董麗麗 王婉晴 楊飛 王團團

摘? 要：科學技術的進步為分子生物學技術的快速發(fā)展提供了契機。分子生物學技術在解析復雜環(huán)境問題上獨特的作用越來越引起學者的廣泛重視，全國各大高校的環(huán)境類專業(yè)也逐漸將環(huán)境分子生物學技術作為本專業(yè)研究生的選修課程甚至主修課程開設。文章著重就研究生教學中該課程的教學內容、教學形式、考核方式等方面展開探討，以期為開設了環(huán)境分子微生物學技術相關課程的學校在教學設置與安排方面提供有益的借鑒與參考。為加強環(huán)境分子生物學技術課程建設和教學改革推進提供理論和實踐經驗。

關鍵詞：環(huán)境分子微生物學；課程建設；研究生教學

中圖分類號：G640? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）20-0123-04

科學技術的進步對地球生態(tài)環(huán)境系統而言是一柄雙刃劍，一方面帶來了社會經濟突飛猛進的發(fā)展、人類生活水平的普遍提高及人類文明的進步，另一方面也造成了全球尺度的環(huán)境污染和能源危機［1］。近年來，一些新環(huán)境問題、新環(huán)境污染物等進入大眾的視野，給人類的生存發(fā)展帶來了極大的風險，給人類生命健康帶來了極大的威脅［2-4］。大量的人工合成物質潮水般涌入并滲透日常生活的每個角落，而這些使用頻繁的合成物質多數為大分子化合物，很難被天然微生物直接降解，部分物質具有一定的生物毒性，這也為地球生態(tài)系統平衡和可持續(xù)發(fā)展帶來了很大的挑戰(zhàn)。分子生物學的迅速發(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、蛋白質等生物大分子以及蛋白組學、酶組學、基因組學等是分子生物學研究對象，基于其形態(tài)、結構、功能以及相互關聯性和規(guī)律性的來揭示一定的內在分子機制［7］。環(huán)境分子微生物學是在這種大背景下迅速發(fā)展起來的環(huán)境科學與分子生物學的交叉學科。該學科的快速發(fā)展為環(huán)境相關領域基礎的科學研究和新技術開發(fā)提供了新的思路和基礎，且已在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質降解和檢測及廢物處置與資源化等領域得到廣泛的應用。分子生物學技術在清潔可再生能源開發(fā)、環(huán)境友好材料合成、生物探針開發(fā)及生態(tài)環(huán)境修復等領域也發(fā)揮了極為重要的作用［7-10］。因此，在環(huán)境類學科的教學體系中開設環(huán)境分子微生物學課程的重要性不言而喻。

中國共產黨第二十次全國代表大會的勝利召開，代表著中國特色社會主義邁上現代化國家新征程。面對國際社會前所未有的“大變局”，我國的發(fā)展進入了“新時代”與“大變局”疊加的新發(fā)展階段［11-12］。如何應對“大變局”中的危機與挑戰(zhàn)，關系到我國“兩個百年”奮斗目標能否順利實現，研究生教育作為國家培養(yǎng)科技人才的重要環(huán)節(jié)，肩負著為社會輸送大量優(yōu)秀專業(yè)人才的責任。為適應新時代的教學要求，研究生教育的教學改革和優(yōu)化培養(yǎng)方式已成為高校教學基本建設的重要內容，其最主要的抓手就是改變教學方式和思路，探索新的課堂模式［13］。作為一門新興的交叉性學科，環(huán)境分子微生物學的知識點涉及的學科范圍廣，內容前沿性強，且新理論和新技術迭代迅速，對課程教學帶來了巨大的挑戰(zhàn)。環(huán)境分子微生物學涉及知識面廣、內容繁多、知識體系龐雜，無論是理論的抽象性、煩冗性，還是實踐操作的重要性、多樣性，都給具體的教學帶來了相當的挑戰(zhàn)。由于高校教學中實踐實驗課教學的欠缺，很多高校在教學中往往“重理論，輕實踐”，這就導致學生往往對這門課程的學習產生了畏難情緒［14-15］。海南大學從2020年開始，將“環(huán)境分子微生物學技術”納入環(huán)境科學、環(huán)境科學與工程專業(yè)研究生培養(yǎng)的選修課程中，教學團隊密切關注教學過程中的各種問題、同學生多次溝通獲得反饋和建議，逐步積累、積極探索、及時調整教學內容及方案，吸收國內其他高校開設相同課程的建設經驗和方法，綜合分析了該課程開設過程中存在的問題和阻礙，總結了該課程教學的核心內容和手段。實際教學過程中，教學團隊主要在轉變教學內容、優(yōu)化教學方法、靈活設置教材內容和采用多元化的考核方式等方面進行課程建設和探索，這些探索給該門課程教學注入了新的思路和手段，以期為提升高等院校環(huán)境分子微生物教學質量及培養(yǎng)素質型專業(yè)人才提供有益參考。

