基于超星学习通的分子生物学实验教学改革实践

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　　摘要：分子生物学实验是生物学一门重要专业核心实验课程，对培养学生专业实践技能、塑造学生创新思维等具有重要作用。本文对基于超星学习通APP建立分子生物学实验课程的网络辅助教学体系实践情况及存在的问题进行了总结，为其他院校分子生物学实验教学改革工作提供一定参考。
　　关键词：分子生物学实验；教学改革实践；超星学习通
　　中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）24-0266-03
　　一、前言
　　分子生物学是跨越生物、工学、医学、农学乃至药学的一门新兴学科，是研究核酸等生物大分子的功能、形态结构特征及其重要性和规律性的科学[1]。在分子生物学教学中，实验教学占有举足轻重的地位，不仅能够培养学生掌握基本实验理论和技能，更对培养学生的科研能力和科学作风、建立研究问题的科学方法及塑造创新思维等均具有十分重要的作用[2]。
　　为了完成这些培养目标，我校针对生物科学专业、生物技术专业和卓越人才培养班的不同培养目标设立了不同的分子生物学实验课程，开设一定数量和比例的基础性实验、综合性实验、设计性或研究性实验，但受限于实验学时、空间、安全性以及实验室的仪器设备种类和台套数限制，分子生物学实验教学中目前还存在许多亟须解决的问题：如学生基础理论知识不够扎实，对实验原理及现象理解缺乏深度，只能按照实验讲义步骤按部就班进行实验操作，面对新实验新课题就不知道怎样开展实验解决问题；如仪器台套数少等实验条件限制导致有些实验无法开展，满足不了各种新知识、新实验方法的教学，满足不了开放式创新实验教学的需要，制约学生的创新思维发展；如考核形式单一，教师只通过学生实验报告无法准确对每位同学的操作能力和创新能力进行准确评判。这些问题对教师和学生都提出了新的挑战，改革势在必行。
　　随着云平台在网络应用中日渐广泛，各类教学云平台的应用在高校教学活动中体现出巨大的促进作用，体现出日益显著的趋势，体现了现代大学教育的一个重要发展方向[3]。以超星学习通为代表的众多网络学习平台覆盖了教师备课、学生课前预习、师生课堂互动教学支持、学生课外学习的功能，通过视频播放、图片展示、在线问答、小组讨论等富媒体手段能够开拓教学时空，提高学生学习兴趣，增强学习自主性，为任课教师提供一个课程资源管理、教学模式改革的交流平台。应用云课堂平台进行实验教学能够打破时间和地域的限制完成相关实验，拓展学生的视野，最大限度地锻炼和开发学生的创新能力，极大地激發学生的学习兴趣，实现教学模式的多元化发展，这样更有利于培养具有创新精神和实践能力的人才。本文总结了我校分子生物学实验教学团队基于超星学习通APP建立分子生物学实验课程的网络辅助教学体系实践情况及存在的问题，以为分子生物学实验教学改革工作提供新方法、新思路。
　　二、实验教学理念的转变
　　传统的分子生物学实验教学中，教师占主导地位，学生被动听讲。先由教师讲解实验原理、实验所用试剂的作用、实验操作步骤的关键点和实验要求和注意事项等内容，学生再按照实验步骤按部就班进行操作，记录实验结果数据，最后撰写实验报告上交[4]。整个流程固定呆板，学生缺乏学习兴趣，对分子生物学实验研究的微观对象完全“摸不着，看不到”，感到难以理解，不知道自己在做什么，为什么做，严重影响教学效果[5]。通过云课堂教学模式改革，教师由教学主导者变为教学组织者，引导学生在教学过程中主导参与和反馈，体现以学生为中心的理念。在云课堂平台中教师提供实验原理的视频资料，学生自主学习观看视频，并回答问题，让学生能够理解原理和实验操作；实验过程中学生可以通过云平台随时拍摄上传相关实验现象图片视频、提出问题并讨论；完成实验后，教师在云平台上提出类似实验项目，由学生自主查阅资料，设计实验方案，巩固学习效果。这种教学理念能够覆盖课上课下，改变传统实验教学的结构和组织形式；能够充分激发学生的自主学习能力，让学生在学习过程中提出问题、研究问题、解决问题，逐步积累创新思维。
