問題導向教學法在分子生物學理論課程的教學實踐

李慧星 李杰 臧晉

摘要：在分子生物學理論課程教學中，探索并實踐問題導向教學法。在實踐問題導向教學過程中關鍵是創設有效問題、靈活運用CAI課件和提高教師科研水平。實踐結果為深化問題導向教學法，提高教學質量提供參考。

關鍵詞：問題導向教學法，分子生物學，教學實踐

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）05-0162-02

一、前言

生物工程專業是培養掌握生物學（微生物學、分子生物學和細胞學等）及其產業化的基礎科學理論、基本技能、工藝生產過程和工程設計等知識，能在生命科學領域從事工程設計、生產管理和新工藝、新技術、新產品研究開發的工程技術人才[1，2]。分子生物學是生物工程專業的核心基礎課程之一，是研究核酸、蛋白質等生物大分子的結構、功能和特點，并從分子水平上闡述蛋白質和核酸的相互作用關系及其基因表達調控機理的學科[3]。分子生物學課程內容微觀、抽象、信息量大。傳統教學方法[4]相對枯燥、封閉，學生分析、解決問題能力、創新能力、學習能力等素質得不到良好培養，所以有必要從分子生物學課程的特點出發，進行教學改革，提高教學質量。

問題導向教學是一種基于“問題”的教學方法，它由美國神經病學教授Barrows在麥克馬斯特大學首創。它的顯著特征是把“問題”引入到教學過程中，通過問題所發揮的作用促進教學活動，達到提高教學質量的目的[5]。教師根據課程內容和教學大綱，歸納提煉知識點、創設問題、構建問題氛圍，學生以解決問題為驅動力，通過解決問題實現分析問題、解決問題、創新能力、學習能力等素質的綜合培養。課堂教學成為教師和學生的互動過程，具有開放性、創意性和趣味性。問題導向教學方法已在多種專業的不同課程教學中進行探索和實踐，取得良好教學效果。

筆者所在南陽理工學院（以下簡稱“我校”）擔任生物工程專業教師，根據課程特點，總結了在實踐問題導向教學過程中需要強調三個關鍵點：

二、創設有效問題

問題（problem）是指在給定狀態與目標狀態之間存在一些疑難和障礙，需要解決疑難和克服障礙的任務情境。根據問題在學生學習過程中所起的作用，一般將問題分為三類[6]：（1）背景性問題。學生學習新知之前，提供相應的預備知識問題。（2）中心認知問題。為實現教學目標，引導學生達到學習目的，理解和掌握所學知識和技能的過程中提供的需要解決的問題。（3）鞏固性問題。將已獲得的知識和技能遷移到新情境中需要練習的問題，引導學生運用已學知識發現、分析和解決未知問題，問題的答案具有一定的開放性。

（一）創設背景性問題

分子生物學教學內容偏重于基因的分子生物學，重點講授內容是基因的結構和功能、復制、轉錄等過程，以及這些過程中相關蛋白質和酶的結構和功能，部分教學內容與生物化學課程內容有重復，如DNA結構、DNA復制、遺傳密碼、原核生物RNA的轉錄和加工等，因此，在分子生物學課堂講授的前期，創設一定量的背景性問題，如“中心法則的內容是什么”、“示意圖方式解釋核酸的化學組成和共價結構”、“操縱子模型是不是由Waston和Crick共同提出”、“DNA半不連續復制和半保留復制的特點”、“基因突變的定義和類型”和“什么是tRNA，rRNA和mRNA”等。設計選擇、判斷和簡答三種題型，通過背景性問題的提出、分析和解釋，提高學生學習的主動性和積極性。

（二）創設中心認知問題

從課程內容中歸納、提煉知識點創設形成中心認知問題，如“如何保證DNA復制精確性”、“原核生物和真核生物蛋白質的翻譯有什么不同”和“聚合酶鏈式反應-變性梯度凝膠電泳（PCP-DGGE）的工作原理和步驟”等。問題設計成選擇、判斷和簡答三種題型，穿插于課堂教學，通過中心認知問題的提出、分析和解釋，引導學生主動探索獲得解決問題的成就感。

（三）創設鞏固性問題

我校生物工程專業注重建設和發展發酵工程、生物制藥、生物能源三個專業方向，其中以研究工業微生物為基礎的發酵工程專業方向是重點。在分子生物學課程教學的后期，創設鞏固性問題如“傳統發酵食品白酒的微生物群落結構分析”、“釀酒酵母發酵五碳糖的分子技術研究”、“生物素亞適量調控谷氨酸分泌的分子機制”和“設計分子生物學技術手段實現高強度、高產發酵”等。通過文獻查閱、分組討論、學生匯報和教師評價四個階段完成鞏固性問題的分析和解答，問題的答案具有開放性和綜合性，學生通過查閱、分析、討論和解決這些問題，不僅理解和掌握課程的理論知識，熟悉課程內容在某一領域的研究前沿，還體驗到運用知識來解決問題，獲得了知識應用的經驗，在遇到新的問題情境時就能較靈活地遷移和應用知識和經驗解決問題。

