提高分子生物學教學效果的思考

章月琴 胡漢橋

摘要：分子生物學是高等院校生物類專業本科生的專業基礎課，也是滲透到生物學各個領域的研究工具。本文從教學內容、教學手段和方法以及知識的拓展方面進行改進，以期為提高分子生物學的教學提供參考。

關鍵詞：分子生物學；教學內容；手段和方法；知識拓展；教學效果

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）09-0174-03

分子生物學是自然科學中發展最迅速、最具活力的前沿學科，已經發展成為一門獨立的新興學科，又是諸多相關領域強有力的研究工具，是普通高等院校生物類專業必修的專業基礎課程。分子生物學課程內容千頭萬緒，內容難懂。如何順利完成教學任務，并能收到良好的教學效果，確實是一個需要認真思考的問題。本文從教學內容、手段和方法以及知識的拓展方面進行了一些探索和分析。

一、教學內容的合理組織

經典的分子生物學教材通常包括核酸的結構與功能、DNA復制與突變、RNA的轉錄和加工、蛋白質的生物合成、基因的表達與調控等內容。該課程內容如果安排不當，容易讓學生覺得枯燥無味、抽象，容易引起學生失去自主學習的興趣。如何通過深入淺出地講授，讓學生喜歡這門課程并主動琢磨課程內容，需要花些心思去引導。

（一）分子生物學課程的基本理論與技術

要努力講透分子生物學的基本理論和技術，抓住學生的注意力，需注意以下幾個方面。

1.前人研究的故事。在講解重要的理論時注重介紹這些理論發現背后的人物故事等，不但能提升學生學習興趣，還能培養科學創新精神。如以諾貝爾生理學或醫學獎和化學獎為主線來講解分子生物學的發展簡史；講DNA的雙螺旋結構時，可講述沃森、克里克和威爾金斯獲得1962年諾貝爾生理學或醫學獎的故事，以及無名英雄富蘭克林所做的貢獻；講到轉座子時，可講述鐘情科學的“玉米皇后”麥克林托克提出轉座子時到獲得諾貝爾獎間隔30年時間，她在此期間所受的冷遇、嘲笑以及她的堅持。

2.前人研究的理論基礎。分子生物學中有許多理論十分難懂，如mRNA的發現、遺傳密碼的破譯和操縱子理論等。在教學過程中要想將分子生物學的理論講透，對老師具有較高的要求。因為在當時的知識背景、實驗和科研條件下，研究所采用的方法與現代分子生物技術有很大的不同，需要老師學習前人的研究論文來理解研究者如何設計實驗、如何對獲得結果進行理性分析等。如在講授乳糖操縱子時，教材中列舉了在培養基中添加乳糖后β-半乳糖苷酶活性及其mRNA含量的變化規律圖。但如何得到此圖，書中只給予簡單的介紹，給老師上課和學生的理解造成了較大的困難。為講清乳糖操縱子的調控機理，給學生連續提出了2個問題：（1）如果讓你設計實驗如何得到此圖的問題。在備課時，我給學生們列舉了測定酶活性的方法，如比色法或酶聯免疫法，并下載比色法檢測β-半乳糖苷酶的專業論文[1]和公司檢測β-半乳糖苷酶活性相關的試劑盒。對于如何測定β-半乳糖苷酶mRNA含量的變化，我列舉了檢測基因表達量的幾種方法。這些檢測mRNA表達量的前提是獲得了β-半乳糖苷酶基因，于是又產生了第2個問題。（2）如何獲得β-半乳糖苷酶的基因？介紹獲得基因的方法后，但當時沒有這些技術，于是我將當時條件下有關基因表達量檢測的相關論文下載[2]，并講解了如何通過轉導噬菌體獲得β-半乳糖苷酶基因，通過雜交檢測β-半乳糖苷酶基因mRNA含量的變化。這樣引領學生沿著這些大師們的足跡，重溫當年的研究過程，學習其中的科學思維和研究方法。這樣的教學方式能夠改變照本宣科、填鴨式教學的單一和枯燥。提升學生的學習興趣，培養學生的科研素質。

3.社會關注的熱點及日常生活常識。為了抓住學生的注意力，將分子生物學的專業知識與日常生活聯系到一起。在講到轉基因植物時會與學生一起討論轉基因植物的安全性，并下載網上正反兩方面的觀點，引用2016年百位諾貝爾獎得主聯名支持轉基因，并解釋轉基因植物是安全的理由，讓學生對轉基因植物的安全性有正確的認識，并希望通過分子生物學的學習，用自己的專業知識對轉基因植物的安全性做出正確的評價。講到微衛星DNA（SSR）時，提及利用SSR標記進行親子鑒定，并將2016年偵破在社會上造成重大轟動的白銀市連環殺人案的過程中使用人Y染色體上SSR標記，引起學生廣泛的興趣。

講到乳糖代謝過程中，大腸桿菌要將乳糖運輸到細胞中需要用透過酶。這時我又給學生提出了一個日常生活中的問題，如含膠原蛋白和超氧化物歧化酶化妝品問題。化妝品中的膠原蛋白或超氧化物歧化酶進入人體后具有抗衰老的效果，與學生討論這些化妝品能否讓人年輕，通過分子生物學的學習我們知道一個小分子的乳糖進入細胞需要一種運輸酶，那么這些蛋白如何進入人體細胞？其結果是顯而易見的。

4.分子生物學重點、難點解讀。有些時候，書本上對有關的理論或技術介紹并不全面，學生在學習過程中難于理解。如DNA的復制原點位于遺傳圖譜84分鐘處，這些涉及到細菌基因定位的中斷雜交試驗，需要講解相關知識，幫助學生理解。又如Sanger DNA測序原理，如用不同顏色的熒光物質標記ddNTP，從而實現測序的自動化。書上并沒有講到用什么作熒光標記物，如何標記等問題。下載熒光標記相關的文章[3]，并將測序人員編寫的測序步驟下載，與學生一起學習每一步反應的作用，有助于學生理解該技術。

