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关键词:分子生物学;教学改革;实验教改
中图分类号: G642.0 文献标识码: A 文章编号: 1674-0432(2013)-08-92-2
引言
分子生物学是在分子水平研究生命现象本质及其规律的一门新兴学科,它是研究核酸等生物大分子功能、形态结构特征及其重要性和规律性的学科,是人类从生物分子水平上真正揭开生物世界奥秘,由被动适应自然界转向主动地改造和重组自然界的学科[1]。近些年来分子生物学已日益渗透到生物学的各个领域之中,并产生了巨大的影响。而分子生物学实验技术也已成为生物学、医学、农学等学科站在新的高度和角度揭示生命奥秘的重要手段。分子生物学的理论掌握和实验操作是掌握分子生物学精髓的重要途径。因此,从培养学生能力出发科学地创建分子生物学理论和实验体系、选择适当的实验教学方法及客观地评定学生实验课成绩,会对分子生物学理论课理解和实验教学的效果产生重要的影响。高等学校传统的分子生物学实验教学[2]往往只是结合各自的实验室条件开展有局限的分子生物学实验教学,缺乏科学的实验体系,忽略合适实验方法的选择,缺少对实验教学效果全面、客观、系统的评估,这些都不利于学生学习兴趣和创新能力的培养。而高校是孕育和培养创新型人才的摇篮。实验教学作为高校教学体系的一个重要组成部分,是培养学生科学思维、创新意识的重要途径[3]。本文就分子生物学课程教学的改革阐述一些观点和体会,以期为提高分子生物学教学质量及培养创新型和素质型人才提供一定的参考。
1 分子生物学教学改革具体的措施
1.1 教学体系的优化
分子生物学是在生物化学和遗传学的基础上发展而来[4]。随着分子生物学研究的快速发展,分子生物学已经成为一门独立的学科。很多分子生物学教材的内容与生物化学、细胞生物学、分子遗传学、遗传学等课程重复较多,例如DNA 和染色体的结构,RNA转录和蛋白质翻译等课程内容在分子生物学、生物化学和分子遗传学方面都有一定篇幅的介绍,重复的课程内容占用了大量的教学课时。因此,为了避免课程教学的重复,通过与生物化学、遗传学,细胞生物学,分子遗传学等课程的教师交流与研讨,对相关课程内容进行了具体而系统的优化,明确课程之间的有机衔接,突出了分子生物学的教学重点。在“RNA转录和蛋白质翻译”这部分的教学内容中进行了相应的优化,生物化学注重讲述转录和翻译的基本过程、而分子生物学则注重介绍具体的分子机制,又如原核和真核转录起始复合物的形成过程及分子机制的教学内容生物化学和分子生物学也进行了相应的侧重。
1.2教材的优化选择
通过多年的教学实践过程,选取适合本科生学习的分子生物学教材,对于学生系统的掌握本课程的理论知识及最新研究动态至关重要。课程设置之初选取阎隆飞主编的《分子生物学》第二版,之后开始侧重理论课与实验课的有机结合,选用朱玉贤等主编的《现代分子生物学》,它的知识体系较为完整,内容较前沿,尤其是第三版将分子生物学研究法分为了两章,分别讲述了DNA、RNA及蛋白质操作技术和基因功能研究技术,突出强调了分子生物学实验技术和原理,同时对基因组与比较基因组学也做了较大幅度的修改和充实[5]。这些内容均体现分子生物学的最新技术和研究成果,同时也满足学生了解分子生物学最新进展和考研的需要。为避免教材单一的局限性,还为学生推荐阎隆飞编著的《分子生物学》(第二版),LewinB主编的《Gene Ⅷ》,吴乃虎主编的《基因工程原理》(第二版)等书籍作为参考教材,并在教师的指导下有针对性地学习,这样不仅满足了大多数学生考研的需求,同时也加深了学生对分子生物学学习的兴趣及教学难点和重点的理解,取得了较好的教学效果。
1.3教学方法与教学手段的改善
在教学方法上,除了采用传统的教师讲授方法之外,为发挥学生作为教学主体的能动性,根据具体的教学内容安排启发式,讨论式等多种教学方法,让学生参与到教学过程中。如在讲授分子生物学研究法时,在班级内以各个学习小组为单位进行研究讨论会,以学生为主体讨论他们感兴趣的分子生物学实验技术,鼓励学生主动思考,自由发表他们的观点,通过讨论的方式测试相应的知识,以学生乐于接受的方式完成对知识的学习。本课程通过多种教学方法的有机结合,充分调动了学生的学习兴趣,分子生物学课程也因此受到学生的好评。近几年来学生考研选择生物化学及分子生物学作为专业课的人数日益增加并且考研专业课成绩逐年上升。
在教学手段上,采用传统教学与计算机辅助教学 CAI相结合的方法。计算机辅助教学 CAI 应用于高等学校教育已成为主流趋势,它的优势在于可以通过文本、图形、动画、音频、视频、仿真软件等多种媒体最大限度地整合教学资源,形象直观地进行教学内容的呈现[6],使学生通过多种展示方法理解并掌握课程的难点。如在“DNA高级结构” 这部分教学内容中,学生对DNA的分子结构感觉很抽象,在教学过程中通过图片和视频等手段使学生对此结构有了具体的感知。又如在“DNA复制,RNA转录,翻译和真核和原核生物的基因表达调控”的教学内容中,仅通过传统课堂讲解,学生无法理解,通过多媒体的方法,利用动画、视频和图片对其涉及的微观机制进行相应的演示,使学生理解其具体过程和分子机制,提高了学生学习的积极性。
2 分子生物学实验教学的改革措施
2.1加强实验教学条件建设,构建良好的实验教学平台
分子生物学是20世纪中期随着核酸的发现及结构和功能的研究发展起来的新兴学科,研究基础较为薄弱。我校前身是师范类院校,对物理、化学、数学、计算机等传统学科侧重较多。自2004年我校升级为本科院校,由师范类院校转变为综合类院校,学校增加了对各学科的实验教学投入。分子生物学实验室先后配备了Eppendorf PCR扩增仪、Eppendorf梯度PCR扩增仪、高效制冰机、UVP凝胶成像系统、Millipore超纯水系统、Eppendorf台式高速离心机、sigma大型高速冷冻离心机、日本三洋超低温冰箱、分子杂交仪等先进仪器,满足了分子生物学基础实验和综合性实验课程的开设要求,为学生的实验教学与科研构建了一个良好的平台,为我院分子生物学实验课教学改革提供了有力的支持。通过上述平台由我院学生参与的分子生物学方向科研实验在国家级挑战杯竞赛中取得了良好的成绩。
2.2 实验教学体系的优化
之前由于实验条件的限制,我院分子生物学实验教学主要以基础性和验证性实验为主。随着实验条件的改善,逐步在实验设计上加大综合性、设计性实验、所占的比例。实验内容的选取也根据生物科学、生物技术专业的不同专业特点设置相应的实验教学内容。根据生物科学师范类专业的特点,在注重分子生物学基础验证实验的同时开设与分子生物学快速发展相结合的综合性实验。在生物技术专业的实验教学上则注重选取以实践操作为主的操作性和设计性实验。
在实验教学体系的优化中应注意各个实验内容之间的衔接与关联[7]。实验教学内容中建立好各实验之间的衔接对学生系统思维的培养具有重要意义,有利于学生对所学实验操作内容的理解和熟练掌握以及实验技术逻辑体系的建立。我院在实验课内容开设的顺序为基因组DNA的提取,聚合酶链式反应获得目的片段,电泳检测,大肠杆菌活化、感受态细胞的制备,质粒 DNA 提取,DNA 片断酶切,目的片段与载体的连接,转化等,当学生预习实验时,会注意到各实验内容之间彼此承接与关联。前面实验效果的好坏直接影响到下一个实验的正常进行,以此来培养学生在分子生物学实验操作过程中的系统性与逻辑性。
2.3分子生物学实验教学方法的探索
合理的实验教学方法可以使实验内容取得预期的实验效果,在实验教学方法上注重深入浅出的阐述原理,重点在实验环节的解析。针对学生的兴趣特点在教学方法上做了以下几点改进。一、把学生分成多个实验小组,每组选出一人辅助实验教师完成实验的准备工作。在学生准备实验的过程中发现问题。二、发现问题后,在实验课讲授的过程中,教师对问题有针对的讲解与演示,强调标准的操作方法及实验中各环节的注意事项。并将实验过程做成电子课件指导学生正确操作。三、在实验过程中注意实验操作主体的差异性指导。教师在实验课讲授和演示结束后,注意观察学生的操作过程,针对学生存在的普遍问题,给予及时纠正和指导;对于少数同学存在的个别问题个别指导。这样既保证学生实验操作的准确性,又达到在有限的时间内完成实验教学任务的要求。
2.4分子生物学实验课成绩评定方式的改进
科学、有效评价学生实验理论及操作技能是提高实验教学质量强有力的措施[8]。在分子生物学实验成绩评定中采用多样化考核手段,主要从两个方面评定:一、实验理论的评定,主要通过实验报告考察学生对实验原理和步骤的掌握和理解。通过结果分析考查学生对整个实验的理解与掌握。二、实验操作技能的评定。在实验过程中,各实验小组不同学生实验态度以及对实验教学内容的理解思考差异很大。鼓励那些大胆对实验步骤提出疑问的同学,同时激励其他的同学,在成绩评定中不同学生的评定会有所区别。
3 结语
如何教好分子生物学课程,提高学生的学习兴趣,改变学生为了考试而学习的观念,提高教学效果,是摆在所有分子生物学理论及实验教学工作者面前的一个共同问题[9-10]。通过以上的改革和探索。无论及教学,考研,科研还是就业都取得了一定的成效。为了更好地提高分子生物学的教学效果,希望能够与各高校的分子生物教师进行交流和合作,进一步优化分子生物学理论和实验教学的课程体系及教学方法和手段。从学生作为教学主体出发,发挥学生的主动性和能动性,以期培养出更高质量的高校毕业生。
参考文献
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[9] 张宝珠, 陈德福. 培养学生实验能力“分子生物学实验”课程体系的建立[J]. 高等理科教育, 2005, 4(62):90-92.
