環(huán)境分子生物學教學模式改革初探

呂紅+周集體+王競

摘要：環(huán)境分子生物學是為環(huán)境專業(yè)高年級學生開設(shè)的一門前沿特色課程，具有知識量大，發(fā)展迅速的特點。為提高該課程的教學質(zhì)量，本文在教學的理念、內(nèi)容、手段和考核方式等方面進行了改革探索。

關(guān)鍵詞：環(huán)境分子生物學；教學模式；改革實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）03-0083-02

環(huán)境分子生物學是分子生物學與環(huán)境問題緊密結(jié)合而形成的新型交叉學科，是環(huán)境科學、環(huán)境工程和市政工程等專業(yè)的前沿特色課程。在技術(shù)日新月異的今天，隨著環(huán)境問題的深入研究，我們會經(jīng)常借助分子生物學技術(shù)來揭示和闡明污染治理的基本原理或監(jiān)測污染物的處理效果。可見，分子生物學技術(shù)的應(yīng)用可為環(huán)境污染的防治提供新的思路和方法。并且隨著分子生物學技術(shù)的新方法、新理論和新成果的涌現(xiàn)，必將帶動環(huán)境生物技術(shù)的快速發(fā)展。因此，在高校環(huán)境專業(yè)開設(shè)環(huán)境分子生物學課程具有重要意義。筆者結(jié)合環(huán)境專業(yè)課程設(shè)置及學生的特點，在該課程的教學過程中提出了以下幾方面的改進。

一、優(yōu)化教學內(nèi)容

我校設(shè)定的環(huán)境分子生物學課程的教學目標是為環(huán)境專業(yè)的學生介紹生物大分子、前沿知識和熱點問題，使學生對分子生物學技術(shù)在環(huán)境污染防治及環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用有全面的了解和認識。因此，如何做到在較短的課時內(nèi)讓學生既能掌握分子生物學基本知識又能做到和環(huán)境專業(yè)相結(jié)合，是本課程教學的關(guān)鍵。與生物技術(shù)專業(yè)的學生相比，環(huán)境專業(yè)的學生僅對生物方面的知識有初步認識，但缺乏對生物大分子及其功能的理解和掌握。因此，我們在教學內(nèi)容上進行了改革。優(yōu)化后的教學內(nèi)容，一方面要體現(xiàn)課程的基礎(chǔ)性，也要注重學科的前沿性；另一方面要注意內(nèi)容的深度更要注重知識點的涵蓋廣度。為了激發(fā)學生的學習熱情和求知欲，在教學內(nèi)容的編排中，更加貼近環(huán)境專業(yè)學生的實際情況。為了做到這一點，我們對教學內(nèi)容做了一系列的優(yōu)化。例如，在講授DNA相關(guān)知識點時，除了講授DNA復制、轉(zhuǎn)錄和表達等技術(shù)方法，介紹其在環(huán)境保護中的科研成果及應(yīng)用外，還廣泛地介紹與之相關(guān)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，甚至日常生活中的應(yīng)用，使學生不僅能夠聽懂，還能夠認識到課程的重要性。再例如，在講授基因轉(zhuǎn)化時，除了告訴該技術(shù)的原理，還應(yīng)讓學生了解這項技術(shù)所帶來的科技成果，如降解多種污染物新菌株的構(gòu)建和日常生活中所接觸到的轉(zhuǎn)基因食品等。當然這對授課教師就提出了更高的要求。平時要大量閱讀科學文獻和新聞報道，了解學科發(fā)展動態(tài)及前沿，并及時豐富自己講課的內(nèi)容。這樣既能提升學生對本課程的理解與興趣，又能促進教師水平的提高。

