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关键词:研究生培养;实际需求;分子生物学;探索
中图分类号:G643.2 ?摇文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)03-0046-02
随着生物科学技术的飞速发展,生命科学各学科之间的交叉渗透日益显著,而在生命科学领域的各项核心课程之中,分子生物学已逐渐成为联系其他学科的枢纽性课程和众多新兴学科的基础性课程。生命科学各专业的研究生,对分子生物学知识的理解和掌握程度,直接关系着后续开展研究生课题设计及进行毕业论文实验研究的质量与水平,因此,如何让学生真正做到学以致用,让分子生物学的理论和实践知识为研究生课题设计服务,已成为判断该课程教学效果好坏的关键问题[1]。分子生物学是从生物化学这门课程中独立出来的一门课程,它的核心内容是基因的表达与调控,这构成了整个课程的主干部分,与此相关的众多内容组成了课程的枝叶部分,传统的教学方法往往注重分子生物学理论机制的讲解,而将实验教学独立开来,这种教学模式对即将进入实验室开展课题设计和研究工作的研究生来讲,存在明显的缺陷。原因有以下三点:首先,生命科学相关专业的研究生与本科生相比,已具有一定的分子生物学理论和实验基础,其理解能力也更强;其次,研究生与本科生对于课程的预期不同,研究生马上面临独立地开展学位论文的课题设计,对课程学以致用的要求会更高一些;再次,由于研究生的本科背景及自己所学专业等方面存在着较大的差别,其学习的基础参差不齐,因此每个人对课程的要求也不同。因此,分子生物学的研究生教学工作需要更多地考虑研究生的实际特点,针对性地开展教学模式和教学方法改革。本教学团队,注重从研究生教育的实际需求出发,通过几年的实践探索,已初步构建好研究生分子生物学的课程体系,并在教学工作中不断改进和创新,有力地促进研究生专业能力的培养,下面就已经开展的教学新探索加以介绍。
一、教材的选择与课程内容设置的探索
我们没有指定某一本书作为课堂教材,而是向学生介绍了几本分子生物学领域的经典著作,其中包括《现代分子生物学》、《医学分子生物学》、《基因的分子生物学》、《基因VIII》及《分子克隆实验指南》等,希望学生能尽可能地阅读并参考这些著作来学习。这样有助于学生从不同的专著中获取知识,通过不同作者的讲解与叙述,增加对分子生物学的全面思考和认识。
我们通过深入了解每位学生在本科阶段的相关学习情况,发现由于专业背景差别较大,很多学生即使学过了相关课程内容,对分子生物学知识的理解仍处于较浅水平。因此,在课程内容的设置上我们进行了改革,最终确认了“一条主线,三个基本点”的格局,主线就是分子生物学的核心:基因的表达与调控,三个基本点即三大基本过程:复制、转录及翻译。在课程设置上,我们也分为三大块,即分子生物学基本理论与知识、分子生物学实验技术和分子生物学专题知识,第一部分是课程的重点部分,包含了三个基本点的内容;后两部分是在第一部分内容上的进展和深入,基因的表达与调控成为贯穿三部分的一条主线,每一部分都紧密联系该主题。因此,理论课与实验课的教学内容设计都是围绕主线与基本点展开,使学生通过本课程的学习,在脑海中形成分子生物学的最基本理论体系,奠定良好的分子生物学知识基础。
二、了解学生的学习需求,使教学更加贴近实际
针对本课程结束后,学生马上就要进入实验室开展课题研究的现状,在开课初期给学生布置了一道课外作业题,即“与导师交流,了解自己研究生论文的课题方向和内容,提出你想通过分子生物学课程学习到的内容有哪些”。因为涉及到未来自己的课题及论文,每位学生都积极参与并完成了该项作业,总结学生的作业情况,我们发现不同专业研究生对本课程的需求存在着异同点,例如,基础医学专业的研究生对分子生物学新发现和新知识方面的要求较多,而药学专业的研究生更希望对分子生物学实验技术方面了解更多一些。根据这些反馈回来的情况,我们授课老师了解到了学生以后从事专业课题研究的基本信息,因此在后续的课程设计上根据各专业特点,有选择性地安排一些专题性质的课程内容,例如,增加了RNAi专题讨论课等,这样使我们的教学可以更加贴近学生的实际需求,受到了学生的广泛好评。
三、每节课都要有亮点
分子生物学与其他生物医学类理科课程类似,理论课教学中都涉及到很多比较枯燥的概念和复杂机制过程的讲解,如何保证学生在课堂上的专注力是能否获得好的教学效果的关键因素之一。为解决上述问题,通过集体备课我们对每节课的授课内容进行细致的分析讨论,一致认为除了进行传统的教学讲解以外,每节课都必须在内容上体现出两个以上的能激发学生学习兴趣的亮点内容,这些亮点与当堂课的核心内容有密切关系,在提高学生学习兴趣的同时还能帮助对核心内容的加深理解。例如,在讲DNA复制这节课的内容时,我们选取了发现半保留复制机制和发现冈崎片段两个著名实验的科学家故事作为亮点,教导学生如何激发自我的创造性思维;在讲解PCR技术的理论章节时,选取了授课教师自己做PCR实验中遇到的几个问题作为亮点,将理论课程与实际操作结合起来,通过提出问题、分析问题和解决问题的讲授方式,使学生对该项技术的理解更加深入。
四、实验教学着重锻炼学生的实验设计及实践操作能力
本课程还包括了分子生物学的实验教学工作,本着为研究生提供一个连续性锻炼动手操作机会的目的,我们设计了一个涉及分子生物学最根本也是最重要内容的综合性实验,即目的基因的克隆及鉴定。首先在理论课教学中采用讨论式教学方法,让学生对基因克隆的基本实验设计和操作流程有了初步的认识,然后采用连续不间断的时间安排,利用晚上及周末时间,让学生亲自动手完成样本制备,RNA提取,RT-PCR,目的基因片段的酶切、回收及连接,感受态细胞制备,转化重组子及筛选鉴定的各个实验环节,并对实验过程中及时发现问题进行课堂讨论和分析,进一步加深了学生对该实验的理解和认识,也培养了实验设计的基本思维,对其后续研究生课题的开展起到了很好的促进作用[2]。
五、引导学生培养良好的科研思维能力
锻炼好的科研思维能力是以后从事科研工作的根本所在,在分子生物学的课堂上,我们也采取了形式多样的教学方法努力引导学生培养自己的科研思维能力。例如,老师在讲授完基本理论知识后,提出一些有争议性的专业知识问题,让学生分组讨论,并拿出自己的观点,然后进行课堂辩论会,通过这种方式促使学生开动脑筋运用所学的知识去解决存在的问题,有利于学生科研思维能力的锻炼;我们还开展了课堂seminar活动,让学生根据自己专业及今后课题研究的特点,选取涉及到分子生物课堂知识的高水平SCI文章,通过自己的阅读理解,制作讲演PPT上讲台进行讲解,通过这个活动提高了学生查阅和分析外文文献的能力,对今后的课题设计也是大有裨益的[3]。
本着能让学生能够学以致用的原则,分子生物学课程教学紧紧抓住研究生培养和教育的特点,在教授基本理论和实验技术知识的同时,从研究生未来课题设计的实际出发,对授课内容、课程体系及构架等做了新的探索和尝试,已获得了初步的教学成果,但仍然还有许多地方有待改进和完善,相信通过不断的努力,分子生物学能成为一门助力生命科学各专业研究生教育的必备课程。
参考文献:
[1]李敏,陈必链.硕士研究生《分子生物学》(英文)课程的改革与实践[J].福建师范大学学报(自然科学版),2011,27(3):44-47.
