植物保護(hù)專(zhuān)業(yè)“分子生物學(xué)”課程教學(xué)改革初探

趙文麗，關(guān)若冰，魏紀(jì)珍，杜孟芳

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院 河南 鄭州 450002）

1953 年，詹姆斯 沃森和弗朗西斯 克里克提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，標(biāo)志著生物學(xué)研究進(jìn)入分子生物學(xué)時(shí)代。分子生物學(xué)以分子水平上闡明生命活動(dòng)規(guī)律進(jìn)而揭示生命本質(zhì)為目標(biāo)，是一門(mén)研究核酸、蛋白質(zhì)等所有生物大分子的形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征及其重要性、規(guī)律性和相互關(guān)系的科學(xué)。作為生命科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最迅速的學(xué)科之一，分子生物學(xué)已深入影響各個(gè)傳統(tǒng)生命科學(xué)領(lǐng)域，包括生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)等。

分子生物學(xué)技術(shù)推動(dòng)植物保護(hù)學(xué)科的發(fā)展，從作物病蟲(chóng)害防治方面保護(hù)我國(guó)的糧食生產(chǎn)。糧食作物包括小麥、水稻和玉米等，是人類(lèi)最主要的食物來(lái)源。目前，隨著全球氣候多變及環(huán)境污染問(wèn)題，作物病蟲(chóng)害發(fā)生與危害日趨嚴(yán)重極大地影響和制約著糧食作物的產(chǎn)量。分子生物學(xué)在作物病蟲(chóng)害防治方面已有革命性突破和進(jìn)展。例如，蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis, Bt）在代謝過(guò)程中產(chǎn)生的Bt 蛋白，對(duì)多種害蟲(chóng)具有毒殺作用。利用分子生物學(xué)技術(shù)將Bt 基因?qū)朊藁?xì)胞中，轉(zhuǎn)Bt 棉株體內(nèi)也能合成Bt殺蟲(chóng)蛋白，從而對(duì)棉鈴蟲(chóng)、紅鈴蟲(chóng)、卷葉蟲(chóng)等鱗翅目害蟲(chóng)具有顯著抗性。近三十年來(lái)，Bt 轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉在全世界的種植已顯著減少蟲(chóng)害發(fā)生、降低農(nóng)藥用量、提高經(jīng)濟(jì)收益并且保護(hù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境。稻瘟病是由稻瘟病原菌引起的一種嚴(yán)重危害水稻的病害。在稻瘟病流行年份，一般減產(chǎn)10%-20%，重的達(dá)40%-50%，局部稻田甚至顆粒無(wú)收。利用分子生物學(xué)進(jìn)行稻瘟病抗性基因的克隆，目前已經(jīng)克隆得到近70 個(gè)稻瘟病抗性位點(diǎn)，總計(jì)84 個(gè)主效基因被發(fā)掘，對(duì)稻瘟病的病害防治具有重要的意義。由此可見(jiàn)，以分子生物學(xué)技術(shù)為支撐，開(kāi)辟作物病蟲(chóng)害防治新途徑，具有良好的發(fā)展勢(shì)頭。作為植物保護(hù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，掌握分子生物學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，并熟悉分子生物學(xué)的基本研究方法，十分必要。

面向植物保護(hù)專(zhuān)業(yè)的分子生物學(xué)課程，內(nèi)容包括理論課和實(shí)驗(yàn)課兩部分。雖然理論課所介紹的知識(shí)都是細(xì)胞內(nèi)最基本的生命過(guò)程，但是由于知識(shí)點(diǎn)所涉及領(lǐng)域微觀(guān)、知識(shí)較為抽象，存在學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)困難的問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)課程中，雖然學(xué)生興趣較濃厚，但多數(shù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范。因此，為了使學(xué)生掌握分子生物學(xué)基本原理并掌握基本的實(shí)驗(yàn)操作，利用分子生物學(xué)知識(shí)解決作物病蟲(chóng)害防治中的問(wèn)題，分子生物學(xué)課程改革迫在眉睫。

1 課程內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)

