高等院校新工科專(zhuān)業(yè)“分子生物學(xué)”教學(xué)改革初探

徐欣怡 陳丹 沈曉敏 曾鋆 謝暉

[摘 要] 作為現(xiàn)代生物學(xué)領(lǐng)域最具活力的學(xué)科之一，分子生物學(xué)在生命學(xué)科專(zhuān)業(yè)教育中具有重要地位。我們?cè)凇半p一流”建設(shè)和新工科建設(shè)的背景下，經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)積累，提出“一減兩加”指導(dǎo)下的課程內(nèi)容重塑和再編輯、線(xiàn)上線(xiàn)下組合教學(xué)新模式，以及利用“過(guò)程評(píng)價(jià)”和“能力考核”的方法進(jìn)行課程評(píng)價(jià)，為培養(yǎng)適合新工科發(fā)展的生物科技新型人才提供有價(jià)值的課程改革思路與方法。

[關(guān)鍵詞] 分子生物學(xué)，新工科，課程內(nèi)容重塑，組合教學(xué)，能力評(píng)價(jià)

[基金項(xiàng)目] 2019-2020年度西安電子科技大學(xué)“‘分子生物學(xué)在線(xiàn)開(kāi)放課程建設(shè)”（2019-2020）;2020年度西安電子科技大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院“‘分子生物學(xué)慕課課程建設(shè)”（2020）;2020-2021年度中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)（JB191201）

[作者簡(jiǎn)介] 徐欣怡（1982—），女，甘肅蘭州人，博士，西安電子科技大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、生命科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心講師，主要從事分子生物學(xué)和分子影像學(xué)教學(xué)與研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G640? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）38-0182-02? ? [收稿日期] 2020-07-10

“中國(guó)制造2025”和“工業(yè)制造4.0”重大決策的提出，我國(guó)產(chǎn)業(yè)體系面臨巨大的轉(zhuǎn)型升級(jí)，國(guó)家布局的十大創(chuàng)新領(lǐng)域中包括新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械的制造領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)，因此需要大量滿(mǎn)足新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的該專(zhuān)業(yè)新工科人才。西安電子科技大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院作為工科特色的高等學(xué)校，將傳統(tǒng)的工科學(xué)科與數(shù)字化、智能化專(zhuān)業(yè)整合，設(shè)置了生物技術(shù)與計(jì)算機(jī)科學(xué)雙學(xué)位培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)。其次發(fā)展?jié)M足未來(lái)發(fā)展需要的新興工科專(zhuān)業(yè)，包括有生物醫(yī)學(xué)工程和智能醫(yī)學(xué)兩個(gè)專(zhuān)業(yè)。在上述學(xué)科中分子生物學(xué)都作為學(xué)科的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課出現(xiàn)在新工科專(zhuān)業(yè)的本科教學(xué)課程中。學(xué)校以“雙一流”建設(shè)、新工科建設(shè)為契機(jī)，為學(xué)生培養(yǎng)提出了更為具體、更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)為分子生物學(xué)的教學(xué)帶來(lái)了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。本文以筆者所帶的生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)和生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)情況為例，探討分子生物學(xué)教學(xué)改革的思路與方法。

一、新工科專(zhuān)業(yè)分子生物學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題

目前工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)分子生物學(xué)的過(guò)程還存在以下問(wèn)題。第一，傳統(tǒng)的分子生物學(xué)與我們學(xué)院特色的大數(shù)據(jù)、人工智能和生物醫(yī)學(xué)影像等內(nèi)容交叉，所學(xué)知識(shí)點(diǎn)更為龐雜分散。每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)能力不同，傳統(tǒng)的教授方式導(dǎo)致學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生“吃不飽”，學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力稍差的學(xué)生“塞不進(jìn)”。第二，筆者所在院校學(xué)生在大一至大二的課程設(shè)置中，多以計(jì)算機(jī)、人工智能和信息化等必修課為主。傳統(tǒng)的講授內(nèi)容無(wú)法挖掘出與上述課程間的聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不足。第三，先修專(zhuān)業(yè)課程課時(shí)被不同程度的壓縮，導(dǎo)致學(xué)生專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)較弱。第四，考核方法粗放，從考勤、課堂提問(wèn)、期中測(cè)試成績(jī)、期末測(cè)試成績(jī)四個(gè)方面按不同權(quán)重給予考核。

