“分子生物学”教学模式改革与实践

［摘 要］ “分子生物学”课程紧跟科学前沿，涵盖基因组学、蛋白质组学等新兴领域，注重实验操作技能的培养。新农科农学创新实验班是河南农业大学为培养农业现代化的精英人才设立，“分子生物学”是其培养方案中的核心必修课程。从新农科农学创新实验班的培养目标出发，分析目前教学过程中存在的问题，提出相应的教学改革措施，并为提升农学专业的教学效果提供思路和方法，为培养科研素养高和具有国际化视野的创新型农业人才奠定基础。

［关键词］ 分子生物学；教学改革；创新实验班；优化与创新

［基金项目］ 2023年度河南农业大学本科教育教学改革研究与实践项目重点项目“新农科农学创新实验班‘分子生物学’教学模式改革与实践”（2023XJGLX016）；2020年度河南省新农科研究与改革实践项目“全方位合作 多要素融合 新农科‘一共四互’科教协同育人机制改革与实践”（2020JGLX113）；2023年度河南省高等学校重点科研项目计划“玉米弯孢叶斑病抗病分子标记开发和应用”（23B210001）

［作者简介］ 苟明月（1980—），男，四川乐山人，博士，河南农业大学农学院教授，主要从事玉米遗传育种研究；徐莉萍（1988—），女，河南固始人，博士，河南农业大学农学院副教授（通信作者），主要从事玉米遗传育种研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）52-0069-04 ［收稿日期］ 2024-09-03

引言

农学专业是河南农业大学的传统优势专业，是开办最早的主干专业之一。河南农业大学新农科农学创新实验班是为培养高层次农学拔尖创新人才而设立的特色班，每年从全校的各专业一年级本科生中择优选拔而成。实验班特别注重创新意识、创新能力、科研素养和国际化视野的培养。农学是一门对专业理论基础和实践技能均有很高要求的学科［1］。如何在教学中将前沿基础研究与实践教学相结合，以研究推动教学，已成为新时代农业高层次复合型优秀人才培养的必由之路［2］。当前，作物遗传育种已进入到“常规育种+生物技术+信息化”的育种“4.0时代”，正迎来以基因编辑、全基因组选择、人工智能等技术融合发展为标志的新一轮育种革命。而这轮革命与分子生物学这一新兴学科的快速发展密切相关。20世纪中期，核酸被确定为主要的遗传物质，分子生物学作为一门学科也应运而生，并成为当前最前沿、最活跃的学科之一［3-4］，是以研究核酸、蛋白等生物大分子结构、功能以及相互作用为主要内容的基础学科［5-6］。“分子生物学”不仅是先修课程“遗传学”“生物化学”等的知识延伸，又为“基因工程”“生物信息学”等后续课程奠定基础，被设立为实验班的核心必修课程。河南农业大学已在农学专业本科生和研究生中开设“分子生物学”课程二十余年。鉴于该课程知识点繁多、技术更新快、理论性强、实验条件要求高等特点，近年来“分子生物学”教学已逐步出现几个突出问题：现有教学大纲过多强调繁复的传统分子生物学知识体系，难以调动学生学习积极性；教材更新较慢，对最新的分子生物学理论跟踪偏少，教学过程中科学前沿性体现不足；学生以被动学习知识点为主，课堂和课后互动学习的参与度不高；实践教学内容陈旧，教学国际化程度低，英文教学水平亟待加强。因此，对“分子生物学”课程教学模式的改革已迫在眉睫，亟须在师资结构、授课内容、授课和考核方式、学生国际化和实践能力培养等方面进行新的思考和探索［7-9］。本文将结合新农科农学创新实验班培养目标，对“分子生物学”课程体系与教学内容等进行改革和优化，着重加强学生创新能力和国际化视野培养，使“分子生物学”教学水平全面提升。

