
三、学习主动性
学习主动性是影响学生学习效果和教师教学质量的另一关键因素[4]。本次调查学生的学习主动性包括学习习惯和作业处理两个方面。在学习习惯调查中,生技有22.8%的学生能主动自学(其中17.1%为看书学习,5.7%为上网学习),40%是自学结合教师授课,37.1%只听教师授课;生科有19.9%能主动自学(其中15.7%为看书学习,4.2%为上网学习),37.3%为自学结合教师授课,42.8%只听教师授课。
调查结果说明这两个专业学生的学习习惯均较差,大部分学生的主动学习意识不强,仍然依赖中学阶段教师授课为主的学习习惯,其中生科的学生主动学习意识更差。在对待不会做的作业时,生技有27.8%的学生通过自己看书解决,52.8%是向其他同学请教和讨论,13.9%则是抄袭他人的作业,5.6%是请教老师;生科专业学生的上述比例依次为25.2%、48.1%、23.4%和3.3%。显然,当遇到不会的作业时,两个专业的大多数学生主要是与同学讨论甚至抄袭作业方式解决,只有少数是通过自己看书或请教老师方式解决,说明大多数学生对待作业抱着消极和应付的态度,没有很好地利用作业对知识进行及时复习和巩固,日积月累,不会的问题越积越多,最终导致学生对该课程丧失信心、兴趣和学好的勇气,这是导致学生学习成绩差的一个重要因素。
一般来讲,如果学生对所学内容感兴趣,就会兴致勃勃地学习,当遇到困难时表现出顽强的钻研精神。否则,只是表面地、形式地去应付所学知识,一旦遇到困难则往往会丧失信心,不能坚持学习。因此,要使学生由被动学习变为主动学习,就必须激发和培养学生的学习兴趣,改变学习习惯,这是学好分子生物学和提高学习成绩的可靠保障。
四、学习方式
学习方式是学生在学习过程中为完成学习任务,达到学习目标采取的方法、策略和途径的总称,直接影响着学生的学习效果和成绩[5]。本次调查学生的学习方式包括课堂笔记、课前预习和课后复习三个方面。在课堂笔记调查中,生技和生科分别有73.5%和70.2%的学生能主动记下教师授课要点,11.8%和12.7%是记下教师授课的部分内容,14.7%和17.1%是教师让记就记或从不记笔记。说明两个专业的大部分学生在课堂中均能做好笔记,其中生技学生记笔记的主动性高于生科专业学生。在对课前预习和课后复习的调查中,生技和生科分别有7.4%和6.1%的学生能进行课前预习和课后复习,60.3%和57.2%偶尔会进行预习和复习,26.5和31.8%%则从不预习和复习,5.9%和4.9%在教师要求时会进行预习和复习。表明两个专业仅有少数学生能够积极进行课前预习和课后复习,而绝大多数学生则缺乏这种学习方式。
然而进一步调查显示,两个专业都又有超过53%的学生认为“课前预习—课堂学习—课后复习”的学习方式更有利于对知识的掌握,学生在课前进行预习,带着问题课堂听教师讲解,逐渐使问题得到解决,再通过课后复习来巩固学习成果。但这与学生实际在分子生物学学习中的做法自相矛盾,原因可能由于学生对本课程不感兴趣,不愿意或不主动以这种方式学习。因此,培养和增强学生对本课程的学习兴趣或许是提高学习成绩和学习效果的根本途径。
五、教学内容
分子生物学是一门实践性很强的学科,除理论教学外,实验课程也占有重要的地位。在教学内容调查中,生技和生科都有超过68%的学生认为分子生物学的理论课和实验课应紧密结合,希望通过实际动手操作来验证和巩固理论知识。而塔里木大学分子生物学的理论课和实验课被安排在不同学期进行,学生在学习理论知识后,不能及时通过实验课的实践环节进行验证和巩固,只能靠死记硬背来记忆枯燥的概念和原理,学习效果自然不好。
因此,在制定教学大纲时,应尽可能安排分子生物学的理论课和实验课同步进行,或使学生进入实验室进行科研锻炼,这样不仅使其从枯燥的理论学习中解脱出来,在实验中的新发现和创新大大提高他们对本课程的学习兴趣,而且学生在获得一定技能后也能增强其将来走上社会的自信心,这种措施不失为提高学生对分子生物学学习兴趣和学习效果的最简单途径。另外,目前国内大多数高校所使用的分子生物学教材内容与其先导课程重复性较大,如DNA复制、RNA转录和蛋白质翻译等,这些重复内容占用了分子生物学很多教学课时,导致其最精华和最核心的内容(如基因表达调控等)课时较少。因此,在教学大纲修订时,还应对课程体系进行优化[6],强调重复内容在分子生物学和其先导课程各自的教学重点,这样既可有效避免课程间内容的重复,又可使课程体系间建立有机衔接,从而有效地突出了分子生物学的教学重点。
六、教学方式
合理的教学方式有利于促进学生的良好发展,是提高课堂实效性的关键,在学生获得知识、提高能力、获取学习方法的过程中,教师采用的教学方式直接影响着学生的学习兴趣和效果[7]。调查发现,生技和生科分别有67.6%和72.5%的学生希望每章讲完后教师能帮其进行归纳和总结,便于他们理解和记忆。表明学生对教师的依赖很强,对所学知识梳理和总结的主动性和积极性不高。为此,教师在今后教学过程中应注重引导学生自己及时对知识进行归纳和总结,必要时应教会他们归纳和总结的方法,如思维导图法[8],这样一方面使学生对所学知识加深记忆和巩固,另一方面他们养成良好的学习习惯,成为走上社会的一项潜在本领。另外,生技和生科分别有47%和41.6%的学生希望教师上课时引入课堂讨论。
课堂讨论是一种很好的教学组织形式,学生可以在轻松的氛围中达到对知识的理解和掌握[9]。对此,教师在今后的教学中可采用恰当的讨论方式,如“三明治”教学模式[10],这样一方面可以激发学生的学习兴趣,提高学习效果,另一方面使学生在讨论中不但可以锻炼自己的口才,发挥个人魅力,而且学会尊重别人意见,接受别人批评,培养他们的团队合作精神。调查还发现,生技和生科分别有50.1%和69.3%的学生希望能结合生产生活,多举实例。说明多数学生希望通过实际生活的例子形象地理解和掌握抽象的分子生物学知识,特别是生科专业的学生,由于这部分学生大多来自于新疆本地,更希望通过联系当地生产生活的实际,以便将来应用分子生物学知识和技术为本地发展服务。
总之,上述调查问卷说明,处于我国西部边陲的塔里木大学的分子生物学教学目前仍然面临着许多问题,如学生的学习兴趣不高、主动性积和极性较低、学习方式不当等。造成这些问题的原因一方面是分子生物学本身知识枯燥难懂,学生难以理解和掌握,另一方面也可能与生源有关,生技和生科两个专业的学生大部分来自于新疆本地,中学阶段的整体教育水平低于疆外地区,造成学生的知识基础较差,这对需要具备雄厚知识基础的分子生物学来说更为困难。如何教好分子生物学,如何提高学生对本课程的学习兴趣和学习效果,是摆在所有分子生物学课程教师面前的一个共同问题[11]。
针对这种现状,必需进行分子生物学教学改革,教师在实际教学工作中,针对学生的特点和兴趣,结合当地生产生活实际,运用恰当的教学方式,引导学生及时总结和整理知识,同步配以相应的实验课,相信这样不仅能极大提高学生对分子生物学的学习热情和兴趣,而且也能使学生把该课程真正运用到以后的科研、生产和生活实际,为国家和新疆地方发展培养更多、更高素质的高级应用型人才。
关键词:医学分子生物学 实验教学 教学改革 综合性实验
中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)02(a)-0037-03
21世纪以来,随着人类基因组计划的完成,医学分子生物学作为分子生物学的重要分支得以迅猛发展,其理论与技术早已广泛渗透到生命科学的各领域,同时也成为横跨基础医学与临床医学的桥梁课程。我校于2003年为医学本科生开设了医学分子生物学理论课的教学,实验课的教学由于经费、场地、仪器等因素的限制,仅针对检验专业学生开设,其教学任务由医学基础研究中心医学分子生物学实验室承担。通过多年的教学实践和摸索,我们在现有的条件和办学特色定位下及实验教学基础上,针对检验专业本科生教育的特点,于2011年起,我们对医学分子生物学实验课教学改革进行了初步探索,以期促进本学科实验教学工作的发展,达到提高教学质量和培养学生综合实践能力的目的。