二、課程教學(xué)改革

（一）“一減兩加”的課程內(nèi)容重塑和再編輯

在以蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能以及相互作用為核心內(nèi)容并不改變的前提下，我們對(duì)分子生物學(xué)課程進(jìn)行了“一減兩加”的內(nèi)容重塑?！耙粶p”是指減少與先修的“細(xì)胞生物學(xué)”“生物化學(xué)”等課程的重疊內(nèi)容。如DNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程的基本概念和一般過(guò)程在先修課程中已講述過(guò)，本課程內(nèi)容就聚焦于轉(zhuǎn)錄起始階段中的RNA核心酶、σ因子和啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)和功能變化。學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)能明確理解哪些是分子生物學(xué)所關(guān)注的科學(xué)問(wèn)題?！皟杉印敝械牡谝粋€(gè)是指增加合成生物學(xué)銜接緊密的內(nèi)容。合成生物學(xué)是21世紀(jì)初生命科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展迅速的新興科學(xué)，把生物體天然元件和信號(hào)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ袒脑?、模塊、網(wǎng)絡(luò)用以構(gòu)建具備各種功能的生物組件和生命體，并利用它們生產(chǎn)多種高附加值的工業(yè)產(chǎn)品。合成生物學(xué)在醫(yī)學(xué)、制藥、化工等領(lǐng)域表現(xiàn)出了非常強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿?。增加與分子生物學(xué)銜接的合成生物學(xué)課程內(nèi)容符合國(guó)家對(duì)新工科專(zhuān)業(yè)的需求和定位。第二個(gè)增加的課程內(nèi)容是與我們學(xué)院特色專(zhuān)業(yè)相關(guān)的內(nèi)容，包括基因組學(xué)、二代/三代測(cè)序、癌癥發(fā)生的分子生物學(xué)機(jī)制以及分子生物學(xué)中的高通量檢測(cè)的技術(shù)手段，與本校學(xué)科建設(shè)的定位緊密結(jié)合。

（二）采用新型的教學(xué)手段——線(xiàn)上線(xiàn)下組合教學(xué)的模式

隨著教學(xué)改革的深入，借助現(xiàn)代化的信息技術(shù)開(kāi)展課程教學(xué)改革是發(fā)展的必然趨勢(shì)，而傳統(tǒng)的線(xiàn)下教學(xué)具有學(xué)習(xí)氛圍熱烈、互動(dòng)性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì)，因此我們采用了線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)模式。線(xiàn)下授課以老師講授、翻轉(zhuǎn)課堂和討論課結(jié)合的教學(xué)模式。將教材內(nèi)容中與先修課程具有重復(fù)的部分安排到翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中，再在每個(gè)章節(jié)中設(shè)置不少于5個(gè)專(zhuān)題，根據(jù)學(xué)生人數(shù)進(jìn)行自愿分組，每組3—5名學(xué)生。報(bào)告后小組接受同學(xué)及授課教師的提問(wèn)、建議和指導(dǎo)，教師就各組的報(bào)告情況，如內(nèi)容的完整性、準(zhǔn)確性、答疑等項(xiàng)目進(jìn)行講評(píng)、補(bǔ)充。討論課的開(kāi)展包括選題、學(xué)生討論、完成選題、課后完成報(bào)告四個(gè)環(huán)節(jié)。討論課選題主要以便于深刻理解所學(xué)知識(shí)并利于融會(huì)貫通的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目為主，如“完成一個(gè)質(zhì)粒的全序列設(shè)計(jì)，要求能夠具有復(fù)制、轉(zhuǎn)錄的基本部件”，該題目鍛煉學(xué)生熟練使用Vector NTI軟件，以及掌握復(fù)制子和啟動(dòng)子的基本概念。線(xiàn)上教學(xué)模式主要包括：利用微助教等平臺(tái)預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)線(xiàn)下課程所學(xué)章節(jié)知識(shí)點(diǎn);利用中國(guó)大學(xué)MOOC（慕課）平臺(tái)自學(xué)線(xiàn)下不涉及或簡(jiǎn)略介紹的章節(jié)知識(shí)點(diǎn);依托我院的虛擬仿真平臺(tái)熟悉課程中實(shí)驗(yàn)技術(shù)原理和操作。學(xué)生們一致反映依托上述三種線(xiàn)上教學(xué)模式，更好的進(jìn)行課程預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)鞏固，能夠查漏補(bǔ)缺提高學(xué)習(xí)效率，部分學(xué)生根據(jù)自我興趣進(jìn)行了個(gè)性化的學(xué)習(xí)。

