晏賢春，曹秀麗，卜 歆，韓 驊，梁 亮

(1.空軍軍醫(yī)大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室，西安 710032；2.空軍軍醫(yī)大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 醫(yī)學(xué)遺傳與發(fā)育生物學(xué)教研室，西安 710032)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物化學(xué)與分子生物學(xué)課程教學(xué)的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的重要手段[1]。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)傾向于簡(jiǎn)單地講解實(shí)驗(yàn)原理和步驟，側(cè)重于讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)的技術(shù)方法，而忽視培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。孤立地開(kāi)展每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)完分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程后仍然缺乏整合思維與能力，難以將所學(xué)實(shí)驗(yàn)方法有機(jī)地整合[2-3]。此外，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)缺少教師與學(xué)生間的深入交流和針對(duì)性指導(dǎo)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程不夠重視、缺乏興趣，個(gè)別同學(xué)甚至隨意書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，嚴(yán)重影響了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。通過(guò)對(duì)我校2018級(jí)生物技術(shù)專業(yè)本科生問(wèn)卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，80%的學(xué)生并不滿足教師在實(shí)驗(yàn)課中僅對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及步驟的簡(jiǎn)單講解，更希望教師在課堂上能夠結(jié)合自身的科研經(jīng)歷分享如何利用所學(xué)實(shí)驗(yàn)方法有效解決實(shí)際科學(xué)問(wèn)題。

基于問(wèn)題學(xué)習(xí)(problem based learning，PBL)的教學(xué)模式在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，該方法以問(wèn)題為導(dǎo)向引導(dǎo)學(xué)生以小組方式進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的整合思維能力、提高其綜合研究能力[4]。結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂(flipped classroom)教學(xué)法，讓學(xué)生在課前自主學(xué)習(xí)教師提供的學(xué)習(xí)資料，在課堂上通過(guò)展示、討論、評(píng)價(jià)等一系列教學(xué)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化，可有效地提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和語(yǔ)言表達(dá)能力，有助于培養(yǎng)學(xué)生的批判精神[5]。已有研究表明：PBL結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂混合式教學(xué)模式能夠更好地激發(fā)學(xué)生從“要我學(xué)”變成“我要學(xué)”，進(jìn)一步提高學(xué)生綜合分析和解決問(wèn)題的能力[6-8]。然而，該混合式教學(xué)模式是否能夠較好地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)仍不清楚。

本次面向我校2018級(jí)生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合教師自身研究經(jīng)歷，嘗試通過(guò)解決“Dll4胞外區(qū)重組蛋白是否能夠抑制內(nèi)皮細(xì)胞血管形成能力”這一科學(xué)問(wèn)題，將DNA提取、PCR、核酸電泳、連接和轉(zhuǎn)化、質(zhì)粒提取、蛋白質(zhì)提取和Western Blot等常規(guī)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)有機(jī)整合，并結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施教學(xué)，以探討該混合教學(xué)法在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用和具體效果。

1 分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課PBL結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的設(shè)置及實(shí)施

本次分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程通過(guò)讓學(xué)生用常用的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)方法去解決實(shí)際科學(xué)問(wèn)題，讓學(xué)生“學(xué)有所獲”，提高其分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

第一次實(shí)驗(yàn)課，教師首先向?qū)W生介紹自身從事研究的課題，從而引出本次課程待解決的科學(xué)問(wèn)題。筆者長(zhǎng)期從事血管形成相關(guān)分子機(jī)制研究，因此向?qū)W生介紹血管形成基本過(guò)程及其在疾病(如腫瘤)發(fā)生發(fā)展中的作用與意義、Dll4活化Notch信號(hào)抑制血管形成的作用機(jī)制、以活化Notch信號(hào)為基礎(chǔ)治療血管形成相關(guān)疾病的潛在應(yīng)用價(jià)值等背景知識(shí)。隨即引出科學(xué)問(wèn)題：是否可通過(guò)體外獲取Dll4胞外區(qū)重組蛋白用于活化Notch信號(hào)，從而達(dá)到治療血管形成相關(guān)疾病的目的？從解決這一科學(xué)問(wèn)題出發(fā)，一是需要構(gòu)建Dll4胞外區(qū)原核表達(dá)載體并獲取大量Dll4胞外區(qū)重組蛋白，可通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)技術(shù)，即DNA提取、PCR、膠回收、連接、轉(zhuǎn)化、質(zhì)粒提取、測(cè)序、IPTG誘導(dǎo)表達(dá)、蛋白質(zhì)提取、SDS-PAGE、考馬斯亮藍(lán)染色、Western Blot和蛋白質(zhì)純化等實(shí)現(xiàn)；二是需要證明獲得的Dll4胞外區(qū)重組蛋白是否具有抑制內(nèi)皮細(xì)胞的血管形成的能力，經(jīng)由細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞管腔形成等實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。其中測(cè)序、蛋白純化、細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞管腔形成實(shí)驗(yàn)為最后一節(jié)課由教師示教或者觀看錄像。其余常用分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生必須掌握的實(shí)驗(yàn)，在中間的11次分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程由學(xué)生自主操作。完整的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容與安排見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容與安排