1 医学分子生物学实验教学的重要性
医学分子生物学主要致力于阐明生物大分子结构、功能、调控机制以及人体各种生理和病理状态的分子机制[1]。这些内容十分抽象而无直观的实体,其中所涉及到的生理、生化过程,学生仅从书面上是无法进行形象化的观察和认知。因此,作为一门实践性和应用性很强的学科,实验教学在医学分子生物学整个教学过程中占有重要地位。通过实验课的学习,不仅能验证课堂上所学到的理论基础,增强学生对知识的理解和掌控能力,而且能够激发学生的学习兴趣,培养学生发现问题、分析问题和解决问题的实际能力。
2 对医科生全面推行医学分子生物学实验课教学的改革势在必行
医学分子生物学是生命科学发展中最重要的前沿学科之一,其发展依赖于反复的实验验证,故具有实验性强的特点,分子生物学实验技术正深刻地影响着医学的各个分支领域。因此,对省属医学院校各专业的本科生来说,掌握分子生物学技术的基础理论和基本的实验方法非常重要。提高学生的动手能力、培养应用型人才,对广大医科本科学生、研究生和青年教师而言显得越来越重要。培养应用型人才成为目前教育教学改革的趋势[2]。因此,实验课的教学内容应该更加结合临床实际,除了基本的分子生物学技术,注重增加医学应用和前沿的内容。
特别是从2012年起,国家对大学本科教育经费的投入大幅度增加,体现了国家对高等教育的高度重视。大幅度提高对教育的投入,对于医学生来说,主要体现在对教学成本高的实验课教学的重视和投入,理论课教学的成本毕竟相对较低。因此,对医学院校本科生进行医学分子生物学实验课教学改革,加强分子医学教学,全面推行医学分子生物学实验课教学改革的时机成熟、势在必行。
3 我校医学分子生物学实验教学中存在的问题
泸州医学院是培养医学本科生最大的省属地方医学院校之一。学校现有17个二级院系,在校全日制本专科学生、研究生、留学生15000余人(http:///html/xygk/xyjj/)。医学基础研究中心成立于1999年,通过十多年的发展,目前拥有多名高学历、高职称的专职教师、实验技术人员及先进的实验仪器和设备,建立了“医学分子生物学”省高校重点实验室,“肿瘤表观遗传学”省高校重点实验室和“表观遗传与肿瘤”省医学重点实验室,形成了分子生物学、细胞生物学、肿瘤生物学、实验动物模型、形态学等研究平台,可开展蛋白质组学、基因组学与个体化医药、表观遗传学等方面多学科交叉的科学研究工作,是我校一个重要的开放性实验中心,为医学分子生物学实验教学提供了强大的师资队伍力量和科研技术支持,但在实验教学过程中仍存在诸多问题。
首先,实验教学课时不足。众所周知,医学院校学生由于专业的特殊性所学课程繁多,各门课程的课时非常有限,就我校检验专业本科生而言,医学分子生物学理论教学36学时,实验教学18学时,理论与实验的比例为2∶1。由于课时安排不充分,许多实验项目无法开展,导致学生与许多医学分子生物学的经典实验失之交臂。而教师为了完成教学任务,被迫加快教学进度,甚至为了节约时间,提前准备好实验所用试剂,学生没有亲自动手的机会,无法真正达到实验教学的效果。
其次,实验教学经费紧张。医学分子生物学实验项目多,所涉及的知识面广泛,许多仪器和试剂都十分昂贵,需要大量的资金投入[3]。本中心作为全院重要的科研平台和人才培养基地,拥有许多先进的仪器和设备,如基因扩增仪、各种电泳系统、各种离心机、凝胶成像系统、流式细胞仪等,但数量有限仅用于日常科研工作的开展,无法完全满足实验教学的需求,使得学生只能减少分组,不仅动手机会减少,而且实验内容选择也受到限制。
最后,传统的教学模式影响了教学质量。长期以来,医学分子生物学实验教学模式都遵循着一个基本流程进行:教师简单讲解实验目的和原理,学生按照实验操作步骤进行实验,学生观察结果写实验报告。并且在实验过程中,教师会提前将实验结果告知学生,学生只需要验证结果是否相符,完全没有独立思考的时间和空间,成了被动的接受者,时间一长,学生失去了学习的热情,严重影响了教学质量。
4 检验医学专业的医学分子生物学实验教学改革探索
实验教学的设计思想是通过有限数目的实验,加上实验原理与方法导论的讲授,使学生从实验技能和实验理论上能全面掌握医学分子生物学的整体实验体系、基本技术和方法。通过实验教学改革,特别是设计性、探索性和综合性实验的开展,一方面加深了对理论知识的理解和掌握;另一方面培养了学生的动手能力,独立分析问题和解决问题的能力,以及创造性思维的能力,从而为今后从事富于创造性的实际工作奠定良好的基础[4~5]。
(1)实验教材改革。
尽管实验教学学时有限,开展的实验项目较少,但为了让学生能全面了解医学分子生物学这门学科所涉及的各方面知识,本中心组织了一批有经验的教师和实验技术人员共同编写了可供医学本科生和研究生使用的《精编医学分子生物学实验指导》[2],全书共分五章四十余个具体的实验操作。按照实验目的、原理、仪器材料、步骤及注意事项等结构介绍每一项实验技术。其内容大致分为五部分,包括基本分子生物学实验技术、基因操作技术、基因诊断技术、表观遗传学和蛋白质分析技术、细胞培养与分析技术。该教材不仅保留了一些经典的实验内容,如质粒DNA的提取,大肠杆菌感受态细胞的制备等外,新增了关于临床基因诊断以及形态学与功能学的实验内容。在具体实验教学过程中,我们可以根据不同专业,不同层次灵活教学。该实验指导既有原理又有实验结果,图文并茂、简洁精炼。同时附有医学分子生物学实验课程简介和医学分子生物学教学大纲。这样,我们保证了实验课教学内容的知识性、系统性和权威性。
(2)教学内容改革。
由于教学学时和实验条件的限制,原有的教学内容仅开展了三个实验项目,分别为动物外周血全血DNA的提取实验、琼脂糖凝胶电泳实验和血清蛋白SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳实验。这些实验虽然是医学分子生物学基础及经典的实验技术,重要性很强,但是它们之间相对独立,关联度不够,缺乏实验的连贯性和综合性,且与临床联系不大,学生兴趣缺乏。为了节约教学成本,实验准备均由教师提前完成,学生只需提取样品,最后电泳上样,观察实验结果,完成实验报告。因此,学生根本没有充分的时间对整个实验进行思考和探索,可能实验做完,他们完全没有理解这些实验的目的和意义,只是照搬照抄,应敷了事,完全违背了设置实验课的初衷,没有达到锻炼学生独立思考,独立操作的目的。
针对这些问题,为了培养学生的学习兴趣,提高学生的动手能力和创新性思维,根据医学检验专业的特点,我们创新性地重新设计了一个综合性实验――DNA指纹分析[2,6~8](见图1),包括人外周血DNA的提取、分光光度法(Nanodrop法)测定DNA的浓度和纯度、以所提取的DNA为模板进行PCR扩增D1S80短串联重复序列、琼脂糖凝胶及聚苯稀酰胺凝胶电泳、DNA染色(EB染色和银染)、凝胶成像系统下观察结果和照相,最后进行分析[2]。
同时将学生分为4人一组,每4个组为一个班,每个班由两位教师负责。学生之间相互抽取血样进行DNA的提取,所有实验步骤均由学生独立操作完成,教师只是从旁协助和指导,尽量争取每位学生都有动手的机会。这样改革的优点在于,我们将研究对象由模式动物转化为人类自己,从核酸技术以及基因工程技术两条主线展开,并且选用了基因诊断中的一个重要内容―DNA指纹分析这个能引发学生兴趣的内容,使得整个实验过程更加贴近临床实践,更能促进学生的积极性和参与度。而且实验具有连续性和系统性,使学生对实验内容有了更深刻的认识,提高了学生的动手能力,巩固了课堂教学所学的理论知识。
(3)教学方式改革。
我们摒弃了传统的教学方式,不再是单一的教师讲,学生听的模式,而是结合PBL法、充分利用现代教学手段,巧妙运用计算机多媒体作为实验教学的辅助工具,合理利用多媒体系统的音频和视频信息,在实验课里将一些未开展的实验项目自然生动的展现在学生面前,方便了学生学习,提高了学生的学习兴趣,为学生今后的毕业实习及工作奠定良好的基础。同时教师带习学生数量相对减少,有更多时间与学生进行面对面交流和沟通,启发学生发现问题、分析和解决问题,使学生由被动的接受者转变为主动参与者,培养学生的科研思维和创新能力。