[关键词] 分子生物学;创新能力;研究生教育;高等教育;培养质量
[中图分类号]G632.0 [文献标识码]B [文章编号]1673-7210(2008)09(c)-096-02
研究生教育的宗旨是培养具有科学精神和原始创新能力的专业人才。对研究生创新能力高低的判断,有人主张根据研究生的行为表现(主要是研究成果,特别是毕业论文)来做出[1]。研究论文的质量,在一定程度上体现研究水平和能力,也是评价研究生教育质量的一个重要标准。分子生物学是一门新兴的前沿学科,已成为现代生命科学中最具活力的带头学科之一。医学领域分子生物学研究日新月异的发展,使人类对疾病的认识、预防、诊断和治疗发生了深刻的变革,医学科学已从整体、细胞水平逐步深入到了分子水平。所以分子生物学理论与技术的应用是衡量研究生论文质量的一个重要指标。那么在医学分子生物学教学过程中如何培养研究生的科研能力与创新能力。我们在多年的教学实践中,以理论教学为切入点,教师承担的科研课题项目为引导,以组织分子生物学兴趣小组开放实验室为平台,指导研究生从课题设计到研究计划实施进行了一系列探索,促进了研究生科研能力与创新能力的培养与提高。
1 在《医学分子生物学》教学中开展研究生创新能力培养的必要性
分子生物学是生命科学的带头学科,其理论与技术几乎渗透到医学、药学的所有领域。无论是医学或药学专业的研究生在设计毕业论文时都用得上,如果学生都用上先进的理论和技术来设计课题,我院研究生的毕业论文质量将会更上一层楼。另外,中医药要“保持和发扬传统特色,走现代化道路”,必须有坚实的分子生物学基础和创新能力,如怎样揭示辨证论治的分子机制,中医整体观怎样用基因组、基因谱、基因群、基因族等加以论证和研究,辨证论治怎样与基因的多态性、多效性、异质性、变异性结合等。《医学分子生物学》是我院研究生必修的一门重要公共基础课程,而且在第一学期开课,如果能在教学过程中结合课题设计引导研究生采用分子生物学知识来解决问题,对研究生的科技创新培养很重要。
2 从理论教学为切入点,引导研究生科技创新意识
2.1 根据计划课时整合教学内容
分子生物学基础知识与基本理论既是了解分子生物学新发展和新成果的基础,也是掌握分子生物学实验原理和研究方法所必需的。但是按学校的课程设置,我们的计划课时仅有40学时(包括理论和实验),如按照传统的教学法,在40课时内很难完成医学分子生物学的教学内容,我们的做法是:以分子生物学技术为引导将分子生物学基础知识与分子生物学技术的基本理论整合,分为5讲来完成,每讲5学时。5学时课堂讨论,10学时实验课。第一讲为核酸的提取与鉴定及相关基础知识,分为两部分,第一部分为基因组的结构与功能,第二部分为核酸(DNA、RNA)的提取与鉴定。第二讲为印迹杂交技术与芯片技术。第三讲为核酸体外扩增与基因信息传递,分为两部分,第一部分为复制、转录和翻译,第二部分为核酸体外扩增。第四讲为重组DNA技术与基因表达调控,分为两部分,第一部分为基因表达调控,第二部分为重组DNA技术。第五讲为原癌基因与抑癌基因以及细胞通讯和信号转导,分为两部分,第一部分为细胞通讯和信号转导,第二部分为原癌基因与抑癌基因。另外安排专题讲座“基因诊断和治疗”1次。
2.2 结合专业开展分子生物学技术应用的课堂讨论
为了使学生对分子生物学基本知识和基本技术理论的认识从理性认识到感性认识,在学习完5讲内容,学生基本掌握分子生物学基本知识和基本技术的理论后,以专业为小组,让学生在利用空余时间(时间为4周)查阅相关资料,内容是:在你的专业领域中分子生物学技术应用实例。之后进行课堂讨论,主题为分子生物学技术在中医药中的应用,每小组选一个代表为主要发言,学生的主题发言内容广泛,如蛋白电泳在中药材鉴定中的运用,差异展示反转录聚合酶链反应在中医药研究中的应用等等。然后进行分小组讨论,最后老师讲评。
3 从课题设计训练入手,引导学生树立运用分子生物学知识解决实际问题的意识
为了培养学生的创新思维和独立分析问题、解决问题的综合能力,我们在进行课堂讨论之后,布置学生结合专业,要求利用所学到的知识和技能,利用本实验室已经有的设备条件和材料试剂等技术基础,设计出一个综合性的、探索性的实验,并作为期末考试的内容之一,占总评的30%~40%。对于刚入学的研究生,第一个学期没有学习专业课程就训练课题设计有一定困难,但在这之前我们安排了“分子生物学技术在中医药中的应用”的主题课堂讨论,学生自己从网络上获取相关资料,在老师的指导下都能顺利完成。学生自主设计实验使技术性、综合性、探索创新性的实验融合在一起。
4 以开放实验室为平台,进行科研项目引导下的研究生创新研究
提高研究生创新能力,理论教学固然重要,实践教学环节也绝对不能忽略。由于科技创新是将科学研究成果转化为现实生产力的实践活动,因此提高研究生的创新能力,必须注重实践能力特别是主动实践能力的培养[2]。所以我们开放实验室,鼓励研究生自主进行科技实践。对于低年级的研究生,开辟分子生物学第二课堂,组织兴趣小组。同学们报名非常踊跃,我们将兴趣组分成3~5人/组。在上述研究生自主设计的实验方案中选出最适合开展的方案,由教师点评,学生修改实验设计方案后,在老师的指导下,由兴趣小组来实施。目前兴趣小组正在进行的实验有:①胱硫醚合酶基因多态分析;②RAPD鉴定真伪扶芳藤;③百年乐口服液的氨基酸含量测定等等。对于高年级的研究生只要用到分子生物学技术来设计的课题,都可以到我们实验室来,在老师的指导下进行课题研究。本学期,就有10多位同学在我们实验室实施他们的课题。
同学们通过课堂的理论学习―课后查阅相关资料―课堂讨论―实验设计―综合实践的过程能使学生深刻理解分子生物学实验的技术与理论,能熟练运用已经学习的多种技术,学会充分利用本实验室已有的实验设备和条件,自主设计实验并实践,培养了学生的创新思维和独立分析问题、解决问题的能力。
5 结语
中医院校的分子生物学课时都比较少,仅靠40学时,很难实施创新能力的培养。根据多年的教学体会,要在医学分子生物学教学中开展研究生创新能力培养,应该贯穿整个研究生阶段。这就要求我们教师要有无私奉献精神,要付出很多的时间和精力,还需要老师熟练分子生物学技术,并有科研课题,带领学生跟踪和挺进学科前沿。另一方面,也需要同学们的配合,同学们对自己的创新能力培养积极性很高,但有部分同学缺乏创新精神,不能吃苦耐劳,具体表现为查阅资料不认真,课堂讨论不积极,设计实验马虎,实验不能坚持等。所以,如何正确引导学生,激发学生兴趣,让学生主动参与是我们亟需解决的问题。研究生创新能力培养是一项长期而艰巨的任务,需要不断地探索。
[参考文献]
[1]吴宏翔,熊庆年,顾云深.我国研究生创新能力不足的表现[J].学位与研究生教育,2005,(9):32-36.
