“分子生物學”教學模式改革與實踐

［摘 要］ “分子生物學”課程緊跟科學前沿，涵蓋基因組學、蛋白質組學等新興領域，注重實驗操作技能的培養。新農科農學創新實驗班是河南農業大學為培養農業現代化的精英人才設立，“分子生物學”是其培養方案中的核心必修課程。從新農科農學創新實驗班的培養目標出發，分析目前教學過程中存在的問題，提出相應的教學改革措施，并為提升農學專業的教學效果提供思路和方法，為培養科研素養高和具有國際化視野的創新型農業人才奠定基礎。

［關鍵詞］ 分子生物學；教學改革；創新實驗班；優化與創新

［基金項目］ 2023年度河南農業大學本科教育教學改革研究與實踐項目重點項目“新農科農學創新實驗班‘分子生物學’教學模式改革與實踐”（2023XJGLX016）；2020年度河南省新農科研究與改革實踐項目“全方位合作 多要素融合 新農科‘一共四互’科教協同育人機制改革與實踐”（2020JGLX113）；2023年度河南省高等學校重點科研項目計劃“玉米彎孢葉斑病抗病分子標記開發和應用”（23B210001）

［作者簡介］ 茍明月（1980—），男，四川樂山人，博士，河南農業大學農學院教授，主要從事玉米遺傳育種研究；徐莉萍（1988—），女，河南固始人，博士，河南農業大學農學院副教授（通信作者），主要從事玉米遺傳育種研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）52-0069-04 ［收稿日期］ 2024-09-03

引言

農學專業是河南農業大學的傳統優勢專業，是開辦最早的主干專業之一。河南農業大學新農科農學創新實驗班是為培養高層次農學拔尖創新人才而設立的特色班，每年從全校的各專業一年級本科生中擇優選拔而成。實驗班特別注重創新意識、創新能力、科研素養和國際化視野的培養。農學是一門對專業理論基礎和實踐技能均有很高要求的學科［1］。如何在教學中將前沿基礎研究與實踐教學相結合，以研究推動教學，已成為新時代農業高層次復合型優秀人才培養的必由之路［2］。當前，作物遺傳育種已進入到“常規育種+生物技術+信息化”的育種“4.0時代”，正迎來以基因編輯、全基因組選擇、人工智能等技術融合發展為標志的新一輪育種革命。而這輪革命與分子生物學這一新興學科的快速發展密切相關。20世紀中期，核酸被確定為主要的遺傳物質，分子生物學作為一門學科也應運而生，并成為當前最前沿、最活躍的學科之一［3-4］，是以研究核酸、蛋白等生物大分子結構、功能以及相互作用為主要內容的基礎學科［5-6］。“分子生物學”不僅是先修課程“遺傳學”“生物化學”等的知識延伸，又為“基因工程”“生物信息學”等后續課程奠定基礎，被設立為實驗班的核心必修課程。河南農業大學已在農學專業本科生和研究生中開設“分子生物學”課程二十余年。鑒于該課程知識點繁多、技術更新快、理論性強、實驗條件要求高等特點，近年來“分子生物學”教學已逐步出現幾個突出問題：現有教學大綱過多強調繁復的傳統分子生物學知識體系，難以調動學生學習積極性；教材更新較慢，對最新的分子生物學理論跟蹤偏少，教學過程中科學前沿性體現不足；學生以被動學習知識點為主，課堂和課后互動學習的參與度不高；實踐教學內容陳舊，教學國際化程度低，英文教學水平亟待加強。因此，對“分子生物學”課程教學模式的改革已迫在眉睫，亟須在師資結構、授課內容、授課和考核方式、學生國際化和實踐能力培養等方面進行新的思考和探索［7-9］。本文將結合新農科農學創新實驗班培養目標，對“分子生物學”課程體系與教學內容等進行改革和優化，著重加強學生創新能力和國際化視野培養，使“分子生物學”教學水平全面提升。

一、目前教學問題分析

（一）教材知識體系陳舊

由于分子生物學領域的知識不斷更新和演進，教材需要包含最新的科學研究成果和前沿技術應用，以反映該領域的最新發展動態。雖然現有的分子生物學教材對分子生物學發展歷史進行了系統梳理，對經典的分子生物學理論進行了詳細闡述，但由于分子生物學研究領域發展日新月異，現有教材無法滿足學生對最新研究動態了解的迫切需求，難以達到以研促教的效果。因此，及時更新教材和課件對于培養學生的綜合素質和應對未來挑戰至關重要。此外，舊的教材中缺乏案例和實例，過于理論化，與實際研究脫節，導致學生難以產生共鳴。通過生動的案例和實際應用，教材可以幫助學生將理論知識與實際問題聯系起來，使學生增強學習興趣和對知識的理解。

