研究生環(huán)境分子微生物學(xué)技術(shù)課程建設(shè)探索

董麗麗 王婉晴 楊飛 王團(tuán)團(tuán)

摘? 要：科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步為分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展提供了契機(jī)。分子生物學(xué)技術(shù)在解析復(fù)雜環(huán)境問(wèn)題上獨(dú)特的作用越來(lái)越引起學(xué)者的廣泛重視，全國(guó)各大高校的環(huán)境類(lèi)專(zhuān)業(yè)也逐漸將環(huán)境分子生物學(xué)技術(shù)作為本專(zhuān)業(yè)研究生的選修課程甚至主修課程開(kāi)設(shè)。文章著重就研究生教學(xué)中該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、考核方式等方面展開(kāi)探討，以期為開(kāi)設(shè)了環(huán)境分子微生物學(xué)技術(shù)相關(guān)課程的學(xué)校在教學(xué)設(shè)置與安排方面提供有益的借鑒與參考。為加強(qiáng)環(huán)境分子生物學(xué)技術(shù)課程建設(shè)和教學(xué)改革推進(jìn)提供理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境分子微生物學(xué)；課程建設(shè)；研究生教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G640? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1673-7164（2023）20-0123-04

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)地球生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)而言是一柄雙刃劍，一方面帶來(lái)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展、人類(lèi)生活水平的普遍提高及人類(lèi)文明的進(jìn)步，另一方面也造成了全球尺度的環(huán)境污染和能源危機(jī)［1］。近年來(lái)，一些新環(huán)境問(wèn)題、新環(huán)境污染物等進(jìn)入大眾的視野，給人類(lèi)的生存發(fā)展帶來(lái)了極大的風(fēng)險(xiǎn)，給人類(lèi)生命健康帶來(lái)了極大的威脅［2-4］。大量的人工合成物質(zhì)潮水般涌入并滲透日常生活的每個(gè)角落，而這些使用頻繁的合成物質(zhì)多數(shù)為大分子化合物，很難被天然微生物直接降解，部分物質(zhì)具有一定的生物毒性，這也為地球生態(tài)系統(tǒng)平衡和可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。分子生物學(xué)的迅速發(fā)展為環(huán)境污染及防治提供了新的思路和方法，使得環(huán)境污染治理的研究逐漸由宏觀向微觀發(fā)展［5-6］。核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子以及蛋白組學(xué)、酶組學(xué)、基因組學(xué)等是分子生物學(xué)研究對(duì)象，基于其形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能以及相互關(guān)聯(lián)性和規(guī)律性的來(lái)揭示一定的內(nèi)在分子機(jī)制［7］。環(huán)境分子微生物學(xué)是在這種大背景下迅速發(fā)展起來(lái)的環(huán)境科學(xué)與分子生物學(xué)的交叉學(xué)科。該學(xué)科的快速發(fā)展為環(huán)境相關(guān)領(lǐng)域基礎(chǔ)的科學(xué)研究和新技術(shù)開(kāi)發(fā)提供了新的思路和基礎(chǔ)，且已在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質(zhì)降解和檢測(cè)及廢物處置與資源化等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。分子生物學(xué)技術(shù)在清潔可再生能源開(kāi)發(fā)、環(huán)境友好材料合成、生物探針開(kāi)發(fā)及生態(tài)環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域也發(fā)揮了極為重要的作用［7-10］。因此，在環(huán)境類(lèi)學(xué)科的教學(xué)體系中開(kāi)設(shè)環(huán)境分子微生物學(xué)課程的重要性不言而喻。

