基于现代信息技术的“分子生物学实验”课程建设与实践
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作者:王鑫 彭晓珏 李绍波
[摘 要] “分子生物学实验”作为生命科学领域基础课程，是一门实践性学科。该文通过论证，对教学内容进行更新，引进综合性实验，提升学生的综合能力;基于现代信息技术，对分子生物学实验课程教学进行了较大幅度的改革，以期取得更好的实验教学效果，提高学生运用知识的能力和科研素质。
[关键词] 现代信息技术;分子生物学实验;雨课堂;教学模式
[作者简介] 王鑫（1987—），男，博士，南昌大学生命科学学院讲师，主要从事植物分子生物学教学与研究。
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）17-0226-02 [收稿日期] 2019-10-31
新时代全国高等学校本科教育工作会议上，教育部部长陈宝生强调提升大学生的学业挑战度，合理增加课程难度，激发学生学习动力和专业兴趣，真正把内涵建设、质量提升体现在每一个学生的学习成果上。
分子生物学是一门在分子水平上研究生命活动及规律的学科，其主要研究内容是核酸和蛋白质等生物大分子的结构、功能以及相互作用[1]，是一门实践性非常强的学科，在分子生物学教学过程中，实验教学有着举足轻重的地位。但长期以来，分子生物学实验教学内容以验证性实验为主，综合性、设计性实验较少[2-5]。“分子生物学实验”作为生命科学领域基础课程，在南昌大学生命科学学院各专业（生物技术、生物科学、生态、水产）开设。传统的授课方式是教师简要地讲授实验原理和方案步骤，演示关键的实验操作，学生遵照实验指导和老师的示范完成实验，老师和学生一起分析实验的结果，学生缺乏独立分析和解决问题的能力[6-7]。笔者在日常教学过程中以培养学生能力为导向，基于现代信息技术，对分子生物学实验课程教学模式加以探索并进行了较大幅度的改革，以期取得更好的实验教学效果，提高学生运用知识的能力和科研素质。
一、教学内容的改革
1.通过基础性实验提高学生动手能力。设置分子生物学基础实验，如菌株复壮与单菌落菌株的获取、碱法小量提取质粒DNA、琼脂糖凝胶电泳检测质粒DNA、质粒DNA的限制性酶切、PCR擴增与检测、感受态细胞的制备、质粒转化与转化体筛选、植物基因组DNA的提取、细菌染色体DNA的提取、紫外分光光度法测定核酸浓度。分子生物学基础部分实验课，每个星期上课1次，3个课时;学生2人一组，能很好保证学生动手操作。这些基础实验，可进一步提高学生动手操作能力，为以后的学习或工作奠定良好的基础。
2.综合性大实验提升综合运用能力。为了进一步提升学生的综合能力，设置综合性实验，YFP-GUS融合基因在原核与真核细胞中的表达实验项目。我们强调实验的完整性和连续性，实验安排在两个周末的全天完成。巧妙地设计和利用寡核苷酸引物，通过重叠PCR技术将GUS蛋白与GFP蛋白的编码序列进行融合。构建原核表达载体并进行转化，加入IPTG诱导表达，进而用紫外线（凝胶成像系统）照射观察实验组与空白对照组中GFP基因的表达情况。真核植物水稻组织中GUS染色方法实验，检测GUS蛋白在水稻组织中的表达情况。
CRISPR/Cas9技术作为最新的基因编辑技术，我们在分子生物学实验课程中，设置CRISPR敲除载体的构建。其中，包含如何根据基因的序列来设计sgRNA靶点、靶点引物接头与sgRNA表达盒的连接、Overlapping PCR法获得sgRNA表达盒、采用“Golden Gate”法将表达盒与骨架载体进行连接，最后将连接产物转化大肠杆菌以筛选阳性克隆。该实验的引入不仅能够促进学生对CRISPR/Cas9技术的理解，同时使得学生掌握Overlapping PCR和“Golden Gate”构建载体，较好的运用基础性实验，能有效提升学生的综合素质。
二、教学模式的改革
1.雨课堂的运用。雨课堂由学堂在线与在线教育办公室共同研发，旨在连接师生的智能终端，将课前-课上-课后的每一个环节都赋予全新的体验，最大限度地释放教与学的能量[8]。随着智能手机在学生用的广泛使用，采用雨课堂极大提高学生课课堂的参与度，每位学生在自己的手机或客户端上就可以查看并保存上课的PPT。笔者在2018～2019学年的第一学期，以生物科学161、生物科学162及本硕班的“分子生物学实验”进行改革。首先在雨课堂官网上（ykt.io）下载软件，安装后;教师利用微信扫码并开启雨课堂，随后学生用微信扫码并输入暗号加入班级，待学生加入雨课堂班级之后，即可开始雨课堂授课。
