新農科視域下地方院校分子生物學“4∏”人才培養教學新模式的探索

李 闖,聶光軍,錢森和,趙世光,王 洲,劉 艷

(安徽工程大學生物與食品工程學院,安徽蕪湖 241000)

分子生物學是研究核酸、蛋白質等生物大分子形態結構特征和相互作用關系的科學,是著重在分子水平上揭示生命的奧秘,使人類能夠從被動適應轉為主動改造自然的基礎學科[1]。作為當代生物類學科前沿和生長點,分子生物學將在世界大健康產業——特別是在生物醫藥、精準醫療等熱點領域中迸發出強大生命力。目前,分子生物學在高等院校的生物學、農學和醫學等本科專業中均被開設為專業基礎 (核心) 課程,其在上述相關專業課程體系中的重要程度可見一斑[2]。

伴隨著“中國制造2025”重大決策的提出,我國產業體系面臨巨大的轉型升級,其中的生物醫藥在《“十三五”生物產業發展規劃》及《“十四五”生物經濟發展規劃》等文件中被確定為重點發展扶持的高新領域[3-4]。“新農科”建設將應對產業革命的需要,強化戰略急需新農科人才的培養[5]。與之相呼應的,2019年的“安吉共識”拉開了中國特色“新農科”高等教育改革的帷幕,此后的“北大倉行動”和“北京指南”等一系列文件則為推進建設指明了方向[6]。另外,教育部還先后出臺了多份文件指示地方院校要結合自身的辦學特色與發展定位,以專業課程為導向、培養能夠服務于地方經濟的“應用型”人才為核心目標[7-8]。然而,由于各地方院校辦學定位、生源質量、教學資源以及所在區域政策、經濟等方面存在差異性,如何擺脫對“雙一流”、部屬高校教學實踐的單純模仿與攀比,探索出符合自身特點的課程教學方式已成為一個急待解決的問題[9]。

筆者以安徽工程大學生物制藥專業的分子生物學教學改革工作為例,通過分析教學過程中出現的主要問題,有的放矢地制定并探究了多維度的教改措施,取得了較好的教學效果和不錯的正向反饋,旨在為同類地方院校的分子生物學教學提供參考。

1 教學問題分析

筆者所在分子生物學教研小組在首次開課后通過“問卷星”向授課學生開展線上調查,問題在征詢多位專家意見的基礎上,圍繞學生針對分子生物學課程的學習動機、興趣、目標以及自我效能感等方面編撰。筆者基于調查結果,在“教”與“學”兩方面總結問題如下。

1.1 共性問題

1.1.1學生學習怠惰。學習怠惰在教育心理學中常用來描述學生消極的學習狀態[10]。筆者經過調查發現怠惰心理在學生群體中普遍存在,且在第三、四學年尤為嚴重,而此時期正是學習分子生物學等專業課程的關鍵階段。其產生原因與表現主要有: 對專業課程 (或分子生物學) 的認識度不足導致的學習目標不明確;由生活壓力所泛化的習得性無助感[11]造成了學習動力匱乏;無法克服手機電腦依賴等誘因以及鑒別不良風氣而產生的學習熱情減退;生理、心理健康問題所引起的諸如盲從、“躺平”“擺爛”等消極的學習態度和行為。

1.1.2教師教法單一。學校主流的教學方式仍然是以多媒體 (PPT課件等) 為主要課程內容載體的傳統授課模式 (Lecture-based Learning,LBL),近年來,雖然有“雨課堂”“超星學習通”等助課軟件在我校實行推廣,但其在教師隊伍中的普及率仍然較低,同時也未能發揮應有的強大功能。此外,LBL模式還會導致學習能力和求知欲望強的學生“吃不飽”,學習執行力和興趣稍差的學生“塞不進”[12]。

1.2 個性問題

1.2.1內容繁雜抽象。首先,分子生物學被歸為微觀學科,內容本身環環相扣且晦澀難懂,極容易扼殺學習興趣;其次,與分子生物學相關的理論和技術發展日新月異,很難讓學生在有限的課堂教學時間中領悟到該學科的魅力;最后,分子生物學又與生物化學、遺傳學以及細胞生物學等課程相互交叉,會讓學生忽視這些所謂的“重復知識”,但事實上同一知識點在各個課程教學過程中的切入點不同,教學目標也各有側重。

1.2.2理解偏差易發。大部分學生對分子生物學整個知識體系的歸納梳理能力有限,無法或者很少能自行將相關知識點串聯理解,而多是習慣性的以靜態和固定思維方式片面理解具體概念和理論,時常斷章取義或死記硬背,容易產生理解偏差,例如如何辨析基因突變中的錯義突變、同義突變和無義突變等。另外,筆者在教學過程中發現落后的學習方法會導致學生對課程知識的高階應用能力不足。