中國(guó)共產(chǎn)黨第二十次全國(guó)代表大會(huì)的勝利召開(kāi)，代表著中國(guó)特色社會(huì)主義邁上現(xiàn)代化國(guó)家新征程。面對(duì)國(guó)際社會(huì)前所未有的“大變局”，我國(guó)的發(fā)展進(jìn)入了“新時(shí)代”與“大變局”疊加的新發(fā)展階段［11-12］。如何應(yīng)對(duì)“大變局”中的危機(jī)與挑戰(zhàn)，關(guān)系到我國(guó)“兩個(gè)百年”奮斗目標(biāo)能否順利實(shí)現(xiàn)，研究生教育作為國(guó)家培養(yǎng)科技人才的重要環(huán)節(jié)，肩負(fù)著為社會(huì)輸送大量?jī)?yōu)秀專(zhuān)業(yè)人才的責(zé)任。為適應(yīng)新時(shí)代的教學(xué)要求，研究生教育的教學(xué)改革和優(yōu)化培養(yǎng)方式已成為高校教學(xué)基本建設(shè)的重要內(nèi)容，其最主要的抓手就是改變教學(xué)方式和思路，探索新的課堂模式［13］。作為一門(mén)新興的交叉性學(xué)科，環(huán)境分子微生物學(xué)的知識(shí)點(diǎn)涉及的學(xué)科范圍廣，內(nèi)容前沿性強(qiáng)，且新理論和新技術(shù)迭代迅速，對(duì)課程教學(xué)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。環(huán)境分子微生物學(xué)涉及知識(shí)面廣、內(nèi)容繁多、知識(shí)體系龐雜，無(wú)論是理論的抽象性、煩冗性，還是實(shí)踐操作的重要性、多樣性，都給具體的教學(xué)帶來(lái)了相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)。由于高校教學(xué)中實(shí)踐實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的欠缺，很多高校在教學(xué)中往往“重理論，輕實(shí)踐”，這就導(dǎo)致學(xué)生往往對(duì)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了畏難情緒［14-15］。海南大學(xué)從2020年開(kāi)始，將“環(huán)境分子微生物學(xué)技術(shù)”納入環(huán)境科學(xué)、環(huán)境科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)研究生培養(yǎng)的選修課程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)密切關(guān)注教學(xué)過(guò)程中的各種問(wèn)題、同學(xué)生多次溝通獲得反饋和建議，逐步積累、積極探索、及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容及方案，吸收國(guó)內(nèi)其他高校開(kāi)設(shè)相同課程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和方法，綜合分析了該課程開(kāi)設(shè)過(guò)程中存在的問(wèn)題和阻礙，總結(jié)了該課程教學(xué)的核心內(nèi)容和手段。實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)主要在轉(zhuǎn)變教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)方法、靈活設(shè)置教材內(nèi)容和采用多元化的考核方式等方面進(jìn)行課程建設(shè)和探索，這些探索給該門(mén)課程教學(xué)注入了新的思路和手段，以期為提升高等院校環(huán)境分子微生物教學(xué)質(zhì)量及培養(yǎng)素質(zhì)型專(zhuān)業(yè)人才提供有益參考。

一、傳統(tǒng)環(huán)境分子生物學(xué)教學(xué)模式存在的問(wèn)題

（一）環(huán)境分子生物學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

環(huán)境分子生物學(xué)作為一門(mén)新興的交叉學(xué)科，許多基礎(chǔ)理論知識(shí)和專(zhuān)業(yè)操作技能來(lái)源于分子生物學(xué)學(xué)科。然而對(duì)于在本科學(xué)習(xí)階段普遍缺少分子生物學(xué)教育背景的環(huán)境專(zhuān)業(yè)的研究生而言，該課程專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，枯燥乏味，深?yuàn)W難懂［16］。不同專(zhuān)業(yè)背景的學(xué)生無(wú)論是在分子生物學(xué)的理論知識(shí)水平還是實(shí)際操作技術(shù)水平都參差不齊，因此如何在教學(xué)過(guò)程中合理地設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，深入淺出，保證課程內(nèi)容能照顧到絕大多數(shù)學(xué)生的需求，是任課教師面臨的最大挑戰(zhàn)。作為多學(xué)科交叉融合的新興學(xué)科——環(huán)境分子生物學(xué)，其理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和分析手法層出不窮，傳統(tǒng)教學(xué)中由于課程設(shè)置等多方面的原因，往往采用“重理論，輕實(shí)踐”的教學(xué)方式，或?qū)⒗碚摻虒W(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)割裂開(kāi)來(lái)，造成“教”“學(xué)”雙方都很困擾，因此“教”和“學(xué)”相長(zhǎng)更無(wú)從談起，嚴(yán)重影響了該課程教育教學(xué)目的的實(shí)現(xiàn)［17］。但是在環(huán)境污染治理領(lǐng)域的研究中，借助熒光定量PCR、DGGE技術(shù)、FISH技術(shù)、蛋白質(zhì)組學(xué)、酶組學(xué)、宏基因組學(xué)、細(xì)胞凋亡和周期等相關(guān)分子生物學(xué)的知識(shí)來(lái)揭示深層次的機(jī)理越來(lái)越重要，如果不能將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)或視頻微課教學(xué)等其他教學(xué)手段有效結(jié)合，學(xué)生將很難理解和消化。此外，環(huán)境分子生物學(xué)授課沒(méi)有一本完備的針對(duì)性強(qiáng)的教材。

