數(shù)字技術(shù)融入分子生物學(xué)課程的挑戰(zhàn)與對(duì)策

摘要：本文針對(duì)如何充分利用數(shù)字技術(shù)資源融入分子生物學(xué)課程教學(xué)以提高教學(xué)效果，分析了分子生物學(xué)課程數(shù)字教學(xué)存在的問題，提出教師數(shù)字素養(yǎng)的提高是數(shù)字技術(shù)融入課程的關(guān)鍵，挖掘并利用中國大學(xué)慕課、超星“學(xué)習(xí)通”、應(yīng)用軟件、文獻(xiàn)閱讀等多途徑數(shù)字教學(xué)資源，采用線上線下相結(jié)合的教學(xué)方法與手段，構(gòu)建多元化教學(xué)評(píng)價(jià)體系，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生正向使用電子產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)資源，提高學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)和就業(yè)競爭力。關(guān)鍵詞：數(shù)字技術(shù)；數(shù)字素養(yǎng)；分子生物學(xué)；數(shù)字技術(shù)融入式課程2022年，黨的二十大報(bào)告明確提出：“推進(jìn)教育數(shù)字化，建設(shè)全民終身學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)型社會(huì)、學(xué)習(xí)型大國?！蓖?，教育部在教育行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中給出了教師數(shù)字素養(yǎng)框架，規(guī)定了數(shù)字化意識(shí)、數(shù)字技術(shù)知識(shí)與技能、數(shù)字化應(yīng)用、數(shù)字社會(huì)責(zé)任、專業(yè)發(fā)展五個(gè)維度的要求[1]。隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的普及，數(shù)字素養(yǎng)能力的提高問題也日益擺在高校教師和學(xué)生面前。數(shù)字素養(yǎng)教育實(shí)施的關(guān)鍵在于數(shù)字技術(shù)融入式課程能否有效貫通于高校課程目標(biāo)、內(nèi)容、實(shí)施、評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)中，從而培養(yǎng)具有高素質(zhì)的數(shù)字素養(yǎng)人才?？焖侔l(fā)展的數(shù)字技術(shù)對(duì)高校教師提出了新的要求，實(shí)踐表明，數(shù)字技術(shù)融入高校專業(yè)課程更適應(yīng)于教學(xué)改革的需要[2]。高校、教師、學(xué)生是數(shù)字技術(shù)融入教學(xué)的主體，高校是數(shù)字技術(shù)融入式課程有效實(shí)施的重要保障，教師在數(shù)字技術(shù)學(xué)習(xí)與應(yīng)用中起引領(lǐng)作用，能幫助學(xué)生提高數(shù)字素養(yǎng)能力。學(xué)生依靠數(shù)字素養(yǎng)能力獲取信息，不斷提升自身綜合能力[3-5]。分子生物學(xué)是以核酸和蛋白為研究對(duì)象，從分子水平解析生命科學(xué)的奧秘，是生命科學(xué)研究必不可少的技術(shù)手段之一[6]。分子生物學(xué)技術(shù)的介入，大大提高了人類認(rèn)識(shí)和主動(dòng)改造自然界的能力，分子生物學(xué)課程融合了遺傳學(xué)、生物學(xué)、生物化學(xué)等基礎(chǔ)理論知識(shí)[7]。近些年，分子生物學(xué)以前所未有的速度飛速發(fā)展，如何統(tǒng)計(jì)分析高通量測序、生物芯片等技術(shù)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)而獲得有價(jià)值的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，是廣大科研工作者面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源、校際間課程學(xué)習(xí)已成為現(xiàn)實(shí)[8]，踐行教育信息化，全面提升分子生物學(xué)教學(xué)數(shù)字技術(shù)素養(yǎng)，推進(jìn)線上線下相結(jié)合的混合教學(xué)模式[9]，以數(shù)字技術(shù)資源助推分子生物學(xué)課程建設(shè)，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生大數(shù)據(jù)思維和數(shù)字素養(yǎng)。1分子生物學(xué)課程數(shù)字化教學(xué)現(xiàn)存的問題目前，分子生物學(xué)課程內(nèi)容以基礎(chǔ)理論知識(shí)傳授和基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)學(xué)習(xí)為主，缺少數(shù)字技術(shù)內(nèi)容的融入，專業(yè)能力的提升和數(shù)字素養(yǎng)未能協(xié)同發(fā)展，導(dǎo)致數(shù)字素養(yǎng)融入分子生物學(xué)課程內(nèi)容的速度無法跟上快速發(fā)展的數(shù)字技術(shù)，再加上分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)更新快、費(fèi)用高，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更新緩慢。1.1教師數(shù)字素養(yǎng)不足近些年，多種渠道獲取信息的途徑改變了分子生物學(xué)教育教學(xué)和科學(xué)研究的實(shí)踐，網(wǎng)絡(luò)資源、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)、統(tǒng)計(jì)軟件等數(shù)字技術(shù)資源的使用，使分子生物學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)通道大大拓寬。