关键词:分子生物学;研究生;科研创新能力
研究生教育的目标是为国家培养具有较强科研精神和创新精神的专业人才,因此科研创新能力也成为了衡量研究生综合能力的一项重要标准,并且将其与研究生学术论文、研究成果等密切结合,形成综合性的评价体系。因此,关于研究生的科研创新能力的培养问题,也成为学术界关注的重点课题。分子生物学是一门新兴课程,代表了现代生命科学前沿发展水平,随着我国科学技术和医疗技术的不断发展,医学科学从研究细胞整体水平逐渐深入到分子水平,所以在生命科学的研究生培养方面,也要紧跟生命科学的发展趋势,促进研究生科研创新能力的提升。
一、分子生物学教学中培养研究科研创新能力的必要性
分子生物学是生命科学的基础学科,无论是理论知识还是实验科学,都已经渗透到医学、药学等相关领域中,所以关于分子生物学教学的相关研究活动也越来越多。研究生的科研过程中须要撰写相关的毕业论文,如果可以从研究活动中获得更多系统的分子生物学研究成果,可以为研究生的论文提供更大的课题范围和先进的理论支持,而研究生自身的科研创新能力关系到他们是否能够从现有的研究成果中挖掘到科研活动所需的内容,因此培养研究生的科研创新能力十分重要。同时,中国拥有丰富的中医药文化,为了促进中医药的现代化和国际化发展,研究人员必须要具备扎实的分子生物学理论基础,同时具备较强的科研能力和创新能力,才能更全面地揭示中医药的分子机制,对中医药中运用基因组、基因谱、基因群等分子机制的原理、运用方法等内容进行辩证研究,从而获得更加丰富的中医药研究成果。总之,分子生物学是医药学研究生的必修课程,在分子生物学教学中培养研究生的科研创新能力,具有相对较为有利的理论和实验环境,有利于帮助研究生在学习的过程中学会用分子生物学理论解决实际问题,增强研究生的实践能力。
二、理论课教学中培养研究生科研创新能力的途径
(一)强化教师的科研创新能力
教师是教学活动的实施者,教师自身的创新能力对学生创新思维的形成与创新能力的养成至关重要。因此,要加强研究生的科研创新能力培养,首先须要强化的是教师的科研长信能力,构建一支创新型教师队伍。一方面,学校需要为教师提供更多学习和交流的机会,尤其为青年教师创造更多出国学习的机会。参与国际学术交流可以拓宽教师的事业,而且有利于改变国内教师的传统教育观念,引入更多国际先进的教学理念和方法,从而提高国内教育水平。关于分子生物学的学术研究活动持续不断,形成的研究成果也不断更新,对国际研究成果给予更多关注,有利于促进我国分子生物学教学体系的完善。另一方面,教师须要增强与学生之间的沟通,了解研究生的学习进展情况以及他们学习中遇到的问题,做出有针对性的教学计划,可以显著提高教学效率。只有教师保持源源不断的创新思维,才能为学生带来更多科研创新的积极体验,从而培养学生的科研创新能力。
(二)教学设计的完善
创新意味着对传统的颠覆,教学设计与研究生教学成果有密切的关系,因此要培养研究生的科研创新能力,就必须要对教学设计进行改革与优化,这里涉及到以下几个方面。第一,在传统教学内容的基础上添加更多国际最新的分子生物学研究动态,并且介绍一些具有前瞻性的科研成果,使研究生对国际学术研究的趋势有更多了解。拓宽研究生的视野,有利于形成更加丰富的创新思维;第二,在现有的分子生物学课时安排的基础上增设关于分子生物学的专题讲座,聘请科研专家和相关工作者进行学术报告,针对分子生物学的学术地位、研究技术等,打消研究生“学非所用”的顾虑,帮助他们树立更加明确的学习目标。第三,充分利用课余时间,为研究生布置一些课后小任务,这些任务应当具有探索性,可以将分子生物学的理论与实践实现很好的结合,而且应当突破教材的限制,将其与学术前沿相结合,使研究生在探索的过程中获得更开阔的视野。
(三)多媒体技术的有效运用
在新课程改革不断深化的背景下,多媒体已经成为现代课堂教学中不可或缺的设备,将静态的书本知识转化为图形、声音、视频等不同的形式,既可以为学生带来不同的视觉感受,又可以丰富课堂教学形式,有利于促进教学效率的提升。在分子生物学的教学内容中,涉及到很多抽象的理论知识,理解和记忆的难度都较大,因此可以运用多媒体技术帮助学生更好地理解分子生物学的专业知识。同时,多媒体技术也可以为学生带来更多学术前沿的知识,尤其是手机等智能终端设备的普及,研究生可以运用平板电脑、手机等设备随时登录网页查询相关的知识,可以随时随地满足研究生的学习需求,可以有效地增强研究生的学习热情。另外,运用多媒体工具,可以在教师和学生之间建立起沟通的平台,教师和学生之间可以通过QQ、微信、微博等工具分享学习心得,交流关于分子生物学的前沿知识和文献查询结果,有利于激发研究生的科研兴趣,提高科研创新能力。
三、实验教学中培养研究生科研创新能力的途径
(一)充分运用探究性实验培养研究生的科研创新能力
实验课的有效开展,是对研究生理论知识掌握水平的检验环节,也是增强研究生操作能力的重要途径。所以,教师要充分利用实验教学,发挥探究性实验对于培养研究生科研创新能力的重要作用。探究性实验教学活动的开展,可以改变传统教学模式下形成的思维定式,帮助学生开拓思维空间。教师可以为研究生提供一个探究性的科研小课题,学生根据已经掌握的理论知识和实验技术并辅助文献查阅,以小组或个人形式完成,这就会为学生提供更大的思维空间。不仅充分体现了学生的主体地位,也可以有效提升研究生的自主学习能力。学习兴趣和思考能力被充分激发,既培养了学生的创新思维,也促进了研究生科研能力的提高。
(二)通过设计实验培养研究生的创新思维
由研究生自主完成实验设计是培养他们创新思维的一个有效途径,因此可以充分运用实验设计的环节,根据分子生物学教学大纲的要求,明确探究性实验的设计目的,将实验设计的过程交给研究生。当研究生接到实验设计任务时,须要拟定一个实验方案,并且验证实验方案的可行性,同时还须要考虑到实验过程中可能遇到的问题,做好充分的准备,才能保证实验的顺利进行。在实验设计的过程中,学生拥有主动权,并且积极调动了学生的主观能动性,他们的创新思维得到锻炼和强化。在实验完成后,教师需要对实验设计和实施的过程进行总结,让学生对参与实验设计的过程有系统的认知,并且有所收获,只有这样才能激发研究生的创新思维,并且增强科研兴趣,促进科研创新能力的提升。
