分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)線上線下混合教學(xué)模式探索

程雪妮 田廣文 雷忠萍

（西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

培養(yǎng)高質(zhì)量人才，關(guān)鍵在于創(chuàng)新，創(chuàng)新人才的培養(yǎng)必須貫穿實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過程，體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)影響大學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，其中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生獲取生命科學(xué)知識、探索未知的基本實(shí)踐手段，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與學(xué)術(shù)素養(yǎng)的重要途徑之一。分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生理解基本理論、掌握基本操作技能、提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要課程之一[1-3]。近年來，分子生物學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，調(diào)整優(yōu)化其教學(xué)模式，將創(chuàng)新理念融入現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教革實(shí)踐中，打造分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)線上線下混合教學(xué)模式，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量[4-5]。本文探討構(gòu)建線上慕課預(yù)習(xí)和線下模塊化教學(xué)結(jié)合的“3+1”分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以激發(fā)生物學(xué)本科生對實(shí)驗(yàn)的興趣，培養(yǎng)其科學(xué)意識和創(chuàng)新思維，增強(qiáng)科研主動性，進(jìn)一步提高其應(yīng)用基本理論進(jìn)行科創(chuàng)實(shí)驗(yàn)的能力。

1 分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式優(yōu)化的必要性

1.1 加深對理論的理解

該課程實(shí)驗(yàn)課設(shè)計(jì)以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性、提升其動手能力為出發(fā)點(diǎn)。模塊化教學(xué)是以按需施教和學(xué)用一致為基本教學(xué)原則[6-7]，將專業(yè)理論教學(xué)和操作技能提升有機(jī)結(jié)合，理論與實(shí)踐一體化的教學(xué)模式[8]。劉曉宇等[1]將分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)為模塊式互動教學(xué)，通過大分子物質(zhì)基本知識模塊、大分子表達(dá)調(diào)控模塊、大分子基本操作技術(shù)及功能研究技術(shù)模塊的教學(xué)，既保持教學(xué)內(nèi)容的連貫性，又幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)主線和目標(biāo)，使學(xué)生討論與合作能力得以提高。實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式優(yōu)化可以讓學(xué)生更快、更好地理解和記憶課程中的抽象理論，形成科研與創(chuàng)新意識，大大提升其綜合運(yùn)用理論知識的能力。

1.2 提升實(shí)踐能力水平

慕課課程資源豐富，涵蓋操作技巧和話題討論等內(nèi)容，DNA 復(fù)制、RNA 轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)翻譯等知識點(diǎn)較為抽象的課程均有慕課資源。學(xué)生可以通過觀看慕課視頻資源，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容與基本操作要點(diǎn)，加深對相關(guān)理論的思考，更好地理解和記憶實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)。該教學(xué)模式既節(jié)省教師課前講解時間，又能讓教師和學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)與綜合分析共同解決問題，從而啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維，逐步提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能與解決問題能力。以分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容見表1。

表1 分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目慕課預(yù)習(xí)

1.3 提升綜合試驗(yàn)與理論教學(xué)效果

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式要求每個教學(xué)模塊內(nèi)容必須前后關(guān)聯(lián)、緊扣理論課程[3]。本研究根據(jù)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物化學(xué)綜合大實(shí)驗(yàn)和基因工程實(shí)驗(yàn)3門實(shí)驗(yàn)課程的關(guān)聯(lián)性，整合設(shè)計(jì)“3+1”多層次模塊化教學(xué)模式[9-11]，該教學(xué)模式包括分子生物學(xué)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)綜合大實(shí)驗(yàn)、分子生物學(xué)與基因工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、本科生畢業(yè)論文科研訓(xùn)練多層次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。每個層次根據(jù)總教學(xué)課時進(jìn)行安排，圍繞同一主題設(shè)置不同的教學(xué)單元，融合課堂教學(xué)、練習(xí)、實(shí)驗(yàn)、操作和研討等不同形式，增強(qiáng)模塊學(xué)習(xí)的實(shí)用性。基因工程以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，是分子生物學(xué)的工程應(yīng)用，以基因工程操作為主題，以目的基因獲得、基因重組、基因轉(zhuǎn)移、基因表達(dá)產(chǎn)物獲得和生物活性分析為主線構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)單元，可加深學(xué)生對基因工程實(shí)施原理和操作步驟的理解[12]。因此，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式優(yōu)化可以更好地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)的統(tǒng)一（表2）。

表2 線上線下混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

1.4 實(shí)施開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)

