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分子生物学网络教学资源与网络辅助教学实践
发布时间:2018-12-03        浏览次数:19        返回列表

邱海洪++蒋盛岩++刘静霆

摘 要:分子生物学是生命科学类本科专业的一门重要基础课程,日渐丰富的网络教学资源使得网络辅助教学日益成为分子生物学课程教学的必要环节,传统的课堂教学受时间、空间等多方面因素制约。随着网络的普及以及教育技术的快速发展,课程网站的建设越来越受到高校的重视。构建分子生物学网络辅助教学互动平台能够较大地提高课程教学效果。

关键词:分子生物学 网络教学资源 网络辅助教学 互动平台

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)11(b)-0199-03

分子生物学是生命科学类本科专业的一门重要基础课程,主要研究核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用,是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。分子生物学所涉及的PCR、分子克隆、核酸电泳、琼脂糖凝胶电泳测序、DNA与RNA提取、外源DNA转化、体外转录、逆转录、cDNA文库构建、原位杂交、酵母双杂交、差减杂交、扣除杂交、蓝白斑筛选、抗生素筛选等相关技术发展异常迅速[1],几乎渗透到生物科学的所有领域。这些技术所蕴藏的信息量较大,抽象又不易理解,通过短暂的课堂教学难以让初学者在完全掌握。这就要求教学者要建立并充分利用好网络辅助教学平台,以便学生课后学有所依,问有所托,疑有所答,最终有效提高教学效果。

目前,网络辅助教学已成为创新教学方式的热点,因为很多在校大学生花在“网络”、“电脑”的课余时间较多,而传统的课堂面授答疑等教学活动往往受时间、空间等因素的制约,学生不能及时解决问题,教师也不能及时了解和掌握学生的情况,不利于学生与教师之间及时沟通与交流,因此阻碍了教学质量的提高。如何发挥网络辅助教学的潜力以提高有限教育资源的利用率?已成为广大教育工作者面临的重要问题。为了使学生能够掌握快速发展的分子生物学理论知识和相关技术,笔者所在的分子生物学教学团队以现代信息技术为支撑,构建包括课程学案、习题、实验指导、参考文献、师生互动等分子生物学网络教学平台作为课堂教学的辅助和补充,引导学生自主学习与独立思考,在一定程度上较大地提高了教学效果。

1 分子生物学教学网络资源

1.1 分子生物学常用论坛

论坛是一种主题鲜明、内容丰富、交互性强的网络资源。广大师生可以在分子生物学论坛上各抒己见、集思广益、取长补短,不断提高自己的分子生物学理论和科研水平。常用的分子生物学论坛有小木虫、生物谷、生物秀(中国生物科学论坛)、丁香园、基因酷、生物信息学论坛、生物通和分子生物学论坛等[2]。

1.2 分子生物学常用软件

随着越来越多的核酸序列和蛋白质序列的测定,越来越复杂的分子生物学数据呈爆发式增长,越来越多的生物公司开发出各种各样的分子生物学软件,方便研究人员进行数据分析。这其中包括常用于PCR引物设计软件、DNA 的序列编辑、开放阅读框搜寻、限制性酶切图谱绘制、遗传图谱绘制、蛋白序列翻译和序列比对等分析功能的软件;用于蛋白的同源性比对、二级结构预测、蛋白酶解消化图谱和氨基酸序列查找等分析功能的软件。这其中较为常用的综合性软件有DNATools 、DNASTAR、Omiga、Vector NTI、DNASIS等。常用的引物设计软件主要有Premier 和Oligo等,常用的酶切分析软件主要有DNAssist、RESTRICTION ANALYSIS、PrimerPremier、Vector NTI Suite等,常用的凝胶分析软件有QuantityOne、BandScan、Band Leader、TotalLab、QuantiScan、Gel-Pro Analyzer等,常用的质料绘图软件有Plasmid Processor、Gene Construction Kit、Winplas、Plasmid Premier等,常用蛋白质分析软件有ANTHEPROT、pSAAM、aminoXpress、VHMPT等,常用的2D分析软件有PDQuest、ImageMaster 2D Platinum等,常用的进化树构建与分析软件有PAUP、PHYLIP、PUZZLE和TREEVIEW、CLUSTALX等,三维结构显示软件主要有MoluCAD、Biodesigner、RasMol、Moilin、ICMLite等。

1.3 分子生物学常用数据库

随着核酸与蛋白质生物大分子序列和结构测定技术的完善和应用,有关核酸及蛋白质序列的数据库及蛋白质结构的数据库也在迅速增长,数据库的内容和种类更加丰富和完善,为生物学各个领域的深入研究提供了坚实的信息学基础。目前常用的核酸序列数据库有:(1)美国国家生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information,NCBI)建立的GenBank数据库,该数据库包含70,000多种生物的核苷酸序列,每条纪录都有编码区(CDS)特征的注释,还包括氨基酸的翻译,科研人员可以从数据库中直接获取序列数据。(2)欧洲分子生物实验室(The European Molecular Biology Laboratory, EMBL)的EMBL-DNA数据库,该数据库近年来发展很快,数据量逐年成倍递增,可供科研人员进行核苷酸序列检索及序列相似性查询。(3)日本国立遗传研究所(NIG)的DDBJ数据库,该数据库与GenBank、EMBL互通有无,同步更新,数据库主页除了数据库检索(Data search)功能之外,还有数据分析(Data analysis)和数据提交(Data submission)等功能。蛋白质序列数据库主要有:(1)美国国家生物医学研究基金会(National Biomedical Research Foundation,NBRF)、德国的慕尼黑蛋白质序列信息中心(Munich Information Center for Protein Sequences,MIPS)和日本国际蛋白质序列数据库(Japanese International Protein Information Database,JIPID合作成立的国际蛋白质信息中心(PIR-International),共同收集和维护蛋白质序列的PIR数据库,这是一个全面的、经过注释的、非冗余的蛋白質序列数据库。(2)瑞士日内瓦大学的蛋白质序列数据库SWISS-PROT(Swiss-Prot Protein Sequence Database),目前已合并入UniProt数据库,并与30多个数据建立了交叉引用,其中包括核酸序列库、蛋白质序列库和蛋白质结构库等,SWISS-PROT数据库包含了EMBL核酸序列数据库中经过仔细检查和准确注释了的蛋白质序列,方便了研究人员开展任何蛋白质序列数据的搜寻和比对工作。除了序列数据库之外,还有基因组及相关数据库GSDB和GDB,核酸三维结构数据库NDB和BNASDB,蛋白质三维结构数据库PDB,蛋白质结构分类数据库SCOP,蛋白质二维凝胶电泳数据库WORLD-2DPAGE和Phoretix links,信号传导及蛋白质-蛋白质相互作用相关数据库DIP,INTERACT和ProNet,DNA和蛋白质相互作用数据库DPInteract,限制性内切酶和甲基化酶的数据库Rebase等。日渐丰富的分子生物学数据库极大地方便了分子生物学教学和科研。endprint