四、考核评价体系的完善
笔者长期从事分子生物学课程的理论和实验技术的教学工作。在教学过程中,结合该课程微观概念繁多、抽象性强等特点,从教材的选用、内容、以及教学方法等几个方面进行了探索研究,并取得了一些成效。以下对教学改革的几点措施以及体会和认识进行具体的描述。
一、精心选择有关教材和参考书
教材是学生“学”和教师“教”的过程中的基本资料,市面上关于分子生物学的教材十分多。由于分子生物学所包涵的知识面十分广,在编写教材时有不同的侧重点,因此选用一本合适的教材十分重要。通常要求教材既能涵盖分子生物学基本概念与基础知识,同时又能反映学科的发展动态,体现学校的办学特色。分子生物学是我校较早实行双语教学的课程之一,根据学生的实际水平选择了科学出版社影印出版的英国经典分子生物学教材《Molecular Biology》(Turner)。本教材按主题,采用言简意赅的语言和简明清晰的图表,系统概括了分子生物学的核心内容、主要技术及前沿动态。而且,此教材有中文译本,可以帮助学生快速准确获得信息,十分适合作为双语课程的教材。
二、优化教学内容
由于目前大多数生物学课程,如遗传学、生物化学、细胞生物学等都进入了微观分子时代,因此均增加了蛋白质、核酸、基因表达调控等基础知识的讲解。这使得学生对开设在高年级的分子生物学有一些似曾相识的感觉。这虽然有助于学生对分子生物学的理解,但是也会使学生感觉好多内容是对前面的复习,出现厌学情绪。针对这种情况,我们邀请遗传学、生物化学、细胞生物学等可能涉及分子生物学内容课程的主要负责人,认真讨论,优化了各自的教学大纲,在保证课程内容完整性的前提下,尽量压缩分子生物学的相关内容。对于教学过程中,生物化学、遗传学和遗传学中必须出现的分子生物学内容,如蛋白质核酸的结构与组成,采用分组讨论的方式进行自学,调动学生的学习积极性,因势利导,使学生对所学知识能够更加理解,对所学知识的记忆和理解能够进一步加深,为以后对相关知识点的学习打下良好基础。与此同时,这既节约了教学时间,又不会再出现与遗传学和生物化学有相同内容的重复教学问题。这样,一方面对分子生物学的教学重点进行了明确,另一方面又突出了分子生物学的教学特点,即以遗传学和分子生物学为基础,保证了教学课程的系统性和完整性。
三、合理使用多媒体课件
分子生物学理论课教学内容多,而且抽象,因此学生很难熟练掌握和理解。另外,分子生物学又有着很强的技术性。其原理十分复杂、难度高,很难进行试验操作且成本很高,这样可以利用教学课件中的相关图像及动画来进行演示,提高学生的学习兴趣。教师还可根据学生的个性特点以及接受能力来选择合适的多媒体课件配合内容的讲解,文、声、图、像并茂的新闻课件能够从多个角度分层次地展现教学内容,使学生更加容易理解相关知识,从而提高教学质量。美观清晰的多媒体界面,逼真的动画模拟更加方便教师在教学过程中的使用。通过多媒体向学生提供信息,是对学生进行多种感官的综合刺激,在获取信息的过程中,学生通过听觉、视觉等多方面的并用,更加容易使学生在学习中进行想象和创新,提高学生的学习积极性和创新能力。
但是,在教学过程中使用多媒体时,应注意它只是一种教学手段,是为教师的教和学生的学服务的。教师不能一味地让学生时刻跟着多媒体,只是做一个多媒体的操作员。所以,在多媒体教学过程中,教师要把多媒体当一种教学辅助手段,同时要注意给学生思考和讨论的机会和时间,培养学生的创新思维,重视学生的主体地位。
四、剖析经典实验
分子生物学是所有生物学学科相关课程中,最注重实验研究的课程之一。目前,现代分子生物学的理论发展的过程,实际上是前人大量实验发现的科学阐述集合,比如转座子的发现、RNA干扰现象及其机制的发现等。这些设计巧妙的实验,有着严谨的论述,其中的一些研究方法如今仍然在分子生物学的研究中广泛应用,如RNA干扰。这些经典实验过程本身就是一个科学故事,在很大程度上提高学生对相关领域的兴趣,其实验设计可以启发学生寻找解决问题的方法,也可以帮助学生在专业课程的学习中了解研究方法,从而加深对相关理论知识的理解和掌握。
同时,分子生物学本身仍在不断地完善当中。相关的知识内容、发现和研究方式方法日新月异。如对非编码RNA的研究已经成为目前对分子生物学进行研究的特点。将用故事的相识对非编码RNA的研究历史进行讲述,进而采用启发的方式对学生进行引导,讨论在研究中对这一作用的应用。这样的起发过程,可以增加学生对现代生物学研究中理论与技术相互促进发展的理解,激励他们对已学知识的充分思考,建立基础研究与社会应用之间的联系,提高学生的创新能力和学习积极性。
五、利用科研实例剖析重点难点问题
分子生物学虽然理论很高深,但是它却被广泛应用于各种领域。特别值得一提的,如今各高校的教师有着较高的学历和丰富的科研经历,能够在教学过程中融入实际的科研案例。在教学中对书本知识进行传授的同时,为学生讲解讲授一些在实际工作中应用理论知识的实例,对学生知识的灵活运用能力的提高有很大帮助,可以为他们今后的工作和实践奠定基础。从课堂教学效果来说,有助于激发学生的学习积极性,并增强他们对重点知识的掌握理解。除此之外,也有助于提高学生对所学知识的应用能力,为以后的工作和实践奠定基础。
如可能
关键词:大学生科技创新;生物化学与分子生物学
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)19-0191-02
《生物化学与分子生物学》是医科院校学生普遍认为较难理解和掌握的一门学科,其原因主要是该课程“抽象、枯燥”,较难激发学生的学习兴趣。另一方面,该学科发展迅速,知识更新较快,特别是生物化学发展到分子生物学时期后,该学科的理论与技术日新月异,因此,教师在授课中很难让学生理解和吸收该学科的最新进展。再者,分子生物学是一门实验性学科,其相关知识均是建立在相应实验技术之上,然而目前国内的普通省属院校很少能在本科生中开展PCR、Western blot、细胞培养、基因克隆及载体构建等分子生物学相关实验,因此该部分内容的讲授对学生来说就是“纸上谈兵”。由此看来,理论与实践环节的严重脱离是造成学生学习该课程“抽象、枯燥”的直接原因。那么如何在该课程的教学实践中充分激发学生的学习兴趣呢?