三、靈活運用CAI課件

分子生物學課程內容繁雜，抽象微觀，且學科發展迅速、前沿性強。在講授課程內容時，采用板書、掛圖等教學手段，學生無法很好地理解和接受。計算機輔助教學（Computer Assisted Instruction，CAI）是指以計算機為主要媒介進行教學，CAI課件用文字、圖像、聲音、動畫、視頻等多媒體數據通過計算機處理和控制來輸出信息，相比較于板書、掛圖等教學手段，具有顯著優勢：（1）生動性強。CAI課件教學將抽象、微觀、復雜的生理生化過程，如蛋白質的生物合成、聚合酶鏈式反應、基因重組等用具體的圖形或Flash動畫表現出來，學生會更加容易理解和掌握知識。（2）移植性好。CAI課件可以拷貝復制給學生，供學生復習使用，讓學生集中注意力聽課、思考和回答問題，便于教師和學生互動。（3）集成性高。CAI課件具有節奏快、畫面多、表現力強等特點，在有限的學時內讓學生獲取更多的知識，顯著增加課堂容量。

目前，CAI課件多使用Powerpoint電子課件，在具有上述優點的同時，存在交互性不強等缺點，導致CAI課件難以與問題導向教學法結合使用。Authorware是Macromedia公司推出一款易學、方便和功能強的多媒體制作軟件，利用流程線和圖標就可以將文字、聲音、圖形和動畫等多媒體數據集成在一起，制作出需要編程語言才能實現的功能和效果[7]。另外，Authorware的強大的交互功能能夠幫助教師制作習題庫中所需的各種題型，并將問題穿插其間，非常適用！筆者在分子生物學理論課程的講授過程中，基于Authorware 7.0軟件制作并實踐了CAI課件和習題庫。尤其是習題庫的建設和使用，充分利用了該軟件的交互功能，同時設置問題的題型多樣化，取得良好的教學效果。學生普遍反映利用Authorware 7.0軟件制作的習題庫，對知識理解的更加深入和透徹，真正實現了寓教于樂。

四、提高教師科研水平

分子生物學發展迅速，教師需要大量閱讀國內外文獻，不斷提高科研水平。首先，可利用分子生物學的新技術、新知識拓展知識層面。其次，將科研中試驗現象、以及成功或失敗的心得體會介紹給學生，調動學生的主動性和積極性。最后深入科研第一線利用實例創設具有真實性和挑戰性的鞏固性問題，評價總結學生問題答案時，言之有物，生動有趣。如在分子生物學理論課程教學的后期，筆者創設鞏固性問題“發酵食品白酒的微生物群落結構分析”，在學生查閱文獻、分組討論和匯報的基礎，首先結合自身研究課題和經歷，包括纖維素降解菌的分離和16S rRNA分子鑒定，PCR-DGGE分析纖維素降解復合菌系、活性污泥的高通量測序研究，白酒微生物（酒曲、酒醅和窖泥）的高通量測序研究，歸納總結環境微生物群落結構分析的研究進展，從常規平板培養、PCR-DGGE等常用技術介紹到最新的高通量測序技術，如Rocher 454、Illumina Miseq等。其次，總結白酒微生物的研究現狀及存在問題，對學生匯報內容進行總結和點評。通過科研實例和經驗講授領域內的技術和前沿，學生遇類似情境，很容易知識遷移和應用。

五、結語

分子生物學是生物工程專業的核心基礎課程！然而，分子生物學課程內容的特點是微觀、抽象、信息量大和更新快，導致傳統教學方法難以在有限的學時內讓學生理解、掌握和應用，難以提升學生綜合素質。而問題導向教學法可以很好地解決分子生物學課程教學中出現的問題，其中創設有效問題、靈活運用CAI課件和提高教師科研水平是成功實踐問題導向教學法的三個關鍵點，實踐結果為推廣和深化問題導向教學法，推進分子生物學理論課程的教學改革，進一步提高教學質量提供參考。

參考文獻：

[1]朱紅威，邵菊芳，冷云偉.生物工程專業《分子生物學》課程教學改革的探索[J].安徽農業科學，2011，39（4）：2512-2514.

[2]薛剛，劉鳳霞，羅建成，等.分子生物學課程教學改革的思考[J].科技創新導報，2011，（3）：177-178.

[3]趙亞華.分子生物學教程，第三版M.北京：科學出版社，2011.

[4]鄒麗玲，李志宏.關于傳統與現代教學方法的思考[J].中國高教研究，2009，（10）：90-91.

[5]艾明華，董衛國，劉媛媛，等.PBL結合多媒體直觀教學法在《細胞分子生物學》課程中的實踐[J].西北醫學教育，2012，20（4）：752-754.

[6]劉斐.論問題導向教學[D].武漢：華中師范大學碩士學位論文，2014.

[7]張新明.Authorware網絡課件及其優點[J].教學與管理，2005，（11）：91-92.