(4)教学效果反馈。
为了了解实验教学改革的效果,我们对参与实验的同学进行了问卷调查(见表1)。调查表的内容主要涉及实验开设是否具有创新性,是否能提高学生的学习兴趣和动手能力,对学生今后的工作是否有帮助等等。调查结果显示,实验教学改革后,学生对医学分子生物学这门课程有了更深的认识和理解,而且学习积极性明显增加,对知识掌握更加具有完整性和系统性,达到了培养学生科研素质和创新思维、提高动手能力的目的。
5 结语
总之,经过医学分子生物学实验教学的改革,其实验内容将理论基础与临床实践完整地结合在一起,学生普遍反映教学效果良好,学习积极性明显提高,实验操作能力显著增强。通过医学分子生物学实验教学激发了学生的潜在能力,培养了学生的创新思维,为学生今后从事科学研究和临床工作打下了坚实的基础。适应社会发展需要,由培养单一临床技能型人才向培养具有临床科研和动手能力强的复合型人才转变。但本次改革仍有不足之处,学生普遍反映实验教学学时不够,以及实验教学经费不足,导致实验项目相对较少。
参考文献
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关键词:分子生物学;实验;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)30-0058-02
分子生物学这门学科具有发展速度快、对生物的生存及自身发展意义远大等特点,是生命科学中最具影响力的学科之一,其研究领域也十分宽泛,包括核酸类、蛋白类等生物体中所有的大分子结构、表达、调控及其功能,将人们对生物体的认知水平由表观提升到分子水平,其发展程度因现代科学的进步而变得越来越活跃。对于生命科学这门学科及相关专业的本科生而言,对分子生物学实验技术的掌握及相关原理的熟练运用是必备的基本功,这也造就了分子生物学实验课不同于其他生命学科实验课的重要地位。
一、分子生物学实验课程的重要性
随着分子生物学在教学过程中的不断推进,越来越多的教学实践者意识到为了能够引起学生们对这门课的足够重视需要把实验部分的教学内容从单纯的理论教学中剔除出来,独立形成一门课程,设置与之相匹配的学分。这种做法不仅能让学生加固对理论知识的掌握,而且能让学生接触到更多的分子生物学实验内容,从而锻炼学生的实践动手能力。相比之下,在原来理论教学囊括实验教学的情况下,由于学分的限制及课时的约束,往往只能开设6个有代表性的演示实验;而实验教学脱离理论教学独立成科之后,则可以2~3个“综合性”实验来牵头,“综合性”实验又下设几个“子”实验组成完善的实验课体系。这就为学生创造了更多的实际操作机会,加深学生对理论知识的理解,提高学生动手能力及分析解决问题的能力,为以后的科研实践及专业课的学习奠定了基础。
二、分子生物学实验课程教学现状
由于各学校的教学硬件设施不同及实验课所具有的特殊性(周期性、成本大)等原因,一些较为重要的科研实验不好与教学实验相结合,实践中的分子生物学实验课存在着一些不足:教学形式过于单调,学生只能被动接收,不能发挥其积极性及主动性;验证性实验居多,实验方式单一,很难培养学生创新性;实验内容设计不够合理,过于单一,不能形成一个完整体系,不利于学生综合素质的提升。此外,分子生物学实验课对实验设备要求较高,实验材料过于昂贵,导致好多很有必要的实验不能顺利开展。这种教学模式将严重阻碍教学质量的提升,改革是大势所趋。
三、分子生物学实验课程教学改革方法
1.完善实验内容,对教材进行更新。分子生物学是一门升级换代较快的学科,其实验内容及实验操作技术也不断在更新完善,急需将陈旧的内容剔除并建立周期性更新的机制。在教学实践过程中有必要删除一些过时的实验技术,引进一些现在常用的实验技术。对于新的实验教材编写原则应是:可以使学生在实验操作中对基础知识加深理解,提高动手能力,分析、解决问题的能力等综合素质,可以让学生了解当前分子生物学的发展趋势及系统地学习分子生物学实验技术原理及方法。
2.实验准备工作要充分。分子生物学实验是一门精致的学科,其对实验条件如环境、仪器及材料等要求非常高,实验仪器的操作不当及实验试剂的略微偏差都可能导致实验结构的失败。对此,在进行实验教学之前,教师的预先实验是必不可少的。准备工作内容有:实验材料的制备(耗材、试剂、生物材料),器皿的洗涤,试剂的配制,仪器的准备及检查。通过预实验,教师可以对实验过程中可能出现的问题提前有所准备,并对实验结果有所掌握。
3.完善实验体系,开设综合性实验。与其他科目的基础实验有所不同,分子生物学实验有周期长、紧密结合性、连贯性等特点,很难在2~3课时内完成。因此,对分子生物学实验的课程设计要周密详尽,建立完整的体系,集中在一个比较大的时间段来完成。结合我们的教学实践,建议把分子实验课安排在周五下午和星期六、日进行,这样2~3天的时间能够给学生足够的时间完成一个较大的综合性实验,便于学生形成一个完整的实验概念和对理论知识体系有一个深入的了解,并加深学生对实验内容的印象,便于学生在短期内形成对分子生物学的实验方法及技能的认知。对于实验内容的编写,我们强调实验的完整性和条理性。如在基因工程部分将DNA重组技术为主线贯穿整个实验。教材在实验授课上的顺序是以基因分离克隆,片段与载体的连接,载体选择、酶切,质粒重组及转化,重组子表达及鉴定等,以基因工程的内容为主线。这样的实验内容编排,不仅能将实验内容更加丰富完整,而且整个实验变得更加有调理,前后衔接紧密,弥补了传统实验安排中的不足,使学生在实践过程中能对理论体系有更深的理解,增强了学生的动手能力及学习兴趣,变被动接收为主动探究,提升了学生的综合素质及创新思维。
4.丰富分子生物学的教学方式。对于传统的分子生物学教学模式,其中针对实验部分的内容、原理、方法一般都是教师通过文字语言对其进行描述,学生很难对其充分地理解和掌握,对于记忆也是死记硬背。若能将现代的多媒体设备广泛地应用到实验教学过程中,可以使较为难理解的知识变得更加具体和形象,便于学生更好地理解和掌握。为了配合实验教学,我们初步建立了分子生物学二维虚拟仿真实验室,以动画的形式对实验的原理和步骤进行展示。对于一些较为抽象和难理解的实验,教师可以借助动画演示来为学生讲解,不仅可以让学生更好地理解实验内容,还能活跃课堂气氛,丰富教学内容,激发学生的学习兴趣,从而使得实验教学效果得到有效的提高。
5.重视和培养学生的动手能力以及创新意识。通过实验课程,可以很好地锻炼学生的科研能力,并树立良好的科研作风。然而,由于学生人数较多,使得实验课程教学效果并不是很理想。为此,我们将学生分为多个小组,进行实验教学,这样可以很好地让学生学习和掌握分子生物学的实验原理和操作技能。
6.重视实验过程,考核采取综合成绩评定。鉴于对以前分子生物实验教学中所出现的问题进行分析和总结,我们将实验教学的效果考核视为工作的重点。具体的考核内容包括:实验态度、基本操作技巧、实验报告、实验综合效果,其成绩分为两个部分:采用百分制,平时成绩占70%,考试成绩占30%。其中,平时成绩的1/3,主要是对学生的上课出勤率和实验课上表现进行考核,如果旷课一次,则对其提出警告;如果次数达到两次以上,取消该生平时成绩;此外,平时成绩剩余的2/3是对学生所做的实验操作和实验报告两部分进行考核,如果在实验操作中出现失误或者没有得到实验结果,该生可向指导教师提出申请,可以跟着下一个班重新做实验,如果没有重做的学生则没有这部分相应的成绩。考试的形式,我们将根据课程特点将其分成操作考试和笔试两个部分,均在所有教学实验都结束之后再进行考试。其中,操作考试为学生在根据实验指导教师提出的题目进行现场的实验操作;笔试为实验指导教师根据上课的实验内容出一些实验原理题。通过采用此种教学考核方式,不仅可以有效地控制实验过程,还能转变学生的实验态度,督促其能够认真仔细地完成每一个实验,从而掌握相关的实验技能。