“开展大学生创新教育、培养高素质创新性人才”是高等教育改革与持续发展的一个重要主题。大学生科技创新活动是指以学生学习兴趣为导向,以创新性科技课题为载体,以学生自主学习和教师指导相结合的方式,以解决实际困难和社会问题为切入点的科研实践活动[1]。为坚持“教学以学生为本”的原则,秉承三峡大学“求索”的校训,以培养“实践能力强、综合素质高”的创新型医学人才为中心,三峡大学设立了大学生科技创新项目,鼓励学生参与科技创新活动。本教研室以此为契机,以“肿瘤微环境与免疫治疗湖北省重点实验室”为平台,以教师承担的科研项目为引导,在《生物化学与分子生物学》教学中让学生参与到科研活动中,通过该活动,既提高了学生学习《生物化学与分子生物学》的积极性,同时也使教师的教学水平得以提高。
一、实施方法
(一)查阅文献、提出问题
我们选择三峡大学医学院大学二年级学生为活动参与者,让学生自己组成研究小组(3~5人/组),以教师承担的科研课题为引导,让学生在课余时间参与到研究工作中。在该活动的初始阶段,老师根据研究课题设定关键词,指导学生查阅文献并撰写阅读小结,使学生对研究的课题有一定的了解。在此基础上,让学生自己尽可能发现并提出问题、设定研究目标并制定相应的研究计划,经老师与学生充分商讨、修改后确定其可行性。
(二)以课题的实施为契机,培养学生的科技创新能力
在课题实施的过程中,我们对学生既强调团队成员的分工,又明确成员之间的合作、沟通与协调,充分发挥每个学生的优势,形成团队的合力。在老师和研究生的带领及指导下,学生在课余时间开展实验研究,整理分析实验结果,并在每周的labmeeting上交流讨论。教师在总结实验结果的过程中,带领学生认真分析每一个实验数据,对“有疑问”的实验结果,督促学生重复实验,从而培养学生严谨、求实的科学作风。学生结合所学理论知识,通过对实验结果的分析与讨论,极大地增强了对《生物化学与分子生物学》的学习兴趣和积极性。
(三)撰写论文及结题报告
我校“大学生科技创新项目”的研究周期为一年,完成后需要以论文或研究报告的形式提交结题材料。在此过程中,学生先写出论文的初稿,老师对学生的论文初稿进行修改,由此训练学生的语言表达能力和科技论文的写作能力,使学生掌握论文撰写的格式、要求,从而熟悉科学研究的各个环节,为学生今后从事科学研究工作奠定基础。
二、对大学生科技创新活动的价值思考
(一)大学生科技创新活动所取得的成果
大学生科技创新实践使学生的科研素养和创新能力得到提高,调动了学生参与课外科学研究的积极性,许多学生为了参与科学研究而放弃了寒暑假。通过该活动,学生以第一作者的身份在《基础医学与临床》等杂志发表了6篇研究论文,并成功申请了三峡大学“大学生科技创新重点项目”的资助。通过该活动,学生亲身经历了科学研究的过程,体会到了运用知识进行科技创新活动的艰辛,也体验了辛勤耕耘后获得收获的喜悦。
(二)大学生科技创新活动对学生的影响
通过大学生科技创新活动,弥补了传统的“老师讲、学生听、再考试”按部就班的《生物化学与分子生物学》教学模式中实验教学环节的不足,克服了学生在学习该课程中产生的“枯燥、抽象”感。通过该活动,学生在巩固和深化《生物化学与分子生物学》理论知识的基础上,提高了学生的实践动手能力,开阔了学生的科研思维,培养了学生的科研意识,增强了学生的严谨求实和团队合作精神[2]。通过该活动,学生将《生物化学与分子生物学》的学习和科学研究紧密结合起来,对该课程的学习产生了浓厚的兴趣。在学期的期末考试中,参加科技创新活动的学生理论考试成绩及实验操作技能均显著高于其他未参加该活动的学生,这充分说明大学生科技创新活动不仅对学生的课程学习有帮助,也对学生的综合素质提高有积极的促进作用。
(三)大学生科技创新活动对教师的影响
教师通过参与这一活动,不仅使自己承担的科研项目得以完成,同时也拉进了教师与学生之间的距离,使教师对学生的知识结构、学习中的困惑与需求均有了解,从而能在教学过程中调整自己的教学方法,做到因材施教。结合科研成果,教师能不断更新教学内容,不断改善教学框架,形成囊括最新知识框架的教学体系,从而把科研与教学有机结合起来,以科研促进教学,进一步提高了授课水平。因此,该活动对教师起着积极的促进作用。
(四)彰显生物化学与分子生物学的特色
依据生命科学重大基础理论――中心法则,从DNA到RNA再到蛋白质,从基因组学到转录组学再到蛋白质组学,“分子生物学”占据了核心内容。在《生物化学与分子生物学》教学实践中开展大学生科技创新活动,能更好地把握住生命科学中的这一核心内容,使学生紧密联系医学实践,为他们能够跟踪世界生命科学的前沿,开阔视野,从而占领生命科学的制高点打下良好基础。
三、对大学生科技创新活动存在问题的思考
我们在指导大学生科技创新活动过程中,发现了一些存在的问题,这些问题阻碍了科技创新活动真正的发展。这些问题主要包括:(1)学生参与的愿望很强烈,但很难做到“坚持到底”。(2)学生的创新能力有待加强。尽管学生参与的热情很高,但在具体的实践环节中,例如选题、申请书撰写、实验方案的设计及实施、论文的撰写等环节都存在比较强的依赖心理,即依赖于指导老师,缺乏主动思考问题、解决问题的能力。(3)学生自主科技创新的课题数量不多,创新思路有待拓宽。很多学生都是依赖于老师指定的课题或直接参与老师的科研课题中。(4)对学生的科技创新活动缺乏必要的保障和激励机制。目前学生的科技创新活动只是一种形式,由于缺乏相关的规章制度,学生迫于学习的压力,为应付各种考试而不得不终止或放弃科技创新活动。因此,我们呼吁学校应引进“学生考核是一种全面、综合、动态的评价过程”这一理念,引进“将课堂外开展的科技创新活动(根据总结报告或情况)另外核算、认定学分”这一新型考核体系。(5)学生参与科技创新活动的宣传力度不够,学生参与的学术交流活动较少,应组织学生经常参加各种类型的学术交流活动,使学生在学习理论知识的过程中了解学科前沿动态,激发学生科技创新的兴趣和动力。
总之,为使大学生科技创新活动高质量开展,我们认为在学校层面应建立相应机构,完善保障和激励机制;在教师层面应引导和调动教师参与的积极性;在学生层面增强学生参与科技创新的积极性和主动性,从而促进大学生科技创新活动又快又好的发展。
参考文献:
关键词:生物工程类 分子生物学教学 改革初探
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)02(a)-0053-02
在现代生物学领域,生物技术作为一种新型学科和技术得到了飞速发展并为人类社会带来了巨大影响。作为生物技术的核心学科,分子生物学,是研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能,并从分子水平上阐述这些大分子之间相互作用的关系及其基因表达提供机理的科学。