中間的11次分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程均采用翻轉(zhuǎn)課堂具體實(shí)施：(1)授課教師每次課前一周將課程相關(guān)資料(文獻(xiàn)、課件和操作視頻等)通過(guò)微信群共享給學(xué)生并進(jìn)行在線討論、答疑；此外，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組(3人一組)，每組根據(jù)教學(xué)大綱進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)并制作PPT。(2)每次課由其中一組選派1名同學(xué)主講課前準(zhǔn)備的PPT以及回答同學(xué)提出的問(wèn)題和質(zhì)疑。授課教師在學(xué)生講解結(jié)束后，對(duì)重、難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行補(bǔ)充和強(qiáng)調(diào)。(3)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，授課教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論、交流實(shí)驗(yàn)心得，并對(duì)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、PPT制作、實(shí)驗(yàn)完成度以及回答問(wèn)題等能力進(jìn)行綜合評(píng)分。

2 PBL結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施效果

通過(guò)分析學(xué)生查找資料和PPT制作的科學(xué)性、完整性，隨堂觀察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作積極性，分析實(shí)驗(yàn)成功率、報(bào)告完成質(zhì)量以及期末考試檢測(cè)對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)本身的理解和應(yīng)用能力，評(píng)價(jià)PBL結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法的效果。對(duì)學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果顯示，90%的學(xué)生對(duì)該P(yáng)BL結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法表示認(rèn)可，滿意度較高，認(rèn)為該方法能幫助他們縮短自身實(shí)驗(yàn)操作的時(shí)間、提高實(shí)驗(yàn)的成功率；同時(shí)，80%的學(xué)生認(rèn)為該方法有效地提高了學(xué)習(xí)效率，調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，拓展了分子生物學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)的知識(shí)面，提升了分析和解決問(wèn)題的能力，有助于未來(lái)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展深入的科學(xué)研究。對(duì)期末考試中的論述題(題目：若想確診一個(gè)感染流感病毒患者的感染類型，并針對(duì)該病毒類型進(jìn)行重組蛋白疫苗的研制，請(qǐng)利用DNA重組技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)詳細(xì)完整的蛋白表達(dá)過(guò)程)得分情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，超過(guò)80%的學(xué)生能夠利用所學(xué)的知識(shí)設(shè)計(jì)出一套完整的DNA重組、蛋白質(zhì)表達(dá)純化及功能驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)方案，并在此基礎(chǔ)上較為詳細(xì)地說(shuō)明每一個(gè)步驟用到的實(shí)驗(yàn)方法及原理。如針對(duì)病毒基因組特定區(qū)域的PCR引物設(shè)計(jì)方法、重組蛋白表達(dá)載體的選取等。此外，在回答問(wèn)答題(題目：根據(jù)圖片展示W(wǎng)estern Blot實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析出現(xiàn)問(wèn)題的可能原因)時(shí)，75%以上的學(xué)生可根據(jù)所學(xué)知識(shí)準(zhǔn)確地分析出問(wèn)題的原因，如顯色反應(yīng)中膜上出現(xiàn)雜點(diǎn)較多、印跡條帶出現(xiàn)歪曲等情況，表明學(xué)生的分析和解決問(wèn)題能力得到顯著提升，有效地實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的內(nèi)化。

3 PBL結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)

“構(gòu)建Dll4胞外區(qū)重組蛋白抑制內(nèi)皮細(xì)胞血管形成”是本課題組前期開(kāi)展的研究課題之一[9]，該課題的研究涵蓋了分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所有的實(shí)驗(yàn)方法。在實(shí)際教學(xué)中，我們以此課題為基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，總結(jié)出PBL結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)。

3.1 以“Dll4胞外區(qū)重組蛋白抑制血管形成”為科學(xué)問(wèn)題的PBL教學(xué)有助于學(xué)生形成整合思維方式

相比理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的根本目的是教會(huì)學(xué)生如何有效地應(yīng)用所學(xué)實(shí)驗(yàn)方法解決基礎(chǔ)及臨床問(wèn)題[1]。“Dll4胞外區(qū)重組蛋白抑制血管形成”課題涉及通過(guò)DNA重組技術(shù)獲取大量重組蛋白并進(jìn)行后續(xù)功能驗(yàn)證等多方面研究?jī)?nèi)容，可以將分子生物學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)有機(jī)地整合在一起。該課題的展開(kāi)有助于培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)研究中需要的整合思維方式[10]，有助于其盡早地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展科學(xué)研究工作，還可以培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行臨床疾病治療轉(zhuǎn)化應(yīng)用的意識(shí)，提高其未來(lái)在生物技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)能力。

