基于現(xiàn)代信息技術(shù)的“分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程建設(shè)與實(shí)踐

王鑫 彭曉玨 李紹波

[摘 要] “分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”作為生命科學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)課程，是一門(mén)實(shí)踐性學(xué)科。該文通過(guò)論證，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新，引進(jìn)綜合性實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生的綜合能力;基于現(xiàn)代信息技術(shù)，對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)進(jìn)行了較大幅度的改革，以期取得更好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力和科研素質(zhì)。

[關(guān)鍵詞] 現(xiàn)代信息技術(shù);分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn);雨課堂;教學(xué)模式

[作者簡(jiǎn)介] 王鑫（1987—），男，博士，南昌大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院講師，主要從事植物分子生物學(xué)教學(xué)與研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）17-0226-02 ? ?[收稿日期] 2019-10-31

新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議上，教育部部長(zhǎng)陳寶生強(qiáng)調(diào)提升大學(xué)生的學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，合理增加課程難度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力和專業(yè)興趣，真正把內(nèi)涵建設(shè)、質(zhì)量提升體現(xiàn)在每一個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果上。

分子生物學(xué)是一門(mén)在分子水平上研究生命活動(dòng)及規(guī)律的學(xué)科，其主要研究?jī)?nèi)容是核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能以及相互作用[1]，是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，在分子生物學(xué)教學(xué)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)有著舉足輕重的地位。但長(zhǎng)期以來(lái)，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較少[2-5]。“分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”作為生命科學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)課程，在南昌大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院各專業(yè)（生物技術(shù)、生物科學(xué)、生態(tài)、水產(chǎn)）開(kāi)設(shè)。傳統(tǒng)的授課方式是教師簡(jiǎn)要地講授實(shí)驗(yàn)原理和方案步驟，演示關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生遵照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和老師的示范完成實(shí)驗(yàn)，老師和學(xué)生一起分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，學(xué)生缺乏獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力[6-7]。筆者在日常教學(xué)過(guò)程中以培養(yǎng)學(xué)生能力為導(dǎo)向，基于現(xiàn)代信息技術(shù)，對(duì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式加以探索并進(jìn)行了較大幅度的改革，以期取得更好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力和科研素質(zhì)。

一、教學(xué)內(nèi)容的改革

1.通過(guò)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生動(dòng)手能力。設(shè)置分子生物學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，如菌株復(fù)壯與單菌落菌株的獲取、堿法小量提取質(zhì)粒DNA、瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)質(zhì)粒DNA、質(zhì)粒DNA的限制性酶切、PCR擴(kuò)增與檢測(cè)、感受態(tài)細(xì)胞的制備、質(zhì)粒轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)化體篩選、植物基因組DNA的提取、細(xì)菌染色體DNA的提取、紫外分光光度法測(cè)定核酸濃度。分子生物學(xué)基礎(chǔ)部分實(shí)驗(yàn)課，每個(gè)星期上課1次，3個(gè)課時(shí);學(xué)生2人一組，能很好保證學(xué)生動(dòng)手操作。這些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，可進(jìn)一步提高學(xué)生動(dòng)手操作能力，為以后的學(xué)習(xí)或工作奠定良好的基礎(chǔ)。

2.綜合性大實(shí)驗(yàn)提升綜合運(yùn)用能力。為了進(jìn)一步提升學(xué)生的綜合能力，設(shè)置綜合性實(shí)驗(yàn)，YFP-GUS融合基因在原核與真核細(xì)胞中的表達(dá)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。我們強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的完整性和連續(xù)性，實(shí)驗(yàn)安排在兩個(gè)周末的全天完成。巧妙地設(shè)計(jì)和利用寡核苷酸引物，通過(guò)重疊PCR技術(shù)將GUS蛋白與GFP蛋白的編碼序列進(jìn)行融合。構(gòu)建原核表達(dá)載體并進(jìn)行轉(zhuǎn)化，加入IPTG誘導(dǎo)表達(dá)，進(jìn)而用紫外線（凝膠成像系統(tǒng)）照射觀察實(shí)驗(yàn)組與空白對(duì)照組中GFP基因的表達(dá)情況。真核植物水稻組織中GUS染色方法實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)GUS蛋白在水稻組織中的表達(dá)情況。

CRISPR/Cas9技術(shù)作為最新的基因編輯技術(shù)，我們?cè)诜肿由飳W(xué)實(shí)驗(yàn)課程中，設(shè)置CRISPR敲除載體的構(gòu)建。其中，包含如何根據(jù)基因的序列來(lái)設(shè)計(jì)sgRNA靶點(diǎn)、靶點(diǎn)引物接頭與sgRNA表達(dá)盒的連接、Overlapping PCR法獲得sgRNA表達(dá)盒、采用“Golden Gate”法將表達(dá)盒與骨架載體進(jìn)行連接，最后將連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化大腸桿菌以篩選陽(yáng)性克隆。該實(shí)驗(yàn)的引入不僅能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)CRISPR/Cas9技術(shù)的理解，同時(shí)使得學(xué)生掌握Overlapping PCR和“Golden Gate”構(gòu)建載體，較好的運(yùn)用基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，能有效提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

