提高分子生物学教学效果的思考

　　摘要：分子生物学是高等院校生物类专业本科生的专业基础课，也是渗透到生物学各个领域的研究工具。本文从教学内容、教学手段和方法以及知识的拓展方面进行改进，以期为提高分子生物学的教学提供参考。

　　关键词：分子生物学；教学内容；手段和方法；知识拓展；教学效果

　　中图分类号：G642.4文献标志码：A文章编号：1674-9324（2018）09-0174-03

　　分子生物学是自然科学中发展最迅速、最具活力的前沿学科，已经发展成为一门独立的新兴学科，又是诸多相关领域强有力的研究工具，是普通高等院校生物类专业必修的专业基础课程。分子生物学课程内容千头万绪，内容难懂。如何顺利完成教学任务，并能收到良好的教学效果，确实是一个需要认真思考的问题。本文从教学内容、手段和方法以及知识的拓展方面进行了一些探索和分析。

　　一、教学内容的合理组织

　　经典的分子生物学教材通常包括核酸的结构与功能、DNA复制与突变、RNA的转录和加工、蛋白质的生物合成、基因的表达与调控等内容。该课程内容如果安排不当，容易让学生觉得枯燥无味、抽象，容易引起学生失去自主学习的兴趣。如何通过深入浅出地讲授，让学生喜欢这门课程并主动琢磨课程内容，需要花些心思去引导。

　　（一）分子生物学课程的基本理论与技术

　　要努力讲透分子生物学的基本理论和技术，抓住学生的注意力，需注意以下几个方面。

　　1.前人研究的故事。在讲解重要的理论时注重介绍这些理论发现背后的人物故事等，不但能提升学生学习兴趣，还能培养科学创新精神。如以诺贝尔生理学或医学奖和化学奖为主线来讲解分子生物学的发展简史；讲DNA的双螺旋结构时，可讲述沃森、克里克和威尔金斯获得1962年诺贝尔生理学或医学奖的故事，以及无名英雄富兰克林所做的贡献；讲到转座子时，可讲述钟情科学的“玉米皇后”麦克林托克提出转座子时到获得诺贝尔奖间隔30年时间，她在此期间所受的冷遇、嘲笑以及她的坚持。

　　2.前人研究的理论基础。分子生物学中有许多理论十分难懂，如mRNA的发现、遗传密码的破译和操纵子理论等。在教学过程中要想将分子生物学的理论讲透，对老师具有较高的要求。因为在当时的知识背景、实验和科研条件下，研究所采用的方法与现代分子生物技术有很大的不同，需要老师学习前人的研究论文来理解研究者如何设计实验、如何对获得结果进行理性分析等。如在讲授乳糖操纵子时，教材中列举了在培养基中添加乳糖后β-半乳糖苷酶活性及其mRNA含量的变化规律图。但如何得到此图，书中只给予简单的介绍，给老师上课和学生的理解造成了较大的困难。为讲清乳糖操纵子的调控机理，给学生连续提出了2个问题：（1）如果让你设计实验如何得到此图的问题。在备课时，我给学生们列举了测定酶活性的方法，如比色法或酶联免疫法，并下载比色法检测β-半乳糖苷酶的专业论文[1]和公司检测β-半乳糖苷酶活性相关的试剂盒。对于如何测定β-半乳糖苷酶mRNA含量的变化，我列举了检测基因表达量的几种方法。这些检测mRNA表达量的前提是获得了β-半乳糖苷酶基因，于是又产生了第2个问题。（2）如何获得β-半乳糖苷酶的基因？介绍获得基因的方法后，但当时没有这些技术，于是我将当时条件下有关基因表达量检测的相关论文下载[2]，并讲解了如何通过转导噬菌体获得β-半乳糖苷酶基因，通过杂交检测β-半乳糖苷酶基因mRNA含量的变化。这样引领学生沿着这些大师们的足迹，重温当年的研究过程，学习其中的科学思维和研究方法。这样的教学方式能够改变照本宣科、填鸭式教学的单一和枯燥。提升学生的学习兴趣，培养学生的科研素质。

　　3.社会关注的热点及日常生活常识。为了抓住学生的注意力，将分子生物学的专业知识与日常生活联系到一起。在讲到转基因植物时会与学生一起讨论转基因植物的安全性，并下载网上正反两方面的观点，引用2016年百位诺贝尔奖得主联名支持转基因，并解释转基因植物是安全的理由，让学生对转基因植物的安全性有正确的认识，并希望通过分子生物学的学习，用自己的专业知识对轉基因植物的安全性做出正确的评价。讲到微卫星DNA（SSR）时，提及利用SSR标记进行亲子鉴定，并将2016年侦破在社会上造成重大轰动的白银市连环杀人案的过程中使用人Y染色体上SSR标记，引起学生广泛的兴趣。

　　讲到乳糖代谢过程中，大肠杆菌要将乳糖运输到细胞中需要用透过酶。这时我又给学生提出了一个日常生活中的问题，如含胶原蛋白和超氧化物歧化酶化妆品问题。化妆品中的胶原蛋白或超氧化物歧化酶进入人体后具有抗衰老的效果，与学生讨论这些化妆品能否让人年轻，通过分子生物学的学习我们知道一个小分子的乳糖进入细胞需要一种运输酶，那么这些蛋白如何进入人体细胞？其结果是显而易见的。