二、改革課堂教學模式

傳統(tǒng)的分子生物學課程往往以分子生物學基礎(chǔ)知識為切入點，直接灌輸給學生，學生往往感到枯燥乏味，提不起學習興趣。因此，針對傳統(tǒng)注入式教學的種種弊端，我們對對課堂的教學模式進行了改革。首先，我們開展了引導式教學改革。我們以當下的熱點環(huán)境問題為切入點，然后展開講解所涉及的分子生物學技術(shù)及原理，從而引導學生能夠積極主動的去探究分子生物學技術(shù)在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用方法。在課堂教學過程中，主要采取以“拓寬學生視野、促進知識融合、激發(fā)學生興趣和創(chuàng)新思維”為主要特征的啟發(fā)式教學方式為主。在授課的過程中，我們十分注意將本次內(nèi)容與環(huán)境專業(yè)課程的相關(guān)知識有機結(jié)合起來，通過串聯(lián)知識點激發(fā)學生思考知識點之間的相互聯(lián)系，以求溫故知新，前呼后應(yīng)，觸類旁通，提高學生的知識遷移能力。比如在講解原核生物DNA復制時，可首先通過問答的方式讓學生回顧在環(huán)境工程微生物學中已經(jīng)學到的微生物生長特性的知識點，然后提出問題：從分子水平上解釋微生物生長繁殖的原理？這樣自然而然的引入DNA復制這個知識點。并進一步的介紹DNA復制原理帶給我們的啟發(fā)-聚合酶鏈式反應(yīng)的發(fā)明及其應(yīng)用。并可以與學生探討這項技術(shù)的延伸和發(fā)展。這種授課方式不僅使學生重溫了微生物學的基礎(chǔ)知識，而且使學生學會了如何從現(xiàn)象中提出問題，如何從實驗研究中總結(jié)理論或假說。最終，學生的學習與運用能力得到了提高。其次，我們實行了專題講座教學。總的來講，學科的發(fā)展是不斷的認知和革新的過程，隨著研究的一步步深入，當前認為正確的有益的觀點可能會被逐漸否定。因此，對于環(huán)境分子生物學這樣一門新興的前沿性較強的學科，更應(yīng)該有不斷學習并勇于創(chuàng)新的精神，更應(yīng)引導學生時時關(guān)注學科前沿進展和發(fā)展動向。專題學術(shù)講座，便能夠方便學生第一時間了解學科的新問題、新理論和新猜想。結(jié)合當前教學過程中存在的問題以及環(huán)境學科學生的基本情況，開展專題講座教學是十分有必要的。從一方面講，分子生物學是一門時刻在迅猛發(fā)展著的前沿性學科，其時效性的特點尤為顯著。而課本上知識內(nèi)容知識容量有限，完全達不到與時俱進的效果。從另外一方面來講，相比生命專業(yè)的學生，環(huán)境專業(yè)的學生對于分子生物學這門課程的基礎(chǔ)相對薄弱。如果一開始就深入到分子層面講解這些知識，學生接受起來相對吃力。因此，針對以上兩點問題，我們在各個章節(jié)之間開展了專題知識點講座，其內(nèi)容在注重新技術(shù)新知識的傳授的同時更兼顧環(huán)境學科的特色。在講座中提出與大家息息相關(guān)的環(huán)境問題，這些環(huán)境問題有哪些還是有待于進一步解決的？當前的課程講述的新知識新技術(shù)能不能夠用于這些環(huán)境問題的解決？如果能夠解決，有沒有具體可實施的方案？雖然分子生物學的課程內(nèi)容相對來說較深，但這樣的方式也能夠讓環(huán)境專業(yè)的學生參與其中，并且啟發(fā)他們自主思考。這樣不僅開闊了學生的視野，拓寬了學生的知識面，也激發(fā)了他們學習的積極性。當然這種教學方法對教師的要求也很高，它首先要求教師的學科視野相對寬廣，知識貯備較為豐富才能更好地去開展專題講座報告。這也要求教師在教學的過程中要不斷提高自身修養(yǎng)，同時拓展環(huán)境學科和分子生物學學科的知識，在教授學生的同時自身實力也得到提高，真正做到了“教學相長”。