分子生物學(xué)是植物保護(hù)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)必修課程。理論課程包括緒論、DNA 與染色體、DNA 復(fù)制、RNA 轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯、原核基因表達(dá)調(diào)控和真核基因表達(dá)調(diào)控這七個(gè)章節(jié)。理論課程是以克里克提出的“中心法則”為主線(xiàn)來(lái)展開(kāi)的。實(shí)驗(yàn)課程包括十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）法提取植物基因組DNA、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerase Chain Reaction，PCR）、瓊脂糖凝膠電泳、PCR產(chǎn)物回收四個(gè)實(shí)驗(yàn)。這四個(gè)實(shí)驗(yàn)是系列實(shí)驗(yàn)，以CTAB法所提取的基因組DNA為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增，然后利用瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)PCR實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物，最后利用產(chǎn)物回收試劑盒進(jìn)行PCR產(chǎn)物DNA片段的回收。

以上述知識(shí)點(diǎn)為課程內(nèi)容的分子生物學(xué)教學(xué)目標(biāo)主要有以下兩點(diǎn)：使學(xué)生掌握分子生物學(xué)的定義，掌握生命活動(dòng)中生物大分子的基本結(jié)構(gòu)與功能、遺傳信息的表達(dá)及其調(diào)控等內(nèi)容，了解分子生物學(xué)在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用與前景。使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所掌握的分子生物學(xué)知識(shí)，具備對(duì)分子生物學(xué)相關(guān)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行綜合分析、研究、提出相應(yīng)對(duì)策或解決方案的能力，為今后的科研或教學(xué)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法改革

根據(jù)分子生物學(xué)課程內(nèi)容，將教學(xué)改革分為理論課教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革兩部分。關(guān)于理論課的教學(xué)改革，主要措施有以下三點(diǎn)。

3.1 選用優(yōu)質(zhì)教材，凝練教學(xué)內(nèi)容

按照學(xué)校規(guī)定選用高質(zhì)量教材，由高等教育出版社出版的“十二五”普通高等教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，朱玉賢院士主編的《分子生物學(xué)》滿(mǎn)足植物保護(hù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的課程需求。同時(shí)推薦由本杰明·盧因編寫(xiě)的《基因Ⅷ精要》作為補(bǔ)充教材。并對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，例如在“DNA與染色體”章節(jié)刪除染色體的壓縮包裝機(jī)制；刪除分子生物學(xué)研究方法章節(jié)，將方法介紹放在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中；刪除“疾病與人類(lèi)健康”和“基因與發(fā)育”這兩個(gè)章節(jié)。這樣，分子生物學(xué)的理論教學(xué)以中心法則為主線(xiàn)展開(kāi)，重點(diǎn)講述遺傳信息的復(fù)制、傳遞和表達(dá)調(diào)控。有利于學(xué)生重點(diǎn)掌握分子生物學(xué)核心知識(shí)，教師也有更多的精力對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)、深入的講解。