同時(shí)，計(jì)算機(jī)處理支持的成像系統(tǒng)、掃描和分析功能整合到了分子生物學(xué)課程中，這些技術(shù)的整合需要高校教師具有數(shù)字技術(shù)意識(shí)。高校教師年齡結(jié)構(gòu)不同，接受新鮮事物能力不同，目前為止，特別是老教師，從一支粉筆、一塊黑板到幻燈片和教案再到多媒體教學(xué)，分子生物學(xué)教學(xué)依然主要依賴教科書和多媒體課件，長期依賴傳統(tǒng)教學(xué)方法和手段。一些教師數(shù)字技術(shù)意識(shí)淡薄，不了解數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)和教學(xué)工具，不能利用網(wǎng)絡(luò)資源和虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，導(dǎo)致課程學(xué)習(xí)資源匱乏，學(xué)習(xí)途徑單一，加上在教學(xué)改革方面缺乏創(chuàng)新意識(shí)，無法將先進(jìn)的數(shù)字化優(yōu)勢提供給學(xué)生，限制了數(shù)字技術(shù)融入課程教學(xué)優(yōu)勢的發(fā)揮[10]。1.2學(xué)生對(duì)數(shù)字技術(shù)融入課程積極性不高目前，學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)能力提升的具體方案還未健全，切實(shí)可行的數(shù)字素養(yǎng)提升計(jì)劃仍未落實(shí)。在信息化時(shí)代，電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品是新時(shí)代大學(xué)生必備品，用于交流、游戲、娛樂等占多數(shù)，用于網(wǎng)絡(luò)資源學(xué)習(xí)的占少數(shù)。同時(shí)，數(shù)字技術(shù)融入分子生物學(xué)課程的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不完善，仍以“考試成績”“實(shí)驗(yàn)技術(shù)考核成績”作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，無形中挫傷了學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)等數(shù)字資源學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性[11]。因此，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核標(biāo)準(zhǔn)等方面制定教學(xué)計(jì)劃是激發(fā)學(xué)生提高數(shù)字素養(yǎng)的內(nèi)在動(dòng)力，引導(dǎo)學(xué)生正向使用手機(jī)和電腦進(jìn)行數(shù)字素養(yǎng)提升勢在必行。1.3實(shí)驗(yàn)課程受教學(xué)條件限制分子生物學(xué)課程實(shí)踐性強(qiáng)，依托數(shù)字技術(shù)資源可彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)操作的不足，如通過觀看慕課（MOOC）教學(xué)資源掌握基本實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，采用虛擬仿真進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作以了解每個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)范，也可以通過軟件設(shè)計(jì)引物、檢驗(yàn)引物特異性、查找突變（SNP）位點(diǎn)、不同物種間進(jìn)行基因序列同源性分析等。實(shí)驗(yàn)室實(shí)際動(dòng)手操作結(jié)合數(shù)字資源輔助教學(xué)，能有效提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力、拓展理論知識(shí)。數(shù)字化教學(xué)側(cè)重點(diǎn)在基礎(chǔ)理論知識(shí)和模擬實(shí)驗(yàn)方面，因?qū)W生學(xué)習(xí)習(xí)慣不同，有的喜歡動(dòng)手操作，有的偏好理論學(xué)習(xí)，不能充分發(fā)揮學(xué)生個(gè)性化需要特長。另外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室和網(wǎng)絡(luò)資源需要高校投入資金建設(shè)，不是所有高校都具備這樣的條件，技術(shù)和設(shè)備限制了數(shù)字化教學(xué)的開展[12]。2構(gòu)建數(shù)字技術(shù)融入分子生物學(xué)課程教學(xué)新模式策略2.1加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，提升教師數(shù)字素養(yǎng)高校教師是先進(jìn)技術(shù)的引領(lǐng)者，提升自身數(shù)字素養(yǎng)是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化意識(shí)的前提。高校教師應(yīng)在心理、行為上接受數(shù)字化教育，對(duì)快速發(fā)展的數(shù)字信息技術(shù)應(yīng)以積極的態(tài)度面對(duì)，增強(qiáng)主體意識(shí)、相互交流學(xué)習(xí)、激發(fā)數(shù)字技術(shù)學(xué)習(xí)活力、提升數(shù)字化教學(xué)意識(shí)和安全意識(shí)。