　　三、实验教学体系的构建
　　分子生物学的快速发展要求实验课程教学内容体系必须不断完善教学内容，尽可能开拓学生视野，适应学科领域新技术的快速发展。我们在保留经典的“切—连—转—检”等基础实验的同时也有所更新，把分子生物学实验的各项实验整合为一个完整的项目，开设了“mCherry荧光蛋白基因的克隆与原核表达”实验。具体实验内容分布为：提取基因DNA/RNA；PCR/RT-PCR获得mCherry荧光蛋白基因；mCherry荧光蛋白基因的纯化与回收；质粒载体pET-30α的制备；目的基因/载体的酶切与回收；mCherry荧光蛋白与载体的连接；重组质粒转化大肠杆菌及转化子筛选；mCherry荧光蛋白的诱导表达和PAGE分析。该项目各环节所涉及的理论要求明确，内容紧密联系，各环节的操作效果将影响整个项目的结果。教师在教学中不断引导学生，帮助其将所涉及理论知识和实验操作融会贯通。学生在学习过程能够通过资料查询、云课程平台讨论完成实验预习和实验理论的初步理解，对微观世界产生一定的新鲜感和探索的欲望；连续的实验环节同时给予学生适当的学习压力，增强了学生对实验的重视程度和责任感，促使其认真严格完成相关实验学习，提高了实验成功率，保障了实验教学质量并最终完成探索的目标，体会到完成项目的喜悦之情[6]。
　　四、实验教学的具体实践过程
　　在实践教学的具体实践过程中主要通过超星学习通APP进行云课堂教学模式改革，教师由教学主导者变为教学组织者，引导学生在实践教学过程中积极参与和反馈实验学习效果，体现以学生为中心的理念。整个实验教学包括课前预习、课堂运行、报告答疑、自主设计、考核评定五个阶段。
　　现以提取DNA/RNA实验为例，课前预习阶段，由任课教师将核酸提取的实验原理和操作视频上传到学习通APP，学生课前观看视频学习，并在线回答相关问题；在线问题主要为选择题，包括核酸的基本理化性质、细胞破碎的主要方法、蛋白质等杂质的去除方法、DNA/RNA的常见纯化方法等实验原理有关问题，教师通过测试结果检查学生预习情况。 　　课程运行阶段，任课教师根据学生课前预习的在线测试结果，并结合该实验所用试剂的作用再次强调实验原理，仔细讲解实验重点步骤及注意事项，特别提出一些操作细节，并提出实验要求；比如离心机、移液器等使用注意事项，细胞研磨程度、溶液乳化程度、沉淀洗涤干燥程度等要求。课程运行阶段的主要实践环节为学生操作部分，教师根据学生实际操作能力事先在学习通APP中将学生分为若干讨论组，学生在操作过程中边操作边通过学习通APP拍摄上传样品的选取、液氮研磨、离心后分层、核酸沉淀等实验图片和操作视频；并随时进行小组讨论和与老师沟通请求指导；教师在学生操作的同时，根据学生上传的图片和视频以及学生现场操作情况进行评分和指导。
　　报告答疑阶段，实验完成后学生根据实验开展情况，使用PPT或者思维导图软件绘制出DNA/RNA提取实验的流程图，根据所拍摄图片和视频，总结实验结果，总结实验效果，并反思改进，利用学习通APP向老师提交PDF格式的实验报告和一个简短的实验操作视频；在写作实验报告过程中随时可以通过学习通APP进行小组内讨论和向老师进行提问请求帮助。教师在完成学生电子实验报告的批阅后，总结学生实验操作中存在的典型问题，在学习通APP中进行统一答疑讲解。
