Flash動(dòng)畫輔助分子生物學(xué)教學(xué)的研究

賈海燕，毛 寧，史紅全

(隴東學(xué)院 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，甘肅 慶陽(yáng) 745000)

分子生物學(xué)是生物學(xué)在微觀研究領(lǐng)域的核心，主要研究核酸、蛋白質(zhì)等所有生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能及其相互作用的規(guī)律，從分子水平上揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)及生物學(xué)的規(guī)律[1]。分子生物學(xué)作為生物學(xué)的前沿和生長(zhǎng)點(diǎn)已成為生命科學(xué)中最具活力的學(xué)科，滲透到各個(gè)領(lǐng)域[2]。

目前，分子生物學(xué)在所有高等院校生物學(xué)、農(nóng)學(xué)和醫(yī)學(xué)等本科專業(yè)中均被設(shè)為專業(yè)基礎(chǔ)課程,它是學(xué)生掌握生命科學(xué)理論和技術(shù)，在生物學(xué)專業(yè)領(lǐng)域深入學(xué)習(xí)的重要課程之一。在人才培養(yǎng)過程中，學(xué)生已經(jīng)基本完成了宏觀生物學(xué)領(lǐng)域的課程學(xué)習(xí)，是進(jìn)入微觀生物學(xué)領(lǐng)域?qū)W習(xí)的標(biāo)志；該課程主要涉及核酸與蛋白質(zhì)，且理論與技術(shù)交錯(cuò)，內(nèi)容抽象，需要學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中充分發(fā)揮想象力來理解記憶。但在實(shí)際教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)很多同學(xué)的微觀思維沒有建立起來，現(xiàn)有教學(xué)手段無法幫助學(xué)生理解微觀事物的動(dòng)態(tài)發(fā)展過程，因此在學(xué)習(xí)中，一旦遇到相關(guān)的理論和技術(shù)，學(xué)生就有一種“老虎吃天，無處下爪”的無力感，從而喪失了學(xué)習(xí)動(dòng)力[3,4]，導(dǎo)致惡性循環(huán)。同時(shí)，我們也深切感受到，在分子生物學(xué)的課堂教學(xué)中，如果依然沿用結(jié)合靜態(tài)圖片的講述形式的教學(xué)模式，是很難將其中動(dòng)態(tài)的微觀現(xiàn)象闡述清楚的，往往是越說越亂，學(xué)生不知所云，尤其是在涉及分子間的空間結(jié)構(gòu)和相互作用時(shí)。所以從基礎(chǔ)知識(shí)到學(xué)科前沿，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果都達(dá)不到預(yù)期要求[5-8]。

在各高校人才培養(yǎng)計(jì)劃中，分子生物學(xué)課程不超過54學(xué)時(shí)，還存在與生物化學(xué)合并開設(shè)的情況，課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間緊迫，而該課程本身內(nèi)容抽象、概念規(guī)律繁雜且涉及大量的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和操作，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大[9]；加之地方院校學(xué)生基礎(chǔ)素質(zhì)參差不齊，學(xué)習(xí)能力高低不同，基于此，我們結(jié)合教學(xué)現(xiàn)狀及學(xué)生需求，在課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用flash動(dòng)畫輔助，幫助學(xué)生進(jìn)行不同水平和不同層次的學(xué)習(xí)，滿足學(xué)有不足和學(xué)有余力等各類學(xué)生的需求。

1 Flash動(dòng)畫對(duì)課堂教學(xué)的幫助

動(dòng)畫利用人眼的視覺殘留效應(yīng)，將靜態(tài)畫面運(yùn)用動(dòng)態(tài)的形式進(jìn)行展示，利用該視覺生理的特性將高度表現(xiàn)力和想象力的動(dòng)畫影片制作出來。其中的圖像、聲音涵蓋內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的板書教學(xué)所能傳遞的信息，在教學(xué)過程中給學(xué)生眼前一亮的驚喜，激發(fā)學(xué)生的興趣，并充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺感官，改變課堂沉悶的學(xué)習(xí)氣氛。