（二）理論和實(shí)踐教學(xué)分離

環(huán)境分子生物學(xué)教學(xué)只有理論和實(shí)驗(yàn)相輔相成，才能使學(xué)生建立完整的知識(shí)體系，而實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的設(shè)置更能加深對(duì)分子生物技術(shù)的理解和吸收。雖然目前大部分高校開(kāi)設(shè)的分子生物學(xué)課程在教學(xué)大綱上都安排了實(shí)驗(yàn)課，但是由于一個(gè)完整的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的周期性長(zhǎng)，幾個(gè)至十幾個(gè)學(xué)時(shí)往往只能完成實(shí)驗(yàn)的一個(gè)或幾個(gè)步驟，不足以讓學(xué)生完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。特別在重要的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備方面，由于關(guān)鍵材料的準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，基本都是由教師或?qū)嶒?yàn)員負(fù)責(zé)完成，這一定程度上造成學(xué)生參與度很低，無(wú)法全面掌握分子生物技術(shù)的操作，達(dá)不到幫助學(xué)生培養(yǎng)科研思路和借助分子生物學(xué)技術(shù)提高學(xué)生解決相關(guān)環(huán)境問(wèn)題的能力的目的。

（三）傳統(tǒng)的教學(xué)模式

研究生教育教學(xué)的根本目的在于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造的能力。傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師為中心、以填鴨式教學(xué)為主，課堂教學(xué)只重視專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域基礎(chǔ)知識(shí)的灌輸，缺乏提升學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)過(guò)程，很難幫助研究生培養(yǎng)創(chuàng)新能力和形成科研思維能力。隨著教學(xué)方式的多樣化，一些任課教師設(shè)置了師生互動(dòng)環(huán)節(jié)，但由于分子生物學(xué)的知識(shí)晦澀難懂，學(xué)生很難被調(diào)動(dòng)起來(lái)。

目前“依賴性”思維模式是很多學(xué)生在這種教學(xué)情景下逐漸出現(xiàn)的共性問(wèn)題，并已經(jīng)影響到其研究生階段的學(xué)習(xí)及課題研究。很多學(xué)生往往缺乏主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，對(duì)研究課題沒(méi)有主動(dòng)的思考的習(xí)慣，創(chuàng)新性更是無(wú)從談起。因此，需要教學(xué)改革打破傳統(tǒng)的教育教學(xué)模式，更加關(guān)注學(xué)生的課堂的主動(dòng)性，給學(xué)生以自信、自由，促進(jìn)學(xué)生德智體美勞五維度綜合素質(zhì)的提高，激發(fā)研究生的創(chuàng)新思維。

（四）教材適應(yīng)性較弱

目前開(kāi)設(shè)環(huán)境分子生物學(xué)課程的高等院校缺乏有針對(duì)性的理論教材和實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教材。通常借助相關(guān)的《分子生物學(xué)》和《現(xiàn)代分子生物學(xué)》等相關(guān)書(shū)籍，更多的是授課教師根據(jù)教學(xué)大綱整理的教學(xué)用課件作為參考，不同專(zhuān)業(yè)背景的教師制作的課件在內(nèi)容與設(shè)置上又千差萬(wàn)別。海南大學(xué)開(kāi)設(shè)的環(huán)境分子生物學(xué)技術(shù)課程在授課中主要參考了2009年李永峰、那冬晨等主編的《環(huán)境分子生物學(xué)教程》一書(shū)中的相關(guān)內(nèi)容［18］。但由于關(guān)于分子生物迅速發(fā)展，新技術(shù)層出不窮，所亟須一本完備的環(huán)境分子微生物技術(shù)教材來(lái)滿足環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程等相關(guān)學(xué)科課程建設(shè)和教學(xué)質(zhì)量的提升的需求。

二、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)手段

（一）構(gòu)建“1+1”的漸進(jìn)式教學(xué)內(nèi)容體系，夯實(shí)理論基礎(chǔ)