分子生物学实验的技能是学生必须要掌握的技能之一,为以后从事科研工作奠定实践基础。现如今,无论是社会还是高校,都越来越重视对复合型人才的培养,而我们所提出的这种实践教育理念与当代高校培养各种人才的主题都是十分契合的。笔者还希望能够通过对分子生物学实验课程的教学改革,可以抛砖引玉,给本院校或者其他院校的相关实验课程的教学改革提供一些参考。
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关键词:分子生物学 双语教学 全英型 中英混合型
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)04(b)-0172-02
随着我国改革开放的不断深入,既懂专业又通英语的人才需求越来越大,英语作为目前世界上最通用的语言,在国际政治、经济贸易、文化、学术交流中广泛使用英语。为应对这个时展对教育提出的新要求,为了更好地培养面向现代化、面向世界、面向未来的人才,教育部在《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》(教高[2001]4号)中的第八条专门谈到了在高等学校推进双语教学[1],该文件指出:“本科教育要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学。对高新技术领域的生物技术、信息技术等专业,以及为适应我国加入WTO后需要的金融、法律等专业,更要先行一步,力争在3年内,外语教学课程达到所开课程的5%~10%。”2005年,教育部在《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》(教高[2005]1号)文件中,再次强调继续深入进行双语教学改革[2]。所谓双语教学就是在一些非语言类课程教学中采用两种语言进行教学的教学形式,在我国现阶段的高等教育体系中,双语教学实际上是指用汉语与英语交替进行的教学模式。
分子生物学是从分子水平研究生物大分子(核酸、蛋白质)的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学。这是一门生物学和化学之间跨学科的研究,其研究领域涵盖了遗传学、生物化学和生物物理学等学科。自20世纪50年代以来,分子生物学成为生物学的前沿与生长点,分子生物学及其相关技术被世界各国列为重点发展的高新技术领域[3],因此,从研究内容、课程特点以及在生命科学中的地位来看,分子生物学显然适合开展双语教学。根据笔者参与生物技术专业分子生物学双语教学工作的经验,下面谈谈自己在双语教学中积累的体会和认识。
1 《分子生物学》双语教学的必要性和可行性
1.1 必要性
如上所述,双语教学是我国高等教育国际化,应对经济全球化和科技发展的挑战、培养具有国际竞争力人才的必然要求。在《分子生物学》教学中采用双语教学能够让学生掌握获取最新分子生物学知识的能力,使学生在掌握学科前沿进展的同时,有效地提高他们实际应用英语的能力,便于学生能更有效地进行学术研究和国际交流。
1.2 可行性
《分子生物学》的语言表述和词义相对比较固定,各种语言对它们的理解、诊释比较一致。实践证明,双语教育不仅在加拿大、新西兰、美国等双语国家或多语国家获得了成功,而且在澳大利亚、日本、韩国等单语国家也获得了成功。我国近10来年的实践也有一些成功例子[4]。
1.3 《分子生物学》双语教学的目标
《分子生物学》双语教学目标是双重的,英语语言目标与专业知识目标是辩证统一的,而不是对立的。笔者认为《分子生物学》双语教学的目标,首先是以能力和素质培养为主,让学生掌握分子生物学的基础知识和基本研究方法;其次是培养学生培养学生自学,主动学习和自主解决问题的良好习惯和能力。学习国外先进的理念、思维方式和前沿的最新的科研成果;再次是让学生学习专业知识的英文表述方式,培养他们在本专业领域进行国际学术交流的能力。
2 《分子生物学》双语教学的体会
2.1 教材选择
我们选择了《Instant Notes in Molecular Biology》(第二版)及刘进元等翻译的中文版作为教材,该教材是国外优秀教材畅销榜的上榜教材,其结构新颖、重点明确;图表简练便于记忆;英文语句自然、易懂,是提高专业外语水平的较好读本,这两本教材中英对照便于提高学生的学习效率。此外,我们还选用James D.Watson等编写的《Molecular Biology of the Gene》(第六版)和朱玉贤主编的《现代分子生物学》中文教材作为参考教材。
2.2 教师
在教与学的矛盾中,教是矛盾的主要方面。选拔和培养合格的双语教师,是双语教学可持续发展的核心问题,双语教师必须具备合格教师的基本素质,比如师德高尚、学业精湛对这门课程有充分的理解与掌握等等,此外还要具备较高的外语水平,才能在教学上灵活自如,因此从事双语教学的教师在课前应该认真备课,做好每堂课的教学组织计划,不断提高自身的学术水平,吃透课程所有的知识点。这样才能在课堂上游刃有余。此外,由于双语教学需要花费教师大量精力,部分教师不愿意参与双语教学课程,为使双语教学改革能够顺利进行,各学校应完善相应政策和激励机制,重视选拔和培养合格的双语教师。
2.3 学生
学生的外语水平和接受双语教学的能力直接影响双语教学实施的效果,一个教学过程是教师和学生共同完成的,要使教学有成效,除了教师努力,还离不开学生的积极参与,否则很难保证教学活动的顺利进行。学生能否在双语课堂学到东西,直接影响其参与双语教学的热情。反过来学生参与热情的高低,也必将会影响双语教师的教学积极性。面对不同的教学对象,因材施教才能收到良好的教学效果。由于大学生已经是一个比较有自己思想的群体,不少双语教学模式还提倡要充分发挥学生学习主体的作用,让学生自主学习[5]。
2.4 教学组织
2.4.1 教学模式
卢维奇把双语教学模式分成四个等级:(1)超高级,即全英型,采用英文教材,教学过程全部在英语环境中进行;(2)高级,即中英混合型,以英文讲授为主,辅以中文,使用英文原版教材为主;(3)中级,即半英型,以中文讲授为主,穿插英语教学;(4)初级,即术语引导型,专业术语和章节标题用英文板书,其他内容用中文讲授[6]。有时人们错误地认为授课过程中英文讲授的比例越高越好。比如教学刚开始时学生的听说能力较差,如果教师一开始就用全英文讲授,学生会因听不懂而产生厌学情绪,使教学效果大打折扣。因此,首先我们应该摸清学生的实际英语水平,据此来确定初期中英文讲授的适宜比例,然后随着教学时间推移,视学生的学习情况再逐步加大英文讲授比例。我们在一学期的教学过程中根据学生学习情况和课堂教学内容的难易程度,主要采用了中英混合型及半英型两种教学模式。
2.4.2 重视安排预习与复习
分子生物学因比较抽象被学生认为是较为难学的一门课程,为了提高双语教学的效果,我们会将精心制作的PPT提前转发给学生,每次课后,在安排下一节课的教学内容和学习任务时,要求学生课后复习已学的知识点并预习相应的中文和英文内容,将整理的新内容中会涉及到的专业英语词汇发给学生,上网查询相关资料,充分发挥学生在学习中的主体作用。每次课前都会以提问讨论的形式,检查复习和预习的效果,这样还可了解学生预习时遇到的难点并有针对性的调整教学内容。
2.4.3 课堂活动的组织
在教学过程中,我们根据学习内容,组织学生进行小组讨论、论文阅读讨论,针对知识点的Presentation等课堂活动,小组讨论主要讨论学生学习过程中遇到的难点和教师点出的重要知识点,论文阅读讨论的是阅读论文的收获及教师针对论文提出的一些问题,针对知识点的Presentation是安排学生以3~5人为一个小组,针对教师列出的一些知识点选择感兴趣的内容在课堂上的演讲,让学生自己当老师,发挥学生作为学习主体的能动性,教师从中也可以换位思考,了解学生学习过程中的一些思维方式,改进教学方法。
2.4.4 教学工具的运用