分子生物学是在多个学科的基础上发展起来的,特别是生物化学和遗传学,目前已逐渐渗透到生物学科的各个领域之中,改变了或正在改变着整个生物学的面貌,被认为是现代生命科学的三大前言学科之一,也是目前高校生物类专业的重要必修专业课之一。分子生物学是一门新兴学科,在迅速发展的过程中会逐渐建立一系列新的理论和方法,知识点具有繁杂、更新快、抽象、难以掌握等特点,因此,在实际教学中必须根据专业情况做出调整,在教学内容和教学方法等方面进行改革,以突出重点,强化理论与实验的结合,帮助学生理解并掌握分子生物学的核心理论体系和实验技术方法。本文针对生物工程类专业的培养方向和教学重点,对分子生物学的教学改革进行了初步探索。
1 教学改革的基本原则和思路
我们开展分子生物学教学改革遵循两条基本原则:一是适应普通高等教学需求的基本原则;二是适应本学科发展和人才培养需要的基本原则。在坚持两个基本原则基础之上,我们提出三条改革思路:一是针对生物工程类专业特点,突出分子生物学在现代工业微生物研究和改良中的应用趋势和途径,加强学生对专业的理解和本学科的认识;二是遵循高等院校教学特点,从教学方法和教学内容等方面进行改革和探索,建立一套能够培养理论素养与实验能力并重的工程化人才的分子生物学教学体系;三是加强理论知识与实际应用实例相结合的教学方式,在理论中强调应用,在应用中引出理论,使学生在有限的教学课时内消化理论知识的同时拓展视野并加强对本学科的理解。
2 教学改革具体内容
2.1 优化教学内容
我们在进行分子生物学课程的授学时,首先针对生物工程类专业特点选择合适的教材并制定教学大纲。经过比较和分析,我们选择赵亚华编著的《分子生物学教程》(第三版)(普通高等教育“十一五”国家级规划教材)作为基础教材,该教材主要阐述的是狭义分子生物学所涵盖的范畴,编写内容具有条理清晰,语言简练,信息量大,实例丰富等特点,并且全书系统地在重要的知识点后附有简要小结,便于学生在学习和复习过程中从繁杂的信息中快速的查找和理解重点内容,比较适合于普通高校生物工程类专业教学使用。
分子生物学课时少而内容繁杂,在有限的课时之内不可能按教材内容全部讲授,学生也不可能全部能够接受。因此,在实际教学过程中,我们必须结合专业特点,对教科书内容进行取舍,并根据专业的培养目标进行补充,突出专业领域涉及的重点和难点。因此,选定教材之后,我们根据生物工程类专业特点对教学内容进行了优化:(1)弱化学科交叉重复部分,分子生物学是在多个学科的基础上发展起来的,也决定了分子生物学中有很多理论知识与其它学科具有交叉和重复,如生物化学、遗传学、酶学和微生物学等,我们在分子生物学的实际教学过程中对已经学习过的交叉部分的知识点采用复习的方式快速进行;(2)强化对与专业相关的理论知识讲解,例如DNA的重组、真核生物与原核生物基因的转录和表达调控等内容;(3)引导介绍与本专业相关性不强的知识点,学生如有兴趣可以利用课外时间进行学习,以满足求知欲望较为强烈的学生的学习要求,如噬菌体基因的表达调控、病毒的分子生物学等;(4)结合专业方向补充教学内容,加大应用实例讲解,促进学生对理论知识的理解,例如讲解特异位点重组内容时,可以结合目前研究领域应用较多的Xer/dif重组系统进行讲解,让学生理解了特异位点重组概念和过程的同时,又学习了该重组理论最新研究进展及其在微生物代谢途径工程中的应用,从而实现教学内容的理论性、专业性、实用性、学术性和前沿性并举。
2.2 改革教学方法
对大学生而言,分子生物学是一门及其抽象的学科,其中涉及的理论体系和生物过程复杂而又晦涩难懂,极其难以掌握,采用传统的填鸭式教学,学生的学习兴趣不高,学习效率有限,因此创新教学方法,改变授课方式,使抽象化的概念能够直观地呈现在学生面前,对提高学生的学习兴趣并提升学习效率尤为重要。
我们在实际教学中,对教学方法做了以下四项改革:(1)采用多媒体教学,结合大量精美图片、动画和视频,将抽象的、理论的生物过程或概念中涵盖的大量信息有效、生动、形象化地展现给学生,例如,蛋白质合成过程中涉及的起始、延生和终止三个过程以及延生过程中涉及的进位、转肽和转位三个反应实际上是一个连续的动态过程,中间涉及的概念和因子很多,通过板书无法有效地进行形象化演示和解释,而在多媒体教学方式下,借助大量图片和动画实现静态和动态相结合的方式讲授该生物过程,可使学生有效地理解并掌握该部分内容;(2)大力利用网络资源,搜寻与讲授内容相关的精美图片和科教视频,补充教材内容的不足,从不同视角、不同阶段对重点内容进行阐释,帮助学生对难点的理解和掌握,例如,RNA干扰技术是一个比较抽象的概念和过程,课堂调查中发现学生很难理解双链RNA的产生、水解以及Dicer蛋白的作用过程等概念,在我们的实际教学过程中选用一段网络公开视频(Nature系列)通过三维动画模拟,使学生轻松地“看到了”生物体内RNA干扰过程,极大地帮助了学生对相关过程的认识和理解;(3)利用生物学分析软件演示促进学生理解,在现代分子生物学研究领域,无论是简单基因的比对分析还是复杂的蛋白质定向进化模拟都离不开专业的生物学分析软件,在教学方面利用生物学分析软件也可以达到事半功倍的效果,例如,在讲授蛋白质的编码基因序列(CDS)和开放阅读框(ORF)两个概念的时候,学生短时间之内无法深刻理解,如果使用生物学分析软件对一条基因进行分析演示,学生可以一目了然地“看到”CDS与ORF之间的联系与区别;(4)结合实例对重点理论进行剖析,例如基因表达调控部分内容,在目前的科学研究领域和实际工业化应用领域研究都极为广泛,但在实际教学时,由于知识点多,过程复杂,学生在学习过程中往往感觉到枯燥而不知所以然,此时即可在教学过程中结合某个具体的相关研究项目(例如硕士研究论文、博士研究论文或科研基金研究项目)的目的、意义和方法等进行讲解,达到理论学习与实际应用相结合,在实例中引出理论概念和过程。通过大量实例的讲解,不仅促进了学生对理论知识的理解和掌握,同时加深了学生对本学科的认识,拓展了学生的视野,培养了学生在实际应用中解决问题的思维能力。
2.3 强化实验教学
分子生物学是在实验论证的基础之上建立并发展起来的对实验技能要求很强的一门实验性学科,因此,分子生物学的教学也必须有实验教学作为支撑,只有在理论教学和实验教学相结合的模式下才能使学生学以致用,达到真正理解并掌握分子生物学的教学目的。对工科的生物工程类专业,实验教学具有举足轻重、不可替代的作用,是培养学生动手能力和创新能力的基础。在我们的实验教学改革中,将每个班分为10组,每组3~4人,每个学生可以且必须单独完成实验操作,掌握本专业应用最为广泛的基因工程操作技术中常用的经典方法。实验教学时间与课堂教学时间比例设置为1∶2,保障有1/3的教学时间用于实验教学。实验内容主要围绕基因工程操作技术经典的四个步骤进行,即目的基因的获取、重组载体的构建(克隆载体)、受体细胞(大肠杆菌)转化、结果验证(限制性酶切和PCR),在此过程中连续进行染色体提取、PCR技术、连接、大肠杆菌感受态细胞制备、转化、质粒提取、限制性酶切以及琼脂糖凝胶电泳检测等基本操作,使学生掌握DNA体外重组过程中使用的基本操作方法和技术原理。在上述实验过程中,多数实验步骤中都是微升级反应体系,对学生的动手能力和分析能力要求极高,因此,通过分子生物学实验教学可以培养并强化学生的“精细化”实验操作能力,为培养动手能力强,专业素质过硬,分析能力严谨的合格大学毕业生做出贡献。