　　自主设计阶段，老师根据本实验所学习内容，提出类似实验项目，比如土壤等环境样品DNA/RNA提取、血液样品等DNA/RNA提取等，让学生以小组为单位自主设计实验并提交设计方案作为期末考核的一部分内容；学生设计方案包括文献查阅、实验原理总结、实验试剂选择、主要实验步骤和预期实验结果，整理成文后上传学习通APP。
　　考核评定阶段，根据我校实际运行情况，主要由预习成绩、操作成绩、报告成绩、设计成绩构成，其比例为10∶40∶30∶20，主要考察实验运行阶段学生的学习表现情况。由于整个实验流程均依托学习通APP完成，在服务器端完整保留了学生的学习记录和相关图片视频，所有的成绩评定工作均可在学习通APP完成，真正做到有据可依；学生也能很清晰地了解自己实验操作的优点和缺点，给予学生适当的学习压力，增强了学生的责任感，保障了实验教学质量。
　　五、存在的问题和改进方向
　　学习通这类云课堂教学APP确实能给教师带来教学新方法、新思路，能够显著提高教学的便捷性和教学效果，但也带来一些需要解决的问题。首先在课程改革中，互联网技术的应用对教师提出更高的要求，比如需要学会微视频的制作编辑、学会在线题库的编辑等，也需要花更多时间同学生进行沟通和互动，这实际上给老师增加了繁重的工作。对此我们采用教研室教师分工合作，每位老师只负责2—3项实验的教学，减少教师的工作量；同时招募高年级同学担任助教负责实验室的日常准备工作，保证实验室课堂教学高质量完成。其次在实验过程中有少数同学自控能力较差，容易被手机内其他游戏、视频所迷惑。对此我们主要加强了过程考核内容，比如要求每位学生每次实验必须上传实验过程的关键点图片和视频10张（段）以上方可获得实验操作成绩；让学生专注于对未知微观世界的探索，体会实验的艰辛和成功后的喜悦之情。最后由于加强学生操作技能培训和小组自主实验设计模块考核，实验教学中需用到的耗材较多且药品较为昂贵，对仪器设备等硬件条件要求较高；对此只能通过学校提高投入实验教学经费来改善实验条件，保证分子生物学实验教学改革的顺利推行。
　　通过超星学习通APP进行分子生物学实验教学改变了传统实验教学的结构和组织形式，充分覆盖课上课下；通过加强课前预习效果，强化课堂操作的实时控制，增加与学生交互沟通，拓展自主设计实验考核，能够充分激发学生的自主学习能力，让学生在学习过程中提出问题、研究问题、解决问题，逐步拓展创新思维。这种基于云的教学模式真正地做到了有针对性的个性教学，真正使学生成为教学的主体，为培养新一代應用型和创新型人才的教育目标打下良好基础。
　　参考文献：
　　[1]谢苗，沙莉，甘纯玑.基于云课程平台的生物化学与分子生物学实验教学改革初探[J].高校生物学教学研究：电子版，2016，6（01）：22-25.
　　[2]贺旭，马惠苹，刘华.浅谈分子生物学实验教学的改革[J].继续医学教育，2017，31（08）：15-17.
　　[3]李宁，王顺，张秀梅，等.“互联网+”教育背景下生物化学与分子生物学教学改革初探[J].基础医学教育，2018，20（07）：593-596.
　　[4]杜照奎，李钧敏，蒋明.分子生物学综合性实验教学改革与探索[J].实验室研究与探索，2015，34（07）：165-168.
　　[5]高健，陈发波，陈平.分子生物学实验实践周建设与改革[J].教育教学论坛，2018，（12）：268-270.
　　[6]黄欣媛，杨新河，范红波.浅谈本科分子生物学实验教学改革[J].新课程研究：中旬刊，2017，（06）：97-98.
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