2.2 合理使用多媒體，便于學(xué)生理解抽象的內(nèi)容

在進(jìn)行理論教學(xué)的過(guò)程中，除了傳統(tǒng)的PPT課件加黑板板書(shū)之外，教師還應(yīng)當(dāng)同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)軟件督促學(xué)生進(jìn)行線(xiàn)上課程的學(xué)習(xí)。例如，利用學(xué)習(xí)通APP 建立網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)班級(jí)，在每節(jié)線(xiàn)下課程開(kāi)始之前將章節(jié)內(nèi)容PPT及相關(guān)資料上傳至學(xué)習(xí)通，方便學(xué)生預(yù)習(xí)；在每節(jié)線(xiàn)下課程結(jié)束后利用學(xué)習(xí)通進(jìn)行課程知識(shí)點(diǎn)小結(jié)及作業(yè)布置，督促學(xué)生在線(xiàn)上進(jìn)行作業(yè)書(shū)寫(xiě)，之后由教師進(jìn)行線(xiàn)上作業(yè)批改和糾錯(cuò)，利于知識(shí)點(diǎn)的查漏補(bǔ)缺。這樣線(xiàn)上線(xiàn)下相結(jié)合的教學(xué)方式利于師生互動(dòng)，便于教師對(duì)學(xué)生開(kāi)展一對(duì)一溝通和指導(dǎo)。對(duì)于每個(gè)章節(jié)的知識(shí)學(xué)習(xí)，除了總體上利用網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)上學(xué)習(xí)之外，應(yīng)加入多種教學(xué)方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.3 采用多種教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在每章節(jié)內(nèi)容講述時(shí)，教師應(yīng)緊扣章節(jié)知識(shí)點(diǎn)與日常生活及科學(xué)研究進(jìn)展的聯(lián)系，利于學(xué)生理解相對(duì)枯燥的分子生物學(xué)知識(shí)點(diǎn)。比如在講述DNA 的雙螺旋結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，考慮到高中生物課程已經(jīng)涉及該內(nèi)容，學(xué)生較為熟悉，可采用提前分組，每個(gè)小組在課下進(jìn)行10 分鐘小課堂準(zhǔn)備，在上課時(shí)隨機(jī)抽取一組由學(xué)生進(jìn)行內(nèi)容講述，不足之處由其他小組糾錯(cuò)和補(bǔ)充。同時(shí)將小組授課過(guò)程進(jìn)行錄像，將錄像上傳到學(xué)習(xí)通軟件。利用翻轉(zhuǎn)課堂的方式，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、督促學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行課程知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。在介紹DNA 復(fù)制這一章節(jié)的理論知識(shí)時(shí)，通過(guò)學(xué)生感興趣的方式引出理論知識(shí)的學(xué)習(xí)：人體胃細(xì)胞7 天更新一次；皮膚細(xì)胞28 天左右更新一次；肝臟細(xì)胞150 天更換一次；紅細(xì)胞120 天更新一次；在一年左右的時(shí)間，身體98%的細(xì)胞都會(huì)重新更新一次；有絲分裂產(chǎn)生新的細(xì)胞，在有絲分裂過(guò)程中最重要的就是DNA 的復(fù)制過(guò)程。以人體細(xì)胞新陳代謝吸引學(xué)生注意后，再系統(tǒng)、完整地介紹相關(guān)理論知識(shí)。在RNA 轉(zhuǎn)錄章節(jié)，通過(guò)介紹2006 年獲得諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的RNA 技術(shù)來(lái)進(jìn)行章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的講述。例如，為什么體外雙鏈RNA合成時(shí)要加一段啟動(dòng)子序列？啟動(dòng)子與轉(zhuǎn)錄有什么關(guān)系？雙鏈RNA 合成體系里為什么要加入T7 RNA 聚合酶和dNTP？RNA 聚合酶的作用是什么？從而引出RNA 聚合酶識(shí)別啟動(dòng)子序列、利用dNTP底物進(jìn)行RNA 鏈延伸的知識(shí)點(diǎn)。

關(guān)于實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的改革，針對(duì)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)步驟困難、容易操作失誤的現(xiàn)象，主要改革措施有以下3 點(diǎn)：①充分利用多媒體資源，促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。在每次實(shí)驗(yàn)課之前，由教師將實(shí)驗(yàn)課涉及的實(shí)驗(yàn)視頻資源上傳至學(xué)習(xí)通軟件，督促學(xué)生提前觀(guān)看。②以學(xué)生帶學(xué)生，做到手把手實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課時(shí)，以PCR 實(shí)驗(yàn)課程為例，從目前新型冠狀病毒核酸檢測(cè)進(jìn)行課程引入，利用提問(wèn)啟發(fā)式教學(xué)方法引入PCR的原理，例如為什么在進(jìn)行核酸檢測(cè)取樣之后的3-6 小時(shí)我們才能拿到檢測(cè)結(jié)果？陰性結(jié)果說(shuō)明什么？陽(yáng)性結(jié)果說(shuō)明什么？從而介紹涉及的PCR 實(shí)驗(yàn)所用到的DNA分子在不同溫度下可逆的變復(fù)性的性質(zhì)、PCR的體系構(gòu)成和PCR 的程序設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。在介紹完以上內(nèi)容之后，由碩士研究生根據(jù)自身PCR實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)講述易錯(cuò)點(diǎn)。之后學(xué)生4-5 人一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并且每小組配備一個(gè)碩士研究生進(jìn)行全程指導(dǎo)，防止出現(xiàn)因教師指導(dǎo)不到位而導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)失敗的現(xiàn)象。③查漏補(bǔ)缺。在結(jié)束實(shí)驗(yàn)課之后，除了每人上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告作業(yè)之外，每名學(xué)生還要在學(xué)習(xí)通上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)易錯(cuò)點(diǎn)的總結(jié)作業(yè)書(shū)寫(xiě)。利用這樣的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方式，來(lái)完成學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理、熟悉實(shí)驗(yàn)步驟、順利達(dá)成實(shí)驗(yàn)操作的實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)。

