摘 要 分子生物學(xué)實驗課程是分子生物學(xué)理論課程的重要補充，對于深化學(xué)生對分子生物學(xué)基礎(chǔ)理論的理解以及推動相關(guān)研究至關(guān)重要。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式側(cè)重于對實驗基本操作能力的培養(yǎng)，在培養(yǎng)學(xué)生的明辨性思維和創(chuàng)新意識方面存在不足。在分子生物學(xué)實驗教學(xué)實踐中引入科學(xué)史相關(guān)案例教學(xué)法，并采用啟發(fā)式教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生積極參與討論，可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的明辨性思維和創(chuàng)新意識，也有助于實現(xiàn)課程的思政教育目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 分子生物學(xué)實驗；案例教學(xué)法；科學(xué)史；微課；課程思政；虛擬仿真實驗室

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）20-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.20.141

1 分子生物學(xué)實驗教學(xué)改革概況

分子生物學(xué)是當(dāng)今生物學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最快的學(xué)科之一，其研究方法與技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生物學(xué)的諸多分支學(xué)科。分子生物學(xué)作為一門實踐性較強的學(xué)科，掌握分子生物學(xué)實驗技術(shù)的基本原理、主要操作步驟、實驗結(jié)果分析，了解這些實驗技術(shù)在相關(guān)研究中的實際應(yīng)用，對于真正掌握分子生物學(xué)基本理論以及開展分子生物學(xué)后續(xù)研究至關(guān)重要。

不同高校由于辦學(xué)條件相差較大，分子生物學(xué)實驗在項目安排和內(nèi)容設(shè)置上也會有較大的差異。隨著教育信息技術(shù)的快速發(fā)展，線上線下混合式教學(xué)模式的應(yīng)用日趨廣泛。以中國大學(xué)MOOC平臺為例，其“分子生物實驗”模塊上線了北京師范大學(xué)、廈門大學(xué)的國家精品課和中山大學(xué)、中南大學(xué)、蘭州大學(xué)的相關(guān)課程，課程內(nèi)容包括理論講解、操作視頻、拓展學(xué)習(xí)和單元測試等，可以使學(xué)習(xí)者較好地掌握相關(guān)實驗的基本操作技能。教師也可以借助優(yōu)勢的共享課資源，構(gòu)建更為靈活的課程學(xué)習(xí)與評價模式。

除此之外，虛擬仿真實驗平臺的應(yīng)用也成為分子生物學(xué)實驗的重要補充。在國家虛擬仿真實驗教學(xué)課程共享平臺上，浙江大學(xué)的“模式植物擬南芥CRISPR/Cas9基因編輯”、青海大學(xué)的“抗逆基因的分離克隆與表達(dá)分析”、吉林大學(xué)的“古生物骨骼痕量DNA提取”、云南大學(xué)的“基于DNA分子技術(shù)重建植物的進(jìn)化歷史”等虛擬仿真實驗均可模擬實現(xiàn)真實實驗中較難完成的實驗過程。一些較為簡單的虛擬實驗操作系統(tǒng)也可用于實驗的預(yù)習(xí)或復(fù)習(xí)，幫助學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識和實驗技能[1]。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的逐步成熟和平臺共享機制的日益完善，虛擬仿真實驗有望在分子生物學(xué)實驗教學(xué)中發(fā)揮更為積極的作用。

2 微課與案例教學(xué)法

傳統(tǒng)的分子生物學(xué)實驗教學(xué)模式主要側(cè)重于對實驗基本操作能力的培養(yǎng)，但是“滿堂灌”的教學(xué)模式很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如果只是要求學(xué)生按照課本的步驟進(jìn)行操作，學(xué)生知其然不知其所以然，既無法提高實驗技能，也無法加深對實驗的理解。如果對教學(xué)模式進(jìn)行改革，采取“微課—翻轉(zhuǎn)課堂”模式，則可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，幫助他們切實提高實驗技能[2]。

在分子生物學(xué)實驗的微課設(shè)計方面，除了實驗的基本原理和操作之外，也可以適當(dāng)添加一些科學(xué)史內(nèi)容。在分子生物學(xué)發(fā)展過程中，出現(xiàn)過許多意味深長的科學(xué)事件，對于本學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。但是在課堂教學(xué)中，出于學(xué)時數(shù)的限制，教師往往只是簡單地介紹結(jié)論，而無法深入介紹結(jié)論的由來，導(dǎo)致學(xué)生對相關(guān)機制的掌握過于膚淺，不利于學(xué)生思維能力的培養(yǎng)[3]。

