PBL結合仿真技術在醫學研究生分子生物學教學中的應用初探

王燕，鐘世軍，呂延成，邵敏

摘要：分子生物學是當今高校生物類及醫學各專業研究生必修的課程，它在培養研究生的創新意識及科研能力中起著重要的作用。本文作者結合多年的相關課程教學經驗，針對當前研究生在分子生物學理論及實驗教學中存在的問題進行了一系列改革。通過引入PBL教學模式，合理設計多個專題以學生為主體轉變教學模式，使學生的學習由被動轉為主動，加強了學生的對理論知識的掌握及運用能力。在實驗教學引進仿真技術結合傳統的實驗教學模式，部分解決了分子生物學技術實驗教學中存在的理論知識抽象難于理解、操作過程復雜耗時等難題，取得了較好的效果。

關鍵詞：分子生物學；研究生；PBL教學；仿真技術

中圖分類號：G642.4？搖 文獻標志碼：A？搖 文章編號：1674-9324（2014）15-0109-02

分子生物學是研究核酸等生物大分子的功能、形態結構特征及其重要性和規律性的科學，是人類從分子水平上真正揭示生物世界的奧秘，由被動地適應自然界轉向主動地改造和重組自然界的基礎學科[1]。是生物類及醫學各專業研究生的必修課程。在分子生物學的教學中強調學生對實驗技術和原理的掌握，長期以來筆者和廣大的相關教育工作者都發覺在分子生物學的教學中存在諸多問題。改變傳統的理論及實驗教學模式迫在眉睫，我們在本校2012及2013級研究生該課程的理論教學中大膽引進PBL（Problem-Based Learning）教學法，在實驗教學中加入虛擬仿真實驗技術，這些改革和嘗試取得了較好的教學效果。

一、PBL教學模式在醫學生研究生分子生物學理論教學中的應用

以問題為基礎的教學法（problem—based leaming，PBL）于1969年在加拿大的麥克瑪斯特大學首創后在高校各個專業的教育中得到廣泛的應用，并根據各國、各學科的特點發展為不同形式的PBL[2]。我國高校的研究生教育目前普遍的實際情況仍采用以大班級為形式、以學科為界限組織理論教學。長期存在教學內容與課時數矛盾及理論與實踐脫節等問題，筆者在長期的分子生物學理論教學實踐中越來越感覺到這種單一的教學模式已經遠遠跟不上時代。故在近兩屆研究生的分子生物學理論教學中積極引進PBL教學模式，現將教學情況介紹給大家。

1.教學內容的選擇。以“尋找并驗證與乳腺癌發病機制相關的基因”作為PBL教學內容，教材為高等教育出版社出版、朱玉賢主編的《現代分子生物學》第4版。選擇這個內容進行PBL教學最好在該課程進行到教學中期的時段開始，此時分子生物學研究法（上）（下）等內容已學完，學生從理論上基本掌握了分子生物學的核心技術，如何應用這些技術，通過PBL教學可以讓同學們把這些知識活學活用，融會貫通并解決他們在各自開題報告中如何書寫技術路線及研究方案的問題。

2.教學前的準備。為了充分掌握PBL教學，筆者查閱了大量有關PBL教學的相關文獻和資料，并到上海相關培訓機構進行了培訓。PBL作為一種開放式的教學模式，對教師自身素質和教學技巧都有很高的要求，在實施該問題的PBL教學之前合理安排教學過程，明確教學目標，擬定教學大綱。把該內容設計整理成三段式PBL教學計劃，第一個階段引導學生整理出一個大概的思路，對乳腺癌的發病機制有一個認識，讓學生掌握查找文獻掌握文獻的能力；第二個階段設計實驗找出目標基因，引導學生充分利用之前所學的分子生物學研究方法（上）中的技術，合理設計實驗；第三個階段引導學生利用分子生物學研究方法（下）中的技術，設計相關技術路線對所選基因進行功能分析。教學目的是幫助學生完成一份開題報告。

3.學生分組及討論。將參加PBL教學的36名2013級研究生分成4個組，按照不同專業及性別合理組合，每組9人，選定組長和秘書，組長由學生自己推選。討論前把題目提前發給學生，準備一周左右，期間學生自行分配任務，任務完成以筆記形式交付，進行討論的時間以教學計劃安排的課時時間為準，討論由組長主持，教師旁聽，討論以每個階段的問題為核心，以1名同學發言為主，其他學生補充或修正，秘書負責記錄。若問題經由討論可以解決，教師負責總結歸納和評價，如不能解決，教師可做適當的引導和啟發，如果仍不能解決，或出現新的問題，適當放寬準備時間，增加討論課時。三個階段的問題進度可能會出現不一致的現象，教師盡量把總的討論課時控制在計劃課時以內。整個過程中要堅持以學生為主，教師盡可能地隱身于后，作為旁觀者對其進行評價。但如果發現學生偏題太遠，教師也可以適時給予糾正。期間PBL教學沒完成一個階段的學習，導師要對每一組的討論過程及結果及時做出評價和歸納總結，對表現好的學生進行表揚和高分評價，表現差的學生給予鼓勵，使其爭取能在后面的階段彌補自己的不足。

