問題導(dǎo)向教學(xué)法在分子生物學(xué)理論課程的教學(xué)實踐

李慧星 李杰 臧晉

摘要：在分子生物學(xué)理論課程教學(xué)中，探索并實踐問題導(dǎo)向教學(xué)法。在實踐問題導(dǎo)向教學(xué)過程中關(guān)鍵是創(chuàng)設(shè)有效問題、靈活運用CAI課件和提高教師科研水平。實踐結(jié)果為深化問題導(dǎo)向教學(xué)法，提高教學(xué)質(zhì)量提供參考。

關(guān)鍵詞：問題導(dǎo)向教學(xué)法，分子生物學(xué)，教學(xué)實踐

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）05-0162-02

一、前言

生物工程專業(yè)是培養(yǎng)掌握生物學(xué)（微生物學(xué)、分子生物學(xué)和細(xì)胞學(xué)等）及其產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)科學(xué)理論、基本技能、工藝生產(chǎn)過程和工程設(shè)計等知識，能在生命科學(xué)領(lǐng)域從事工程設(shè)計、生產(chǎn)管理和新工藝、新技術(shù)、新產(chǎn)品研究開發(fā)的工程技術(shù)人才[1，2]。分子生物學(xué)是生物工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程之一，是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能和特點，并從分子水平上闡述蛋白質(zhì)和核酸的相互作用關(guān)系及其基因表達(dá)調(diào)控機理的學(xué)科[3]。分子生物學(xué)課程內(nèi)容微觀、抽象、信息量大。傳統(tǒng)教學(xué)方法[4]相對枯燥、封閉，學(xué)生分析、解決問題能力、創(chuàng)新能力、學(xué)習(xí)能力等素質(zhì)得不到良好培養(yǎng)，所以有必要從分子生物學(xué)課程的特點出發(fā)，進(jìn)行教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量。

問題導(dǎo)向教學(xué)是一種基于“問題”的教學(xué)方法，它由美國神經(jīng)病學(xué)教授Barrows在麥克馬斯特大學(xué)首創(chuàng)。它的顯著特征是把“問題”引入到教學(xué)過程中，通過問題所發(fā)揮的作用促進(jìn)教學(xué)活動，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的[5]。教師根據(jù)課程內(nèi)容和教學(xué)大綱，歸納提煉知識點、創(chuàng)設(shè)問題、構(gòu)建問題氛圍，學(xué)生以解決問題為驅(qū)動力，通過解決問題實現(xiàn)分析問題、解決問題、創(chuàng)新能力、學(xué)習(xí)能力等素質(zhì)的綜合培養(yǎng)。課堂教學(xué)成為教師和學(xué)生的互動過程，具有開放性、創(chuàng)意性和趣味性。問題導(dǎo)向教學(xué)方法已在多種專業(yè)的不同課程教學(xué)中進(jìn)行探索和實踐，取得良好教學(xué)效果。

筆者所在南陽理工學(xué)院（以下簡稱“我?！保?dān)任生物工程專業(yè)教師，根據(jù)課程特點，總結(jié)了在實踐問題導(dǎo)向教學(xué)過程中需要強調(diào)三個關(guān)鍵點：

二、創(chuàng)設(shè)有效問題

問題（problem）是指在給定狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)之間存在一些疑難和障礙，需要解決疑難和克服障礙的任務(wù)情境。根據(jù)問題在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所起的作用，一般將問題分為三類[6]：（1）背景性問題。學(xué)生學(xué)習(xí)新知之前，提供相應(yīng)的預(yù)備知識問題。（2）中心認(rèn)知問題。為實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生達(dá)到學(xué)習(xí)目的，理解和掌握所學(xué)知識和技能的過程中提供的需要解決的問題。（3）鞏固性問題。將已獲得的知識和技能遷移到新情境中需要練習(xí)的問題，引導(dǎo)學(xué)生運用已學(xué)知識發(fā)現(xiàn)、分析和解決未知問題，問題的答案具有一定的開放性。