在分子生物學(xué)學(xué)習(xí)和教學(xué)過程中，充分發(fā)揮數(shù)字信息技術(shù)在教學(xué)中的優(yōu)勢，發(fā)揮優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò)資源、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等數(shù)字資源在課程教學(xué)中的作用。2.2豐富實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容數(shù)字技術(shù)平臺(tái)為分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容提供了多種獲取途徑，如課程導(dǎo)言、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)、討論與分析等，采用線上教學(xué)資源與線下課堂教學(xué)相結(jié)合的混合教學(xué)模式，分層次設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)，即知識(shí)目標(biāo)：記憶基因組DNA提取、PCR擴(kuò)增技術(shù)、瓊脂糖凝膠電泳、重組基因的構(gòu)建與鑒定；能力目標(biāo)：注重理論與實(shí)際相結(jié)合，結(jié)合超星“學(xué)習(xí)通”教學(xué)資源，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ獣苑肿由飳W(xué)研究動(dòng)向與進(jìn)展；素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲泄ぷ鲬B(tài)度和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，樹立環(huán)保意識(shí)。2.3挖掘并充分利用數(shù)字教學(xué)資源2.3.1中國大學(xué)慕課利用中國大學(xué)慕課免費(fèi)開放的優(yōu)勢進(jìn)行跨校學(xué)習(xí)，推薦中南大學(xué)分子生物學(xué)和分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、武漢大學(xué)分子生物學(xué)、北京師范大學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，將慕課學(xué)習(xí)作為一項(xiàng)考核內(nèi)容。2.3.2應(yīng)用軟件和網(wǎng)站分子生物學(xué)涉及的應(yīng)用網(wǎng)站、應(yīng)用軟件和統(tǒng)計(jì)分析軟件較多。主要包括：（1）NCBI數(shù)據(jù)庫：可用于查找基因DNA、mRNA、蛋白序列、基因突變（SNP）位點(diǎn)、查找英文文獻(xiàn)等；BLAST網(wǎng)站用于生物序列同源性分析；（2）Primer6.0軟件：用于多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）所用引物設(shè)計(jì)和內(nèi)切酶位點(diǎn)分析；（3）分子生物信息學(xué)軟件：如DNAstarLasergene、DNAman：用于DNA、RNA和蛋白質(zhì)序列生物信息比對(duì)分析；（4）統(tǒng)計(jì)分析軟件如Excel、SPSS19.0：用于熒光定量PCR實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析；（5）中國知網(wǎng)、萬方等數(shù)據(jù)庫：用于搜索中文文獻(xiàn)。在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)將這些數(shù)字資源適時(shí)加入教學(xué)內(nèi)容中，彌補(bǔ)課本知識(shí)的不足，拓寬學(xué)生知識(shí)點(diǎn)和視野。2.3.3虛擬仿真技術(shù)分子生物學(xué)嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程是提高實(shí)驗(yàn)成功率的首要條件。分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)大多采用儀器檢測結(jié)果并進(jìn)行分析，加上實(shí)驗(yàn)操作直觀性差、周期長、效率低，對(duì)學(xué)生來說，由于實(shí)驗(yàn)操作不熟練、結(jié)果分析經(jīng)驗(yàn)不足等因素，學(xué)生往往不能找出實(shí)驗(yàn)失敗的原因并提出改進(jìn)措施。虛擬仿真技術(shù)可借助軟件操作系統(tǒng)進(jìn)行在線虛擬學(xué)習(xí)，身臨其境地感受每一操作步驟的具體操作方法與注意事項(xiàng)，教師引導(dǎo)學(xué)生自主完成在線虛擬仿真操作，課后線上鞏固學(xué)習(xí)效果，能很好地掌握分子生物學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，提升科研能力[13-14]。2.3.4文獻(xiàn)檢索數(shù)據(jù)庫分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)更新快，新技術(shù)、新方法是進(jìn)行分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，從文獻(xiàn)中獲取這些知識(shí)是最直接的。引導(dǎo)學(xué)生閱讀文章、自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并付諸實(shí)施是學(xué)習(xí)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的有效途徑。通過閱讀文獻(xiàn)可了解行業(yè)動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力及對(duì)知識(shí)體系的應(yīng)用能力。