環(huán)境類(lèi)學(xué)科是綜合學(xué)科，與實(shí)踐高度緊密結(jié)合的學(xué)科。這就要求在該學(xué)科研究生培養(yǎng)過(guò)程中，應(yīng)該更加注重學(xué)生創(chuàng)新能力、綜合分析能力的培養(yǎng)。如何從教學(xué)內(nèi)容的新穎性和教學(xué)方法和手段的先進(jìn)性上滿足培養(yǎng)和教學(xué)目的是本次教學(xué)改革探索的內(nèi)容之一。基于這個(gè)理念，環(huán)境分子微生物學(xué)技術(shù)的課程內(nèi)容布置不僅要涵蓋重要的基礎(chǔ)理論知識(shí)，還要緊密結(jié)合案例教學(xué)部分。根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出構(gòu)建“1+1”的漸進(jìn)式教學(xué)內(nèi)容體系。

其中一個(gè)“1”即基礎(chǔ)，基礎(chǔ)部分教學(xué)主要指理論知識(shí)教學(xué)，應(yīng)涵蓋分子生物學(xué)起源及遺傳物質(zhì)的本質(zhì)、核酸的組成與結(jié)構(gòu)、DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)的生物合成、基因表達(dá)調(diào)控等的理論基礎(chǔ)，有針對(duì)性地加強(qiáng)環(huán)境微生物基因組和蛋白質(zhì)組分析、環(huán)境微生物群落結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)研究、常用數(shù)據(jù)庫(kù)介紹（如National Center for Biotechnology Information，簡(jiǎn)稱NCBI等）以及環(huán)境分子微生物技術(shù)案例解析。

另一個(gè)“1”即專(zhuān)業(yè)技能教學(xué)內(nèi)容，如有條件，可以結(jié)合理論知識(shí)，開(kāi)展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。對(duì)于缺乏分子生物學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備設(shè)施的高校，可以考慮采用微課教學(xué)。即利用多種渠道獲取相關(guān)分子微生物學(xué)技術(shù)的視頻，包括目前常用的分子生物學(xué)檢測(cè)技術(shù)的操作過(guò)程示范，結(jié)合微課教學(xué)形式提高學(xué)生對(duì)分子微生物學(xué)技術(shù)原理的深入理解，強(qiáng)化實(shí)踐和應(yīng)用能力培養(yǎng)。

（二）采用線下+線上的新型教學(xué)手段，強(qiáng)化應(yīng)用導(dǎo)向

教學(xué)手段是保證教學(xué)任務(wù)順利完成的先決條件之一。充分利用現(xiàn)有的良好教學(xué)資源，開(kāi)展“線下+線上”的新型教學(xué)手段探索，優(yōu)化課堂結(jié)構(gòu)、激發(fā)學(xué)習(xí)積極性、提高教學(xué)質(zhì)量。理論知識(shí)講授部分應(yīng)改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)向關(guān)注學(xué)生的存在價(jià)值，在教學(xué)過(guò)程中努力提高學(xué)生的參與度。貫穿課堂的教學(xué)方法主要采用數(shù)字幻燈、示教、計(jì)算機(jī)線上資源查找及PCR、DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄等分子克隆技術(shù)相融合的教學(xué)手段，讓學(xué)生在理論中實(shí)踐、在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，利用網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)作分析解決問(wèn)題，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生成為課堂的主角，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)全面提升綜合素質(zhì)的新時(shí)代教育理念，系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)環(huán)境分子微生物學(xué)理論、技術(shù)和思維的認(rèn)知理解及思考能力。

三、適宜的教材建設(shè)

研究生授課往往沒(méi)有固定教材，課程理論內(nèi)容的講授主要參考李永峰、那冬晨等主編的《環(huán)境分子生物學(xué)教程》和朱玉賢主編的《現(xiàn)代分子生物學(xué)》［18-19］。這些教材雖然能作為研究生學(xué)習(xí)分子生物學(xué)基礎(chǔ)的參考，但缺乏適宜環(huán)境學(xué)科研究的專(zhuān)門(mén)技術(shù)，限制了很多環(huán)境問(wèn)題在分子生物學(xué)層面的研究和揭示。層出不窮的分子生物學(xué)新實(shí)驗(yàn)技術(shù)的產(chǎn)生迫使高校要緊跟科技發(fā)展前沿，在強(qiáng)化理論基礎(chǔ)的同時(shí)及時(shí)進(jìn)行知識(shí)更新，讓學(xué)生及早了解和掌握該方向的動(dòng)態(tài)與進(jìn)展。因此，目前，海南大學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)正在編寫(xiě)適合環(huán)境學(xué)科研究生學(xué)習(xí)的簡(jiǎn)明環(huán)境分子生物學(xué)理論及實(shí)驗(yàn)教程。