3 结语
综上所述,我们分别从教学内容、教学方法和实践教学等三个方面对分子生物学进行了教学改革和探索,在初步改革的教学过程中学生不再感觉到枯燥和晦涩难懂,学生的学习兴趣也得到了显著提高。但是,教学改革是一项需要持续进行的复杂而重要的工程,我们需要继续在教学实践中不断地进行探索并总结经验,在经验总结的基础上进行改革,在改革实践中总结经验,以期构建一套与时俱进的教学体系,为社会培养和输送高素质的合格人才做出贡献。
关键词: 分子生物学 经典实验 教学应用
现代分子生物学在60余年的发展历程中,许多已被公认的理论与机制是通过一些非常著名的经典的实验发现或验证的。比如证明DNA是遗传物质的肺炎链球菌感染实验、噬菌体感染实验;又如DNA半保留复制机制的验证及冈崎片段的发现等[1]。这些实验设计精巧、论述严密,其中有的研究方法现在仍然在分子生物学的研究中使用。通过对这些经典工作的分析与回顾,可以为科研工作者提供解决问题思路提供帮助,也可以帮助本科及研究生在专业学习中了解研究方法,提高对相关理论的掌握程度。在实际教学中,许多教师以对研究实例的分析作为课堂教学的手段[2][3]。
但也有一些实验并不像前述的那些例子那么众所周知,特别是一些学科跨越较大、研究思路或方法已很少应用在现在的科研实践中、非主要的理论成果等的理论证明过程中。这些结论在多数分子生物学的教科书中一般都是一句带过或者根本不提及其研究的过程。但如果仔细分析这样的一些研究论文,则仍然可以从不同角度帮助相关学科学习人员对该研究点的理解与掌握。
本文以三个教学实例为主线,探讨经典实验的分析在分子生物学课堂教学中的应用。
1.提高学生学习的兴趣
生物学科理论知识的学习,尤其是《分子生物学》和《生物化学》,因其研究对象都是在分子水平上,看不见摸不着,很难形成感性认识。而且这两个学科知识涵盖面广,理论框架繁复。特别是《分子生物学》主要讲述分子的结构与作用机制,单纯以传统的课堂讲授的方式授课,会给学生枯燥无味的感觉。另外,《分子生物学》部分内容在初中、高中的生物课程中都或多或少地有所涉及,国内外生物院系的相关专业许多专业基础课如《普通生物学》、《遗传学》等课程也与《分子生物学》有内容重复的地方[4][5]。这些重复的内容给学生“复习”的感觉。而单纯通过增加学习的深度区分这些不同的课程的内容会加重烦躁的情绪。
通过引入一些经典实验过程及其结果分析的内容,可以在很大程度上提高学生对相关领域的兴趣,增进对这部分知识的了解。比如,“DNA是遗传物质”的论点就主要是在几个主要的实验基础上得到最后的确证的。在“分子生物学研究历史”章节中,从最早的核酸发现开始,让学生了解分子生物学发展之初的研究基础与背景,引导他们通过讨论及问答解决“验证什么是遗传物质”这一命题;然后将这一命题的验证过程中包括肺炎链球菌感染实验、噬菌体感染实验等几个重要的实验设计思路、原理、讨论一一阐述,并与学生的思路相比较。通过这种方法,可以有效地把纯粹的理论学习置入该理论产生的时代,通过“侦破”式的线索游戏,提高学生的学习兴趣。
另外,近年来诺贝尔生理与医学奖及化学奖许多奖项都授予了与分子生物学相关的一些工作,如2012年山中伸弥的多能干细胞的诱导等;通过介绍这些工作,既可以提高学生的学习兴趣,又可以把国际上的研究热点与分子生物学的发展方向介绍给他们[6],[7]。
2.启发学习过程中的创新思维
随着近年来基础教育的改革,学生创新思维不断得到发展,但应试的压力迫使中学阶段的教育在大多数的中学课堂遵循着以往的课堂讲授的方式,学生也更适应“老师讲,学生记”的灌输式的教育方式。如何在本科专业教学中进一步启发学生的创新思维是一项长期任务。
《分子生物学》本身是尚不完善的专业学科,新的知识新的发现和新的研究方法层出不穷。如小RNA的研究是近些年来分子生物学的研究热点[8]。小RNA的干扰作用的研究历史以故事的形式讲述,继而采用启发的方式引导学生讨论这一作用在研究中的应用[9]。通过这一启发过程,学生会充分了解在现代生物学研究中理论与技术的相互促进发展,鼓励他们对已有的知识充分思考,建立基础研究与社会应用间的联系,提高创新思维的主动性。
3.综合不同学科知识,开启学生进入科研殿堂之门
现代分子生物学在研究过程中综合了生物化学、遗传学、物理学、计算机科学等不同学科的技术与方法,目前的生物学研究也需要具备多学科知识的复合型人才。但限于实验条件与各学校的特点,大部分的教学实验室,尤其在多数地方性院校,几乎不可能具备条件让学生接触所有相关的实验过程,比如分子生物学最基本的放射性标记、分子杂交等。让学生知道这些技术、了解这些技术的原理与应用范围,对发展他们的科研思维具有重要意义。但仅通过幻灯片、多媒体等形式只能把这些方法的操作过程或仪器设备展示给学生,而不能让学生了解这些方法具体能做什么、得到什么样的结果、结果如何分析,等等。在经典的一些科研实例中,却不乏综合了多学科知识的精妙设计,对这些实例的分析可以具体地把其中使用的一些方法与技术的作用、结果分析等展示出来。
对于“mRNA的合成方向是5’―3’”这一过程的证明,早期发表的文献中便使用了多种不同的方法[10][11]。包括同位素标记、细菌生长曲线绘制、RNA的提取与纯化、RNA的浓度测定、RNA的碱水解等多种微生物学、生物化学的方法经过两个实验路线被串联起来,简单的方法却得到了可信的重要结论[11]。通过分析,学生认识到科学研究过程中结果讨论的严密性,认识到今天的许多成果与结论得来不易,改变他们“眼高手低”的惰性思想;另外,使他们认识到拓宽知识面在生活、工作中的必要性。
4.提高学生的检索能力和逻辑思维能力
学生自主学习的能力是他们走上社会后应对复杂环境的有力武器,对自主学习能力的培养要贯穿于整个教学工作过程。在教学实践中,一些细心的学生提出的一些有意义的问题,引导他们利用网络和图书馆资源,通过检索相关文献,得出问题的答案;最后与老师的结果对比印证。这种方法在提高学生自学能力的同时,提高了他们文献检索的专业技能,为他们未来的工作提供了一种新的工作方法。
仍以“mRNA的合成方向是5’―3’”这一问题为例。有学生在学习转录一章的内容后,想了解这一结论是通过什么方法获得的。但多个版本的《分子生物学》教学参考书中并没有提及这个问题。通过一些中文搜索引擎,也只能得到一些对这个问题并不确切的回答,只能查阅到在证明这个问题的过程中利用C14标记U。学生提出问题:起始和终止都有U,没办法证明转录的过程就是从5’到3’啊?