由于实际教学学时的限制和分子生物学内容的繁多,我们应用丰富的网络资源,参考国外多种原版教科书及电子图书,非常系统地制作了全部教学内容的多媒体课件和模拟动画等。制作的多媒体课件信息量大、形象生动,教学内容尽可能包含分子生物学教学大纲所有知识点,并根据自己的科研及查阅最新文献的情况将分子生物学相关的前沿知识融合在其中。这些课件提高了教学效率,提高了课时利用率,解决了内容多而课时少的矛盾。在教学过程中还辅以参观分子生物学实验室和动手实验等多种方式,从而激发学生学习分子生物学的主动性和积极性。
2.5 采用多种方式考核双语教学效果
我们一致认为分子生物学双语教学最重要的目的是教会学生如何主动学习,形成自己的知识体系,因此在学生学习成绩的考核方面,我们采用多元化的考核方式,注重能力培养,考核中平时成绩占10%,小组讨论10%,论文阅读讨论占10%,听学术报告汇报5%,Presentation占15%,期末考试占50%,期末试题命题中英文形式的命题考试占50%~80%,考虑到学生英语表达及写作能力有限没有要求学生只能用英文进行回答,但是对用英文回答的学生适当加分给予鼓励。
3 结语
双语教学是我国高校教学改革的重要内容,是高校应对经济全球化和科技发展的挑战、适应现代社会发展的需要的需要,也是贯彻科教兴国战略和建设创新型国家、培养具有国际竞争力的高素质人才的客观需求。因此,高校、高校教师、大学生应该从战略的高度来认识双语教学改革的重要性。这项教学改革,高校必须有全面长期的规划,建立完善各项政策和激励机制,教师积极参与,探索更好的教学模式和方法,努力成为合格的双语教师,学生克服畏难心理,主动参与到这项对自身有利的教学改革中。
参考文献
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关键词:分子生物学 基因工程 营养学
一、正文
1.引言
分子生物学取得了飞跃性的发展,形成了以基因工程为主要内容的现代分子生物学技术在生物学、医学等研究中得到广泛的应用,就目前来看,我国动物营养学方面的研究工作基本尚处在机体水平。分子水平方面的研究还刚刚起步,尚处于初级阶段。动物机体的生理病理变化,如生长发育、新陈代谢、遗传变异、免疫与疾病等,就本质而言,都是动物基因的表达调控发生了改变的结果,许多生理现象的彻底阐明,最终需要在基因水平上进行解释,所以动物营养学的各方面研究应与分子生物学技术,尤其是基因工程技术相结合,从分子水平上来解释各种营养素对机体的作用机制、动物机体的生理病理变化等问题,这也是动物营养学今后发展的必然趋势之一。
2.分子生物学在动物营养学的应用
2.1 营养与基因的表达调控
营养与动物基因表达调控的研究已成为当今动物营养学研究的一个热点领域;如何通过改变日粮组成成分来调节体内相关基因的表达,从而使动物体处于最佳生长状况已成为现代动物营养学研究的重点;通过营养对动物基因表达的调控途径及其机制的研究,将为人们如何更加有效地对某些特定有益基因的表达提供理论依据。已有大量证据表明,主要的营养物质如糖、脂肪酸、氨基酸以及一些微量元素(如锌)对动物体内许多基因的表达都有影响。
2.2 微量元素对基因表达的调控
2.2.1锌对基因表达的调控
锌作为动物体的一种必需微量元素,具有增强机体免疫功能、促进细胞增值分化、参与核酸蛋白质代谢、维持细胞周期正常进行等生物学功能。上述作用以前曾被认为主要是由于含锌酶活性的改变以及对细胞信号传导系统产生影响的结果,但近年来的研究表明,事实并不如此,锌主要是通过对基因的转录和表达的影响而产生一系列的生物学效应。研究认为,锌离子是1’2聚合酶的一个重要组成成分,锌对于维持1’2聚合酶的活性具有相当的重要性;另外锌通过影响1’2聚合酶活性及转录因子的作用,能够导致基因转录异常,从而使蛋白质表达也发生变化;还有饲料中锌的含量,可以通过影响金属调节蛋白的转录活性而影响金属硫蛋白基因的表达。
2.2.2其他微量元素对基因表达的调控
镉、铜、汞等元素的增加将显著提高基因的表达量。研究表明高铜将显著提高体内EH基因的表达水平。铁可以通过控制1’2的稳定性和翻译过程,调节铁蛋白的水平。
2.3基因工程技术
所谓基因工程,就是按照人们的意愿在体外获得目的基因,再按预先的设计,在体外将目的基因进行酶切连接,构建成适当的表达裁体,然后导入细菌或动物细胞或机体内,以研究该目的基因的结构与功能、表达的调控机制、或者获得该基因的表达产物。分子生物学技术的核心就是基因工程,而基因克隆和表达是基因工程的核心技术。
2.4抗菌肽基因工程
自从首次从美国惜古比天蚕中成功地分离到两种抗菌肽蚕素后,国内外很多科学家对这一类抗菌肽进行了深入细致的研究,发现在许多昆虫、植物、哺乳动物中均有这样的多肽存在,它们由多个氨基酸残基组成,不同来源的多肽的氨基酸序列具有较强的保守性。其抗菌机制大致如下:抗菌肽作用于细菌的细胞膜,破坏膜的完整性,造成离子通道,最终导致细胞内含物的泄漏。由于抗菌肽具有广谱杀菌作用、相对分子量较小、热稳定、水溶性好等优点,更为重要的是抗菌肽对真核细胞几乎没有作用,仅仅作用于原核细胞和发生病变的真核细胞,在目前不少病原菌对原有抗生素逐步产生耐药性,尤其是肉用动物长期使用抗生素受到严格检查和批评时,对畜禽体内自然产生的抗菌肽功能的了解以及设计一种方法来调节动物体内自然抗菌肽的功能便显得极为重要。[2]其中通过抗菌肽基因的克隆与表达而大量生产抗菌肽是一种较为直接而有效的方法。
2.5转基因技术
转基因技术是指用实验手段,将外源基因导入动物细胞或动物受精卵中,由此稳定整合到动物基因组,并能遗传给子代。目前常用的转基因技术主要有:显微注射法;胚胎多能干细胞虫;裁体法;反转录病毒载体法以及电转移技术等等,其中显微注射法是最常用、最有效的基因导入技术。[1]目前培育成功的转基因动物绝大部分是采用该方法获得的。最早的转基因动物是将疱疹病毒基因与BCDE早期启动子联在一起,用显微注射法导入小鼠受精卵获得的转基因小鼠。
随着社会发展和经济结构的调整,社会对学校人才培养提出了更高的要求。培养具有较强的动手能力、思维能力以及创新能力的人才能够适应当前新形势的需要。在这种新形势下,综合性实验在高校人才培养过程中的作用越来越突出。所谓综合性实验,是指在学生对实验相关的基本理论有一定的了解、掌握一定的基本实验操作和技能的基础上,运用课程及实验相关原理的综合知识,对学生进行综合性训练的实验课程。与常规的实验课程比较,综合性实验难度更大。在常规的实验课教学过程中,学生只须按部就班地根据老师的指导完成实验。而在综合性实验中,学生是整个实验的主体,不仅需要运用所学的知识对实验方案进行设计,还需要独立完成实验样品的准备、实验试剂的配置、实验条件的优化,此外,对实验中出现的问题,学生要设法提出解决方案。因此,综合性实验能够充分挖掘学生的潜能,对培养学生独立思考能力、实验动手能力以及解决实际问题的能力具有重要的意义[2,3]。作为医学生物技术的一门核心课程-分子生物学实验也必然要向综合性、设计性的方向进行改革。这样才能更好地适应新形势下对医学生物技术专业人才的培养要求。
2医学生物技术分子生物学综合性实验课的设计要求