（二）教學大綱缺乏系統性和實踐性

“分子生物學”實驗課的教學大綱實踐性不強。分子生物學的實驗周期長，而本科生的實驗課每次只有兩個學時，無法完成一個完整的實驗，不能系統地學習實驗知識。比如PCR技術，從體系配置到目標條帶的檢測需要至少5～6個小時。分子生物學的實驗還有一個特點，即每個零星的實驗都有相互關系，比如PCR技術也包含了瓊脂糖凝膠電泳檢測技術，基因克隆也是基于PCR技術等。之前的實驗大綱沒有系統地安排各個實驗，導致學習不貫通。所以實驗課可以設置安排主題模塊，一個模塊的實驗應安排在一起，以利于學生系統地學習相關知識。

（三）教學方式落后

以往的教學模式是以教師講課為主要形式的課堂教學，學生是被動接受知識，教師與學生間的互動很少，導致學生在課堂教學的參與度低，并且案例教學也相對缺乏，無法有效激發學生的學習興趣。教學方法單一導致學生上課積極性不高，課堂教學效果差。此外，由于英語是一種全球通用語言，掌握英語可以拓寬個人視野，增加就業機會，促進國際交流與合作。同時，掌握英語也是獲取最新分子生物學知識的重要途徑，因此英語對于個人的學習和職業發展也具有重要意義。創新實驗班是培養具有國際化視野的研究型人才，基于漢語教學無法滿足國際化的培養目標，亟須逐漸探索雙語教學模式，對部分章節進行純英語授課試點。

二、課程優化與改革措施

新農科農學創新實驗班的“分析生物學”課程在三年的教學改革和實踐中，通過全面豐富課程教學內容，提升各環節教學質量，提高學生課堂教學與實驗教學參與度，優化課程考核方式，全方位多角度提高了學生培養質量，發揮了農學創新實驗班的先發試點作用，帶動了河南農業大學農學相關專業“分子生物學”教學水平全面提升。課程改革的具體措施如下。

（一）優化師資隊伍，夯實團隊力量

建設高水平的師資隊伍對于提高教育質量、培養人才具有重要意義。針對創新實驗班國際化的培養目標，在師資配備上，選擇具有國外留學經歷、英語口語能力好，并具有多年一線分子生物學實驗經驗的教授作為課程主要章節的主講教師。采用“一課多師”授課模式，教學均由教授擔綱，課程組負責人組織授課教師共同擬定教學大綱，根據每位教師的研究背景確定授課章節，發揮教師在教學中對具體分子生物學研究方向的前沿知識引領作用。為保證“分子生物學”課程教學的高水平教學及其持續、健康發展，由課程組組長統一組織開展集體備課、示范性講課、疑難案例集體討論等教學研究活動；鼓勵和引導課程組教師積極參加相關教學與學術會議，申請教改相關項目，不斷提高團隊整體專業素養。

（二）重組課程內容，提升教學質量

分子生物學是農學和生物學領域發展最快的一門學科，“新”是分子生物學的最大特點，新技術、新理論層出不窮，日新月異。如何讓學生在扎實掌握教材內容的同時獲得追蹤前沿創新知識的方法，如何讓學生辯證看待新觀點、學習建立扎實的知識體系，是新時代“分子生物學”的主要挑戰。為培養學生創新能力，“分子生物學”教學過程中以教材為基礎，適時結合最新分子生物學研究成果，由點帶面深化“分子生物學”知識體系。在內容設置上注重增強學生實踐能力和對實驗結果分析能力的培養，通過基礎原理、新技術、新成果的教學內容引入，增強課程理論與科學前沿的緊密聯系。在保留之前課程體系基本框架的同時，結合學科發展新特點，側重對核心知識點的梳理和重構，對部分冗長繁復且缺乏實踐指導意義的教學內容進行縮減，融入科學發展史、重大科研突破典型案例分析，并分享任課教師的科研經歷和研究課題，培養學生的科研創新思維能力。比如，在“基因概念”章節，結合跳躍基因的研究，延伸出玉米轉座子突變體構建，進一步介紹DNA變異的常規知識以及突變體庫的構建方法和應用；在“DNA復制”章節，引入DNA復制的應用即PCR技術，以具體實例為學生講授科學發現與技術發明的聯系與區別，從PCR的發現，發展到各種延伸應用領域，培養學生開展分子生物學研究須具備的發現問題、解決問題的創新思維能力；在“分子生物學新技術”章節，引入基因編輯的原理和最新研究進展和應用，突出新技術對現代農業發展的重大影響，激發學生的學習熱情。