这个问题被作为课后作业布置给全班同学。在这个作业中,附带提醒学生注意这一问题作为研究热点所处的时间段,然后针对这个时间段通过学术检索系统检索最权威的文献。结果学生通过谷歌的学术搜索搜到了1960年表的两篇最相关的文献[11]。讨论后经过综合,这一验证过程可以描述如下:大肠杆菌在耗光培养基中所有的U后,0℃培养以放慢其mRNA合成的速度;加入放射性标记的U,在不同的时间点取细菌提取RNA,测定放射性掺入RNA的速度;用碱水解的方法从3’末端水解mRNA,最后检测水解后的单核苷酸及RNA的放射性。如果转录是从3’向5’方向的,那么单核苷酸中的放射性与RNA中放射性的比值会随着细菌培养时间的增加而减小;如果转录是从5’向3’方向,则这个比值会随着培养时间的增加而增加。实验的结果证明转录的方向是从5’向3’的。
通过这个作业,学生了解了专业文献检索中的一些方法,同时对前人工作中的逻辑推理过程也有了一定了解。另外,这个过程还帮助学生回顾了微生物培养中的生长曲线、RNA的生物化学性质等其他相关学科的知识。
总之,在《分子生物学》的教学过程中,充分利用经典实验的分析,可以在多方面强化教学效果,提高学生学习与掌握分子生物学基础知识与技能的能力。当然,这个过程要求任课教师充分了解学科发展历史和前沿,也需要系统的教学参考书籍、教学方案及媒体的支持。这需要一线教学工作者付出巨大努力,结合自己的科研,建立适合分子生物学这一重要的专业课程自身特点的教学方法,为国家与社会的发展培养更优秀的人才。
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分子生物学(molecular biology)是在分子水平上研究生命现象的科学,通过研究生物大分子(核酸、蛋白质)的结构、功能和生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。分子生物学的兴起是自然科学的一件大事,它使整个生命科学的研究上升到一个全新的阶段。在实际应用方面,它是培养造就生命科学类高级专门人才所需基本素质的重要课程。该课程在我校生物工程、生物技术等本科专业中开设,为专业核心课程。在实际教学中,因分子生物学课程体系知识点多,抽象复杂,逻辑性强,而新理论、新技术更新快,学生学习有困难,在短时间内很难掌握。针对上述课程教学中存在的突出问题,也为贯彻落实我校应用型人才培养目标,激发学生学习兴趣,提高学习效率,使其全面系统地掌握分子生物学理论和技术,近几年来本教研室从该课程师资队伍建设、教学内容、教学方法与手段、教学网站建设、实验教学、学生科研训练等方面进行了积极的改革与探索。
1引进培养优秀青年博士,推动教师队伍建设
教师队伍建设是课程建设的重要内容,关系到课程教学的质量和人才培养的水平。近几年间,分子生物学课程团队先后引进了来自中科院、“985”、“211”等全国知名科研院所的多名优秀博士。通过“传帮带”,教学指导委员会随机听课、学评教信息反馈,组织讲课竞赛,安排青年教师参加全国性高校生物教学改革研讨会等措施帮助青年教师成长,提高教学水平。
此外,每年课程团队选派1-2位青年教师出国访学,选派1-2位教师在国内外知名高校开展博士后研究。通过人才引进及培养,分子生物学课程主讲教师达8人,现有教授1人、副教授3人、讲师4人,全部具有博士学位。课程团队教师本着以科研带教研、以教研促科研、全员参与,注重实效的原则,积极申报科研项目和教研项目,目前本课程团队教师均承担多项国家级、省市级、校级研究课题和教研课题,为教学工作的不断更新和充实奠定了坚实的基础。
2加强教学内容改革、丰富教学方法和手段,提高教学质量
教材是教学思想与教学内容的重要载体,普通班选用目前生物类应用较为广泛的朱玉贤等主编的第四版《现代分子生物学》作为教学教材,“钱学森实验班”实行双语教学选用Turner等主编教材《Instant notes molecular biology》。因分子生物学章节、知识点多,将教学内容进行了模块划分,围绕中心法则,重点讲解染色体与DNA、转录、翻译、基因表达调控,将分子生物学研究技术与基因工程操作技术有机结合,此外以学术报告的形式结合授课教师的研究方向讲解分子生物学进展及重大事件。
普通本科班的教学,我们主要采用以核心知识为抓手,运用研讨式、思维导图等教学手段设计课堂教学。授课之前教师根据每章节核心知识点设计问题,布置学生预习,课堂上启发学生运用所学知识讨论解决问题的方式方法,教师在研讨过程中只起到调动、协助及课堂控制的作用。“钱学森实验班”采用渗透式混语及计算机多媒体辅助相结合的教学方法进行授课。渗透式混语即先用英文表达,然后用中文讲解、阐述,使学生听懂英文,并理解英文表达的专业知识,最后重复一遍英文表达。计算机多媒体辅助教学能将文字、图形、声音、动画、视频等多种信息加工组合在一起,把抽象难懂的书本知识转换成图文并茂、情景交融的直观形象,降低学习的难度,提高学生的理解程度和能力。
3整合资源,建立优化教学网络平台
教学团队自2012年建立校级分子生物学精品课程网站,使传统教学方式和现代化教学手段相结合,尝试开展网络教学。随着近几年的建设,精品课程网站设立课程介绍、教学大纲、教学课程录像、多媒体课件PPT、习题册、动画视频专区以及网上答疑服务区等自助学习项目,便于学生选择自己喜爱的方式进行预习、自学及复习。现代信息技术的应用,有效地实现多样化的教学互动,扩展教学的时空和教学信息量,实现因材施教的个性化教育,从而显著增强教学效果,提高教学效率。
4建立探究式的实验教学方法,培养学生创新精神
以验证性、综合性和设计性实验整合分子生物学实验课程内容,从DNA、RNA、蛋白三个水平介绍分子生物学常用实验操作技术,使学生较全面和深入理解分子生物学以DNA复制、RNA转录和蛋白质合成为核心的中心法则。此外,为学生创设一种科学研究的情境和途径,以类似科学研究的方式,指导学生查阅文献,设计实验方案,实施实验流程,分析实验结果,撰写实验报告,并整理成实验课程论文。探究式的实验教学方法使整个实验从头至尾大部分工作均由学生完成,明确突出学生的主体地位,培养学生的团队合作精神和创新精神。
5搭建专家讲座平台,提供学生科研助理岗位,培养学生科研能力