一、傳統環(huán)境分子生物學教學模式存在的問題

（一）環(huán)境分子生物學教學現狀

環(huán)境分子生物學作為一門新興的交叉學科，許多基礎理論知識和專業(yè)操作技能來源于分子生物學學科。然而對于在本科學習階段普遍缺少分子生物學教育背景的環(huán)境專業(yè)的研究生而言，該課程專業(yè)性強，枯燥乏味，深奧難懂［16］。不同專業(yè)背景的學生無論是在分子生物學的理論知識水平還是實際操作技術水平都參差不齊，因此如何在教學過程中合理地設置教學內容，深入淺出，保證課程內容能照顧到絕大多數學生的需求，是任課教師面臨的最大挑戰(zhàn)。作為多學科交叉融合的新興學科——環(huán)境分子生物學，其理論知識、實驗技術和分析手法層出不窮，傳統教學中由于課程設置等多方面的原因，往往采用“重理論，輕實踐”的教學方式，或將理論教學和實驗實踐教學割裂開來，造成“教”“學”雙方都很困擾，因此“教”和“學”相長更無從談起，嚴重影響了該課程教育教學目的的實現［17］。但是在環(huán)境污染治理領域的研究中，借助熒光定量PCR、DGGE技術、FISH技術、蛋白質組學、酶組學、宏基因組學、細胞凋亡和周期等相關分子生物學的知識來揭示深層次的機理越來越重要，如果不能將理論教學與實踐教學或視頻微課教學等其他教學手段有效結合，學生將很難理解和消化。此外，環(huán)境分子生物學授課沒有一本完備的針對性強的教材。

（二）理論和實踐教學分離

環(huán)境分子生物學教學只有理論和實驗相輔相成，才能使學生建立完整的知識體系，而實驗實踐教學的設置更能加深對分子生物技術的理解和吸收。雖然目前大部分高校開設的分子生物學課程在教學大綱上都安排了實驗課，但是由于一個完整的分子生物學實驗的周期性長，幾個至十幾個學時往往只能完成實驗的一個或幾個步驟，不足以讓學生完成整個實驗。特別在重要的實驗準備方面，由于關鍵材料的準備時間長，基本都是由教師或實驗員負責完成，這一定程度上造成學生參與度很低，無法全面掌握分子生物技術的操作，達不到幫助學生培養(yǎng)科研思路和借助分子生物學技術提高學生解決相關環(huán)境問題的能力的目的。

（三）傳統的教學模式

研究生教育教學的根本目的在于激發(fā)學生創(chuàng)新創(chuàng)造的能力。傳統的教學模式以教師為中心、以填鴨式教學為主，課堂教學只重視專業(yè)領域基礎知識的灌輸，缺乏提升學生創(chuàng)新能力的教學過程，很難幫助研究生培養(yǎng)創(chuàng)新能力和形成科研思維能力。隨著教學方式的多樣化，一些任課教師設置了師生互動環(huán)節(jié)，但由于分子生物學的知識晦澀難懂，學生很難被調動起來。