（二）分子生物學前沿

分子生物學知識更新可以說是日新月異。因此在教學中老師必須關注學科的研究熱點和前沿領域。在教學中可講述一些應用相關理論開發的技術或相關技術的進一步發展。如講到噬菌體的滾環機理時，下載利用噬菌體DNA聚合酶開發的滾環擴增試劑盒說明書，并介紹試劑盒在動植物病原物檢測中的應用。講到測序技術時，就可以向學生介紹最新發展的二代測序技術；講到酵母雙雜交系統，可以向學生介紹將熒光蛋白折分后的雜交系統以及依賴泛素（ubiquitin）的細胞質雜交系統[4]。讓學生感受到分子生物學技術發展日新月異，也培養他們跟蹤學科發展前沿的方法和學習習慣。

二、教學手段和方法的改進

（一）多媒體教學

多媒體技術具有信息量大、聲像俱佳、動靜皆宜的特點[5]。多年來我們不斷補充和完善教學資料，逐漸形成了獨具特色的多媒體教學課件。多媒體中大量使用圖像、文字表述簡潔明朗、主題突出。在多媒體教學中使用分子生物學動畫，如DNA復制、轉錄、翻譯、分子生物學技術和基因表達調控動畫等。這些動畫能將聲、光、色結合，從而增加學生的感官刺激，能有效提高學生的注意力，激發課堂活力，從而提高教學效果。這些動畫都是用英文講解，需要老師給學生翻譯。讓學生掌握一些英文專業詞匯，有助于提高用英文交流與閱讀專業文章的能力。

（二）教學方法

為發揮學生作為教學主體的能動性，根據具體的教學內容設置了啟發式、聯想式、探究式等多種教學方法[6]，讓學生參與到教學過程中，不僅活躍了課堂氣氛，而且在分享知識的同時，更注重教會學生靈活掌握學習的方法。

1.啟發式教學。啟發的目的在于舉一反三，觸類旁通。針對每一次的課堂教學，設計一些拋磚引玉的問題，供學生思考與討論，這成為了分子生物學理論教學的重要組成部分。如前面講到的乳糖操縱子時，所提出的兩個問題就是很好的啟發式教學的例子。這一系列的互動教學活動，充分調動了學生課堂學習的主動性和積極性，在不斷的討論分析中通過展示不同的思維、發表各自的觀點，不但有利于促進學生在學習中發現問題、解決問題，而且有利于學生通過對基礎知識的消化、理解來達到理論的升華、拓展。

2.比較法教學。在比較法方面，注重橫向比較與縱向比較的結合。DNA的復制、轉錄和翻譯以及基因表達的調控等內容均是從原核生物和真核生物兩方面論述的。因此，在教學中充分利用橫向比較法，對原核和真核生物DNA的DNA聚合酶、RNA聚合酶的種類和組成、mRNA的結構進行對比分析，能更好地幫助學生理解和記憶。而對DNA復制、RNA的轉錄、蛋白質的翻譯等過程、不同操縱子的調控機制等內容的教學可以采取縱向比較法，如DNA復制、RNA的轉錄、蛋白質的翻譯各需要一些什么樣的酶，它們的過程有什么不同。以達到加強記憶的目的。

三、知識拓展

生物信息技術已經發展成為分子生物學研究方法中不可分割的一部分，必須特別強調互聯網資源運用的重要性。在整個分子生物學的教學中，要求學生查閱和組織各種文獻資料。因此，在教學中要逐漸向學生介紹中國知網和NCBI等常用資源庫，使學生了解如何利用資源庫進行查詢，培養了學生的自學能力。在教學中還要介紹一些常規的生物信息技術軟件，如Primer6.0、DNAMAN和DNAStar等，使學生對這些軟件有一個初步的認識。如講到rDNA為中度重復序列時，要求學生從NCBI網站上下載原核和真核的基因組序列，查找其中的rDNA的數量，并明確rDNA的結構。下載動、植物病毒的基因組序列，用DNAStar作出其結構，觀察病毒的重疊基因。用DNAStar作出四膜蟲rDNA的結構，并比較與其他rDNA的差異，弄清核酶的特殊性。

總之，通過多媒體教學可以提供給學生大量的信息，選擇好教學內容，對分子生物學理論和技術的前因后果，實驗內外的故事進行生動講解，并輔助以動畫，以及用不同的教學方法，能有效地抓住學生的注意力，提高學生學習的興趣，收到了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]高紅偉，宮鋒，等.α-半乳糖苷酶活性測定方法的研究[J].軍事醫學科學院院刊，2006，30（6）.

[2]Westover KC，Jacobson LA.Control of protein synthesis in Escherichia coli.II.Translation and degradation of lactose operon messenger ribonucleic acid after energy source shift-down[J].Journal of Biological Chemistry，1974，249 （19）.

[3]陳中舉，張燕玲，黃金瑛.熒光標記生物大分子及其應用[J].國外醫學生物醫學工程分冊，2004，27（6）.

[4]M？ckli N，Deplazes A，Hassa PO，Zhang Z，etc.Yeast split- ubiquitin-based cytosolic screening system to detect interactions between transcriptionally active proteins[J].Biotechniques，2007，42（6）.

[5]張金嶺.淺談多媒體教學[J].教育與職業，2009，（30）.

[6]文靜，申玉華，趙冰.高等學校分子生物學教學改革初探[J].吉林農業，2013，305（8）.