（一）創(chuàng)設(shè)背景性問題

分子生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容偏重于基因的分子生物學(xué)，重點講授內(nèi)容是基因的結(jié)構(gòu)和功能、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄等過程，以及這些過程中相關(guān)蛋白質(zhì)和酶的結(jié)構(gòu)和功能，部分教學(xué)內(nèi)容與生物化學(xué)課程內(nèi)容有重復(fù)，如DNA結(jié)構(gòu)、DNA復(fù)制、遺傳密碼、原核生物RNA的轉(zhuǎn)錄和加工等，因此，在分子生物學(xué)課堂講授的前期，創(chuàng)設(shè)一定量的背景性問題，如“中心法則的內(nèi)容是什么”、“示意圖方式解釋核酸的化學(xué)組成和共價結(jié)構(gòu)”、“操縱子模型是不是由Waston和Crick共同提出”、“DNA半不連續(xù)復(fù)制和半保留復(fù)制的特點”、“基因突變的定義和類型”和“什么是tRNA，rRNA和mRNA”等。設(shè)計選擇、判斷和簡答三種題型，通過背景性問題的提出、分析和解釋，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

（二）創(chuàng)設(shè)中心認(rèn)知問題

從課程內(nèi)容中歸納、提煉知識點創(chuàng)設(shè)形成中心認(rèn)知問題，如“如何保證DNA復(fù)制精確性”、“原核生物和真核生物蛋白質(zhì)的翻譯有什么不同”和“聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-變性梯度凝膠電泳（PCP-DGGE）的工作原理和步驟”等。問題設(shè)計成選擇、判斷和簡答三種題型，穿插于課堂教學(xué)，通過中心認(rèn)知問題的提出、分析和解釋，引導(dǎo)學(xué)生主動探索獲得解決問題的成就感。

（三）創(chuàng)設(shè)鞏固性問題

我校生物工程專業(yè)注重建設(shè)和發(fā)展發(fā)酵工程、生物制藥、生物能源三個專業(yè)方向，其中以研究工業(yè)微生物為基礎(chǔ)的發(fā)酵工程專業(yè)方向是重點。在分子生物學(xué)課程教學(xué)的后期，創(chuàng)設(shè)鞏固性問題如“傳統(tǒng)發(fā)酵食品白酒的微生物群落結(jié)構(gòu)分析”、“釀酒酵母發(fā)酵五碳糖的分子技術(shù)研究”、“生物素亞適量調(diào)控谷氨酸分泌的分子機制”和“設(shè)計分子生物學(xué)技術(shù)手段實現(xiàn)高強度、高產(chǎn)發(fā)酵”等。通過文獻(xiàn)查閱、分組討論、學(xué)生匯報和教師評價四個階段完成鞏固性問題的分析和解答，問題的答案具有開放性和綜合性，學(xué)生通過查閱、分析、討論和解決這些問題，不僅理解和掌握課程的理論知識，熟悉課程內(nèi)容在某一領(lǐng)域的研究前沿，還體驗到運用知識來解決問題，獲得了知識應(yīng)用的經(jīng)驗，在遇到新的問題情境時就能較靈活地遷移和應(yīng)用知識和經(jīng)驗解決問題。

三、靈活運用CAI課件

分子生物學(xué)課程內(nèi)容繁雜，抽象微觀，且學(xué)科發(fā)展迅速、前沿性強。在講授課程內(nèi)容時，采用板書、掛圖等教學(xué)手段，學(xué)生無法很好地理解和接受。計算機輔助教學(xué)（Computer Assisted Instruction，CAI）是指以計算機為主要媒介進(jìn)行教學(xué)，CAI課件用文字、圖像、聲音、動畫、視頻等多媒體數(shù)據(jù)通過計算機處理和控制來輸出信息，相比較于板書、掛圖等教學(xué)手段，具有顯著優(yōu)勢：（1）生動性強。CAI課件教學(xué)將抽象、微觀、復(fù)雜的生理生化過程，如蛋白質(zhì)的生物合成、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、基因重組等用具體的圖形或Flash動畫表現(xiàn)出來，學(xué)生會更加容易理解和掌握知識。（2）移植性好。CAI課件可以拷貝復(fù)制給學(xué)生，供學(xué)生復(fù)習(xí)使用，讓學(xué)生集中注意力聽課、思考和回答問題，便于教師和學(xué)生互動。（3）集成性高。CAI課件具有節(jié)奏快、畫面多、表現(xiàn)力強等特點，在有限的學(xué)時內(nèi)讓學(xué)生獲取更多的知識，顯著增加課堂容量。