一、目前教学问题分析

（一）教材知识体系陈旧

由于分子生物学领域的知识不断更新和演进，教材需要包含最新的科学研究成果和前沿技术应用，以反映该领域的最新发展动态。虽然现有的分子生物学教材对分子生物学发展历史进行了系统梳理，对经典的分子生物学理论进行了详细阐述，但由于分子生物学研究领域发展日新月异，现有教材无法满足学生对最新研究动态了解的迫切需求，难以达到以研促教的效果。因此，及时更新教材和课件对于培养学生的综合素质和应对未来挑战至关重要。此外，旧的教材中缺乏案例和实例，过于理论化，与实际研究脱节，导致学生难以产生共鸣。通过生动的案例和实际应用，教材可以帮助学生将理论知识与实际问题联系起来，使学生增强学习兴趣和对知识的理解。

（二）教学大纲缺乏系统性和实践性

“分子生物学”实验课的教学大纲实践性不强。分子生物学的实验周期长，而本科生的实验课每次只有两个学时，无法完成一个完整的实验，不能系统地学习实验知识。比如PCR技术，从体系配置到目标条带的检测需要至少5～6个小时。分子生物学的实验还有一个特点，即每个零星的实验都有相互关系，比如PCR技术也包含了琼脂糖凝胶电泳检测技术，基因克隆也是基于PCR技术等。之前的实验大纲没有系统地安排各个实验，导致学习不贯通。所以实验课可以设置安排主题模块，一个模块的实验应安排在一起，以利于学生系统地学习相关知识。

（三）教学方式落后

以往的教学模式是以教师讲课为主要形式的课堂教学，学生是被动接受知识，教师与学生间的互动很少，导致学生在课堂教学的参与度低，并且案例教学也相对缺乏，无法有效激发学生的学习兴趣。教学方法单一导致学生上课积极性不高，课堂教学效果差。此外，由于英语是一种全球通用语言，掌握英语可以拓宽个人视野，增加就业机会，促进国际交流与合作。同时，掌握英语也是获取最新分子生物学知识的重要途径，因此英语对于个人的学习和职业发展也具有重要意义。创新实验班是培养具有国际化视野的研究型人才，基于汉语教学无法满足国际化的培养目标，亟须逐渐探索双语教学模式，对部分章节进行纯英语授课试点。

二、课程优化与改革措施

新农科农学创新实验班的“分析生物学”课程在三年的教学改革和实践中，通过全面丰富课程教学内容，提升各环节教学质量，提高学生课堂教学与实验教学参与度，优化课程考核方式，全方位多角度提高了学生培养质量，发挥了农学创新实验班的先发试点作用，带动了河南农业大学农学相关专业“分子生物学”教学水平全面提升。课程改革的具体措施如下。

（一）优化师资队伍，夯实团队力量

建设高水平的师资队伍对于提高教育质量、培养人才具有重要意义。针对创新实验班国际化的培养目标，在师资配备上，选择具有国外留学经历、英语口语能力好，并具有多年一线分子生物学实验经验的教授作为课程主要章节的主讲教师。采用“一课多师”授课模式，教学均由教授担纲，课程组负责人组织授课教师共同拟定教学大纲，根据每位教师的研究背景确定授课章节，发挥教师在教学中对具体分子生物学研究方向的前沿知识引领作用。为保证“分子生物学”课程教学的高水平教学及其持续、健康发展，由课程组组长统一组织开展集体备课、示范性讲课、疑难案例集体讨论等教学研究活动；鼓励和引导课程组教师积极参加相关教学与学术会议，申请教改相关项目，不断提高团队整体专业素养。

（二）重组课程内容，提升教学质量

分子生物学是农学和生物学领域发展最快的一门学科，“新”是分子生物学的最大特点，新技术、新理论层出不穷，日新月异。如何让学生在扎实掌握教材内容的同时获得追踪前沿创新知识的方法，如何让学生辩证看待新观点、学习建立扎实的知识体系，是新时代“分子生物学”的主要挑战。为培养学生创新能力，“分子生物学”教学过程中以教材为基础，适时结合最新分子生物学研究成果，由点带面深化“分子生物学”知识体系。在内容设置上注重增强学生实践能力和对实验结果分析能力的培养，通过基础原理、新技术、新成果的教学内容引入，增强课程理论与科学前沿的紧密联系。在保留之前课程体系基本框架的同时，结合学科发展新特点，侧重对核心知识点的梳理和重构，对部分冗长繁复且缺乏实践指导意义的教学内容进行缩减，融入科学发展史、重大科研突破典型案例分析，并分享任课教师的科研经历和研究课题，培养学生的科研创新思维能力。比如，在“基因概念”章节，结合跳跃基因的研究，延伸出玉米转座子突变体构建，进一步介绍DNA变异的常规知识以及突变体库的构建方法和应用；在“DNA复制”章节，引入DNA复制的应用即PCR技术，以具体实例为学生讲授科学发现与技术发明的联系与区别，从PCR的发现，发展到各种延伸应用领域，培养学生开展分子生物学研究须具备的发现问题、解决问题的创新思维能力；在“分子生物学新技术”章节，引入基因编辑的原理和最新研究进展和应用，突出新技术对现代农业发展的重大影响，激发学生的学习热情。