目前“依賴性”思維模式是很多學生在這種教學情景下逐漸出現的共性問題，并已經影響到其研究生階段的學習及課題研究。很多學生往往缺乏主動學習的興趣，對研究課題沒有主動的思考的習慣，創(chuàng)新性更是無從談起。因此，需要教學改革打破傳統的教育教學模式，更加關注學生的課堂的主動性，給學生以自信、自由，促進學生德智體美勞五維度綜合素質的提高，激發(fā)研究生的創(chuàng)新思維。

（四）教材適應性較弱

目前開設環(huán)境分子生物學課程的高等院校缺乏有針對性的理論教材和實驗實驗教材。通常借助相關的《分子生物學》和《現代分子生物學》等相關書籍，更多的是授課教師根據教學大綱整理的教學用課件作為參考，不同專業(yè)背景的教師制作的課件在內容與設置上又千差萬別。海南大學開設的環(huán)境分子生物學技術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)境分子生物學教程》一書中的相關內容［18］。但由于關于分子生物迅速發(fā)展，新技術層出不窮，所亟須一本完備的環(huán)境分子微生物技術教材來滿足環(huán)境科學、環(huán)境工程等相關學科課程建設和教學質量的提升的需求。

二、優(yōu)化教學內容設置和教學手段

（一）構建“1+1”的漸進式教學內容體系，夯實理論基礎

環(huán)境類學科是綜合學科，與實踐高度緊密結合的學科。這就要求在該學科研究生培養(yǎng)過程中，應該更加注重學生創(chuàng)新能力、綜合分析能力的培養(yǎng)。如何從教學內容的新穎性和教學方法和手段的先進性上滿足培養(yǎng)和教學目的是本次教學改革探索的內容之一。基于這個理念，環(huán)境分子微生物學技術的課程內容布置不僅要涵蓋重要的基礎理論知識，還要緊密結合案例教學部分。根據以往的教學經驗，提出構建“1+1”的漸進式教學內容體系。

其中一個“1”即基礎，基礎部分教學主要指理論知識教學，應涵蓋分子生物學起源及遺傳物質的本質、核酸的組成與結構、DNA復制與轉錄、蛋白質的生物合成、基因表達調控等的理論基礎，有針對性地加強環(huán)境微生物基因組和蛋白質組分析、環(huán)境微生物群落結構和動態(tài)研究、常用數據庫介紹（如National Center for Biotechnology Information，簡稱NCBI等）以及環(huán)境分子微生物技術案例解析。

另一個“1”即專業(yè)技能教學內容，如有條件，可以結合理論知識，開展相應的實驗教學。對于缺乏分子生物學相關實驗教學設備設施的高校，可以考慮采用微課教學。即利用多種渠道獲取相關分子微生物學技術的視頻，包括目前常用的分子生物學檢測技術的操作過程示范，結合微課教學形式提高學生對分子微生物學技術原理的深入理解，強化實踐和應用能力培養(yǎng)。

（二）采用線下+線上的新型教學手段，強化應用導向

教學手段是保證教學任務順利完成的先決條件之一。充分利用現有的良好教學資源，開展“線下+線上”的新型教學手段探索，優(yōu)化課堂結構、激發(fā)學習積極性、提高教學質量。理論知識講授部分應改變傳統的教學模式，轉向關注學生的存在價值，在教學過程中努力提高學生的參與度。貫穿課堂的教學方法主要采用數字幻燈、示教、計算機線上資源查找及PCR、DNA復制與轉錄等分子克隆技術相融合的教學手段，讓學生在理論中實踐、在實踐中學習，利用網絡資源協作分析解決問題，最大限度地發(fā)揮學生的主觀能動性，讓學生成為課堂的主角，從而達到實現全面提升綜合素質的新時代教育理念，系統培養(yǎng)學生對環(huán)境分子微生物學理論、技術和思維的認知理解及思考能力。