案例教學(xué)法（Case Based Learning，CBL）是一種以案例為基礎(chǔ)的教學(xué)方法，通過在教學(xué)過程中引入相關(guān)案例，引導(dǎo)學(xué)生對案例進(jìn)行思考、分析與討論，培養(yǎng)學(xué)生從現(xiàn)象中提煉問題、全方位分析問題和有效解決問題的綜合能力[4]。案例教學(xué)法起初多被用于法學(xué)教學(xué)，后逐漸應(yīng)用于其他學(xué)科。

在分子生物學(xué)實驗中，PCR擴增、感受態(tài)細(xì)胞的制備、質(zhì)粒的酶切、外源DNA片段的連接等環(huán)節(jié)均耗時較長，等待時間較多。教師可將科學(xué)史上的經(jīng)典研究案例加以總結(jié)提煉并設(shè)計為微課，引導(dǎo)學(xué)生積極討論，對于學(xué)生明辨性思維和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)都有很大的幫助。

3 課程思政實踐

課程思政是近年來高校課程教學(xué)改革的重要方向之一，是將德育貫穿課堂教學(xué)過程，在傳授專業(yè)知識的同時，以潤物無聲的方式提升學(xué)生的思想政治素養(yǎng)。在具體教學(xué)實踐中，由于分子生物學(xué)內(nèi)容較為抽象難懂，學(xué)習(xí)難度較大，如果思政元素的融入過于生硬，容易造成片面說教的刻板印象，不利于增強教學(xué)效果。課程思政不同于思政課程之處在于，不是每一個專業(yè)知識點都適合做融入點，需要教師仔細(xì)思考、精心挑選，才能引起學(xué)生的情感

共鳴[5]。

在此情況下，有些學(xué)校采取更為靈活的教學(xué)方式。例如：贛南醫(yī)學(xué)院將課程思政顯性教育與隱性教育相結(jié)合，構(gòu)建起靈活的第二課堂與競賽體系，采用課程思政微課視頻大賽、生物化學(xué)歌曲大賽等形式，鼓勵學(xué)生自主發(fā)掘課程中的思政元素，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷與科研精神等[5]。在理論課教學(xué)過程中也可以借助科學(xué)史上的相關(guān)案例，更好地實現(xiàn)課程思政內(nèi)容的融入，在調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，也有助于思政教育目標(biāo)的實現(xiàn)。

4 教學(xué)案例設(shè)計與實踐

4.1 綠色熒光蛋白的發(fā)現(xiàn)及表達(dá)模式的解析

4.1.1 教學(xué)案例

綠色熒光蛋白（green fluorescent protein， GFP）是在水母中發(fā)現(xiàn)的一種蛋白質(zhì)，在藍(lán)色波長范圍的光線激發(fā)下會發(fā)出綠色的熒光。通過分子生物學(xué)技術(shù)，綠色熒光蛋白基因可以與其他蛋白融合，使細(xì)胞中不可見的蛋白變得可見，進(jìn)而可以精確觀測蛋白質(zhì)的活動。綠色熒光蛋白的發(fā)現(xiàn)及其相關(guān)研究斬獲了2008年諾貝爾化學(xué)獎，參與其中的科學(xué)家的探索之旅堪稱科學(xué)史上的一段傳奇佳話。

4.1.2 教學(xué)設(shè)計

綠色熒光蛋白的發(fā)現(xiàn)及其后的研究歷時數(shù)十年，其中經(jīng)歷了分子生物學(xué)技術(shù)的興起和高速發(fā)展時期。對于相關(guān)重要技術(shù)的原理和步驟的單純講解往往較為枯燥，但是結(jié)合實際應(yīng)用就會讓學(xué)生更好地理解其中的科學(xué)性和實用性，從而掌握實驗設(shè)計的巧妙之處。通過描述案例中問題產(chǎn)生的具體過程，使學(xué)生對科研過程中可能遇到的問題產(chǎn)生直觀印象；其后可通過小組討論的方式，讓學(xué)生更好地思考解決問題的種種方案及其利弊。在整個教學(xué)過程中，讓學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，可以取得更好的教學(xué)效果。