关键词 研究生;分子生物学;实验教学;教学改革;师范院校
中图分类号 G40-056 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2012)22-0336-01
分子生物学是从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的一门科学[1]。自20世纪50年代以来,分子生物学已发展成为当前生命科学发展的主流,是目前最具潜力、最迅速的生命学科之一,成为研究生物学及相关科学的一个有力工具[2-3]。加强分子生物学实验教学,不仅有利于培养学生掌握分子生物学的理论基础知识和实验操作技能,而且有利于培养学生形成正确的科学研究素养和创造思维精神,让学生更好地进入科学研究领域[4]。
1 面临的问题
师范院校研究生的分子生物学基础较为薄弱,学生大部分来源于省市级师范院校,“985”和“211”高校生源较少。师范类院校本科教育以培养中学教师为目的,更注重培养学生的理论知识,对学生的实验动手能力、创造性思维能力、科研素养等重视不够。同时,所读本科师范院校为省市级院校,学校师资、实验条件、资金等条件一般,较难进行系统规范的分子生物学实验教学。
当前师范院校硕士研究生培养时间为3年,学生进校第1年要进行文化课程学习,第3年要提前写毕业论文,做科研的时间相对较短。分子生物学是一门实践操作性很强的课程,大部分研究生的课题研究都需要用到。如何在较短的时间里提高学生的分子生物学理论知识水平,培养学生扎实的实验操作能力,增强分子生物学的科研素养,让学生更好地进入科学研究领域是分子生物学实验教学面临的最主要问题。
2 改革的主要内容
2.1 师资队伍
师资队伍是分子生物学实验教学首要环节。教师必须具备较强的科研素养,具有较长的分子生物学研究经历及不断获取国际先进技术和经验的能力。由于分子生物学的特殊性,教师最好具有在国外较有影响的分子生物学实验室学习工作的经历;同时,要承担有国家、省部级的科研课题。做为师范院校的学生,实验操作能力的提高是目前最为迫切的任务。分子生物学实验是非常细致的操作,因此具有较好的操作技能、未离开科研实验工作第一线的老师的实验演示对学生实验技能的掌握具有重要作用。同时,兴趣是最好的老师,教师对科研工作特别是对分子生物学的精到理解,对学生科研兴趣的培养尤为重要。具有较高造诣的分子生物学专任教师任教,有利于培养学生形成正确的科研精神和创新思维。要加大师资队伍建设,要让优秀的分子生物学专业且仍在科研实验工作第一线的教师投入到分子生物学实验教学的工作中。
2.2 实验平台
实验平台是分子生物学实验教学的重要保障。分子生物学实验要用到较多大型的实验仪器,如PCR仪、分光光度计、冷冻高速离心机、凝胶成像系统等,需要投入大量的资金购买必备的实验仪器。另外,分子生物学实验对实验场地的要求较高,为保证教学效果,每位学生基本要做到每人独立实验。因此,在加强实验平台的建设上,要加大资金投入,建立独立专门的研究生分子生物学实验室;要让实验仪器公开化、常态化,提高实验仪器的使用率;要让每一个学生都有足够的机会操作实验仪器,让每个学生都能熟练掌握常用的分子生物学实验仪器。
2.3 教材教学
教材教学是分子生物学实验教学的核心内容。师范院校研究生的生源不一,分子生物学基础差异较大,学生在研究生期间开展的课题对分子生物学掌握程度的要求又一样。因此,教材教学显得尤为重要。
2.3.1 科学研究与实验教学相结合。打破传统的固定化的教学模式,更新陈旧的教学内容,把科研素质培养放在实验教学的第一位。教师要把科学研究的思维灌注于整个分子生物学实验教学过程中,适时将任课老师的科研项目引入到实验课程中来。研究生进入学校后,都会较早地了解自己在研究生阶段即将开展的课题的大致方向,因此要把实验教学与科研项目和研究生各自的课题联系起来。教师要以科学研究的指导思想来引领和统筹开展实验教学。
2.3.2 教材讲授与专题讲座相结合。在教学内容上,教材讲授与新进展专题讲座相结合,注重科学研究的新发展,要适时邀请相关领域较有造诣的教授就某些专题进行报告。分子生物学是一门发展中的学科,注重科学研究的前沿讲授,让学生及时了解分子生物学的最新发展尤为重要。专题讲座有利于拓宽学生的科研视野,提高学生的科研思维能力,增强学生的科研素养,培养学生的科研兴趣,让学生及早由本科生的教材学习向研究生的科学研究过渡。
2.3.3 基础实验与研究实验相结合。基础实验包括质粒DNA的提取、琼脂糖凝胶电泳、酶切鉴定、PCR技术、DNA的纯化、载体的构建、感受态细胞的制备、细胞转化、重组子鉴定、RNA提取等常规分子生物学实验。同时,让学生根据自己的课题科研需要,自主查阅资料设计实验,利用基础实验的常规技术进行研究实验。在实验过程中,任课老师可以定期组织学生汇报,也可附以邮件等方式及时解决实验问题。研究实验以上交毕业论文的形式进行考核,学生均要按照课题研究背景、研究目标、研究意义、实验方法、实验结果、分析讨论进行撰写论文,同时以小型答辩的形式让学生进行汇报,让学生参与讨论相互学习。基础实验培养学生的基本操作能力,研究实验提高学生运用分子生物学技术进行科学研究的能力和学生的科研创造力。
3 结语
分子生物学是研究生课程教学中一门重要而又相对难学的课程。随着分子生物学在生命科学领域的应用不断深入,分子生物学实验技能的熟练掌握、运用分子生物学技术的能力对学生科学研究越来越重要。只有通过分子生物学实验教学的不断改革,才能迅速提高学生的分子生物学实验操作能力、有效增强学生的科研素质,为研究生科学研究工作的迅速开展奠定基础。
4 参考文献
[1] 郑用琏.基础分子生物学[M].北京:高等教育出版社,2007.
[2] 陈启龙,杨和建.分子生物学实验教学的探讨[J].黄山学院学报,2009,11(3):136-138.