2.超星学习通教学平台的运用。在2018～2019学年的第一学期，以生物科学161、生物科学162及本硕班的“分子生物学实验”进行教学改革，伴随课堂中引进雨课堂授课，结合南昌大学网络教学平台-超星学习通，建设“分子生物学实验”在线学习平台。将所有实验内容、学习资料等都在学习平台上同步更新，学生只要登入系统就可以查看和下载，学生还可以根据自己想学习的内容与老师进行交流。采用学生实验报告在线提交，所有实验报告都在线提交，避免学生交纸质版实验报告后容易丢失，同时教师对实验报告在线批阅后，成绩和教师的评语学生在学习通用户端都可以进行查看，这样学生可以及时进行更正。给学生讲述按照学术数据整理的方式进行实验结果整理，并要求学生严格按照学术标准进行整理和分析。
三、考核方式的改革
为了与此种教学模式相配合，所有实验报告，发送至分子生物学实验网络教学平台。平时成绩20%;实验过程成绩20%，考核学生动手操作能力;实验报告的成绩占60%，实验报告成绩更注重学生对数据的整理和分析。综合大实验以小组团队进行考核，促进团队成员相互督促，共同提高。
1.教学效果分析及讨论。笔者对南昌大学生物科学2016级本科生的分子生物学实验采用了的教学模式，学生反响良好，并进行问卷调查，在对68位学生的调查，显示仅仅只有4位同学愿意接受传统的教学方式进行授课，绝大部分学生都希望采用混合式教学模式。新的教学模式激发了学生学习的兴趣，同时也增强了学生与教师之间的交流，能有效提升教学质量 2.成效评价。所有实验报告和作业采用在线提交，经过一个学期的训练，学生能够很好的进行实验数据收集，图注和文字说明的标注，同时对实验结果进行分析，可以很好的提高学生分析数据和整理数据的能力，为以后的学习或工作奠定良好的基础。
四、小结
在“互联网+”的大数据背景下，现代信息技术的发展，不断的弥补传统教学方式的不足。雨课堂和超星学习通利用移动终端，对学生的学习全过程进行了无缝连接，可以做到知识传授碎片化、学生学习的随机化。雨课堂和超星学习通作为互联网时代衍生出的新型教学助手，在一定程度上，为教师不断改进教学方式提供新思路;同时充分调动学生学习的積极性，从而提高课堂教学效率，提升教学效果。
参考文献
[1]朱玉贤，李毅，郑晓峰.现代分子生物学（第4版）[N].北京：科学出版社，2012.
[2]李钧敏.分子生物学实验[N].杭州：浙江大学出版社，2010.
[3]柏素花分子生物学实验教学改革的实践与探讨[J].科技信息：学术研究，2008，（8）：110-111.
[4]姚庆收，秦加阳，张小华，等.基于网络教学平台的分子生物学翻转课堂对学生自主学习能力的培养[J].中华医学教育探索杂志，2017，16（3）：287-289.
[5]（美）Robert F.Weaver.分子生物学[N].郑用琏译.北京：科学出版社有限责任公司，2016.
[6]马景蕃，刘喜明，李虹仪，郑新添.分子生物学实验教学创新模式的建设与实践[J].高师理科学刊，2018，38（5）：98-100.
[7]傅晶，许晓东，刘佳明.分子生物学实验教学改革的探索[J]教育教学论坛，2018，22（5）：123-124
[8]孙利宏.雨课堂——慕课时代的中国创新[J].中国校外教育，2019，（03）：72-73.
Abstract：As a basic course in the field of life science，Molecular Biology experiment is a practical subject.In this paper，the teaching content is updated，the comprehensive experiment is introduced，and the students' comprehensive ability is improved.based on modern information technology，the teaching of molecular biology experiment course has been reformed greatly in order to obtain better experimental teaching effect and improve the students' ability to use knowledge and scientific research quality.
Key words：modern information technology;molecular biology experiment;rain classroom;teaching model
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