為了應對后疫情時代國家“新農科”在教育理念、教學方式、教學關系、協同育人、教育供給和參與方式等方面提出的改進與變革要求,以適應未來的新常態,需要在人才培養方面應以學生發展為中心,遵循學習規律,積極通過理論、技術、實踐教學的交叉并行與快速重構,以及跨校教育資源的高效協同,實現知識學習與能力提升的多輪迭代,逐步形成具有高度靈活性和動態適應性的分子生物學課程教學新模式。

2 教學改革目標與內容

2.1 教改目標筆者針對上述問題,將學科人才培養理念融入到課程教學之中,結合分子生物學課程特點,在先前校級“金課”的基礎上充分整合教學資源,借鑒了其他院校優秀課程建設與教育模式[13],從多維角度持續創新教法,以教師為主導、學生為中心提出“分子生物學‘4∏’人才培養”(∏型人才是一種理念型人才,更強調系統性、創新性思維,其不僅具備專業領域的深度知識還具備跨學科、跨領域的綜合性知識和技能)新教學模式 (圖1),目的是從基礎知識與高階能力、共性培養與個性教育、課程內化與項目牽引、思政育人與專業素養這4個方面深化教育教學改革,潛移默化的、潤物無聲的塑造高尚價值觀并培養高階專業能力。

2.2 教改內容

2.2.1重構教學內容。多數高校的分子生物學教材選用的是朱玉賢院士主編的《現代分子生物學》(第五版)[14],在有限學時內把該書龐雜內容全部學完對于地方院校的學生來說較為困難。在保障基本核心知識點的同時,結合專業特色將教學內容確定為3個基本模塊,分別為“遺傳信息傳遞”、“基因表達調控”和“分子生物學研究法”。模塊之間不是孤立的,彼此之間通過一明一暗兩條線串聯,即以“中心法則”和相關研究技術手段為核心的“明線”和以該領域的科學家精神與科學故事蘊含的豐富哲理為內容的“暗線”。

2.2.2“4∏”人才培養教學新模式。

2.2.2.1扎實基礎知識,強化高階能力。“不積跬步,無以至千里”,扎實的基礎知識是不斷強化學生高階能力的保障。因此,基礎知識與高階能力均需要作為抓手。在基礎知識教授方面借助“思維導圖涂鴉式”的教學方式,即在課前把標注有專有名詞的思維導圖分發給學生,讓學生在其上補充名詞解釋,該教法一方面向學生展示了知識的內在邏輯性而非想象中的繁雜,另一方面學生也在補充導圖和課堂講解中加深了對基礎知識的理解。在高階能力培養方面,教研小組面向市場,以行業需求和學習效果為導向,實現案例、專題、小組研討等多種形式的教學。目標則是提升學生的發現、分析、解決問題以及事后總結歸納一般規律的高階能力,以小 (單一課程) 見大 (專業培養),以適應“新農科”產業升級對于人才培養的要求。為此,教研組需要重構教學案例庫,將新穎有趣的案例替換早舊落后的內容,并在教學中通過基于問題導向的學習法、分組討論等形式穿插進行。

2.2.2.2提升共性培養,鼓勵個性修習。學生較高的自主性學習建立于統一的管理基礎,作為生物制藥專業課程體系中的一環,分子生物學課程應采取“課堂教室的共性培養+課后線上的個性修習”的方式,遵循“基于效果的有教無類”原則。筆者借鑒了當前國內高等教育研究中較為熱門的SPOC (Small private omline course) 混合教學模式[15],即在課堂上主要采取統一化管理,在遵循學校課堂教學規定的基礎上,以雨課堂(清華大學和其旗下學堂在線推出的智慧技術工具)為平臺,以學生為中心,基于目標導向,引導學生積極參與。通過雨課堂平臺,在線完成學生簽到、課堂互動和作業等教學環節,完成課堂教學的日常管理。合理運用現代信息技術進行輔助教學,使互聯網成為拓展學生知識面的一個有效平臺。根據教學需要,采用線上-線下混合式教學,利用雨課堂及時發布必需完成的作業和選擇性作業,充分尊重學生的學習自主權。

2.2.2.3加速課程內化,善用項目牽引。“加速課程內化”則需要打破學生死記硬背等不適合該課程的學習習慣,倡導以方法學習為宗旨,靈活應用方法為要義,注重綜合分析能力,提升學術氛圍。針對分子生物學微觀抽象的教學內容,筆者所在團隊緊貼實際情況,創新教法,形成多維教法,并根據教學內容的特點進行動態調整,從而引導學生摒棄死記硬背和斷章取義的學習方式,激發學生天生的好奇心理,提高學習興趣和主動性。“善用項目牽引”則是將教師自己的研究課題與分子生物學知識點相關聯,根據實驗進展情況靈活設計實驗內容。目的是讓學生通過項目相關探究性實驗的觀摩與操作,鞏固理論課所學知識,提升實驗操作技能。該校分子生物學實驗雖為一門獨立的專業實踐性課程,但其與分子生物學課程聯系緊密,在學生相關基本實驗技能與科學思維的培養方面發揮著重要作用。為了與理論課程的教學目的相呼應,先前僅包含100%驗證性內容的分子生物學綜合性實驗被更改為“設計性實驗”,即添加30%～40%設計探究性實驗內容。例如在PCR實驗中要求學生學習借助Oligo等軟件設計目的基因的特異性引物并參與評比。