关键词:高等师范院校;分子生物学;课程改革
作者简介:梁卫红(1968-),女,山西祁县人,河南师范大学生命科学学院,副教授;杨献光(1980-),男,河北邯郸人,河南师范大学生命科学学院,讲师。(河南 新乡 453007)
基金项目:本文系河南省高等教育教学改革研究省级研究项目(项目编号:2012SJGLX134)、河南师范大学教学研究基金重点项目(项目编号:521751)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)01-0110-02
分子生物学是一门从分子水平研究生命现象、生命本质及其规律的科学,以1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型为标志,分子生物学作为一门独立的学科诞生。该学科的最大特点是发展迅速,并在生命科学领域与其他学科融合交叉,对现代生物学发展的影响越来越广泛和深刻,因此分子生物学在生物学基础理论的学习中占有重要地位。目前很多高校的生物科学、生物技术、生物制药、生物工程、药学、环境科学等专业,都将“分子生物学”作为本科生的必修专业基础课或专业主干课,重视“分子生物学”教学已成为生物专业广大师生的共识。本文结合近年来河南师范大学本科分子生物学的教学实践,就分子生物学的课程体系安排、教学模式等方面进行了探索和分析。
一、课程教学内容体系改革
“分子生物学”的主要内容包括生物大分子的结构与功能、基因表达与调控以及技术方法等。通过对本课程的学习,要求学生掌握核酸、蛋白质等生物大分子的结构和功能,理解遗传物质的复制、转录和翻译过程及其分子机制、基因表达调控的基本模式、遗传物质突变、修复和重组的机理,了解分子生物学基础实验原理和应用。为在有限的学时和条件下,使学生理解抽象的分子生物学理论和基础实验原理,笔者从以下方面进行了改革和尝试:
1.课程在培养方案中的定位
从学科角度来讲,分子生物学涵盖面广、学科内容更新快,与“细胞生物学”、“生物化学”和“遗传学”等生命科学主干课程有一些交叉,所以在开设该课程时,需要充分考虑学生的接受能力。在本校生物专业2005年的本科生培养方案中,该课程为36学时,在大四第一学期开设,设定为生物技术和生物科学专业的必修课,水产养殖专业的选修课,实际开设时间是在学生教育实习之后11月到来年的1月,共9周,每周4学时。在教学中,笔者发现虽然在大四开设时,学生已经具备了预修课程的专业基础知识,但是由于95%以上的大四学生在这学期复习考研,而“分子生物学”又是许多生物专业硕士生入学考试的必修课,学生普遍反映该课程开设晚,学起来感觉时间紧、压力大。鉴于此,在2010年的本科生培养方案中,分子生物学改在大三第一学期,以每周2学时的方式面向生物科学、生物技术和水产养殖三个专业开设,这样学生可以在一个完整的学期内学习这门课,拥有了较为充裕的时间,系统掌握“分子生物学”基础理论,从反馈意见上看,学生非常认同这样的改革。
2.课程体系的制定和完善
本校生物专业本科“分子生物学”的教学体系自2005年以来进行了三次调整,第一次是从2005年起,采用了双语教学的模式,主要原因是当年本校面临本科教学评估,双语教学已经列为本科教学质量评估的观测指标之一,为使生物技术专业的课程的双语教学授课率达到15%,综合各方面因素,“分子生物学”双语教学成为一个试点。为开展人才培养模式的改革创新,“分子生物学”课程尝试采用双语授课形式,旨在提高大学生专业英语水平和直接使用英语从事科研的能力。但是当时适合高等师范院校本科生使用的原版分子生物学教材很少,几经筛选,本校最终将《Instant Notes in Molecular Biology》作为学生的教材。该书以24个专题的形式讲述细胞与大分子,蛋白质和核酸的特点,染色体结构,DNA的复制、损伤修复和重组,基因表达调控,分子生物学常规技术,每个专题相对独立,简洁易懂,但是系统性和深度尚有欠缺,难以适应学生考研的需求,所以在教学中,教师需要补充大量内容,因此无论教还是学,这本教材在使用中的缺陷都比较明显。鉴于此,自2009年起,本院选择了《现代分子生物学》作为教材,首先考虑该书由著名学者朱玉贤等编写,是“十一五”国家级规划教材,其次该书也是多所学校分子生物学考研复习的推荐参考书。该书在编排上分11章,从染色体与DNA,生物信息的传递,分子生物学方法,基因表达调控,疾病与人类健康,基因与发育,基因组与比较基因组学等方面介绍分子生物学基础理论和技术,在教学中,结合学生的实际情况,笔者并未完全按照该书的内容讲授,有些与生物化学、细胞生物学重叠的内容采用略讲方式,而有些内容则在教学中进行了补充或删减,例如:本教材中DNA修复和转座部分的内容薄弱,脉络不清晰,笔者主要依据《基因的分子生物学》进行了补充,而该书中一些与分子生物学主线关联不紧密的部分,则进行了删减,2012年,本校在多年教学经验积累的基础上,结合本科生的特点,出版了《普通分子生物学》一书,以易教易学作为编书的出发点,参考了多部目前国内外主流的分子生物学教材,构建了一个重在基础、兼顾前沿、简洁明了的体系,全书分6章,介绍了DNA的结构和复制,RNA的结构和转录,蛋白质的生物合成,基因表达的调控,分子生物学研究方法。该书在结构上分为三个模块,即基因组的维持、基因组的表达和调控、分子生物学技术,方便学生对学科体系的整体认识。
3.课程内容的优化
分子生物学是从生物化学分化延伸出来的一门独立的学科,一些内容和生物化学有较多的联系或重叠。但是分子生物学有自身的学科特点,突出对生命现象分子本质的解析。由于本校生物专业的“分子生物学”课程是在“生物化学”之后开设的,在课程教学中,任课教师通过讨论,对教学内容进行了分析,确定了两门课的侧重内容,在注意系统性的前提下,着重讲解教材的重点与难点,例如:在“生物化学”中已经有较大的篇幅讲述生物大分子的结构,在“分子生物学”课程中将略讲,教师在讲解复制、转录和翻译等过程分子机制时,以温故知新的方式,将基础知识和基本概念进行要点概括,借此为下一步的教学做铺垫,并检测学生的背景知识掌握情况,这种教学方法不仅得到了学生的广泛好评,而且使学科特点在教学中更加突出,专业课教学学时分配更加合理,起到了引导学生关注专业基础知识关联性的作用。
4.课程设置的调整
鉴于本校生物专业学生普遍有考研的需求,学生对“分子生物学”的教学要求高,希望能更贴近考研的要求,所以在2010年的培养方案中,分子生物学采取了分级、分段开设的方法,在大三面向所有专业开设的“分子生物学”,教学重点放在系统性和基础性上;在大四以选修课的形式开设的“高级分子生物学”,旨在通过教学促进学生提高专业基础理论的综合能力,在学科的深度和广度上做进一步的扩展,不仅补充了最新的国内外分子生物学前沿和热点内容,而且选择一些重点科研院所的考研真题进行剖析,引导学生完成拓展和提高。调查显示,学生普遍赞同这一课程改革方式。
二、课程实践环节与理论环节的有效衔接
实践教学是“分子生物学”课程的重要部分,但是由于条件所限,目前本校生物专业的“分子生物学”课程仅开设了理论课,实验课尚未开设。为解决这一问题,在理论教学中通过对教学内容的分析,尽最大可能的将基础理论的讲授和分子生物学基础实验相结合,坚持既要使教学沿着课程的主线进行,又要努力使实验技术的介绍与理论课教学合理的衔接的原则,一定程度上弥补了实验教学的不足,旨在通过课堂教学,使理论和实验教学融为一个有机的整体,一些代表性的分子生物学技术的原理和方法按照表1所示的安排在基础理论部分的讲解中进行了介绍。
作为任课教师,要使课堂教学精彩,还应深入科研第一线,这样才能利用科研和生产实践中的例子丰富课堂教学内容。[1]尤其是分子生物学这样更新快的学科,教师必须了解和准确把握学科发展方向和前沿热点,将自身科研实践中的经验、体会和感悟传递给学生,激发学生的对科学研究的热情,调动学生学习积极性。值得注意的是,专业课教学要充分发挥学生在学习过程中的主体作用,努力提高他们的分析能力、综合能力和创新能力,引导学生将理论知识和实验技术内容有效的融合,在教学中采用了一些方法来激发学生的学习兴趣和主动性,例如:每节课之后有要点回顾和知识链接提示,留给学生较为宽松的时间进行复习和延伸学习;设置一些与本节课内容有关的基础题、提高题、实验分析题,安排学生课下自行选择完成,以便学生检测学习掌握的情况,及时将知识梳理归纳,增加了学习过程的开放性和自主性。