（三）创新教学模式，强化教学质量

“分子生物学”教学内容涉及肉眼不可见的大分子及其复杂相互作用，由于其不可见的特性，决定了课程内容相对抽象。为解决课程内容抽象问题，“分子生物学”教学过程中将充分利用网络资源，使用多媒体放映课程相关可视化的英文视频（比如DNA和蛋白结构、DNA复制和转录、基因编辑等的分子生物学动画），增强课堂教学的趣味性，便于学生直观掌握教学内容。双语教学改革是培养具有国际视野的高素质新农科人才，适应教育全球化发展趋势的重要举措。针对分子生物学学科发展快的特点，本课程将以双语教学为主要教学方式，对部分专题性课程实行全英文授课，在课程PPT、专题学习中使用原始英文素材，合理增加英语内容和国际学术动态，培养学生运用外语获取专业知识的能力；强化学生的信息检索和学习能力，增强学生对理论知识的理解和掌握，增进学生对学科发展的理解，提高学生前瞻性科学素养；教学过程中突出个性化的启发式教学，比如提出思考性课题，调动学生随堂问答和课下思考。

（四）强化实践教学，提升科研能力

“分子生物学”实验课程侧重于培养学生掌握生物大分子实验原理、技术流程和结果分析能力。由于分子生物学实践性强，实验具有很强连贯性的特点，改革实践教学，以基因克隆为主线，将DNA提取鉴定、RNA提取鉴定、RT-PCR，核酸产物回收，质粒转化等一系列实验进行整合，加深学生对理论知识的理解和掌握，提高学生的实践积极性和基本科学素养。随着本科实验室条件的进一步改善，在实验教学环节，将进一步优化实验操作细节，让每个学生独立完成实验过程，并鼓励学生参与实验准备工作，包括物品灭菌、溶液和培养基配制、凝胶制备、感受态制备等，做好独立进行科学研究的前期技能培训。河南农业大学创新实验班的学生和其他农学专业的学生一样，实行全员导师制，即本科生在大学一年级的第二学期进入课题组，在导师的指导下参与科研实践。

（五）优化考核方式，提升课程效能

合理设计考核方式能够激发学生学习的兴趣和动力，引导他们更深入地理解和掌握知识。“分子生物学”课程采用平时测评、实验测评与期中及期末考试相结合的考核方法。平时成绩测评是将课前预习、课堂表现、课后思考、科研热点追踪、线上学习（测验）、期中考试等学习过程全面纳入课程形成性评价体系，每2～3周考核一次，共考核5次，比重为40%；实验测评是按照5人一个小组形式开展，学生在规定时间内完成各自的实验项目并进行团队协作，每人独立完成实验报告，占最终成绩的比重为20%。学期末进行一次闭卷考试，比重为40%。期中和期末考试试卷分为填空题、选择题、判断题、名词解释题和问答题等题型。加大问答题比例，在问答题中设置科研案例分析类题目，着重培养学生学以致用的能力。此外，采用灵活多样的考核形式，增加开放式课程论文撰写、英文文献翻译、随堂测验等考核方式的赋分比例，降低卷面考试分值的占比。通过学生平时的课堂发言和课后作业完成情况，可以采取个别学生重点辅导讲解，并针对出现的问题及时调整授课的方式方法，及时了解学生对课程的理解和对教学的建议；通过期末考试，对学生知识的掌握程度有一个整体的认识，据此对教学的内容和教学方法做出合理调整。