二、教學(xué)模式的改革

1.雨課堂的運(yùn)用。雨課堂由學(xué)堂在線與在線教育辦公室共同研發(fā)，旨在連接師生的智能終端，將課前-課上-課后的每一個(gè)環(huán)節(jié)都賦予全新的體驗(yàn)，最大限度地釋放教與學(xué)的能量[8]。隨著智能手機(jī)在學(xué)生用的廣泛使用，采用雨課堂極大提高學(xué)生課課堂的參與度，每位學(xué)生在自己的手機(jī)或客戶端上就可以查看并保存上課的PPT。筆者在2018～2019學(xué)年的第一學(xué)期，以生物科學(xué)161、生物科學(xué)162及本碩班的“分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行改革。首先在雨課堂官網(wǎng)上（ykt.io）下載軟件，安裝后;教師利用微信掃碼并開(kāi)啟雨課堂，隨后學(xué)生用微信掃碼并輸入暗號(hào)加入班級(jí)，待學(xué)生加入雨課堂班級(jí)之后，即可開(kāi)始雨課堂授課。

2.超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺(tái)的運(yùn)用。在2018～2019學(xué)年的第一學(xué)期，以生物科學(xué)161、生物科學(xué)162及本碩班的“分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行教學(xué)改革，伴隨課堂中引進(jìn)雨課堂授課，結(jié)合南昌大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)-超星學(xué)習(xí)通，建設(shè)“分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”在線學(xué)習(xí)平臺(tái)。將所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、學(xué)習(xí)資料等都在學(xué)習(xí)平臺(tái)上同步更新，學(xué)生只要登入系統(tǒng)就可以查看和下載，學(xué)生還可以根據(jù)自己想學(xué)習(xí)的內(nèi)容與老師進(jìn)行交流。采用學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告在線提交，所有實(shí)驗(yàn)報(bào)告都在線提交，避免學(xué)生交紙質(zhì)版實(shí)驗(yàn)報(bào)告后容易丟失，同時(shí)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告在線批閱后，成績(jī)和教師的評(píng)語(yǔ)學(xué)生在學(xué)習(xí)通用戶端都可以進(jìn)行查看，這樣學(xué)生可以及時(shí)進(jìn)行更正。給學(xué)生講述按照學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)整理的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理，并要求學(xué)生嚴(yán)格按照學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整理和分析。

三、考核方式的改革

為了與此種教學(xué)模式相配合，所有實(shí)驗(yàn)報(bào)告，發(fā)送至分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。平時(shí)成績(jī)20%;實(shí)驗(yàn)過(guò)程成績(jī)20%，考核學(xué)生動(dòng)手操作能力;實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績(jī)占60%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)更注重學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的整理和分析。綜合大實(shí)驗(yàn)以小組團(tuán)隊(duì)進(jìn)行考核，促進(jìn)團(tuán)隊(duì)成員相互督促，共同提高。

1.教學(xué)效果分析及討論。筆者對(duì)南昌大學(xué)生物科學(xué)2016級(jí)本科生的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)采用了的教學(xué)模式，學(xué)生反響良好，并進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，在對(duì)68位學(xué)生的調(diào)查，顯示僅僅只有4位同學(xué)愿意接受傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行授課，絕大部分學(xué)生都希望采用混合式教學(xué)模式。新的教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生與教師之間的交流，能有效提升教學(xué)質(zhì)量

2.成效評(píng)價(jià)。所有實(shí)驗(yàn)報(bào)告和作業(yè)采用在線提交，經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的訓(xùn)練，學(xué)生能夠很好的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集，圖注和文字說(shuō)明的標(biāo)注，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，可以很好的提高學(xué)生分析數(shù)據(jù)和整理數(shù)據(jù)的能力，為以后的學(xué)習(xí)或工作奠定良好的基礎(chǔ)。

四、小結(jié)

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的大數(shù)據(jù)背景下，現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，不斷的彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足。雨課堂和超星學(xué)習(xí)通利用移動(dòng)終端，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)全過(guò)程進(jìn)行了無(wú)縫連接，可以做到知識(shí)傳授碎片化、學(xué)生學(xué)習(xí)的隨機(jī)化。雨課堂和超星學(xué)習(xí)通作為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代衍生出的新型教學(xué)助手，在一定程度上，為教師不斷改進(jìn)教學(xué)方式提供新思路;同時(shí)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，從而提高課堂教學(xué)效率，提升教學(xué)效果。

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Abstract：As a basic course in the field of life science，Molecular Biology experiment is a practical subject.In this paper，the teaching content is updated，the comprehensive experiment is introduced，and the students' comprehensive ability is improved.based on modern information technology，the teaching of molecular biology experiment course has been reformed greatly in order to obtain better experimental teaching effect and improve the students' ability to use knowledge and scientific research quality.

Key words：modern information technology;molecular biology experiment;rain classroom;teaching model