三、教学模式的探索和实践
双语教学作为一种的新的教学模式,顺应了国家培养复合型人才的要求,也是考评学校教学质量和水平的一个重要指标。[2]2005年本校生物专业的“分子生物学”课程作为第一批教学模式改革的课程,率先采用了双语教学形式授课,一方面是出于本科教学评估的要求,另一方面也是专业课教学模式的一种尝试和探索。从2005至2008年的实践和学生反馈意见上看,双语教学作为教学改革的一种探索是值得肯定的,调查显示,92%的学生认同和赞成双语教学,认为通过使用原版英文教材和全英文课件,感觉学习“分子生物学”并没有开课前想象中的那么困难,通过学习,理解和掌握了学科知识体系,专业英文的阅读能力得到较大的提高,对专业词汇有一定的积累,很有成就感,对这门课更有兴趣了。从任课教师的反馈意见上看,由于难以找到合适的教材,所以在备课上需要下更大的力气,充实教学内容,不少教师在教学中信心不足,担心由于缺乏专业英文口语训练,造成专业术语的发音错误等问题。所以实际上,本校生物专业分子生物学开设的动因主要来自学校本科教学评估的要求。[3]笔者认为,双语教学的有效实施尚需从课程体系、师资培训、评价机制等多方面予以保证。[4]双语教学并没有固定的模式可循,需要从实际出发。
鉴于目前双语教学可用教材有限,选择适合的原版教材存在较大的困难,而分子生物学课程内容更新快,内容多,为适应绝大多数学生的考研难度需要,2009年以来,本校生物专业“分子生物学”选择了中文教材授课,将教学的重点放在系统性、基础性和前瞻性上,每年的授课内容至少更新30%,从学生的反馈意见上看,这一调整更加贴近学生的需要。这些年来的“分子生物学”课程改革实践也使本校认识到无论是常规教学还是双语教学形式,从学科特点、学生基础、师资条件等因素出发,制定合理的教学方案,提高教学质量,服务于人才培养这一目标才是课程改革的出发点和最终归宿。
参考文献:
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运用分子生物学实验技术探索生命科学的奥秘,构建完善的实验教学体系是分子生物实验学教学的重要任务,在传统的教学模式下,分子生物学实验教学需要配合实验室的建设以及实验资源的配置情况,既缺乏有效的实验教学方法,又没有形成独立的分子生物学实验教学体系,对分子生物学实验教学的效率也产生了较大的影响,所以需要通过有效的途径促进分子生物实验教学体系的完善,促进其教学效率的提升。
一、分子生物实验教学存在的问题
1.实验室以及实验资源有限
分子生物学是一门新兴学科,因此在高校教育活动的开展方面仍然会受到诸多因素的影响,其中最重要的就是资金的投入。当前,高校在分子生物学实验室的建设方面投入的资金十分有限,与其他经典学科相比显然更少,但是分子生物学实验对于实验室以及实验设备都有较高的要求,很多设备都需要从国外进口,价格十分昂贵,很多高校在资金的负担方面都有很大的压力,因此也影响了分子生物学实验教学的效率。
2.缺乏足够的实验技术人员
分子生物学在我国教育体系中的起步时间相对较晚,所以相关的教学人员和技术人员的数量十分有限,很多高校在分子生物学实验教学方面都需要聘请专门的技术人员,而人员的缺乏也成为了限制分子生物学实验教学的另一个重要因素。虽然我国教育机构也在积极培养分子生物学的专业技术人员,但是人员的数量以及其成长速度,都无法满足当前分子生物学实验教学的需求,不能保证分子生物学实验教学的有效开展。
3.教学内容的设置缺乏科学性
分子生物学是一门跨学科的综合性教育课程,因此其教学内容涉及到生物、医学以及药学等多个领域,这就涉及到知识的连接性与渗透性,因此在分子生物学实验教学的内容设置方面,需要考虑其综合性。但是从当前分子生物学实验教学的内容设置方面来看,显得较为单一,往往只是集中在某个领域,缺乏对实验教学系统的考虑,而且没有形成科学的实验教学评价体系,对于分子生物学实验教学的效果无法做出准确、科学的评价,无法为后续教学活动的开展提供必要的依据。
二、分子生物学实验教学的改进策略
1.加大实验室和实验设备的资金投入
高校现有的实验室设备和资源无法满足分子生物学实验教学的需求,因此需要加大实验室以及实验设备的资金投入,积极引进国外先进的实验设备,提高分子生物学实验的精准性,才能提高分子生物学实验教学的有效性。同时,为了保证分子生物学实验教学的有效开展,需要加大相关技术人员和实验教学人员的素质培养,为分子生物学实验教学的有效开展提供足够保障。
2.完善分子生物学实验教学的内容
根据分子生物学的特点以及教学大纲的要求,在注重分子生物学常规实验内容的基础上,适当加入更多可以凸显专业特色的实验教学内容,如大肠杆菌活化、质粒DNA提取等,注重分子生物学与其他相关学科的结合。同时在实验教学的选取方面,要考虑到学生对于知识的掌握程度,由浅入深、循序渐进,使学生可以参与到实验中,并且感受分子生物学的神奇,才能激发学生求知的欲望,获得良好的学习效果。
3.创新实验教学方法
为了提高分子生物学实验教学的有效性,需要改进传统的教学方法。分子生物学实验教学中包含很多复杂的实验,学生理解和记忆的难度都较大,如果教师仅仅采用示范和讲解的方法,显然无法给学生留下深刻的记忆,因此要对现有的实验教学方法进行必要的调整,使每个学生都可以参与到实验中,亲自操作和演示,也可以在教师的指导下由学生自行设计实验方案,这种方法可以激发学生的兴趣,同时也有利于培养学生的自主学习能力和研究能力,对于提高学生的综合实验能力有较大的帮助。
4.构建科学的实验教学评价体系
对实验教学的结果做出准确、客观的评价,可以了解学生的学习情况以及对知识的掌握情况,同时也可以为后续教学活动的调整提供必要的依据,有利于提高实验教学的针对性和可操作性,促进分子生物实验教学改革的不断深化。
关键词:基础不同;网络课程建设;启发式教学;探索式教学;实践教学
中图分类号:G643 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)36-0176-02
分子生物学是从分子水平上了解生命活动的规律,是推动生命科学发展的领头学科,其理论和技术既具有基础性又具有前沿性,已经渗透到生物学、农学、林学、畜牧学、医学、药学以及环境科学技术等许多一级学科。分子生物学课程也成为生物类学科的基础专业课程,对于学生的知识体系构成、实验技能培训以及学科创新型人才的培养方面均起着举足轻重的作用。因此,分子生物学是生命科学各专业研究生阶段的主干课程之一。
本校研究生分子生物学公共课面向农学、植保、林学、园艺、草业、食品科学、环境科学、生物学等专业,共60学时,其中40学时理论课,20学时实验课。但在讲授时,发现学生分子生物学基础水平参差不齐。以农科专业为主,学生来自不同的本科院校、不同的专业,有的学过生物化学和分子生物学课程,而有的没有学过分子生物学,只学过生物化学,还有个别学生专业跨度大,本科阶段没有学过生物化学,对微观生物学了解甚少。面对这种情况,该如何让基础好的学生不觉得已经学过,失去兴趣,认为自己看书就能学会;如何让基础差的学生不觉得难懂,失去动力,认为受到了冷落。如何让所有学生在教学中都能掌握分子生物学的理论和技术,都能有所提高呢?实施“一刀切”肯定不利于所有学生掌握知识和发展,需采用共同但有区别的方法进行。在教学过程中注意本科生与研究生分子生物学教学的区别,注意学生间基础不同的差异,在研究生教学中从深度和广度上进一步加强,注重将最新研究进展和技术引入课堂。笔者尝试对教学方法、手段和实验教学进行了改革,取得了较好的效果。
一、建设课程网站使学生利用“互联网+”延伸教学空间
随着分子生物学理论和技术的飞速发展,知识体系每年都在不断更新,如何在学生生物学基础参差不齐的情况下完成教学,传统的授课方式已经越来越无法满足需要,急需引入新的授课方法和技术。