分子生物學(xué)課程內(nèi)容多為蛋白質(zhì)、核酸水平，其中實(shí)驗(yàn)技術(shù)比重大，理論性強(qiáng)，教學(xué)過程枯燥乏味，很難做到生動(dòng)形象，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣缺失，精神萎靡，教師缺乏激情和動(dòng)力。但如果在課堂中插播flash動(dòng)畫，因其聲形并茂的特點(diǎn)和授課主體的轉(zhuǎn)換，能吸引所有學(xué)生的注意力[10]。同時(shí)，學(xué)習(xí)是一個(gè)個(gè)性化的過程，不同學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解掌握需要的時(shí)間也有差異，flash動(dòng)畫的采用可以讓學(xué)有不足的同學(xué)重復(fù)學(xué)習(xí)，幫助理解記憶；讓學(xué)有余力的同學(xué)加深知識(shí)點(diǎn)的理解，提高專業(yè)水平，滿足因材施教的要求，是分子生物學(xué)教學(xué)中一個(gè)極佳的輔助教學(xué)手段[4,9,11]；它的運(yùn)用有利于活躍課堂氣氛，將枯燥的理論知識(shí)形象化，學(xué)生理解消化快，教學(xué)效果明顯改善。

Flash在展示微觀事物發(fā)展變化或推理的全過程中，其圖畫特性可以將抽象的、微觀的事物形象化，將復(fù)雜難以想象的內(nèi)容具體化，在教學(xué)中能將生物領(lǐng)域的微觀現(xiàn)象宏觀化，同時(shí)模擬再現(xiàn)研究過程，幫助學(xué)生建立科學(xué)的思考模式，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中感受到樂趣[9,12,13]。為此，在分子生物學(xué)教學(xué)中適當(dāng)借助flash動(dòng)畫，變靜態(tài)理論知識(shí)為動(dòng)態(tài)反應(yīng)過程，全方位、多視角、多層次地針對(duì)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示，使抽象難懂的微觀生命過程可視化，引導(dǎo)幫助學(xué)生理解課程中理論知識(shí)和技術(shù)方法的重難點(diǎn)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，改變課堂氣氛，改善教學(xué)效果[4,14,15]。

例如在“蛋白質(zhì)合成”一章的學(xué)習(xí)中，關(guān)于多肽鏈的延伸，首先要給學(xué)生介紹肽鏈延長(zhǎng)的概念，它是在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomal cycle)，每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸，分為以下三步：進(jìn)位(entrance)，成肽(peptide bond formation)，移位(translocation)[1]；隨后又需要給學(xué)生定義這三個(gè)步驟的詳細(xì)概念和過程，這一部分知識(shí)是蛋白質(zhì)合成過程中的關(guān)鍵一步，通過這一步的反復(fù)循環(huán)，使得蛋白質(zhì)分子的長(zhǎng)鏈得以延伸。對(duì)于學(xué)生而言，氨基酸分子是如何進(jìn)入核糖體的，肽鍵是如何形成的，下一個(gè)氨基酸又是如何進(jìn)去的，蛋白質(zhì)分子在核糖體上是如何存在的等等一系列問題，涉及的不僅僅是大量化學(xué)反應(yīng)，還包括了各種酶和輔助因子的作用。而在常規(guī)教學(xué)中，我們只能是以文字的形式進(jìn)行說明，然后通過書上的插圖或者其他資料的圖片每一步再加以解釋(見圖版1)[1]，然而問題就在于圖片是靜止的，學(xué)生對(duì)于這中間發(fā)生的動(dòng)態(tài)過程難以想象，他們無法理解核糖體如何攜帶蛋白質(zhì)分子的同時(shí)接納氨基酸并催化肽鍵的形成，再多的圖片也只能展示這個(gè)過程的結(jié)果，學(xué)生對(duì)這一過程始終似是而非，無法吃透。但如果我們?cè)谥v解后插播flash動(dòng)畫，結(jié)果明顯不同，學(xué)生直觀地連續(xù)性地看到了肽鏈延伸的過程，尤其對(duì)其中核糖體蛋白結(jié)構(gòu)的微小變化，肽鍵的形成時(shí)間和方式，tRNA的移動(dòng)和釋放等都有了宏觀的動(dòng)態(tài)的認(rèn)識(shí)(見圖版2)，化抽象為具體，化微觀為宏觀，幫助學(xué)生牢記知識(shí)要點(diǎn)。雖然動(dòng)畫在將微觀事物宏觀化的過程中有一定的失真性，可這并不妨礙學(xué)生借助flash動(dòng)畫對(duì)微觀領(lǐng)域知識(shí)點(diǎn)的理解和學(xué)習(xí)[16]。