3 教學(xué)效果評(píng)價(jià)方式改革

傳統(tǒng)的分子生物學(xué)教學(xué)效果評(píng)價(jià)由3 部分構(gòu)成，包括上課簽到成績(jī)，實(shí)驗(yàn)課成績(jī)和期末考試卷面成績(jī)。其中考試卷面成績(jī)占比較高，約60%-70%，實(shí)驗(yàn)課20%-30%，平時(shí)成績(jī)10%。學(xué)生只要采用死記硬背、上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方式就能及格。但是，傳統(tǒng)的教學(xué)效果評(píng)價(jià)方式不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也不能全面評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)分子生物學(xué)課程內(nèi)容的掌握程度。我們?cè)谏鲜隼碚撜n和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過(guò)程中引入小組學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂、學(xué)習(xí)通線(xiàn)上學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)作業(yè)等多種學(xué)習(xí)方式后，分子生物學(xué)的教學(xué)效果評(píng)價(jià)不再采用傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革，對(duì)教學(xué)效果評(píng)價(jià)采用如下改革方式：①提高網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)成績(jī)的占比。學(xué)習(xí)通中視頻學(xué)習(xí)資料的學(xué)習(xí)完成情況占比20%來(lái)考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)情況，學(xué)習(xí)通理論課程作業(yè)和實(shí)驗(yàn)課作業(yè)占比20%來(lái)考查學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握程度。②增加課堂參與度的考核。翻轉(zhuǎn)課堂參與程度占比20%來(lái)衡量學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的情況。③降低卷面成績(jī)占比。實(shí)驗(yàn)課簽到和實(shí)驗(yàn)報(bào)告占比20%來(lái)考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作完成情況，最后卷面考試成績(jī)僅占比20%來(lái)考查學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的記憶和理解情況。采用上述多種考核方式相結(jié)合的教學(xué)效果考核方式，重點(diǎn)考核教學(xué)過(guò)程中的實(shí)際參與度，能避免學(xué)生死記硬背但不理解知識(shí)點(diǎn)、上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告但不會(huì)實(shí)驗(yàn)操作的情況，更能反映學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)情況、平時(shí)學(xué)習(xí)情況和最后掌握情況，易于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，比傳統(tǒng)的考核方式更加合理。

4 存在的問(wèn)題

分子生物學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)性極強(qiáng)的學(xué)科。教師只有通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)學(xué)科熱點(diǎn)前沿并掌握實(shí)驗(yàn)技術(shù)才能傳授給學(xué)生并完成教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作才能理解理論知識(shí)的意義和應(yīng)用。但是由于種種原因，我校植物保護(hù)專(zhuān)業(yè)分子生物學(xué)課程的理論課時(shí)較少，實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容少，這在一定程度上影響了這門(mén)課程的教學(xué)效果。前沿?zé)狳c(diǎn)知識(shí)的不斷更新，教學(xué)手段的不斷改進(jìn)是當(dāng)務(wù)之急。在學(xué)校加大課時(shí)傾斜和教師在不斷的努力下，爭(zhēng)取更好地完成教學(xué)任務(wù)。

5 結(jié)語(yǔ)

教師通過(guò)上述面向植物保護(hù)專(zhuān)業(yè)本科生的分子生物學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和教學(xué)效果評(píng)價(jià)方式的改革，來(lái)激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情和興趣，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注本領(lǐng)域研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。使學(xué)生掌握基本的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技能來(lái)加深其對(duì)分子生物學(xué)知識(shí)的理解，可為學(xué)生進(jìn)一步深造和將來(lái)利用分子生物學(xué)解決作物病蟲(chóng)害實(shí)際生產(chǎn)上的難題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)分子生物學(xué)課程的學(xué)習(xí)塑造學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)與工匠精神，增強(qiáng)學(xué)生的時(shí)代責(zé)任感、使命感以及民族自豪感。培養(yǎng)學(xué)生成為德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展的植物保護(hù)人才。