1.内容丰富的课程网站建设。笔者长期从事生物化学和分子生物学的教学和科研,依托新疆农业大学课程中心网站进行了分子生物学课程网站和生物化学网站建设,形成文字教材、电子教材、辅助教材和参考资料相配套的网络教学资源,包括教学大纲、教学日历、教学课件、教学录像、微课视频、参考书目、实验指导、阅读资料等;形成网络考试、作业、论坛、答疑为主要内容的与学生互动交流空间。将教学课件和微课视频、延升阅读资料以及分子生物学的新技术和研究进展上传网站,供学生课前课后查阅,同时上传了大部分生物过程如基因结构、复制、转录、翻译、启动子特点、表达调控等的动画演示,便于学生理解。上传难易程度不同的试题库,可根据每个学生的基础情况选择合适的试题组合生成小测验或是作业发放给学生。
2.师生有效利用课程网站。在教学过程中充分利用课程网站和互联网资源,让学生可以随时在网站上学习课程内容、浏览相关延伸阅读材料和观看微课视频及动画演示,教师可以有效利用网站让学生主动参与。教师先从试题库中抽题合成一套摸底综合题,在上课前学生需上网站做这套题,共100题,全部为客观题,通过做题了解学生对分子生物学基础知识的掌握程度,80分以上的学生基础较好,80分以下的学生在每节课前需通过网站做课前预习题,从课程网站上和互联网上主动查阅自学找到答案,了解下节课的背景知识点。讲完一章后,在网站发给学生每章练习题,学生在做题中继续通过课程网站和互联网上的资源深入了解知识点,及时复习这章内容,教师也可通过学生提交的答案了解学生的掌握程度。授课结束后,将综合测试题在网站上发给每位学生,学生在网站上做题从而巩固全部知识,教师也能从学生提交的答案知道每位学生的掌握程度和本次授课的效果。通过网站还可以建立师生互动论坛,由教师和学生发起一个主题来讨论。
利用“互联网+”进行教学方法的改革,是“不教与教”教学方法的融合,一方面可以有效的利用网络扩展教学空间,使基础差些的学生通过网络预习课程的背景知识,通过反复看视频清楚了解课程内容,不至于跟不上课程进度,使所有学生随时都可以通过网站复习或深入了解课程知识体系;另一方面提高学生的主动参与性,增强对学习分子生物学的兴趣和科学的思考方式,为今后的科学研究和论文工作和个人发展具有积极的推动作用。
二、创新课堂教学方法,促进学生自主学习和研究性学习
有了内容完善的课程网站,学生可以方便的得到课程知识和相关信息,这对课堂教学就有了新的要求,不能再按部就班的采用传统的灌输式的教学方式,需根据课程内容积极实行启发式、探索式等教学模式,促进学生自主学习和研究性学习,培养适合社会发展需要的高素质创新人才。
1.启发式教学方法的应用。在教学中根据授课内容综合应用图片、故事和研究启发等启发式教学方法,加深学生对分子生物学知识体系的理解。如介绍基因克隆是放一张用鱼竿钓鱼和撒网补鱼的对比图,启发学生思考2种不同的获得基因的思路;用双螺旋发现的故事启发学生认识到多学科的交叉融合和研究人员的分工合作在分子生物学研究的重要性,判蚪ソ的介绍分子生物学理论和技术体系;通过介绍十年时间研究64个遗传密码的过程,让学生了解基因编码和蛋白质氨基酸顺序的关系是如何破译的,使学生明白分子生物学研究不是短期能完成的,可能是长期重复性的工作积累。通过启发式教学提高学生主动思考的能力,了解分子生物学科学研究的过程和研究思路,知道理论和实践相结合的重要性,培养理性思维方式。
2.探索式教学方式应用。在学生对分子生物学的知识体系和研究方法有一定的了解后,开始进行问题和任务导向的探索式教学方式。如给学生一个思考题:如何获得抗虫转基因棉花?这个问题综合考查学生对基因克隆、遗传转化、分子检测等理论和技术的掌握程度。学生要像做项目一样,必须了解每个过程,写出技术路线,并进行分析,探索每个方案的可行性,从中了解转基因技术的发展和受争议的原因。教师选择有代表性的学生方案在课堂上进行点评。这一教学方式培养学生利用所学知识,积极思考问题、解决问题的能力;也使学生了解科研项目的研究过程和科学问题的发现和解决过程。
三、因能施教的实验教学模式
实践教学是分子生物学课程的重要组成部分。在选择研究生实践教学内容时,也必须考虑到学生的实验技能的掌握程度,有的学生已进行了分子水平的很多实验,动手能力较强,而有的学生基本没有做过相关实验,实验操作能力较弱,这种情况下,就必须正视学生实验能力的差异,选择有区别的实验内容。分子生物学公共课只有20学时的实践教学,如何在有限的时间里做到不与本科期间内容重复又能兼顾学生的能力差异,使每个学生都能掌握相关实验技术呢?我们选择2天时间的综合大实验的方式进行,尝试同样的技术解决不同的问题这种实践教学模式。一个是真核基因克隆,一个是真核基因表达分析,所用的实验技术均为RT-PCR技术,即先提取总RNA,再反转录,再PCR分析。但前者较容易,属于定性实验,能扩增出目的条带就算成功;后者属于定量实验,需要实验者手法准确,还需增加内参基因对照和循环数分析,做出好结果需要有一定的难度和技巧要求。上实验课前先将实验内容全部发到网站,然后让学生选择做哪个实验。学生会根据自己的实验技能掌握的程度选择,最后基本都能得出满意的结果。
这种模式,实验准备工作基本一样,但学生实验内容和操作有所区别。让学生通过一次综合实验课了解真核基因的克隆和真核基因表达分析的研究方法,两天时间完成一个完整实验,也使学生了解到科研工作的连续性,前一个实验产物还要继续进行下一个实验,每一步都必需认真完成最后才能得到好的结果。由学生根据自己的实验水平来选择做哪个实验,这样学生在实验中的主动性很强,都想做出好的结果,无论是实验基础好的学生还是基础弱的学生都很满意。
网络课程网站、课堂教学、实践教学三者是有机的整体,网络课程中心的建设和使用扩展了教学的时间和空间;新的教学方法和手段的运用提高了教学质量;实验教学的改进促进了理论与实践、教学和科研的结合。在教学中三者有机结合,提高教学整体水平,培养高层次创新性人才。
参考文献:
[1]姚伦广,胡小敏,阚云超.综述式教学在硕士研究生分子生物学课程中的应用[J].南阳师范学院学报,2013,12(9):68-30.
[2]沈晗,孟民杰,邵红伟,张文峰,黄树林.着眼于研究生培养实际需要的《分子生物学》课程教学新探索[J].教育教学论坛,2014,(3):46-47.
[3]谭维智.不教的教育学[J].教育研究,2016,(2):37-49.
关键词:分子生物学基因重组医学基因工程
1.引言
国内外研究情况与历史背景
1953年沃森和克里克关于 DNA 分子空间结构及其作为遗传信息载体的著作的发表标志着分子生物学的诞生。分子生物学的诞生是生物学的一个重要发展,标志着生物科学对许多重大问题已开始由现象描述转入到基本规律的阐明。虽然分子生物学的兴起还不到 60 年,但是在分子生物学基础研究领域内取得的成果却很显著。分子生物学与医学、农业、生物工程等的关系十分密切。分子生物学的研究成果使不同生物体之间的基因转移成为可能,在农业上开辟了育种的新途径,在医学上有可能治疗某些遗传性疾病,在工业上形成了以基因工程为基础的新兴工业,从而有可能生产许多用常规技术从天然来源无法得到或无法大量得到的生物制品。
2.分子生物学的应用列举
2.1分子生物学在医学上的应用
(一)癌症的研究即将出现重大的突破
癌基因的发现是近年来分子生物学研究的重大成果。过去在癌病因学上众说不一的局面正在改善。由各种内外因素导致癌基因激活或异常表达很可能就是癌症发生的根本原因。癌基因本来是正常的基因成分之一,它的生理功能是什么?它是如何被调控的?异常表达和激活的机理是什么?癌基因产物和生长因子的关系是怎样的?是否存在着反癌基因和生长的负调节因子?等等。这些问题都是当前研究的热点,正在取得日新月异的进展,与此有关的是艾滋病(AIDS)的研究受到世界范围的密切关注如果分子生物学研究成果和社会性的预防措施能够很好地结合起来,这个疾病的流行将会较快得到制止。
(二)遗传病
随着医学分子生物学研究的日益深入,有关遗传病的一些概念正在发生变化。首先,这类疾病不再像过去认为的那么罕见。至今发现按照孟德尔方式遗传的遗传病已达3000余种。如果估计到疾病易感性和基因变异的关系,则遗传病范围会更加扩大,例如易患心脏病、肺气肿、高胆固醇血症、糖尿病、变态反应和胃溃疡病等等的基因正在得到分离,甚至癌症,有的学者认为也可归属于遗传病的范畴,其根本原因在于DNA的损伤。其次,基因探针技术正在逐步扩大产前诊断和遗传病诊断的范围。在治疗上,过去一切对遗传病的疗法都只能是对症的,从理论上讲,只有基因疗法才是治疗遗传病的唯一根治方法。