四、建立開(kāi)放式學(xué)業(yè)考核方法，強(qiáng)化主體意識(shí)和綜合素質(zhì)

為了充分體現(xiàn)環(huán)境分子微生物學(xué)課程的特點(diǎn)，就要改變以往課程考核以考勤、課堂表現(xiàn)和課程匯報(bào)三部分作為成績(jī)?cè)u(píng)定主要依據(jù)的考核方式，探索新的考核方式，合理評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)水平，建立開(kāi)放式學(xué)業(yè)考核方法。在具體實(shí)踐中，在課程結(jié)束時(shí)安排了理論與實(shí)踐相結(jié)合的考核方式。改革后的課程考核，提高了平時(shí)成績(jī)?cè)谧罱K成績(jī)中的占比，最終成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、課程論文和實(shí)踐三個(gè)部分組成。課程論文采用綜述論文的形式，學(xué)生可以結(jié)合自己的研究方向和課程內(nèi)容，選擇自己感興趣的分子微生物學(xué)技術(shù)發(fā)展歷程進(jìn)行綜述，在全面闡述該技術(shù)的同時(shí)整理形成論文，以規(guī)范的論文發(fā)表格式進(jìn)行撰寫(xiě)。此舉既讓學(xué)生對(duì)自己感興趣的分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行了深入的了解和探討，又培養(yǎng)了他們學(xué)術(shù)論文的寫(xiě)作能力，提高了學(xué)習(xí)完成課程論文的積極性。實(shí)踐考察采用DNA提取以及熒光定量PCR的操作作為基礎(chǔ)的操作技能進(jìn)行考核，通過(guò)考核，學(xué)生基本掌握了分子生物學(xué)技術(shù)在環(huán)境學(xué)科中的基本操作過(guò)程。改革后的考核方式，使學(xué)生對(duì)分子微生物學(xué)課程的興趣及相關(guān)技術(shù)的理解和掌握大大提高，達(dá)到了課程設(shè)置的初衷。

五、總結(jié)

綜上所述，教學(xué)改革后的課堂，使用良性的師生互動(dòng)和多方位的實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段不但能彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的短板，還能提高課程設(shè)置的完整性。學(xué)生在的多樣的教學(xué)環(huán)境中，既能掌握環(huán)境分子微生物學(xué)的基本原理和技術(shù)方法，又能提升科研能力和科研思維，還能鍛煉科技論文的寫(xiě)作能力。本研究探討了研究生階段環(huán)境分子微生物技術(shù)課程教學(xué)方法方式的改革，以期通過(guò)師生的共同努力，使得該門(mén)課程教學(xué)不再局限于一本書(shū)、一門(mén)課、一次階段性的學(xué)習(xí)，而是將提高學(xué)生的學(xué)術(shù)素質(zhì)與專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才作為教學(xué)的最終目標(biāo)。

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（責(zé)任編輯：汪旦旦）

基金項(xiàng)目：海南大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目《環(huán)境分子微生物學(xué)技術(shù)》課程建設(shè)探索（項(xiàng)目編號(hào)：RC2200002347，主持人：董麗麗）。

作者簡(jiǎn)介：董麗麗（1986—），女，博士，海南大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院副教授，研究方向?yàn)閺U棄物資源化及能源化理論技術(shù)與裝備、環(huán)境微生物系統(tǒng)微生物學(xué)與生態(tài)學(xué)；王婉晴（1998—），女，碩士在讀，海南大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)廢棄物資源化和能源化利用；楊飛（1967—），男，博士，海南大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院研究員，研究方向?yàn)槲鬯Y源化利用；王團(tuán)團(tuán)（1989—），女，博士，海南大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院講師，研究方向?yàn)槲⒘坑袡C(jī)污染物環(huán)境行為和植物修復(fù)。