2.1综合性分子生物学实验课程设置应当充分体现综合性、设计性、创新性综合性实验不是将几门课程的实验内容或是一门课程的几个章节的内容简单组合在一起,而是强调学生对知识的综合和对实验过程的设计。学生要能够运用所学知识,对实验的各个环节进行控制和优化,从而获取最大的知识量和最好的实验效果[3]。分子生物学实验课程涵盖生物化学、遗传学、基因工程等多学科的理论知识。在实验过程中,每个环节都需要学生充分运用所学的知识进行实验过程设计。如在PCR实验过程中学生需要考虑“采用何种方式获取目的片段、PCR的反应体系和反应参数如何进行优化、如何对结果进行评估”,在蛋白纯化阶段,学生需要考虑“哪些因素可能会影响到蛋白质生物学活性、如何优化纯化条件使蛋白得率最高”。2.2综合性分子生物学实验课程的设置应当强调学生的主体地位围绕新形势下医学生物技术人才培养的基本目标,综合性实验课程的设置要注重培养学生的综合素质。传统的实验课程通常是老师先讲授原理和基本操作要点,然后由学生动手进行实验。由于缺乏主动思考的过程,学生对于知识点的理解是肤浅的,不能做到融会贯通。而与传统的实验课程相比,综合性实验特别强调学生的主体地位[4]。在分子生物学实验具体实施过程中,从实验对象的确立、实验方案的选择、实验试剂得配置到实验结果的评估都需要学生主动参与。学生需要自己选择用于表达的重组蛋白,在实验过程中需要独立完成引物的设计,蛋白表达方案的优化、纯化路线的选择等。2.3综合性分子生物学实验课程应当有针对性,难易适当由于涉及到比较多的理论知识和实验操作内容,学生在综合性实验的具体过程中会碰到很多问题,导致其积极性不高。因此,在课程设置时,需要充分考虑学生现有的知识体系和知识框架,做到难易适当。我校医学生物技术专业分子生物学实验课程一般在大三时开设。根据学生现阶段对分子生物学和基因工程知识点的掌握,本课程在实验内容上宜选择以“分、切、接、转、筛”为体系的DNA重组技术作为核心内容,在实验对象上选择与医学密切相关的重组药物蛋白作为研究对象,在载体和菌株方面选择容易操作的质粒和大肠杆菌作为研究对象。
3医学生物技术分子生物学综合性实验课程的设计内容
关键词:教学模式;研究生;分子生物学
以团队为基础的教学(Team Based Learning,TBL)是在以问题为基础的教学(Problem-Based Learning,PBL)的基础上提出的一种新的教学方法。TBL以一个小型组织化的学习环境为条件,以引导学生自主探究、合作学习为抓手,以教师的有效教学和管理方式为手段,以提高学生的学习能力和综合素质为目标的一种学习模式[1]。高晓秋等[2]首次将TBL应用到西医外科学教学中。穆攀伟等[3]认为TBL教学适于现代医学教学的要求,值得在医学教育中引入和推广。宋京等[4]评价了TBL教学对医学生学习效果的影响,发现TBL教学对医学生学习有促进作用。作者在2014级研究生分子生物学教学中采用TBL教学进行了一些探讨,获得了一些体会,现总结如下。
1构建教学资源库
TBL教学模式是在PBL基础之上的以团队为基础的教学,是学生自我学习和团队合作为主导的教学模式。教师根据教学大纲安排教学内容,设计教学问题,学生根据教师设计的问题查阅资料和文献,寻求问题的答案。这就需要构建强大的学习资源库。鉴于研究生已经接触过一些分子生物学知识,我们没有选择一般的分子生物学教科书作为教材,而使用罗建红主编、科学出版社出版的《医学分子分子细胞生物学:研究策略与技术原理》作为教材,以学校图书馆提供的文本资料如中英文纸质教材和电子资源如中英文电子书与中英文文献数据库以及常用的分子生物学网站和精品课程网站链接作为学生学习的资料库,便于学生查阅和使用,全面培养学生的自学能力。
2设计教学主题
TBL教学需要学生具备分子生物学的一些基础理论知识,这样才有利于学生利用所掌握的知识去获取更多深层次的知识,学会运用这些知识去探索和解决分子生物学领域中的实际问题。根据研究生的分子生物学基础,设计八个主题进行TBL 教学,包括基因组学、基因克隆及表达技术、真核生物基因转录起始调控研究、非编码小RNA、蛋白质组学、动物基因修饰技术、肿瘤生物标志物的筛选策略、分子药物靶点的研究,结合教学主题设计教学内容和问题,保证教学的有序开展。
3教学的组织和实施
结合研究生的学习基础和专业将研究生分成8~10人为单元的学习小组,设组长一名。教师根据教学内容提前一周发放预习提纲和问题,组长根据组员特长对预习提纲和问题进行分工,各自自主学习,组长定期组织讨论,并各自写出读书报告。课堂教学中,学生先完成个人测试,教师再提出问题,由小组团队共同讨论完成,教师不直接提供答案。讨论完成后再发放测试卷,由教师评分,记录成绩。课堂结束前,教师总结学习情况和存在的问题,纠正错误的观念,补充学习的不足。
4教学评估
教学评估包括教师对教学效果的评估和学生对TBL教学模式的评估。教学效果的评估用期末测试来评估,学生评价采用问卷调查的形式进行。期末测试为闭卷考试,总分为100分。94名同学的平均成绩为(59.60±9.64)分,达到了教学的基本要求。学生问卷调查的结果见表1。由表1可知,TBL教学对增加习兴趣和加深知识掌握的效果一般,但对培养综合分析能力和自学能力、提高语言表达能力、促进学科间交流、加强师生间交流的效果好,提示TBL教学对培养学生的自学能力和创新思维是有效的。
5教学反思
分子生物学是我校医学研究生的公共必修课。学生来源于基础医学、临床医学、预防医学和护理学的各专业,均完成了全部本科医学课程的学习,并经历了临床实习甚至临床工作,有一定的知识储备和工作阅历,开展交流和讨论,可相互取长补短,实现教学相长[5]。通过师生的共同努力,取得了较好的效果。但其中还存在诸多的不足,需要我们改进和提高。首先,由于教师队伍经验不足,个别主题、问题和测试题选择欠科学;有必要加强知识储备,选择更合理的主题,提出合理的观点和思考题。其次,由于专业背景不同,就业方向不同,导致不同学生对分子生物学的感兴趣度也不一;部分学生学习目的不明确,对分子生物学重视程度低,对获取新知识的欲望不强,不喜欢合作学习讨论,参与的交流讨论少,还是依赖于老师的讲解和指导,以致学习效果不佳。在今后的教学中,教师应精心解读教材,熟练掌握教学内容,有的放矢地开展TBL教学,并适当补充传统的讲授式教学,保证教学质量的提高。另外,要在教学中强调课程学习的重要性,强化分子生物学在医学中的基础性地位,制作动画演示重要技术,增强内容的真实感,从而提高学生的学习兴趣,增强学生学习的主动性。相信随着TBL教学在分子生物学教学中的有序开展,通过老师们的不懈努力,该课程的教学质量将会不断得到提高。
总之,分子生物学是整个医学科学的基石,也是整个基础医学的前沿。张海波等[6]探讨了TBL教学法在实验教学中应当注意的问题,证实TBL教学法是医学分子生物学实验教学课程中值得推广的教学模式之一。TBL 教学能增强学生自主学习的能力,提高学生学习的积极性和主动性,培养学生的团队合作精神和科学思维能力[7]。本文通过在分子生物学课程中开展TBL教学,初步建立了分子生物学的TBL教学体系,积累了教学经验,学生的自学能力、综合分析能力、语言表达能力、交流能力和团队精神都得到了提高。但课程的教学改革任重道远,只要有一支高素质的教师队伍,认真开展多种形式的课堂教学,创新教学内容,注重学生基本理论和基本技能的培养,不断提高教学质量,相信能培养出具备坚实基础的复合型高级医学人才。
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[关键词]分子生物学 网络 建构主义 探究式课堂教学
[中图分类号] G642.421 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2013)19-0063-03
随着网络技术的迅猛发展,当今世界已经进入了以信息技术为标志的知识经济时代。知识的获取来自教育,现在信息传播的主要途径是网络。教育与网络是现代知识经济的两大重要组成要素。把网络技术应用于教育领域,必将使教育教学发生新的变革。[1]如何在具体教学活动中合理利用网络资源,也成为当前教学研究的热点之一。
现在,对网络环境下的教学研究主要集中在如何建设学校的网络硬件环境、如何利用网络实现与学生的即时交流和教学互动、如何建立专业教学网站并将其应用于教学方面等。这些教学研究工作是重要的和必须的。目前,多数高等学校的网络教学硬件条件日臻完善,网络上的教学资源得到了极大的丰富,但也出现了大量内容重复的教学网站,这无疑造成了教育资源的很大浪费。广大教学第一线的教师目前面临的主要问题是如何把现有的网络资源应用于教学中。基于这个前提,现把我们合理利用网络进行《分子生物学》课程教学的实践总结成文,与同行商榷。
一、网络对现代教学的影响分析
(一)网络对教学的积极影响