(三)药物和疫苗
随着基因工程的蓬勃兴起而首先受益的产业领域就是制药工业。现在已经有些多肽或蛋白质药物,如人胰岛素、生长激素、干扰素等能够通过“工程菌”大量生产,更多的药物则正在开发之中。疫苗的研制正在极大地促进预防医学的发展.例如,白细胞介素 2和β干扰素是两种具有抗癌作用的蛋白质,在其多肽链中各有三个半胱氨酸残基,但只形成一对二硫键,由于分子中含有多余的一个半胱氨酸残基,所以二个分子容易缔结合成二聚体而失活,用定点突变法改变半胱氨酸的密码子为丝氨酸密码子,就可防止二聚体的形成,从而在不损害活性的情况下大大延长这两个蛋白质的半衰期,提高了疗效。
2.2 分子生物学在农业上的应用
分子生物学用于农业, 已经对农作物的品种改良起了以前不可能 想象的重要影响。农作物以及家畜品种的改良,现在可以用定向引人有关基因的方法进行,这就从根本上改变了过去盲目大量诱变然后再 从中进行筛选的传统作法。 在农作物中,已经成功地对马铃薯进行了改造,不但使其获得了抗病毒基因,也得到了高蛋白质含量的马铃薯新品种。把一个蛋白水解酶抑制剂基因引人烟草之后,使得以烟叶为食的害虫不能消化其中的蛋白质,因而不能繁殖。这样,这一品种就获得了抗虫害的能力。 虽然植物基因工程的应用 还不是很久,但为农作物的大量增产和品种改造,例如固氮基因的转移等,提供了无法估量的发展前景。
2.3分子生物学在工业上的应用
如今已经产生了一种新兴的工业, 即以基因工程为基础的生产生物制品的工业。 它的基础是从一种生物体分离编码某个蛋白质的基因,即DN断,把这个基因人工重组到可以用发酵法大量生产的如大肠杆菌或酵母的基因中去,使其在大肠杆菌或酵母的细胞中得到表达,并达到大量生产的目的[2]。 新近发展起来的蛋白工程则是分离出某个蛋白质的基因之后,再加以改造,根据三联密码,把这个DNA序列中编码某一个氨基酸的密码子,改变成为编码另一个氨基酸的密码子;或者用合成 DNA 的方法 直接合成基因。 从以上两种方法都可以得到在天然界原来并不存在的 DNA,再用和上面所说的类似的方法,引人大肠杆菌或酵母的基因中进行表达,以达到大量生产的目的,得到具有新的特性的蛋白质。
1制定合理的带教计划,重点明确
实习学生在本院实习分子生物学的时间为4周。由于实习时间较短,带教老师应首先制定合理的带教计划,便于学生充分利用有限的时间掌握实习内容。在制定带教计划的过程中,不仅要结合学科的大纲要求,还应结合历届学生的学习情况和实验室的基本情况,制定最合理、最贴近实际的带教计划。由于本实验室开展的检验项目较多,而学生实习时间较短,实习内容不可能面面俱到,因此在带教计划中将带教内容分为4个类别,即熟练掌握、基本掌握、熟悉和了解。例如,分子生物学实验室的分区制度、工作流程、乙型肝炎病毒DNA检测等纳入实习生应熟练掌握的内容。有侧重点的带教可以让实习学生在有限的时间内牢固掌握常用检测项目的原理、操作方法、注意事项、临床意义等,有助于学生在以后的工作中进一步由点到面地进行分子生物学检验知识的学习。
2注重岗前教育,树立整体意识
为引导实习学生转变角色,保证实习质量,岗前教育是必不可少的。分子生物学实验室对设备、环境和操作人员有较高的要求,因此在实习学生进入分子生物学实验室前,应首先对其进行岗前教育,包括分子生物学实验室基本情况、分区制度及相关工作流程等。并且要求学生实习前仔细阅读实验室管理文件和标准操作规程(SOP)文件,着重学习分子生物学实验室各区的工作制度、各项目检测操作规范、质量控制、生物安全防护及标本接收、处理和保存等内容,使学生对实验室工作有初步的认识。学生进入实验室后,带教老师应首先引导实习学生按照区域流向制度依次参观各实验分区,系统地向其介绍各检验项目的检测原理及临床意义。然后,根据带教计划的侧重点,选择常用检测项目,结合项目介绍主要相关仪器设备的工作原理、操作程序、日常保养及记录登记,让实习生树立整体意识,对实验室的工作有全面的了解。
3加强操作训练,培养质量控制理念
分子生物学的发展速度较快,学生在校园内依靠有限的教学设备和较少的实验课时难以掌握分子生物学的基本技术。因此,实习学生在进入临床实验室后,对很多仪器设备较为陌生,操作过程中难免存在不规范之处。再加上分子生物学检验对实验操作的要求比较高,因此在指导学生的过程中,应给予学生尽可能多的实践机会,使其不断进步。首先,带教老师必须从最基本的实验操作出发,边操作示范边讲解相关知识,重点强调操作要点和关键步骤,指出注意事项并说明原因。然后让学生实际操作,带教老师在旁给予指导,并当场纠正操作中出现的错误,让学生记忆深刻。通过操作示范和指导,带领学生逐步完成规定的实验操作项目。此外,带教老师应尽量多地创造机会让学生动手,加强对学生的监督,让学生能够熟练掌握各项目的检测操作步骤和操作规范,在短期内提高学生的动手能力。准确的检验结果是检验医学的生命。检验结果出现较大偏差会对患者诊治产生影响,甚至引起医疗纠纷。分子生物学检验是繁杂有序且细致的工作,从标本接收、标本前处理、DNA提取、扩增分析到报告发放的任何一个环节都不得有误。因此,带教老师应注重培养学生全面的质量控制理念。带教老师在带教过程中,需要根据岗前教育的内容,对各个操作环节的影响因素进行细致分析,并向学生讲解相应的质控措施,重点说明标本质量判断标准、实验操作规范、仪器设备校准、质控参数设定、结果处理、报告审核与签发等内容。在学生进行实际操作时,带教老师应做到“放手不放眼”,对学生严格要求、持续关注,一方面保证检验质量,另一方面也能培养学生严谨的工作作风和良好的工作习惯。
4科学考核,严把实习质量
在学生实习期满时,应按照要求对其进行考核。本实验室对实习生分子生物学检验的考核内容包括如下两方面。(1)基本操作考核:实习生需独自完成规定标本的乙型肝炎病毒DNA检测。带教老师根据学生的操作流程、操作规范程度、检测结果准确性进行打分。(2)理论考试:内容涉及分子生物学的基本理论、实验室分区、标本采集及保存、质量控制、常用检验项目的简要操作流程或项目检测的临床意义、污染预防措施等。通过考核,带教老师能了解实习学生对实习内容的掌握情况,对实习学生掌握不佳的知识点再加以指导,为保证实习质量把好关。
5引导学习前沿知识,培养科研思维
由于教材更新一般都滞后于学科的发展,因此为了弥补分子生物学教材和临床实践应用脱节的缺陷,带教老师还应尽量引导学生学习专业相关前沿知识,提倡学生广泛搜集、阅读文献和专业书籍,使学生能够了解最新的学科进展。当然,这对带教老师也提出了较高要求,需要不断加强学习,掌握新知识、新技术,为学生做好表率。此外,学生实习期间还需完成毕业论文,对于承担毕业课题指导任务的带教老师而言,还需注重培养学生的科研能力。如果条件允许,带教老师可以让学生参与相关科研课题的研究,使其能够在完成毕业论文过程中,通过搜集、整理文献巩固基础理论知识,了解新的研究进展;通过实验设计熟悉和掌握多种实验方法;通过撰写毕业论文提高科研写作水平。科研和教学相辅相成,既丰富了分子生物学带教内容,又激发了学生的科研思维和提高了学生的科研能力。
6小结
关键词:翻转课堂;教学;自主学习
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)38-0260-03
分子生物学是生命科学教学中一门重要的专业基础课程,教学内容涉及生物体中核酸和蛋白质这两类生物大分子的功能、形态结构及其相互关系。实践教学是高校教学工作的重要组成部分,是深化课堂教学的重要环节,是学生获取、掌握知识的重要途径[1]。因此,在分子生物学教学中理论与实验课程具有同等重要的地位,很多高校生命科学专业都单独设立了分子生物学实验课程。
河北大学生命科学学院自2000年设立《分子生物学实验》。多年来,课程依托“河北省级生物实验教学示范中心”,在动物学国家重点(培育)学科,河北省生物学强势特色学科,河北省生物学国家重点培育学科等资金支持下,教学内容不断丰富,教学效果得到显著提升。然而,近年来生命科学发展迅猛,新技术、新方法不断涌现。分子生物学实验是生物类教学基础而又前沿的实践课程,教学内容和方法必须不断革新[2,3]。因此,开展教学改革研究工作十分必要。