文獻(xiàn)閱讀還可以使學(xué)生盡早知曉文獻(xiàn)獲取途徑、文獻(xiàn)管理、使用能力，提高捕捉關(guān)鍵信息的敏感度及科技論文寫作能力[15-16]。2.4教學(xué)方法與手段多樣化新時(shí)代大學(xué)生思路開闊，使用電子產(chǎn)品通過互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)、娛樂、人際交往已是當(dāng)代大學(xué)生生活中重要的一部分，正確引導(dǎo)學(xué)生廣泛利用數(shù)字資源，發(fā)揮其對(duì)互聯(lián)網(wǎng)依賴性的正向引導(dǎo)作用尤為重要。針對(duì)教學(xué)內(nèi)容采用適合的教學(xué)方法和手段，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，以學(xué)生為中心、換位思考，改變過去“老師教，學(xué)生學(xué)”的填鴨式教學(xué)方式，讓學(xué)生忙起來，課堂“活”起來。2.4.1線上線下教學(xué)相結(jié)合授課充分利用超星“學(xué)習(xí)通”網(wǎng)絡(luò)資源，將授課計(jì)劃、教案、實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程、網(wǎng)絡(luò)資源鏈接等教學(xué)資源上傳，采用超星“學(xué)習(xí)通”投屏授課，完成學(xué)生考勤、機(jī)選回答問題、分組討論、播放網(wǎng)絡(luò)視頻等教學(xué)活動(dòng)。適時(shí)關(guān)注熱點(diǎn)問題，引導(dǎo)學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)資源補(bǔ)充課程知識(shí)點(diǎn)。并鼓勵(lì)學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)獲取有關(guān)實(shí)驗(yàn)的新技術(shù)、新方法及學(xué)科研究進(jìn)展情況上傳至“學(xué)習(xí)通”，實(shí)現(xiàn)生生、生師之間網(wǎng)絡(luò)交流和討論。2.4.2翻轉(zhuǎn)課堂法教學(xué)重構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容，設(shè)置3～4項(xiàng)以學(xué)生為主體、教師主導(dǎo)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)內(nèi)容，對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，課前通過超星“學(xué)習(xí)通”發(fā)布任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生利用“中國知網(wǎng)”“NCBI”等數(shù)據(jù)庫資源查找資料，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、小組協(xié)作準(zhǔn)備任務(wù)；課中組織學(xué)生匯報(bào)準(zhǔn)備情況、組間交流、討論、達(dá)成共識(shí)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；課后通過參與教師科研、比賽等鞏固教學(xué)效果。制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，檢測各組學(xué)生學(xué)習(xí)效果，通過調(diào)查問卷反饋并整改存在的問題。2.4.3項(xiàng)目法教學(xué)教師科研、大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目、校內(nèi)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目等是開展分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)最重要的條件，按授課內(nèi)容進(jìn)行的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果是已知的，不能滿足學(xué)生的好奇心。而科研項(xiàng)目需要通過查閱設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，雖然結(jié)果也具有一定可預(yù)見性，但需要按技術(shù)路線進(jìn)行驗(yàn)證，包括試驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性分析、實(shí)驗(yàn)方案的確定、數(shù)據(jù)整理與分析等。學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室參與科研項(xiàng)目是一個(gè)探索或求證的過程，其間會(huì)遇到各種各樣的問題，這些問題的解決能夠提高學(xué)生綜合素質(zhì)，使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲泄ぷ鲬B(tài)度，激發(fā)科研興趣和追求新知識(shí)的熱情，達(dá)到科研反哺教學(xué)的目的。2.5構(gòu)建多元化教學(xué)評(píng)價(jià)體系構(gòu)建數(shù)字技術(shù)融入分子生物學(xué)課程線上線下相結(jié)合的教師教學(xué)評(píng)價(jià)體系；加強(qiáng)高校分子生物學(xué)課程數(shù)字資源建設(shè)，注重線上數(shù)字信息資源學(xué)習(xí)過程考核，建立學(xué)生多途徑學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系；通過調(diào)查問卷、問題反饋等形式，從學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、自主學(xué)習(xí)能力、知識(shí)理解記憶等方面