三、多媒體協(xié)助教學

隨著科學技術(shù)的日新月異，傳統(tǒng)的板書教學逐漸被多媒體教學所取代。針對環(huán)境學科而言，生物大分子、核糖體以及基因等專業(yè)名詞對學生來說較為抽象，多媒體技術(shù)可以把圖片、動畫帶進課堂，使這些抽象的概念以另一種直觀的形式呈現(xiàn)。例如在講解DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和半保留復制時，可以分別制作三維立體圖片和動畫來講解DNA的結(jié)構(gòu)及其復制的過程。這樣一個由靜到動的過程，大大提高了學生對知識點的認知和理解，多媒體教學的優(yōu)勢盡顯無疑。進一步的，我們可以充分利用多媒體教學快速、信息量大、形式多變這些特點，將啟發(fā)式教學與多媒體教學相結(jié)合。我們可以通過文字特效拋出一個與當前環(huán)境熱點相關(guān)的話題，逐步引導學生利用本課程所學知識去解決問題，將答案隱藏在幻燈片中間，待“由環(huán)境問題引出課程知識”和“引導學生自主解決”的步驟結(jié)束后，把要點突顯出來，以達到解惑和強調(diào)的目的。例如在講授“聚合酶鏈式反應(yīng)”這一知識點時，可以預先設(shè)置一系列的環(huán)境問題：（1）土壤受污染之后，如何判斷受污染土壤微生物種群的結(jié)構(gòu)變化？（2）近年來，水環(huán)境中內(nèi)分泌干擾物含量進一步增加，如何實時定量檢測其濃度？（3）可否用本課程相關(guān)知識解決上述問題？前兩個問題引導學生發(fā)現(xiàn)環(huán)境問題，最后這個問題直接將本課程知識與環(huán)境問題聯(lián)系起來，激發(fā)了學生的發(fā)散思維。通過靈活多變的問題設(shè)置，大大激發(fā)了學生的求知欲和好奇心，培養(yǎng)他們分析問題和解決問題的能力。再例如，在介紹基因表達的調(diào)控模式時，傳統(tǒng)的教學多是照本宣科，而運用多媒體教學可以遵循以下講授思路：首先，通過幻燈片插入大量圖片來呈現(xiàn)是由哪些科學現(xiàn)象讓科學家發(fā)現(xiàn)了操縱子；然后，通過大量的實驗數(shù)據(jù)傳達原核表達模式如何被證明的；最后以動畫的模式闡釋其表達調(diào)控機理。分子層面的知識十分抽象，通過這種方式的學習，學生可以更直觀的學習，有利于他們對基礎(chǔ)理論的掌握。

四、全方位的考核方式

學生對知識的掌握情況及靈活運用能力需要通過結(jié)課考核來驗收。然而傳統(tǒng)的考核方式更注重最終的筆試成績，對學生平時的學習情況以及對知識靈活運用能力沒有一個客觀全面的評價。我們設(shè)置了多種考核方法相結(jié)合的全方位考核方式，一方面更注重考核學生的學習過程，而不單單側(cè)重于最終的筆試成績；另一方面也著重考核了學生運用所學知識解決相關(guān)問題尤其是環(huán)境相關(guān)問題的能力。為此學生的最終成績都由下述三個部分構(gòu)成：（1）課堂表現(xiàn)（如課堂發(fā)言情況等）。（2）小組課堂報告，我們將學生分成不同的小組，每個小組分到一到兩個當前的環(huán)境熱點思考問題，小組成員自己分工合作將問題解決并以報告的形式在課堂上進行匯報。（3）開卷考試。從實際情況來看，小組課堂匯報極大地激發(fā)了學生對本課程的興趣，也能夠促使他們運用所學知識解決身邊的問題，學生們的表現(xiàn)非常好，出乎我們的意料，這也充分說明全方位的評價方式能夠更加客觀地評價學生對所學知識的掌握情況，值得進一步推廣。

五、總結(jié)與展望

環(huán)境分子生物學作為一門新型交叉學科，對教師來講如何高效完整的將學科內(nèi)容傳達給學生是一個巨大的挑戰(zhàn)。通過我們的改革實踐，環(huán)境分子生物學教學效果得到明顯改善。學生的綜合能力得到增強，自主學習能力、思考能力和解決問題的能力有了明顯提高。為了進一步提高教學效果，我們準備增加開放性實驗課，讓學生更多地參與到科研問題的解決中來，使教學和科研相互促進。

參考文獻：

[1]朱玉賢，李毅.現(xiàn)代分子生物學[M].北京：高等教育出版社，1997.

[2]王明泉，王曉珊.生物芯片技術(shù)及其在環(huán)境科學領(lǐng)域的應(yīng)用[J].環(huán)境科學與技術(shù)，2007，30（5）：101-104.

[3]陳竹，陳元彩.PCR-DGGE在制漿造紙廢水處理微生物檢測中的應(yīng)用[J].造紙科學與技術(shù)，2007，21（9）：23-23.

[4]彭永臻，高守有.分子生物學技術(shù)在污水處理微生物檢測中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學學報，2005，25（9）：1143-1147.endprint