圖1 肽鏈延伸(教材插圖)A為進(jìn)位，B為成肽，C為移位

圖2 肽鏈延伸flash動(dòng)畫瞬時(shí)截圖。A-C為進(jìn)位；D-E為成肽，看到核糖體A和P活性位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)變化；F-H為移位

2 Flash動(dòng)畫在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

我們不僅將flash動(dòng)畫運(yùn)用于分子生物學(xué)的課堂教學(xué)，也用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)不同于其他實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)過程幾乎全部為微量操作且結(jié)果都是不能直接觀察的，其原理抽象難懂，僅靠教師實(shí)驗(yàn)前的短時(shí)間講授，學(xué)生很難充分理解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過程，使得很多學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程變成簡(jiǎn)單的機(jī)械操作[17]。而借助于Flash動(dòng)畫可以將實(shí)驗(yàn)基本原理、實(shí)驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)、操作過程、內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)情況等展開全面詳細(xì)的闡述，把抽象的實(shí)驗(yàn)原理、反應(yīng)試劑的作用機(jī)制等給學(xué)生鋪開展示，使學(xué)生獲得直觀、清晰的認(rèn)識(shí)。同時(shí)配合實(shí)驗(yàn)技術(shù)視頻向?qū)W生演示分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作細(xì)節(jié)及操作技巧，尤其是對(duì)反應(yīng)時(shí)間的控制、反應(yīng)條件的設(shè)置、實(shí)驗(yàn)試劑的加入量等影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵因素，使學(xué)生真正掌握每個(gè)實(shí)驗(yàn)的技能[18,19]。

如PCR擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)，這是分子生物學(xué)中最基礎(chǔ)、運(yùn)用最為廣泛的實(shí)驗(yàn)，通過該實(shí)驗(yàn)學(xué)生需要掌握PCR反應(yīng)原理和操作方法，但如果學(xué)生不能徹底理解實(shí)驗(yàn)原理，那么實(shí)驗(yàn)過程就變成了用移液槍吸取微量試劑的機(jī)械操作。而采用flash動(dòng)畫，學(xué)生可以直觀地看到變性、退火、延伸每一步的反應(yīng)實(shí)質(zhì)，了解反應(yīng)體系中加入的每一種試劑的作用，理解目的片段是如何呈指數(shù)級(jí)別擴(kuò)增的。而且我們?cè)趦蓚€(gè)教學(xué)點(diǎn)采用flash動(dòng)畫演示，首先是在原理講解時(shí)，通過動(dòng)畫演示PCR擴(kuò)增的過程讓學(xué)生充分理解PCR原理。另外，我們?cè)赑CR擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)開始之后，再一次通過flash動(dòng)畫，告訴學(xué)生在PCR擴(kuò)增儀中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。雖然儀器中的反應(yīng)是看不見摸不著的，但是通過動(dòng)畫模擬反應(yīng)過程，可以告訴學(xué)生在PCR反應(yīng)變性30秒，退火45秒，延伸1分鐘的時(shí)間里，DNA分子結(jié)構(gòu)的變化和反應(yīng)體系中加入的Taq酶、dNTP等反應(yīng)物的作用。