4.1.3 課程思政

1）提倡不畏艱難、勇于創(chuàng)新的科研精神。在綠色熒光蛋白研究的早期階段，研究人員需要從水母中分離獲取純化后的熒光蛋白。由于水母中熒光蛋白含量極低，純化過程的工作量極大且結(jié)果無法預(yù)期，來自日本的學(xué)者下村修通過12年的不懈努力，終于純化出GFP的結(jié)晶。而想要進(jìn)一步研究GFP的發(fā)光機理，預(yù)計還需要消耗100毫克的GFP。但是下村修每年夏天打撈的4萬多只水母中只能純化出20毫克的GFP。于是他又通過連續(xù)五年的積累，直到1979年才初步鑒定了GFP的熒光生色團(tuán)。下村修的研究過程生動地體現(xiàn)了不畏艱難、勇于創(chuàng)新的科研精神，可以讓學(xué)生真切感受到科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性、踏實性、規(guī)范性，有助于培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)、追求真理、探索創(chuàng)造的科學(xué)精神。

2）理解科學(xué)研究的競爭性和實效性。在綠色熒光蛋白的研究過程中，當(dāng)研究者普瑞舍克隆出GFP的cDNA并將之導(dǎo)入大腸桿菌中表達(dá)時，并沒有能在顯微鏡下觀察到熒光。導(dǎo)致實驗失敗的原因可能是什么呢？普瑞舍最終放棄繼續(xù)研究的理論依據(jù)是什么？而后續(xù)查爾菲實驗室又是通過什么技術(shù)使得大腸桿菌發(fā)出了熒光呢？通過引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的討論，可以讓學(xué)生更好地理解科學(xué)研究的競爭性和實效性，在此過程中培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力。

3）樹立正確的人生觀和價值觀。因為綠色熒光蛋白作為研究工具的重要性，2008年諾貝爾化學(xué)獎被授予下村修、查爾菲和錢永健三人。還有一位重要的研究人員普瑞舍，他在克隆出綠色熒光蛋白的基因之后因申請不到更多的經(jīng)費而放棄了后續(xù)研究，由于諾貝爾獎的人數(shù)限制而未能獲獎。現(xiàn)今的科學(xué)研究已經(jīng)越來越像一項系統(tǒng)工程，任何突破都是很多人為之努力的結(jié)果。綠色熒光蛋白的研究過程中也有許多普通研究者貢獻(xiàn)了自己的努力和智慧，他們同樣是在為人類的科技殿堂添磚加瓦，同樣值得敬仰和學(xué)習(xí)。

4.2 基因編輯技術(shù)的發(fā)展

4.2.1 教學(xué)案例

基因編輯技術(shù)是現(xiàn)今最重要的生物技術(shù)之一，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種生物的基因功能檢測和遺傳改良。其中，CRISPR-Cas9技術(shù)可以通過識別和精確地切割DNA序列來編輯基因，從而實現(xiàn)基因片段的精確編輯、添加或刪除，具有成本低、操作簡便、快捷高效等優(yōu)點，為生命科學(xué)領(lǐng)域帶來巨大變革。2020年諾貝爾化學(xué)獎被授予對CRISPR-Cas9的發(fā)展和應(yīng)用作出重要貢獻(xiàn)的卡彭蒂耶和杜德納兩位科學(xué)家。

4.2.2 教學(xué)設(shè)計

幾千年來，人類一直在嘗試對生物性狀進(jìn)行定向改良，包括目的性狀的定向選擇、雜交、定向誘變、倍性育種、轉(zhuǎn)基因等。通過自主查找資料和小組討論的方式，學(xué)生可以對這些方法的優(yōu)缺點有較為明確的認(rèn)知。通過對轉(zhuǎn)基因黃河鯉魚和基因編輯嬰兒事件的討論，學(xué)生可以加深對于學(xué)術(shù)規(guī)范與學(xué)術(shù)倫理的認(rèn)識。

4.2.3 課程思政

1）嘗試多角度考慮問題，培養(yǎng)辯證思維能力。2023年12月25日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布公告，10個轉(zhuǎn)基因大豆品種和37個轉(zhuǎn)基因玉米品種獲得生產(chǎn)經(jīng)營許可證，這意味著從2024年開始，轉(zhuǎn)基因大豆和玉米可以在我國商業(yè)化種植。分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展大大加快了農(nóng)作物的選育過程。1991年，朱作言院士團(tuán)隊將草魚的生長激素基因?qū)朦S河鯉魚基因組，開發(fā)出擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因鯉魚，在同等養(yǎng)殖條件下可以縮短一半的養(yǎng)殖周期，大大降低養(yǎng)殖成本。但是，轉(zhuǎn)基因生物體的安全性一直是備受爭議的話題之一。作為遺傳修飾生物體，轉(zhuǎn)基因鯉魚的上市需要經(jīng)過漫長的試驗和審批過程，才能進(jìn)入環(huán)境釋放階段；通過這一關(guān)后，還需要進(jìn)行生產(chǎn)性養(yǎng)殖試驗才能拿到安全證書，其后還需要申請品種認(rèn)定才能上市。2012年，美國批準(zhǔn)轉(zhuǎn)基因大西洋鮭魚上市，但是我國的轉(zhuǎn)基因鯉魚至今還沒有上市。通過這一事例，可以引導(dǎo)學(xué)生展開討論，嘗試從資源、環(huán)境、市場等角度考慮問題，從生物安全與糧食安全等不同方面進(jìn)行轉(zhuǎn)基因生物體的利弊分析。