一、分子生物学实验教改方法的思路
分子生物学实验的教学目的是训练学生严谨的科研作风、熟练的操作能力、敏锐的观察力及进行科学研究的创新能力。然而,以往多以验证性实验为主要内容的课程安排,学生对教师和教材依赖性强,教学方式单一,在激发学生实验操作的主观能动性方面存在不足[4]。“翻转课堂”(Flipped Classroom或Inverted Classroom)是一种新型教学理念[5],该模式创造性地提出一种混合使用技术和亲自动手活动的教学环境。在这种教学模式中,知识传递由传统的教师课堂讲授转变成学生课前提前领会知识点,强调自主性、针对性教学理念[6]。
高校教学体制改革目的是提高教学水平,培养出基础知识扎实,具有应用性和开拓性的创新型人才[7]。作者结合在分子生物实验教学一线的多年经验,并根据省属重点大学的学生培养要求,从教学方式、教学内容、探索综合创新性实验等方面进行了探索与革新。我们尝试对分子生物学实验进行教改,努力将翻转课堂的教学理念融合到实践教学中。目的是提高教学质量、强化学生实验技能和综合能力,培养具有独立思考和善于解决问题的应用型、创新性人才。
二、翻转课堂的起源与特点
翻转课堂最早由教育学者萨尔曼・汗创造性地提出。目前,该教学方法和理念日益得到教育工作者的认可[8]。基于翻转课堂理念而成立的非营利性“可汗学院”网站,引起了教育界的广泛关注。在我国,高等院校从2007年开始尝试将翻转课堂教学理念运用到大学课题中,取得了很好的教改效果[9]。
翻转课堂,通常借助信息技术手段,结合不断涌现的基于信息传播的教学环境(如,微课、慕课等),重新规划和组织教学内容的课前、课内、课后三个阶段。创造性地将知识传递、知识内化、知识巩固的颠倒安排,实现传统教学中师生角色的翻转。在这种新型的教学模式中,知识传递由传统的教师课堂教学提前到课前,学生从教师提供的学习资料中首先接触和领会知识点。知识内化则实在课堂教学时间实现,学生在教师的辅导和学习小组的协助下展开个性化的讨论学习。这样,基于翻转课堂理念的教学活动成为了学生提出问题、解决问题、合作学习的过程,教师和学生之间互动明显加强,学生的积极主动性得到激发。知识巩固阶段是学生领会知识、总结归纳的阶段,源自教师的知识内容顺利地渗透到学生头脑中,并“生根发芽”。
因此,翻转课堂开创了全新的教学模式。在这种新型教学模式下,教师的角色发生了逆转:由传统的知识传授者转变为驱动学生学习的促进者和指导者。同时,学生也从知识的接纳者转变成了学习的探求者和思考者,教学效果得到极大提高。
三、翻转课堂模式应用于分子生物学实验具体方案
翻转课堂作为新型的教学理念已经受到了广泛的好评,在微生物学[10]、生理学实验[11]、大学应用[12]和地理学[13]等课程已经开展教改并取得了显著的教学提升效果。然而,分子生物学实验操作目标都是核酸、蛋白质等“微小、微量”的物质,教学内容较为抽象[14]。因此,如何将翻转课堂理念恰当地运用到分子生物学实验这门课程仍需要认真探讨和研究。我们对翻转课堂理念反复研究、开展教学研讨,并结合多年教学经验,提出了基于以下三个步骤的具体方案。
1.建立课程讨论网络平台,明确翻转的原则及教学目的。Blackboard教学平台是一种基于网络的数字化综合教学模式,在Blackboard平台上授课教师可以和学生进行多媒体课件分享、教学内容、数字化问答交流等[15]。河北大学教学处很早就建立了Blackboard网络教学平台,数字化教学已经得到广泛认可。分子生物学实验教学时,首先由教师在网络教学平台上课程的教学大纲和教学目的,在课前及时更新教学课件、视频以备学生进行课前学习。此外,在Blackboard平台或者利用即时通信软件建立讨论组,组织学生就课程中的重点和难点的问题进行讨论,并进行网络互动答疑。
2.课前准备阶段。以分子生物学实验课中的“蓝白斑筛选重组子”实验为着力点,我们将翻转课堂的教学理念生动地融入其中,并借助微课教学方法激发学生自主学习积极性。首先,教师根据分子生物学实验的教学大纲和本次实验的具体教学目的将“蓝白斑筛选重组子”实验的重点内容分离出来,确定微课的内容,完成课件设计。具体而言,教师课前将蓝白斑筛选重组子的基本原理和操作方法的多媒体课件通过网络教学平台分享给学生,并列出任务单。任务单就是教学内容的具体体现,是翻转课堂中“问题”的导向[16]。下发任务单,可以告知学生教学内容,有利于帮助学生领会学习目标。例如,“蓝白斑筛选重组子”教学内容的难点是两个对照(阳性对照和阴性对照),将上述内容制作为微课课件,并提出问题,引导学生思考实验原理。并且,提出“重组子”和“转化子”的概念,激发学生学习积极性,为后续的课上教学内容做好铺垫。
3.课上实施阶段。课前准备阶段是为了让学生发现问题,课上实施阶段就是在课堂上解决问题。解决问题的方式不拘一格,可以采用学生提问、教师解答方式,也可以采用小组讨论形式[17]。鼓励学生参与解决问题,提出和讨论问题本身就是学习和交流的过程。重点和难点问题可以由教师主动提出,学生可以自由发言或者分组辩论。这样可以突出翻转课堂的理念,强化学生自主学习地位,课堂讨论中就锻炼了思考问题和解决问题的能力。具体到“蓝白斑筛选重组子”实验,即由学生按照课前所掌握的实验原理和技术路线自行配制蓝白斑筛选试剂、自主进行蓝白斑筛选重组子的实验。期间,就实验的重点和难点及学生操作中遇到的问题组织课堂讨论,通过教师演示和学生动手操作相合方式开展教学。等到上述问题解决后,教师可以根据实验进程布置新任务、提出新问题。内容可以涉及第一阶段未解决的问题,或者还尚未提及的知识点,帮助学生通过自主思考或者小组讨论的方式完成。对于“蓝白斑筛选重组子”实验是让学生根据已有知识设计下一步实验操作,提出实验中可以改进的方法以及需要注意的问题等。在课堂的教学过程中,教师可以弱化自己,作为“旁观者”观察学生的讨论情况。或者,可以转变身份为一名普通学生,参与讨论,平等交流。当然,对于重点问题教师必须进行适当的集体讲解和单独辅导。总之,课上实施阶段就是学生主动完成解答问题、发现知识点的内化学习过程。
4.课后巩固阶段。根据实际教学进展情况,教师根据对学生参与的讨论问题和关键知识点进行总结。归纳课上实施阶段出现的问题和发现的新思路、新方法,将完善后的学习资源和课件再次到网络平台,帮助学生巩固知识。并且,经归纳总结的前瞻性课堂还可以帮助有特殊需求的同学进行参考,达到循环、拓展和拔高的效果。具体到“蓝白斑筛选重组子”实验,就是教师将课上学生总结的实验技术路线进行总结和升华,将实验操作中的重点难点(如感受态细胞制作、转化和筛选过程)凝练,再次以微课形式到网络平台。当然,为了将科研知识融入教学中,也可以将“蓝白斑筛选”应用相关的最新的文献到网络平台上,供学生进行知识拓展和拔高。
四、翻转课堂应用于分子生物学实验教学的优势
“翻转课堂”的目标是将课时为单位的教学活动和网络为基础的预习与总结深度融合,完成提前预热、课堂讨论、课后归纳这种“三位一体”的全新教学模式,促进师生互动和生生互动,着力提高教学效果和质量。分子生物学实验具有技能要求高、细节繁杂、概念抽象等客观教学难点,十分适合开展翻转课堂教学改革。
教学过程中,根据实验课操作性强的特点,精心制作微课等多媒体课件。利用动画、视频、照片等模式展示教学内容,力求清晰简明,突出特色。细节方面,首先采用近镜头录制并适当加入语言描述,强调教学难点和重点,帮助学生认知。视频时长不宜过长,微课内容不多于10分钟,避免视觉疲劳。然后,将精心制作的微课资源通过网络教学平台,并为教学难点设置过关任务,鼓励学生自己动手尝试实验内容。同时,还要借助网络平台开展在线解答问题、讨论实验原理等教学内容,借助信息化手段促进学生与教师交流讨论。最后,在完成上述工作的基础上,组织学生实施教学内容,自由分组进行实验操作,并且对照微课内容,提出自己的问题,充分参与讨论环节,加深对实验内容的理解。最终,通过上述过程,将教师讲授、学生动手的实验流程“翻转”,在学习课件、实践操作和教师指导的过程中实现知识和技能的传递。这个过程就是典型的翻转课堂教学模式,激发学生学习热情,充分发挥网络教学平台和多媒体课件优势,帮助教师向学生传授关键知识点,力求提升教学效果。