　　4.分子生物学重点、难点解读。有些时候，书本上对有关的理论或技术介绍并不全面，学生在学习过程中难于理解。如DNA的复制原点位于遗传图谱84分钟处，这些涉及到细菌基因定位的中断杂交试验，需要讲解相关知识，帮助学生理解。又如SangerDNA测序原理，如用不同颜色的荧光物质标记ddNTP，从而实现测序的自动化。书上并没有讲到用什么作荧光标记物，如何标记等问题。下载荧光标记相关的文章[3]，并将测序人员编写的测序步骤下载，与学生一起学习每一步反应的作用，有助于学生理解该技术。

　　（二）分子生物学前沿

　　分子生物学知识更新可以说是日新月异。因此在教学中老师必须关注学科的研究热点和前沿领域。在教学中可讲述一些应用相关理论开发的技术或相关技术的进一步发展。如讲到噬菌体的滚环机理时，下载利用噬菌体DNA聚合酶开发的滚环扩增试剂盒说明书，并介绍试剂盒在动植物病原物检测中的应用。讲到测序技术时，就可以向学生介绍最新发展的二代测序技术；讲到酵母双杂交系统，可以向学生介绍将荧光蛋白折分后的杂交系统以及依赖泛素（ubiquitin）的细胞质杂交系统[4]。让学生感受到分子生物学技术发展日新月异，也培养他们跟踪学科发展前沿的方法和学习习惯。

　　二、教学手段和方法的改进

　　（一）多媒体教学

　　多媒体技术具有信息量大、声像俱佳、动静皆宜的特点[5]。多年来我们不断补充和完善教学资料，逐渐形成了独具特色的多媒体教学课件。多媒体中大量使用图像、文字表述简洁明朗、主题突出。在多媒体教学中使用分子生物学动画，如DNA复制、转录、翻译、分子生物学技术和基因表达调控动画等。这些动画能将声、光、色结合，从而增加学生的感官刺激，能有效提高学生的注意力，激发课堂活力，从而提高教学效果。这些动画都是用英文讲解，需要老师给学生翻译。让学生掌握一些英文专业词汇，有助于提高用英文交流与阅读专业文章的能力。

　　（二）教学方法

　　为发挥学生作为教学主体的能动性，根据具体的教学内容设置了启发式、联想式、探究式等多种教学方法[6]，让学生参与到教学过程中，不仅活跃了课堂气氛，而且在分享知识的同时，更注重教会学生灵活掌握学习的方法。

　　1.启发式教学。启发的目的在于举一反三，触类旁通。针对每一次的课堂教学，设计一些抛砖引玉的问题，供学生思考与讨论，这成为了分子生物学理论教学的重要组成部分。如前面讲到的乳糖操纵子时，所提出的两个问题就是很好的启发式教学的例子。这一系列的互动教学活动，充分调动了学生课堂学习的主动性和积极性，在不断的讨论分析中通过展示不同的思维、发表各自的观点，不但有利于促进学生在学习中发现问题、解决问题，而且有利于学生通过对基础知识的消化、理解来达到理论的升华、拓展。

　　2.比较法教学。在比较法方面，注重横向比较与纵向比较的结合。DNA的复制、转录和翻译以及基因表达的调控等内容均是从原核生物和真核生物两方面论述的。因此，在教学中充分利用横向比较法，对原核和真核生物DNA的DNA聚合酶、RNA聚合酶的种类和组成、mRNA的结构进行对比分析，能更好地帮助学生理解和记忆。而对DNA复制、RNA的转录、蛋白质的翻译等过程、不同操纵子的调控机制等内容的教学可以采取纵向比较法，如DNA复制、RNA的转录、蛋白质的翻译各需要一些什么样的酶，它们的过程有什么不同。以达到加强记忆的目的。

　　三、知识拓展

　　生物信息技术已经发展成为分子生物学研究方法中不可分割的一部分，必须特别强调互联网资源运用的重要性。在整个分子生物学的教学中，要求学生查阅和组织各种文献资料。因此，在教学中要逐渐向学生介绍中国知网和NCBI等常用资源库，使学生了解如何利用资源库进行查询，培养了学生的自学能力。在教學中还要介绍一些常规的生物信息技术软件，如Primer6.0、DNAMAN和DNAStar等，使学生对这些软件有一个初步的认识。如讲到rDNA为中度重复序列时，要求学生从NCBI网站上下载原核和真核的基因组序列，查找其中的rDNA的数量，并明确rDNA的结构。下载动、植物病毒的基因组序列，用DNAStar作出其结构，观察病毒的重叠基因。用DNAStar作出四膜虫rDNA的结构，并比较与其他rDNA的差异，弄清核酶的特殊性。

　　总之，通过多媒体教学可以提供给学生大量的信息，选择好教学内容，对分子生物学理论和技术的前因后果，实验内外的故事进行生动讲解，并辅助以动画，以及用不同的教学方法，能有效地抓住学生的注意力，提高学生学习的兴趣，收到了良好的教学效果。

　　作者：章月琴等