3.2 PBL結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法更有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和內(nèi)化

隨著分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法的革新，單純課上的講解難以讓學(xué)生快速地理解和掌握大量拓展的知識(shí)，因此，PBL教學(xué)對(duì)學(xué)生和教師提出了更高的要求，更依賴他們的主觀能動(dòng)性。在實(shí)際教學(xué)中，我們將PBL教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法相結(jié)合：一方面，在課前將實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)、授課PPT、實(shí)驗(yàn)操作視頻以及背景知識(shí)資料通過(guò)微信群分享給每一位同學(xué)并和學(xué)生進(jìn)行線上交流、討論，這使得學(xué)生能夠更有針對(duì)性地拓展學(xué)習(xí)所需的知識(shí)；另一方面，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，并讓他們按照小組的方式自行在課上進(jìn)行講解，然后由教師進(jìn)行總結(jié)和糾錯(cuò)，這可以有效地增強(qiáng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性以及對(duì)知識(shí)的理解和內(nèi)化，同時(shí)還可以有效地提高學(xué)生的表達(dá)和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。

3.3 PBL結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法需要教師更加充足的準(zhǔn)備

相比傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，PBL結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法對(duì)教師的知識(shí)儲(chǔ)備和時(shí)間安排也提出了更高的要求。首先，PBL教學(xué)中涉及較多的研究背景知識(shí)與實(shí)驗(yàn)方法拓展理論的介紹。例如，在第一次課上，基于“Dll4胞外區(qū)重組蛋白抑制血管形成”的PBL教學(xué)中，教師如何將血管形成、Notch信號(hào)等基本理論知識(shí)“深入淺出”地向?qū)W生講解清楚，如何將前沿進(jìn)展融入背景介紹，需要教師更加精心地備課。其次，在后續(xù)的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂上，學(xué)生是主體，需要在前期搜集整理資料并制作PPT，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及注意事項(xiàng)進(jìn)行逐一講解，由于大部分學(xué)生未曾進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展過(guò)實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)難以把握，因此，需要任課教師在課前針對(duì)每組講解的內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，適當(dāng)組織學(xué)生進(jìn)行預(yù)講，這樣才能達(dá)到良好的教學(xué)效果。

此外，相比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，PBL教學(xué)法需要準(zhǔn)備更多的解決科學(xué)問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)試劑和設(shè)備，需要在選題時(shí)考慮實(shí)驗(yàn)試劑及設(shè)備的可行性[11]?！癉ll4胞外區(qū)重組蛋白抑制血管形成”這一科學(xué)問(wèn)題的解決所需的試劑與前期傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用的試劑基本一致，主要區(qū)別在于引物設(shè)計(jì)以及Western Blot實(shí)驗(yàn)中需要使用Dll4胞外區(qū)單克隆抗體進(jìn)行檢測(cè)。目前，有較多的測(cè)序公司以及抗體試劑公司提供這一服務(wù)，因此，實(shí)驗(yàn)試劑較為容易獲得。

最后，基于“Dll4胞外區(qū)重組蛋白抑制血管形成”的PBL教學(xué)法中各個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟間聯(lián)系較為緊密，某一個(gè)步驟的失敗可能會(huì)導(dǎo)致后續(xù)實(shí)驗(yàn)的失敗或中斷，這需要教師在課程實(shí)施前準(zhǔn)備更加充足的實(shí)驗(yàn)材料以及進(jìn)行完整的預(yù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)好補(bǔ)救措施，避免因前序?qū)嶒?yàn)失敗引起的后續(xù)實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行的問(wèn)題等[12]。

4 PBL結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法在醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的展望

隨著分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的快速反應(yīng)試劑盒的出現(xiàn)在較大程度上降低了實(shí)驗(yàn)所需的時(shí)間以及對(duì)操作人員熟練程度的要求，因此，在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，教師應(yīng)該更加注重對(duì)學(xué)生科研整合思維以及分析和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)。應(yīng)用PBL結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法，能夠有效地將孤立的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)方法有機(jī)地整合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力，培養(yǎng)未來(lái)醫(yī)學(xué)相關(guān)從業(yè)人員能夠利用先進(jìn)分子生物學(xué)知識(shí)和手段，更好地解決醫(yī)學(xué)問(wèn)題。