眾所周知，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作步驟繁多、耗時(shí)長(zhǎng)，而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中經(jīng)常忙于操作，尤其是離心、水浴等這些操作往往持續(xù)15-30分鐘，在此期間，學(xué)生往往急于完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，幾乎不會(huì)主動(dòng)思考問題，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理念[16,19,20]。因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，我們可以適時(shí)地播放Flash動(dòng)畫，使學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)的不同階段對(duì)不可見的微觀反應(yīng)過程有直觀的認(rèn)識(shí)，了解實(shí)驗(yàn)之間的理論聯(lián)系，對(duì)整個(gè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)得到全面系統(tǒng)的理解，使學(xué)生在動(dòng)手操作的同時(shí)也動(dòng)腦思考問題，從而提升學(xué)生的實(shí)踐、思維及創(chuàng)新能力[19,21,22]。

3 Flash動(dòng)畫有利于學(xué)生專業(yè)英語(yǔ)能力的提高

教育部在《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》中指出，本科教育要?jiǎng)?chuàng)造條件使用英語(yǔ)等外語(yǔ)進(jìn)行公共課和專業(yè)課教學(xué)[23,24]。但對(duì)于地方院校來說，生源層次較低，學(xué)生英語(yǔ)聽力、閱讀水平有限，如果全程采用雙語(yǔ)教學(xué)，再加上課程本身難度大，專業(yè)詞匯多，學(xué)時(shí)少，很可能導(dǎo)致大部分學(xué)生聽不懂，適得其反而本末倒置[25]。為了解決這一沖突，我們通過各種渠道收集大量國(guó)外優(yōu)秀的flash動(dòng)畫，篩選附帶英文配音及字幕的視頻，這樣學(xué)生在觀看動(dòng)畫的同時(shí)，專業(yè)英語(yǔ)詞匯和聽力也得到了一定的訓(xùn)練和加強(qiáng)，達(dá)到了雙語(yǔ)教學(xué)的基本要求。同時(shí)由于知識(shí)內(nèi)容已經(jīng)講授，不存在學(xué)生因英文水平的差異而無法掌握專業(yè)課知識(shí)點(diǎn)的問題，對(duì)不同層次的學(xué)生都是可以接受的。當(dāng)教學(xué)任務(wù)完成時(shí)，共使用近40個(gè)flash動(dòng)畫，如此長(zhǎng)時(shí)間地訓(xùn)練使學(xué)生的英語(yǔ)水平有所提高，為隨后繼續(xù)深造奠定了一定的基礎(chǔ)，也為學(xué)生從事生物相關(guān)工作提供了初步的外語(yǔ)保障[24]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，flash動(dòng)畫輔助教學(xué)將對(duì)分子生物學(xué)的教學(xué)效果起到明顯的改善作用。但凡事都有兩面性，flash動(dòng)畫不可避免地存在失真性，畫面停留時(shí)間短，學(xué)生沒有時(shí)間思考等問題。所以flash動(dòng)畫只是一種輔助教學(xué)手段，教師應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況靈活運(yùn)用，不能用多個(gè)動(dòng)畫解決一節(jié)課的教學(xué)問題。通過實(shí)踐，我們認(rèn)為flash動(dòng)畫播放宜在兩個(gè)時(shí)段：先在相關(guān)內(nèi)容講述前播放一遍，讓學(xué)生對(duì)接下來的內(nèi)容有一個(gè)直觀的大致認(rèn)識(shí)，先留有印象，以便隨后教學(xué)過程中通過回憶對(duì)比學(xué)習(xí)理解，后在每節(jié)課結(jié)束前的幾分鐘播放1～2個(gè)flash動(dòng)畫，作為對(duì)本節(jié)難點(diǎn)知識(shí)的復(fù)習(xí)和總結(jié)[4,9,26]。另外，教師可以在播放flash動(dòng)畫的過程中適時(shí)暫停，讓學(xué)生有時(shí)間回憶和思考，同時(shí)教師也可以輔助解釋說明已播放內(nèi)容，幫助學(xué)生建立完整而牢固的知識(shí)體系框架，最終達(dá)到滿足地方院校學(xué)生培養(yǎng)需要的教學(xué)效果。