開放實(shí)驗(yàn)室可以改善常規(guī)實(shí)驗(yàn)室較為封閉的狀態(tài)，在一定條件下實(shí)現(xiàn)資源共享，提高儀器和設(shè)備利用率。開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)應(yīng)用能力的重要途徑，能激發(fā)學(xué)生科研興趣，取得良好的教學(xué)效果。生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室面向分子生物學(xué)、基因工程、生物化學(xué)和遺傳學(xué)選課的學(xué)生全面開放。大三下學(xué)期，學(xué)生即可進(jìn)行畢業(yè)論文開題，結(jié)合指導(dǎo)老師的科研項(xiàng)目或前沿?zé)衢T課題觀看慕課視頻，學(xué)習(xí)相關(guān)知識，查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，討論并安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生將科研論文提交至指導(dǎo)老師處，由指導(dǎo)老師進(jìn)行審閱、修正和打分，并提交畢業(yè)答辯組。

1.5 完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式分析

實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式優(yōu)化可進(jìn)一步完善試驗(yàn)教學(xué)考核方式，將學(xué)生實(shí)驗(yàn)考核分為平時表現(xiàn)成績、實(shí)驗(yàn)課成績和綜合實(shí)驗(yàn)成績3 個部分。該考核方式更重視平時表現(xiàn)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確率。鼓勵學(xué)生開拓思維，積極參與科研，提高學(xué)生的科研成就感。該考核方式能夠較為客觀、公正且科學(xué)地評定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新能力和科研素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性和主動性[13-14]。實(shí)驗(yàn)課平時表現(xiàn)中，預(yù)習(xí)與問答、出勤與紀(jì)律、協(xié)作性、安全衛(wèi)生、操作規(guī)范性、操作熟練性和實(shí)驗(yàn)記錄的考核標(biāo)準(zhǔn)分別為10、5、6、5、8、8和8 分，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，規(guī)范性、創(chuàng)新性、結(jié)果準(zhǔn)確性和分析合理性的考核標(biāo)準(zhǔn)分別為10、10、15 和15分，平時表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核標(biāo)準(zhǔn)總計(jì)100 分，占總成績比重為40%。不同層次實(shí)驗(yàn)考核標(biāo)準(zhǔn)見表3。

2 分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研相結(jié)合優(yōu)勢分析

教學(xué)與科研相結(jié)合可讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時提升科研能力，使其掌握科學(xué)的研究方法，并養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度和精神。分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研相結(jié)合具有以下優(yōu)勢。

2.1 培養(yǎng)復(fù)合型人才

實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅要提高學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，還要幫助學(xué)生掌握科研技能。因此，構(gòu)建以提升知識水平、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)為主線的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系十分重要。本研究探討構(gòu)建的“3+1”多層次模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，促使本科生能獨(dú)立完成畢業(yè)論文相關(guān)科研實(shí)驗(yàn)，有益于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和應(yīng)用解決問題能力，實(shí)現(xiàn)科研復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

2.2 提高自主性與創(chuàng)造性

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教師在課堂展示相關(guān)科研課題成果，以激發(fā)學(xué)生的科研興趣，培養(yǎng)其科研的意識。為促進(jìn)教學(xué)與科研有機(jī)結(jié)合，可開放實(shí)驗(yàn)室，鼓勵師生申報(bào)科研課題，從而提高學(xué)生科研自主性和創(chuàng)造性。

3 混合教學(xué)模式成效

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，采用線上慕課和線下模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，通過適當(dāng)優(yōu)化調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)知識點(diǎn)的連貫性；通過“3+1”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生探索未知的熱情，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力；通過建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評價(jià)新方案，拓寬學(xué)生思維，提高學(xué)生對結(jié)果的分析與討論能力，在積累知識的同時提升科研能力。

該教學(xué)模式取得了良好的教學(xué)效果（表4—5），激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和興趣；有效地將實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)造性、趣味性和綜合性等有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、自主設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐動手能力；培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維，提高解決學(xué)術(shù)問題的積極性；鍛煉學(xué)生的學(xué)術(shù)表達(dá)能力，提高其綜合素質(zhì)；吸引更多學(xué)生申報(bào)相關(guān)科研創(chuàng)新項(xiàng)目；增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)于生物科技公司和科研院所的信心。生物學(xué)專業(yè)的學(xué)生在全校創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的立項(xiàng)率達(dá)到30%，本研究教學(xué)改革實(shí)踐的4 年中，已結(jié)題并已發(fā)表論文十余篇。

表4 科創(chuàng)項(xiàng)目與發(fā)表論文統(tǒng)計(jì)

表5 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革效果

4 結(jié)語

生命科學(xué)發(fā)展迅速，新技術(shù)、創(chuàng)新理論不斷涌現(xiàn)[8]。分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革采用線上慕課和線下模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，取得了良好的教學(xué)效果。該教學(xué)模式通過適當(dāng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)知識點(diǎn)的連貫性；通過“3+1”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生探索未知的熱情，培養(yǎng)其綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力；通過建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評價(jià)新方案，拓寬學(xué)生思維，提高其分析與討論的能力，在積累知識的同時提升科研能力。