（三）創新教學模式，強化教學質量

“分子生物學”教學內容涉及肉眼不可見的大分子及其復雜相互作用，由于其不可見的特性，決定了課程內容相對抽象。為解決課程內容抽象問題，“分子生物學”教學過程中將充分利用網絡資源，使用多媒體放映課程相關可視化的英文視頻（比如DNA和蛋白結構、DNA復制和轉錄、基因編輯等的分子生物學動畫），增強課堂教學的趣味性，便于學生直觀掌握教學內容。雙語教學改革是培養具有國際視野的高素質新農科人才，適應教育全球化發展趨勢的重要舉措。針對分子生物學學科發展快的特點，本課程將以雙語教學為主要教學方式，對部分專題性課程實行全英文授課，在課程PPT、專題學習中使用原始英文素材，合理增加英語內容和國際學術動態，培養學生運用外語獲取專業知識的能力；強化學生的信息檢索和學習能力，增強學生對理論知識的理解和掌握，增進學生對學科發展的理解，提高學生前瞻性科學素養；教學過程中突出個性化的啟發式教學，比如提出思考性課題，調動學生隨堂問答和課下思考。

（四）強化實踐教學，提升科研能力

“分子生物學”實驗課程側重于培養學生掌握生物大分子實驗原理、技術流程和結果分析能力。由于分子生物學實踐性強，實驗具有很強連貫性的特點，改革實踐教學，以基因克隆為主線，將DNA提取鑒定、RNA提取鑒定、RT-PCR，核酸產物回收，質粒轉化等一系列實驗進行整合，加深學生對理論知識的理解和掌握，提高學生的實踐積極性和基本科學素養。隨著本科實驗室條件的進一步改善，在實驗教學環節，將進一步優化實驗操作細節，讓每個學生獨立完成實驗過程，并鼓勵學生參與實驗準備工作，包括物品滅菌、溶液和培養基配制、凝膠制備、感受態制備等，做好獨立進行科學研究的前期技能培訓。河南農業大學創新實驗班的學生和其他農學專業的學生一樣，實行全員導師制，即本科生在大學一年級的第二學期進入課題組，在導師的指導下參與科研實踐。

（五）優化考核方式，提升課程效能

合理設計考核方式能夠激發學生學習的興趣和動力，引導他們更深入地理解和掌握知識。“分子生物學”課程采用平時測評、實驗測評與期中及期末考試相結合的考核方法。平時成績測評是將課前預習、課堂表現、課后思考、科研熱點追蹤、線上學習（測驗）、期中考試等學習過程全面納入課程形成性評價體系，每2～3周考核一次，共考核5次，比重為40%；實驗測評是按照5人一個小組形式開展，學生在規定時間內完成各自的實驗項目并進行團隊協作，每人獨立完成實驗報告，占最終成績的比重為20%。學期末進行一次閉卷考試，比重為40%。期中和期末考試試卷分為填空題、選擇題、判斷題、名詞解釋題和問答題等題型。加大問答題比例，在問答題中設置科研案例分析類題目，著重培養學生學以致用的能力。此外，采用靈活多樣的考核形式，增加開放式課程論文撰寫、英文文獻翻譯、隨堂測驗等考核方式的賦分比例，降低卷面考試分值的占比。通過學生平時的課堂發言和課后作業完成情況，可以采取個別學生重點輔導講解，并針對出現的問題及時調整授課的方式方法，及時了解學生對課程的理解和對教學的建議；通過期末考試，對學生知識的掌握程度有一個整體的認識，據此對教學的內容和教學方法做出合理調整。

結語

當前分子生物學在技術、交叉學科融合和應用方面都呈現出快速發展的趨勢，在前期分子生物學人才培養方案基礎上，不定期針對“分子生物學”課程特點及學生培養中的問題，課程組教師進行有效溝通、集思廣益，圍繞新農科建設方向，制訂出培養高層次農學拔尖創新人才的更好教學方案。

（課程組成員：茍明月、徐莉萍、李廣偉、姬祥、鄭旭、張幸果、丁冬、丁俊強、杜長青、李浩川）

參考文獻

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Reform and Practice of Molecular Biology： Taking the New Agricultural Science and Agriculture

Innovation Experimental Class of Henan Agricultural University as an Example

GOU Ming-yue， XU Li-ping， LI Guang-wei， JI Xiang

（College of Agronomy， Henan Agricultural University， Zhengzhou， Henan 450046， China）

Abstract： The Molecular Biology course closely follows the scientific frontier and focuses on the cultivation of students’ experimental operation skills， covering emerging fields such as genomics and proteomics. The New Agricultural Science and Agriculture innovation experimental class is specially designed by Henan Agricultural University to cultivate the agricultural elite talents， and Molecular Biology is the core compulsory course in its training program. With the training goal of the innovation experimental class， this paper analyzes the existing problems in the current teaching process， puts forward the corresponding teaching reform measures， and provides ideas and methods for improving the teaching effect of agronomy major， and lays a foundation for the cultivation of innovative agricultural talents with high scientific research quality and international vision.

Key words： Molecular Biology; teaching reform; innovation experimental class; optimization and innovation