三、適宜的教材建設

研究生授課往往沒有固定教材，課程理論內容的講授主要參考李永峰、那冬晨等主編的《環(huán)境分子生物學教程》和朱玉賢主編的《現代分子生物學》［18-19］。這些教材雖然能作為研究生學習分子生物學基礎的參考，但缺乏適宜環(huán)境學科研究的專門技術，限制了很多環(huán)境問題在分子生物學層面的研究和揭示。層出不窮的分子生物學新實驗技術的產生迫使高校要緊跟科技發(fā)展前沿，在強化理論基礎的同時及時進行知識更新，讓學生及早了解和掌握該方向的動態(tài)與進展。因此，目前，海南大學教學團隊正在編寫適合環(huán)境學科研究生學習的簡明環(huán)境分子生物學理論及實驗教程。

四、建立開放式學業(yè)考核方法，強化主體意識和綜合素質

為了充分體現環(huán)境分子微生物學課程的特點，就要改變以往課程考核以考勤、課堂表現和課程匯報三部分作為成績評定主要依據的考核方式，探索新的考核方式，合理評價學生學習水平，建立開放式學業(yè)考核方法。在具體實踐中，在課程結束時安排了理論與實踐相結合的考核方式。改革后的課程考核，提高了平時成績在最終成績中的占比，最終成績由平時成績、課程論文和實踐三個部分組成。課程論文采用綜述論文的形式，學生可以結合自己的研究方向和課程內容，選擇自己感興趣的分子微生物學技術發(fā)展歷程進行綜述，在全面闡述該技術的同時整理形成論文，以規(guī)范的論文發(fā)表格式進行撰寫。此舉既讓學生對自己感興趣的分子生物學技術進行了深入的了解和探討，又培養(yǎng)了他們學術論文的寫作能力，提高了學習完成課程論文的積極性。實踐考察采用DNA提取以及熒光定量PCR的操作作為基礎的操作技能進行考核，通過考核，學生基本掌握了分子生物學技術在環(huán)境學科中的基本操作過程。改革后的考核方式，使學生對分子微生物學課程的興趣及相關技術的理解和掌握大大提高，達到了課程設置的初衷。

五、總結

綜上所述，教學改革后的課堂，使用良性的師生互動和多方位的實踐、實驗教學手段不但能彌補傳統教學的短板，還能提高課程設置的完整性。學生在的多樣的教學環(huán)境中，既能掌握環(huán)境分子微生物學的基本原理和技術方法，又能提升科研能力和科研思維，還能鍛煉科技論文的寫作能力。本研究探討了研究生階段環(huán)境分子微生物技術課程教學方法方式的改革，以期通過師生的共同努力，使得該門課程教學不再局限于一本書、一門課、一次階段性的學習，而是將提高學生的學術素質與專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)高素質復合型人才作為教學的最終目標。

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（責任編輯：汪旦旦）

基金項目：海南大學校級教改項目《環(huán)境分子微生物學技術》課程建設探索（項目編號：RC2200002347，主持人：董麗麗）。

作者簡介：董麗麗（1986—），女，博士，海南大學生態(tài)與環(huán)境學院副教授，研究方向為廢棄物資源化及能源化理論技術與裝備、環(huán)境微生物系統微生物學與生態(tài)學；王婉晴（1998—），女，碩士在讀，海南大學生態(tài)與環(huán)境學院，研究方向為農業(yè)廢棄物資源化和能源化利用；楊飛（1967—），男，博士，海南大學生態(tài)與環(huán)境學院研究員，研究方向為污水資源化利用；王團團（1989—），女，博士，海南大學生態(tài)與環(huán)境學院講師，研究方向為微量有機污染物環(huán)境行為和植物修復。