2）了解學(xué)術(shù)規(guī)范，遵守科學(xué)道德和學(xué)術(shù)倫理。2018年11月，南方科技大學(xué)的賀建奎團(tuán)隊宣布，兩名基因被編輯過、能夠?qū)Π滩∶庖叩呐畫肼堵逗湍饶仍谥袊錾Ｊ澜缡桌蚓庉媼雰旱恼Q生迅速成為輿論焦點并引發(fā)公眾的廣泛關(guān)注，最終，賀建奎被判處有期徒刑三年，并處罰金人民幣300萬元。通過引導(dǎo)學(xué)生對此事件進(jìn)行討論，可以幫助學(xué)生樹立正確的職業(yè)道德觀，使學(xué)生牢記以創(chuàng)新性科研工作推動社會發(fā)展和人類進(jìn)步的同時，必須遵守科學(xué)道德和學(xué)術(shù)倫理規(guī)范以及相關(guān)國際規(guī)則。在實驗課程結(jié)束之后也可增設(shè)主題為“基因編輯之我見”的課后作業(yè)并通過學(xué)生互評，篩選學(xué)生喜愛的小文章發(fā)布到雨課堂班級群，并以此作為成績考核加分項[6]。

5 結(jié)束語

在分子生物學(xué)實驗教學(xué)過程中，通過經(jīng)典案例的講述與分析，既可以讓學(xué)生更好地理解實驗原理，也可以讓學(xué)生看到問題提出、探索與解決的全過程，有效提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。思政元素的融入不僅可以使理論知識變得更加有吸引力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可以幫助學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，從而達(dá)到增強學(xué)生綜合素質(zhì)的目的[7]。在整個教學(xué)過程中，教學(xué)團(tuán)隊需要密切配合，每一位教師都要深入挖掘相關(guān)的教學(xué)案例，將鮮活的事例與課程內(nèi)容緊密結(jié)合，提高課程教學(xué)的學(xué)術(shù)思維水平；也要通過合適的教學(xué)手段調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，創(chuàng)造和諧的教學(xué)氛圍，達(dá)到教學(xué)相長的效果。

6 參考文獻(xiàn)

[1] 李佩珍，應(yīng)俊，金晶，等.分子生物學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)模式的探索[J].實驗技術(shù)與管理，2019，36（11）：99-100，104.

[2] 王來，趙海鵬，董薇，等.基于“微課—翻轉(zhuǎn)課堂”的

分子生物學(xué)實驗教學(xué)改革初探[J].大學(xué)教育，2018（6）：

84-86.

[3] 邢萬金.乳糖操縱子模型的建立與教學(xué)中若干問題的解

析[J].遺傳，2019，41（6）：548-563.

[4] 陳鳳嬌，胡兆麗，徐浩，等.以案例為載體融入課程思

政在醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探究[J].

衛(wèi)生職業(yè)教育，2022，40（18）：105-107.

[5] 羅曉婷，許春鵑，洪蘆燕，等.生物化學(xué)與分子生物學(xué)

“四融入四結(jié)合”課程思政教學(xué)體系的構(gòu)建與應(yīng)用[J].生命的化學(xué)，2021，41（10）：2307-2314.

[6] 皮永蕊，唐永政，段晨陽，等.海洋環(huán)境化學(xué)綜合實驗

課程改革與實踐[J].廣州化工，2022，50（13）：185-189，

205.

[7] 張連江，劉東旭，陳曉霞，等.分子生物學(xué)實驗技術(shù)課

程思政教育資源挖掘與實施[J].黑龍江科學(xué)，2022，

13（9）：155-157，161.

*項目來源：山東省本科教學(xué)改革研究項目“海洋強國戰(zhàn)略背景下海洋科學(xué)‘專業(yè)思政’體系融入專業(yè)教育全過程育人模式的研究與實踐”（No.M2021124）；煙臺大學(xué)教學(xué)改革研究項目“《分子生物學(xué)》整體課程設(shè)計創(chuàng)新與教學(xué)初探”（No.jyxm2022006）。

作者簡介：柳瑩，講師。