在传统教学中教师是中心,占主体地位,学生被迫学习。现代信息技术的发展给我们提供了时间和空间上的诸多便利,互联网的发展打破了传统的封闭式课堂教学模式。网上有一些优秀教师的讲课视频、图像和文字及他们的丰富的教学经验和见解,让学生可以在课外去参考这些网上资料,补充和完善自己的知识。教师可利用网络,将教学延伸到课堂之外。另外,教师还可以通过网络与学生进行互动交流。[2]
1.网络对教学的消极影响
网络是进行教学的一种现代工具,具有开放性,方便交流和合作。但网络又是一把双刃剑,使用不当就很容易误伤。首先,海量的网络信息存在多而杂的特点,存在大量片面的、不完整的甚至是错误的信息。这就要求教师必须起到引导作用,引导学生正确使用网络上的专业信息。教师应该科学合理地对待网络,不能盲目崇拜,要善于准确有效地应用网络组织教学。[3]
2.网络对教与学的影响
“师者,所以传道授业解惑也”是古代对教师的一种定义。在网络社会中,所有有能力、有经验的人都可以通过网络展示自己的技能、经验,成为一名施教者。知识总量的迅猛增长也迫使人们必须去学习更多新的知识,而传统的学校教育则无法满足人们的学习需求。网络的出现,使越来越多的人加入学习的队伍,他们一边工作,一边通过网络学习自己所需的知识,他们既是学习者同时也是施教者。根据中国社会科学院2011年《社会蓝皮书》的统计,截至2010年6月30日,中国的网民已经达到4.2亿人,互联网普及率达31.8%,超过世界平均水平。上网条件的便利使得人们乐于在网络中获取知识,享受学习所带来的乐趣。网络环境下的施教者和受教者已由学校扩展到全社会,所有社会人都可以利用网络学习知识并传播、传授知识,网络环境下的师生关系由传统的一个对多个变成了多边互利的关系,师生的界限也变得越来越模糊。
3.网络与课堂教学
课堂教学是高校教学的基本组织形式,是“教育者把年龄和知识程度相同或相近的学生,编成固定人数的班级集体,按各门学科教学大纲规定的内容,组织教材和选择适当的教学方法,并根据固定的时间表,向全班学生进行授课的教学组织形式,也称班级授课制”。[4]尽管有报道称“亚洲各国(主要是中国和印度)政府因为认识到创新教育的重要性,正在改变集中地教学课程和改革教学组织形式”,[5]但班级授课制仍然是我国高校最主要的教学组织形式。
将丰富的网络资源与课堂教学相结合,为学生在教师指导下的自主学习提供了各种有利的学习环境。计算机虚拟实验可以部分地弥补课堂教学的不足,网络互动也使课堂教学时间能被更加有效地利用。在此方面已经有较多的教学改革实践和研究成果。
二、网络环境下分子生物学教学实践
(一) 探究式教学模式是分子生物学实验教学改革的指导思想
探究式教学模式的教学理论是布鲁纳(Jerome Seymour Bruner)倡导的,布鲁纳主张采用“探究学习”,即主张学生自己去发现教材结构。[6]“探究法教学基于建构主义,相信只要透过学生之间的互动讨论及探索,无须老师太多的干预及控制”。[7]探究式实验教学模式改变了以教师为中心的传统实验教学,学生成为实验教学的主体,促使其由被动接受知识的学习变为主动的探索性学习,培养了学生运用所学知识发现问题、分析问题、解决问题的综合能力,严谨的工作作风和勇于探索的科学精神。有文献报道,“对中国学生,探究式教学较之于直接讲授教学对提升学生的批判性思维能力更有效”。[8]现在,在国内高校有越来越多的教师尝试在教学中使用探究式学习教学方法。我们在分子生物学教学实践中把这种科学的探究式教学模式作为指导思想。
(二) 网络环境下探究式分子生物学课堂教学组织策略
分子生物学是高等院校生物工程专业开设的重要专业课程之一。如何为学生构建脉络清晰、系统性强的分子生物学知识体系,同时培养学生创造性思维,已经成为培养生命科学创新型人才的关键。本文设计一种基于网络环境的探究式分子生物学课堂教学模式,目的是在分子生物学课程教学过程中合理利用网路资源,培养学生创新性思维,使学生在整个课程学习过程中,将学习学科知识与提高创造性思维能力结合在一起。
1. 建立师生平等的民主教学氛围
传统的课堂教学一直把教师看做是知识的权威和真理的化身、 学生学习结果的裁判员。在这样的课堂学习氛围中,学生学习处于一种被动的状态;学生视学习为负担,缺乏创新欲望。我们知道创造性思维来自于民主、平等、宽容、和谐的环境和氛围。著名教育家陶行知先生说过:“创造力最能发挥的条件是民主,只有民主才能解放最大多数人的创造力, 并且使大多数人之创造力发挥到最高峰。”因此营造学生勇于表达, 师生间、同学间相互尊重和接纳的热烈课堂教学气氛是创造性思维教学的起点。在这方面已经有了初步的尝试,关于课堂的民主教学氛围的重要性和营造方法已有多篇文献见诸报道。
2. 依据教学内容,合理运用不同教学方法,合理利用网络环境
建构主义强调让学生探索及体验,在各国的教育改革中备受重视,但这种方法往往忽视知识结构。用问题探究法时,学生必须有足够的基础知识储备,这样才能够从探索活动中获益。现代教学模式有很多种, 常见的如启发发现法、类比研究法、探究法、自学辅导法、目标掌握法等多种方法;而真实的日常教学必然是多种教学法的混合体。根据不同的教学内容,合理应用教学方法,将探究式学习自然渗透到课堂教学中,是目前班级授课制下最合理有效的方式。
对于理论课程的基本知识教学,主要目的是让学生掌握学科基本知识和基础理论,这时宜采用改进的传统模式进行教学。教师提前布置学生根据教学指导进行预习的任务,让学生通过网络进行调查研究,熟悉教学内容。在这个环节,教师在布置任务时要注意时间的提前量,通常在每次上课结束时布置下一次上课教学内容的网络调研任务。网络上的分子生物学相关内容非常丰富,与本科阶段的实验内容相关的文字、视频及图片几乎都可以在网络上查到,这为我们利用网络的相关知识来进行教学提供了极大的便利。通过网络对相关知识的查询,可以有效地利用网络的现有资源。课上以讲重点、难点为主,循序渐进地进行系统讲解。教学中将探究式学习合理穿插于讲授法之中,在教授知识的同时,培养学生思维的逻辑性、流畅性和对事物深入分析的意识。在教学过程中,以讲解学科中重大科学理论发现为契机,设置问题情境,带领学生进行思维的“时空穿越”,教育学生合理把握科学发展趋势,培养学生发现问题的能力,进而激发他们探究的强烈愿望。在讲解学习内容时,先就已经学过的知识,介绍相关知识被发现年代的研究形势,那时人们已经知道哪些,在这种形势下,如果你“穿越”成为一个生活在那个年代的科学研究工作者,你对什么感兴趣,你如何确定你的研究课题,你会必然性地思考这个问题吗?通过这些设问培养学生对科学发展趋势把握的敏感度。
发起讨论也是重要的探究式教学方式。在教学中,教师可以通过发起对分子生物学重大发现的成功原因的分析讨论,来培养学生的批判性思维。“高素质的教育必须包括指导学生学习批判性思考”。网络为教学的协作与会话提供了另一种选择,网络讨论也突破了时间和空间的限制,可以将讨论延伸到课堂教学以外。为了方便学生的讨论,教师可以在教学网站上建立班级的BBS供学生讨论用。如果教师因网络知识或硬件条件所限无法建立专用的BBS,也可以申请各大网站提供的微博作为班级的讨论空间,让每个学生都可以看到别人的意见。在学生讨论环节,教师的参与非常重要。教师在讨论中要扮演参与者与引导者的角色,作为学生建构意义上的帮助者与促进者。教师在备课时要充分调研网络上的专业信息内容,在讨论时及时推荐给学生;同时学生也可以将在网络上找到的有用的信息及时反馈给教师。在这个相互交换信息的过程中,教师的教学资源得到了进一步的补充和丰富,积累的这些教学资源,又能应用于以后的教学,教学相长。
三、展望与反思
分子生物学教学改革的效果通过我们对学生的考查结果来看,学生的思考能力、收集处理信息的能力、科学探索精神和知识整合能力、科学思维能力、实验设计能力以及发现问题的能力、分析和解决问题的能力、课外自学的能力、总结归纳能力都有所提高。但对如何提高个别学生网络讨论的参与度还需要进行研究。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 白素兰.网络环境下的教学模式研究[J].教育与职业,2011(6):172-173.