目前，CAI課件多使用Powerpoint電子課件，在具有上述優(yōu)點的同時，存在交互性不強等缺點，導(dǎo)致CAI課件難以與問題導(dǎo)向教學(xué)法結(jié)合使用。Authorware是Macromedia公司推出一款易學(xué)、方便和功能強的多媒體制作軟件，利用流程線和圖標(biāo)就可以將文字、聲音、圖形和動畫等多媒體數(shù)據(jù)集成在一起，制作出需要編程語言才能實現(xiàn)的功能和效果[7]。另外，Authorware的強大的交互功能能夠幫助教師制作習(xí)題庫中所需的各種題型，并將問題穿插其間，非常適用！筆者在分子生物學(xué)理論課程的講授過程中，基于Authorware 7.0軟件制作并實踐了CAI課件和習(xí)題庫。尤其是習(xí)題庫的建設(shè)和使用，充分利用了該軟件的交互功能，同時設(shè)置問題的題型多樣化，取得良好的教學(xué)效果。學(xué)生普遍反映利用Authorware 7.0軟件制作的習(xí)題庫，對知識理解的更加深入和透徹，真正實現(xiàn)了寓教于樂。

四、提高教師科研水平

分子生物學(xué)發(fā)展迅速，教師需要大量閱讀國內(nèi)外文獻(xiàn)，不斷提高科研水平。首先，可利用分子生物學(xué)的新技術(shù)、新知識拓展知識層面。其次，將科研中試驗現(xiàn)象、以及成功或失敗的心得體會介紹給學(xué)生，調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性。最后深入科研第一線利用實例創(chuàng)設(shè)具有真實性和挑戰(zhàn)性的鞏固性問題，評價總結(jié)學(xué)生問題答案時，言之有物，生動有趣。如在分子生物學(xué)理論課程教學(xué)的后期，筆者創(chuàng)設(shè)鞏固性問題“發(fā)酵食品白酒的微生物群落結(jié)構(gòu)分析”，在學(xué)生查閱文獻(xiàn)、分組討論和匯報的基礎(chǔ)，首先結(jié)合自身研究課題和經(jīng)歷，包括纖維素降解菌的分離和16S rRNA分子鑒定，PCR-DGGE分析纖維素降解復(fù)合菌系、活性污泥的高通量測序研究，白酒微生物（酒曲、酒醅和窖泥）的高通量測序研究，歸納總結(jié)環(huán)境微生物群落結(jié)構(gòu)分析的研究進(jìn)展，從常規(guī)平板培養(yǎng)、PCR-DGGE等常用技術(shù)介紹到最新的高通量測序技術(shù)，如Rocher 454、Illumina Miseq等。其次，總結(jié)白酒微生物的研究現(xiàn)狀及存在問題，對學(xué)生匯報內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和點評。通過科研實例和經(jīng)驗講授領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)和前沿，學(xué)生遇類似情境，很容易知識遷移和應(yīng)用。

五、結(jié)語

分子生物學(xué)是生物工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程！然而，分子生物學(xué)課程內(nèi)容的特點是微觀、抽象、信息量大和更新快，導(dǎo)致傳統(tǒng)教學(xué)方法難以在有限的學(xué)時內(nèi)讓學(xué)生理解、掌握和應(yīng)用，難以提升學(xué)生綜合素質(zhì)。而問題導(dǎo)向教學(xué)法可以很好地解決分子生物學(xué)課程教學(xué)中出現(xiàn)的問題，其中創(chuàng)設(shè)有效問題、靈活運用CAI課件和提高教師科研水平是成功實踐問題導(dǎo)向教學(xué)法的三個關(guān)鍵點，實踐結(jié)果為推廣和深化問題導(dǎo)向教學(xué)法，推進(jìn)分子生物學(xué)理論課程的教學(xué)改革，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量提供參考。

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