（三）建立“過(guò)程評(píng)價(jià)”和“能力考核”的課程評(píng)價(jià)體系

單一通過(guò)學(xué)生的期末成績(jī)來(lái)了解教學(xué)效果的考核方式，在顯示能力培養(yǎng)和個(gè)性化差異上具有很大的局限性，會(huì)導(dǎo)致考試結(jié)果反饋不利。以“過(guò)程評(píng)價(jià)”和“能力考核”為目標(biāo)，優(yōu)化后的課程評(píng)價(jià)考核體系由“微助教”課前預(yù)習(xí)（10%），“雨課堂”課中提問(wèn)（10%），小組討論課成績(jī)（2次，整組成員統(tǒng)一成績(jī)，20%），文獻(xiàn)閱讀（整組成員統(tǒng)一成績(jī)，15%），階段考試（15%），期末考試（30%）構(gòu)成。

微助教平臺(tái)發(fā)布的課前預(yù)習(xí)以客觀題為主，多設(shè)計(jì)與之前先修課程有關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)。課中利用雨課堂軟件中的“答題”“彈幕”“投票”等功能，對(duì)課堂中重點(diǎn)講解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行隨堂考核。小組討論課成績(jī)是PPT制作、課上講解等環(huán)節(jié)的綜合得分，全組人員統(tǒng)一成績(jī)。文獻(xiàn)閱讀成績(jī)主要是閱讀文獻(xiàn)后撰寫(xiě)的科技論文的成績(jī)，論文以小組為單位，全組人員統(tǒng)一成績(jī)。階段考試一般是期中進(jìn)行，和期末考試類(lèi)似的卷面考核環(huán)節(jié)?？荚嚢ㄟx擇題、判斷題、問(wèn)答題和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題是體現(xiàn)學(xué)生解決問(wèn)題能力的最佳體現(xiàn)，以考查學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)分析解決問(wèn)題的能力。期中的階段性考試成績(jī)和期末考試成績(jī)占課程總成績(jī)的45%。

三、結(jié)語(yǔ)

上述三個(gè)教學(xué)改革措施實(shí)現(xiàn)后，教學(xué)效果良好，教學(xué)質(zhì)量顯著提升。通過(guò)優(yōu)化課程內(nèi)容體系，改變傳統(tǒng)的課程模式，以及運(yùn)用“過(guò)程評(píng)價(jià)”和“能力考核”的課程評(píng)價(jià)體系進(jìn)一步確保了新工科人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]徐啟江，黃云彤，周波，等.基于過(guò)程評(píng)價(jià)與能力培養(yǎng)的分子生物學(xué)考試模式改革[J].高等理科教育，2018（5）：85-90.

[2]王潔華，楊少輝.“分子生物學(xué)”教學(xué)改革探討[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2018（22）：157-159.

[3]王川，黃丹，魏丕偉，等.生物工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)分子生物學(xué)教學(xué)模式改革[J].農(nóng)業(yè)工程，2019（9），4：97-99.

Preliminary Research on the Teaching Reform of the Course on Molecular Biology for New Engineering Majors in Undergraduate Colleges and Universities

XU Xin-Yiab，CHEN Dana，SHEN Xiao-mina，ZENG Yuna，XIE Huiab

（a.School of Life Science and Technology，b.Experimental Center of Life Science and Technology，Xidian University，Xi'an，Shaanxi 710126，China）

Abstract：As one of the most dynamic disciplines in the field of modern biology，Molecular Biology plays an important role in the professional education of life science.In the context of "Double First-rate" and emerging engineering construction，this paper is based on years of teaching experience to put forward a new mode of curriculum content re-molding and re-editing，online and offline combined teaching under the guidance of "One-minus and Two-pluses"，as well as the curriculum evaluation by means of "formative evaluation" and "ability assessment"，so as to provide valuable ideas and methods of curriculum reform for cultivating new talents of biotechnology adaptive for the new engineering development.

Key words：Molecular Biology;emerging engineering;course content remodeling;combined teaching;ability evaluation