[2] 梁华.基于网络环境教学模式探讨[J].文史博览,2006(2):54-55.
[3] 张国权,吕少文,李红等.网络环境下组胚实验课教学探讨[J].山西医科大学学报(基础医学教育版),2007(2):202-203.
[4] 胡碧.浅析高校课堂教学应注意的几个问题[J].鄂州大学学报,2011(6):55-57.
[5] Lim W K. Asian education must change to promote innovative thinking.[J]. Nature (London, U. K.),2010(7295):157.
[6] Herron M D. The nature of scientific enquiry[J]. Educational Psychologist,1971(2): 171-212.
关键词:绿色革命;农学;专业设置
中图分类号:S-1 文献标识码:A 文章编号:1674-0432(2011)-08-0264-2
我国有13亿多人口,是粮食生产与消费大国。中央政府连续提出农业问题是中国的根本问题,是保持国民经济持续快速协调健康发展的必然要求,是实现全面建设小康社会宏伟目标的必然要求,是维护社会稳定和国家长治久安的必然要求。中国的粮食状况如何?中国的粮食生产潜力有多大?中国人民能不能养活自己?这是政府和社会普遍关心的三大问题。而解决这些疑问的关键在于农业科学的发展,在于农业现代化的最终实现。各大高等院校与农业研究院对人才后备力量的培养是实现农业现代化的根本保障。因此农学专业学生的专业设置科学与否?结构是否合理和重点学科是否突出支撑学科是否完善等等都是十分严肃而又重要的研究课题。
本文并未考虑绿色革命带来的政治问题,仅以绿色革命带来的科技进步为基础,以近现代世界农业发展的主要矛盾问题为启发,浅议农学专业设置,并为科学的学科建设提供理论依据。
1 绿色革命
自人类社会诞生以来,农业和粮食问题就始终影响着全人类的文明进程。历史上各个时期的人们都被粮食和人口的问题困扰,18世纪中期,马尔萨斯在其代表作《人口原则》和《政治经济学原理》中提出了著名“马尔萨斯人口论”――人类必须控制人口的增长。否则,贫穷是人类不可改变的命运。悲观的马尔萨斯认为人口的增长速度远远超过粮食的增产,贫穷和饥饿是人类不可改变的命运。但回到21世纪往回看,马尔萨斯的忧虑并没有变成现实。而致使马尔萨斯人口论出现偏差的原因就是――绿色革命。
绿色革命是于20世纪中叶,洛克菲勒基金会发起,国际农业发展组织广泛参与的西方国家大规模投资农业科学研究,导致农业产量戏剧性的突破。现代化种植模式、农业科学技术的发展、化肥和农药的使用加速了提高产量的进程。在20世纪下半叶,绝大多数发达国家获得了稳定的食物供应,消除了饥饿的威胁。
绿色革命强调灌溉、化肥、农药和育种在粮食生产中的重要性,农田水利的建设,以我国杂交水稻技术为代表的传统杂交育种的发展,廉价化学农药和杀虫剂的广泛使用,使世界范围粮食总产量在1950年到1990年的40年内翻了将近10倍。中国,墨西哥,印度等主要发展中国家的粮食产量上升了70%。
2 绿色革命带来的问题和我们专业设置中需要重点解决的问题
绿色革命发展到今天在缓解粮食人口矛盾的方面起很重要的作用,但是也必须清楚的看到绿色革命带来的严重问题:
(1)全球农作物产量已经达到了高产平台期,灌溉、化肥和农药的使用已经够多,在此方面可挖掘的潜力已经很小,同时过多的使用化肥和农药已经带来土壤退化,水污染等很大的环境成本。
90年代初,又发现其高产谷物中矿物质和维生素含量很低,用作粮食常因维生素和矿物质营养不良而削弱了人们抵御传染病和从事体力劳动的能力,最终使一个国家的劳动生产率降低,经济的持续发展受阻。
(2)推广的品种不适于旱地种植,绿色革命推广的品种存在要求肥水条件高、不适于旱地种植等问题。这些品种仅在灌溉条件好和降雨充沛的地区得以大面积推广,而在降雨稀少的地区则难以种植。
(3)同时由于人们生活水平的提高,对肉、蛋、奶的需求进一步提高。对以玉米和大豆等为主饲料作物的需求更加突出,并应注意动物科学的发展,提高肉、蛋、奶的产出和避免饲料的损耗。
3 绿色革命对农学学科专业设置的启发
绿色革命带来的成效是毋庸置疑的,大大缓解了人口和粮食的矛盾。但是前一阶段绿色革命的手段(灌溉、农药、化肥、传统育种)的潜力已经挖掘殆尽,并且带来了严重的环境问题。但是人口的增长并没有放缓,粮食问题依旧压力很大。我们的农学专业设置必须参照绿色革命带来的启示,着力于解决绿色革命带来的矛盾。寻找新途径针对性解决粮食增产和改良方法:
(1)分子育种的重要性
绿色革命面临的一个巨大问题是粮食增长潜力问题。粮食增产的核心问题是亩产的提高,在传统育种和农药、化肥潜力挖掘殆尽的背景下、我们必须寻找新的粮食亩产提高的方法。传统育种费时费力,且受野生作物物种资源限制。
在后基因组时代,许多重要作物均已完成全基因组测序的背景下,使得能够对作物基因组进行重组,可以做到跨物种寻找高产相关基因、抗病虫害相关基因、抗旱相关基因、缩短生长期相关基因等重组到作物中,起到改良作物的目的。更先进的思路还包括把玉米、甘蔗等C4(碳4)循环相关基因重组到水稻、小麦、大豆、棉花等C3(碳3)植物中,提高二氧化碳固定效率,有利于植物在干旱环境生长,增加产量等。由于将供体植物带目的性状的遗传信息者DNA分子或其中的目的基因分离提取出来,导入待改良受体细胞中(受精卵、种胚细胞等,使之整合、父子、表达和遗传,这一系列过程都是运用分子生物学和基因工程的技术手段。发现和研究功能基因都是以分子生物学为基础。
因此必须提高生物技术相关课程在农学中的比例,强调和提高分子育种在农学中的主导地位,强化分子生物学、基因工程、细胞生物学、遗传学等传统生物技术学科在农学中的地位。培养学生的实验室动手能力。农学的相关分子生物学课程要有农学特色,突出和粮食作物、经济作物、家禽家畜的关联。
(2)植物保护的重要性
绿色革命的成绩突出的一个主要措施是杀虫剂的使用,其指导思想是减少其他生物对农作物的侵害。但是传统杀虫剂带来的病虫害抗药性和环境污染问题十分严重。解决这些问题要跳出传统化学农药的思路――利用转基因等手段开发更具抗虫效果的新品种(如转Bt基因水稻、转Bt基因棉花);从分子层面上研究病虫害的致病机理,结合施水施肥等手段,选择更具有针对性的措施(如对白粉病的致病机理研究等);了解病虫害的生态特点,利用性外激素等昆虫行为方式杀灭病虫害。这一系列着力于挖掘动植物自身潜力的方法手段,既可做到高效经济的杀灭病虫害,又可减少对环境的污染。
植物保护的重要性使得我们要开设动植物病毒学、农业生物科学、农业生态科学、农业病虫草鼠生物学及其致害方面的基本理论和基本知识方面的学科。
(3)注重动物科学和农产品的经济性
绿色革命的进程中还凸显了技术的成本问题,随着人们生活水平的提高对肉、蛋、奶的需求越来越旺盛,经由家禽家畜从饲料中转换营养元素会造成大量损耗。因此必须重视动物科学的发展,培育产量、转化效率更高的动物、开发更经济高效的饲料体系、重视动物营养、重视动物病害的防治。同时由于人们生活水平的提高对绿色健康的要求更高,需要在学科建设中突出绿色、健康无公害的指导思想。
针对此指导思想动物科学的专业应开设动物营养学、动物胚胎学等专业,并专注于动物转基因、胚胎移植等专业技术平台的建立。
参考文献
[1] 熊愈辉.对绿色革命与新绿色革命的若干思考[J].石河子大学学报(自然科学版),2003,03.
[2] 周凤珏.农学专业教学计划的现状及改革思路[J].广西农业科学,2003,06.