4.PBL效果評價。為了客觀地對PBL的教學效果進行評價，采取了兩種評價模式，一是成績測試，以閉卷考試的方式來檢驗學生對分子生物學核心內容的掌握程度；二是設計師生互評的問卷進行調查分析。結果和往屆沒有經過PBL教學的學生成績進行對比分析，結果顯示經過PBL教學，學生成績普遍有所提高，師生評價教學效果好。

二、仿真技術在醫學研究生分子生物學實驗教學中的應用

分子生物學技術實驗教學是教學過程的重要組成部分，是學生理解理論知識、探究客觀現實規律不可缺少的途徑。作為信息技術發展的產物，虛擬實驗具有透明性、互動性、自主性及可擴展性等特點，能為目前實驗教學中迫切需要解決的問題提供策略和方法。

我們購買了部分由南京醫科大學與南京凡超科技有限公司共同開發研制的生化與分子生物學虛擬實驗教學軟件[3]，包含有總RNA的提取、RT-PCR擴增、質粒小量制備實驗等。該軟件是圖、文、聲及活動影像4種功能兼備的實驗教學工具。其中每個步驟中關鍵知識點還以選擇題的方式插入播出，學生在課堂上只需按照提示按照實驗步驟順序循序漸進，既模擬操作了整個實驗過程，也鞏固了相關技術理論知識。endprint

軟件中使用的實驗試劑、儀器、工具都來自于實驗室中的實景照片，在虛擬實驗操作過程中設計了一系列在實驗中容易出錯的場景，如果操作不當，同樣得不到正確的結果，同時界面上還會給出一個醒目的提示，讓學生在學習操作的過程中對錯誤的認識會留下深刻的印象。通過課堂上對各個實驗的虛擬操作，讓學生在理論上和技術要點上能做到“紙上談兵”后，進入實驗室后，大部分實驗學生能夠獨立完成。受過這樣訓練的研究生在進入自己的課題實施過程中普遍反映實際操作起來還是不夠熟練，但是實驗的原理掌握得很牢靠，實驗中出了問題，研究生也能夠進行主動思維和分析去解決問題。在傳統的實驗教學環境中結合虛擬學習環境，通過自身的參與，加深理論知識的理解并鍛煉科學的思維方式，這樣的教學模式在實踐中得到了廣大師生的好評。

三、結語

自20世紀50年代隨著各種生物技術如重組DNA技術、聚合酶鏈式反應（PcR）技術、轉基因技術、分子診斷技術等的建立，分子生物學已滲透到生命科學的各個研究領域，并逐漸地影響和改變著人類的生活[4]。醫學領域分子生物學研究快速的發展，使人類對疾病的認識、診斷和治療已經從整體、細胞水平逐步深入到了分子水平。所以醫學研究生分子生物學理論及其技術的學習和應用成為他們解決醫學難題的強有力工具，并成為衡量其論文質量的一個重要指標。為了提高教學質量，筆者和教研室各位教師在不斷提升個人的科研及教學素養的同時，努力探索新的教學方法并積極引入教學過程中。實踐證明，PBL教學方式在我校研究生教育改革中的推行具有重大的意義，在培養學生解決問題能力、創新能力和自主學習能力方面具有巨大的潛力。但是，任何一種教學模式都不能解決所有的問題，所以我們要廣開思路，不斷接受和學習新的教學方式，如虛擬實驗的構建，仿真技術在實驗教學中的應用等。相信通過我們不斷地努力一定可以提升我們的教學質量，為國家培養出大量的創新型人才。

參考文獻：

[1]朱玉賢，李毅，鄭曉峰，等.現代分子生物學[M].北京：高等教育出版社，2013.

[2]曹博，程志，曹德品，等.PBL教學模式在醫學教學改革中的應用[J].中國高等醫學教育，2007，（7）.

[3]韓志芬，管冬元，郭春榮，等.分子生物學虛擬實驗教學軟件的應用[J].實驗室研究與探索，2011，30（6）.

[4]楊惠娟，史宏志，王景，等.分子生物學教學淺談[J].教育教學論壇，2012，（30）.endprint