2.2.2.4融入思政育人,塑造專業素養。為堅持立德樹人,培養時代新人,課程思政順應了高等教育思想政治教育的改革方向,其既是確保各類課程自身教育成果的關鍵,同時也是有效提高學生個人思想政治素質和道德情操水平的重要一環。在該校,分子生物學在本科大三上學期開始授課,學生度過了入學彷徨期,處于重塑人生觀、價值觀、職業觀的重要階段,正是實施課程思政的最佳時機。該課程既有高度的專業性、充滿辯證統一的哲學思想,又與日常生活密切聯系。筆者發現在許多故事情節中能夠提煉出豐富的思政教育元素,一些前沿進展也恰能折射出當代社會的熱點問題。充分挖掘分子生物學與哲學、心理學和經濟學等人文社科領域相交的內容,融會貫通,將自然科學內容人文化,將現實生活微觀化。可以說故事教學法是與課程思政教育高度契合的。因此,教研小組采用了“基于故事演繹的教學法”主導學生的課程思政教學,挖掘課程隱性思政元素 (表1),寓教于樂,潛移默化的潤物無聲的培養學生的家國情懷和工匠精神。

總的來說,專業建設需要課程建設的支撐,而課程的建設則需要專業提供環境與平臺,“4∏”方案是結合國內頂尖學府專業培養策略與我校實際情況衍生而來的課程教學新模式,如何處理好學校之間發展定位的差異、專業與課程之間涵蓋范圍的差異所帶來的適用性問題,教學方案的“本土化”需要值得重視。此外,如何在有限的課時分配好各個環節同樣是一個值得注意的問題。這里筆者列出一個較為固定的教學模式方案 (圖2)。

2.2.3優化教評考核。科學的課程教學考核評價體系是教學順利開展的基本保障,教研小組正形成日趨科學合理的教學評價機制與考試考核制度。一是在課程結束后再次通過“問卷星”開展教學效果問卷調查,及時獲得學生的反饋信息,持續提升教學質量。二是依據“4∏”的教學模式重構考核方案,在平時和考試過程中兼顧課程的基礎與拔高,將重點放在高階專業能力的考察。同時,繼續提升分子生物學實驗課中設計性、探究性元素的比重。

筆者基于上述原則在新教改方案實施后 (期末) 向2019級生物制藥專業共計82名學生開展了問卷調查,并與首次開課時 (學前) 的結果進行對比。最終收集到76份有效問卷反饋的結果表明,在最具代表性的2個問題上 (圖3),新教改方案能夠增強學生對于分子生物學的正確認識,增強學習興趣、端正學習動機。此外,在期末問卷中有84.2%的學生表示教學中的一些思政元素對自身倫理道德以及價值觀的塑造有著啟示作用;57.9%的學生認為新教學模式有助于自身高階能力和專業素養的提升。

圖2 分子生物學“4∏”新模式課堂教學一般性流程Fig.2 The general process of “4∏” novel teaching mode of molecular biology

圖3 關于課程認知與學習動機在課程學習前后的調查結果對比Fig.3 The comparison of survey results before and after course learning about course cognition and learning motivation

為了縱向了解新教改的效用,筆者統計了近2屆分子生物學課程分目標完成度情況 (表2)。可以發現,首次實施“4∏”新教改方案的19級學生無論是對課程基礎知識點的掌握還是高階能力的展現,均在整體上比未實施新教改方案的18級有了較為顯著的提升。

表2 分子生物學課程分目標達成度情況Table 2 Achievement of sub-objectives of molecular biology course 單位:%

3 結語

筆者所在教研組為解決或改善分子生物學課程教學過程中存在的問題,立足于國家“新農科”建設理念,秉承“立德樹人”的根本任務,借鑒國內高校優秀的教育教學策略,結合自身教學現狀與教改方案,以培養擁有一定高階能力的、能夠適應未來相關產業發展的復合、專業型人才為目標,實踐了分子生物學“4∏”人才培養的教學新模式,即基礎知識訓練與高階能力培養、共性培養與個性化教育、多維教法加速課程知識內化與課題項目牽引實驗技能提升、思政通識教育與工程專業品質塑造四方面的調和統一。在教學內容維度方面利用了明線與暗線串聯課程,在空間維度方面形成了線上與線下混合式教學形式,在時間維度方面確保了課前、課時、課后的全程育人。由于新方案實施時間較短,教研組后續仍需根據現實情況不斷調整教改方案以保證教學質量不斷提升。