分子生物学实验开展翻转课堂教学改革后,教师不再是课堂主导者。当然,教师的知识水平依然决定着网络平台的运作、课件资源的制作、教学路线的设计。所以,翻转课堂教学中教师依然是实质性的主体。只是,教师转变为教学的幕后引领者和设计者。在这种前所未有的改革中,师资队伍的培养依然是问题关键。这就要求教师在分子生物学实验的教学过程中广泛收集素材、全面评价学生活动、及时归纳总结教学经验,并依据教学效果及时调整、优化教学方案,使翻转课堂能真正让学生受益,帮助学生全面掌握分子生物学实验的教学内容。
五、结束语
分子生物学实验教学不仅是构成高等院校生物教学的重要组成部分,也是从事生物技术领域的研究人员必备实验技能。传统的分子生物学实验教学注重让学生学习操作步骤,而忽视了学生发现问题、解决问题能力的培养。将翻转课堂理念融入到教学之中,可以确保学生在操作的过程中深入领会实验原理,同时开创讨论式教学的创新教学模式。分子生物学实验课程是生命科学的基础,广大教育工作者必须不断探索新的教学方法,勇于革新教学理念,这样才能真正提升教学水平,实现培养应用型、创新型人才的高等教育教学目标。
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关键词:研究生;医学分子生物学;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)42-0173-02
分子生物学是生命科学中发展最为迅速的前沿学科之一,其研究方法和技术广泛应用于生命科学相关的许多学科领域。分子生物学在医学领域的使命,就是应用分子生物学的理论与技术,从分子水平上揭示疾病发生、发展的分子机制,进而对危害人类健康的各种疾病提供预防、诊断以及治疗方法[1,2]。对医学各专业的研究生而言,学习和掌握扎实的分子生物学知识,是将来成为合格医学研究者和临床工作者的内在需求和必备条件。研究生《医学分子生物学》是本校一门重要的基础课程,从1994年开设以来,一直是全校基础与临床专业共计400余人/年的硕士研究生必修课,2010年后改为选修课。然而随着分子生物学理论和技术的日新月异,虽然教学内容在不断更新,但沿袭旧有的重视知识传授而忽视学生自主学习的教学模式已经远远不适应新的教学理念需要,对新的教学模式的探索已势在必行。
一、现阶段存在的问题
总结多年的教学实践,我们发现在《医学分子生物学》理论课教学中存在着一些问题,主要反映在:(1)课程体系及教学方法里学生自主学习、交互式团队学习的模块少,学生未能养成自主阅读文献、集体讨论、发现问题和解决问题的习惯;(2)学生知识基础参差不齐,专业背景及研究方向差异较大,课堂讲授难度较大且有时收效不好;(3)部分内容理论性强,较为枯燥且不属于学生的研究方向,学生学习积极性不高;(4)在教学内容上只关注教材讲授而不重视其专业发展方面的探究,虽然分子生物学教材内容时有更新,但相关领域的最新进展并不能及时涵盖,这将使教师更新知识的主动性下降,同时研究生也会失去学习分子生物学的兴趣。(5)期末考试闭卷问答式方式由于考试时间和考试内容的限制,而不利于开拓研究生视野和创新意识的培养;(6)在成绩评价上,未能对学习积极的学生加以激励。
二、教学改革内容及方式
针对教学中存在的这些问题,我们对2012级研究生《医学分子生物学》理论课教学进行了改革尝试。我校2012级选修《医学分子生物学》课程的研究生共279人,将其分为两个班,其中基础专业和部分临床专业共105人为1班,其余临床专业174人为2班。本学期对1班学生进行了教学改革活动,对2班学生仍按往年教学模式正常上课作为对比。本次教学改革活动的方式为:将1班的105名学生分成小组,每组4~5名学生。以小组为单位,要求学生课后阅读中外文文献,内容可以是分子生物学方面的经典理论、热点问题或最新研究进展(如:PCR技术、细胞信号转导与疾病、药物基因组学)等,小组同学分析讨论后将文献内容制作成多媒体课件,分别在学期中和学期末各抽取4~5个课时在全班进行读书报告,每组推荐一名同学做报告,报告时间15~20分钟,报告完毕由学生提问及老师点评,每小组共计耗时30分钟,期末对两个班的成绩进行分析比对。
三、考试成绩分析
我们对1班和2班学生的期末考试成绩进行了对比。从表1可以看出,1班的考试平均成绩比2班高出3.07分,且1班的最高分(88分)和最低分(59分)均分别高于2班的83分和43分。其次,1班不及格人数为1人,不及格率为0.95%;2班不及格人数为13人,不及格率为7.47%。两班比较不及格率具有统计学差异(P箓0.05)。表1结果说明1班考试成绩明显超过2班。
四、本次教改活动的思考
经过本次教改活动,我们体会到:研究生教育与本科的基础教育不同,我们培养的研究生必须具备扎实的理论基础和鲜明的创新性。教师虽然是授课环节中的主导者,但学习是互动的过程,这个过程不仅是教师在讲台上的授课过程,也应是台下学生主动学习的过程。因此教师在教学中除进行启发式的教学外,还更应该注重培养研究生主动学习的意识,塑造研究生的创新精神。本次在2012级研究生1班通过进行读书报告,首先优化了教学氛围,充分调动了学生学习的积极性。通过查找文献、归纳总结文献并制作课件等,锻炼了学生的科研思维能力和写作能力;通过口头报告锻炼了他们的表达能力;通过小组讨论锻炼了他们的团队协作能力。这些能力的训练为他们将来的研究工作和毕业论文答辩等打下了一定的基础。其次,拓展了学生的知识面,有利于增强学生的学习兴趣。教师在课堂上的讲授只有几十分钟,时间远远不够,只能是内容上的引导,而切实掌握的知识还有待于学生课后的学习与思考,这就要求研究生必需树立主人翁的意识,积极主动地完成自学过程并培养创新精神。我们在教学中也发现,很多学生在课间以及课程结束后会主动向老师请教分子生物学方面的问题,这说明研究生的学习主动性增强了。但本次教改活动也有不足之处。从老师授课的情况和学生咨询的问题来看,大部分研究生对实验技术的理解及操作很弱,由于本校的《分子生物学技术》实验课程已交给学校“医学与生物学研究中心”实验室承担,本次教改未能涉及到实验技术方面的改革。因此如何提供更好的实验室条件,加强学生的操作能力,是我们分子生物学教学改革的重要目标。分子生物学的发展十分迅速,而本校使用的教材相对陈旧,虽然老师在讲授时可以适当介绍新的研究进展,但陈旧的教材不利于学生自学。在本次教学活动中,虽然我们考虑过师生讨论、互动式的教学,但由于授课人数多,学生基础参差不齐,甚至少部分学生只是为了获取学分,对本课程毫无兴趣等诸多原因,最终本课程36学时的教学中,大部分仍然是采用老师讲授的方式进行教学。
经过对《医学分子生物学》这门课程的教学改革,我们虽然取得了一定的教学效果,但深知这门课程具有很强的理论性和实践性,教师必须不断探索合适的教学手段和教学方法。在今后的教学中,如何变革教学思路,体现以“医学”为中心,并调整教学内容使之与科研课题需求相结合,以进一步激发学生的学习兴趣和创造性思维等,将成为教研室教学改革重点思考的问题。作者认为可以考虑在授课中尽量引用科学先驱们的成功事迹,以“故事”的形式进行授课;在讲解分子生物学经典现象和原理时,可以从相关现象的发现、科学家如何提出假设、如何通过实验证明假设的思路,在讲解中引导学生思考,从而锻炼学生的科研思维;在介绍新进展时应充分结合生活中和医学中的热点问题进行讲述,明确本学科同临床的联系程度,这不仅强调了学科的重要性,同时也加强了研究生学习的迫切性,使他们真正喜爱这门课程,同时能高效地接收相关理论知识,应该会取得更好的效果。
以上是本教研室为适应教学改革需求,在研究生层次上的分子生物学教学的一些尝试与体会。随着高教改革的深入进行,我们还将不断完善、不断总结、不断创新,以使研究生的分子生物学教学走上新台阶,使学生学以致用,努力创新,最终成为教学、科研、医疗的栋梁之材。
基金项目:遵义医学院教学改革项目“研究生分子生物学教学改革的研究与实践”