1.4 分子生物学常用动画资源

动画教学作为一种多媒体教学技术,具有动态、直观、生动和形象等特点,使学习者印象深刻。分子生物学中如DNA复制、蛋白质的合成等许多知识点以及聚合酶链反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)等分子生物学研究技术过程都是一些动态过程,借助动画可以形象地展示生物大分子之间相互作用的动态过程,具有较强真实感,学生感觉身临其境,学习兴趣高涨,理解深刻。充分利用网络资源,收集分子生物学有关理论和实践操作动画应用于课堂辅助教学,可提高分子生物学多媒体教学效果。常用的分子生物学教学动画资源有:(1)Whfreeman公司出版的分子细胞生物学配套学习资料以及麦格希教育集团提供部分有关分子生物学知识的动画。其中有关DNA复制、转录、蛋白质合成、乳糖操纵子模型、DNA测序、基因芯片和RNA加工等动画简洁明了,配有简单介绍,很适合于课堂辅助教学。(2)Sumanas公司开发的动画技术关于分子生物学内容的PCR、mRNA的剪切、ELISA技术、蛋白质分泌、质粒克隆、酵母双杂交技术、单克隆抗体制备等动画制作精美,动态感强,并附有测验试题,可以供学生练习巩固相关知识。(3)冷泉港实验室(The Cold Spring Harbor Laboratory,CSHL)下属的“多兰DNA学习中心”)展示了许多分子生物学教学动画,如DNA组装染色体、RNA的生物合成和蛋白质的生物合成等理论内容以及基因克隆、PCR和DNA测序等分子生物学实验技术,动画形象生动,浅显易懂。(4)常用分子生物学教学动画网站有http://www.hhmi.org/biointeractive/animations/index.html、http://v.bio1000.com/show-413.html及http://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/animations/animations.htm等[3]。

尽管分子生物学教学动画资源丰富,但动画毕竟只是一种辅助教学,主要用于一些难以阐述清楚和理解的分子生物学知识点,所以教师在课堂教学活动中不能让“动画”取代自己,动画演示教学时间不宜太长,以免喧宾夺主,而应该结合多媒体教学课件这一外在工具,抓好课堂教学“内功”,在动画演示的同时辅以理论讲解,有效实现教学目标,提高课堂教学效果。

1.5 分子生物学文献数据库

分子生物学常用文献中文数据库有:中国知网、中国学位全文数据库、万方数据库、重庆维普中文科技期刊数据库以及中国学术会议全文数据库,外文电子期刊数据库有:pubmed数据库、Elsevier Science Direct全文期刊数据库、SCI数据库、Springer全文期刊数据库等。通过查阅这些文献数据库,可以方便获取相关文献,供学习考研参考。

2 分子生物学网络辅助教学平台的构建与应用

借助丰富的分子生物学教学网络资源,结合多年的教学实践,笔者所在教学团队构建了分子生物学网络辅助教学平台(如图1)的教学模式,该平台以学生自主学习、以人为本为出发点,以人机互动、师生互动为优势,以突破时空界限、延伸教学空间、拓展学生思维为手段、以培养勤于思考、善于善思考的高素质综合人才为目的,很好地适应了信息化教学发展的要求。分子生物学网络辅助教学平台包括七大模块,其中课程介绍模块主要介绍课程性质、地位,教学大纲、教学计划、考核办法,每一章节的教学内容与教学重难点,通过了解课程介绍,让学生掌握待学的大致内容。构建教材教案与网络资源模块涵盖参考教材、自编教材(讲义)、教学课件、论坛、软件、数据库、动画、文献、录像等多种学习资源,目的在于让学生在课堂主阵地学习之外,课外学习学有所依。实际应用模块主要介绍一些常用的分子生物学技术,如PCR、分子克隆、核酸电泳、琼脂糖凝胶电泳测序、DNA与RNA 提取、外源DNA转化、体外转录、逆转录、cDNA文库构建、蓝白斑筛选和蛋白质电泳等原理与操作方法,让学生能真正学以致用。作品展示模块主要介绍历届学生的优秀作业、课程论文,通过榜样示范激发学生的学习兴趣和动力。练习思考模块提供章节总结要点,配以必要的练习,附上参考答案,让学习自行检测,提高自学效果。在线答疑模块为师生提供了一个课外交流空间,有利调动了学生学习的积极性,学生与学生之间、学生与老师之间的网络交流讨论解决了教学时间和空间的限制,使学生能够问有所答,在学习过程中碰到的疑难问题得到及时解决,进一步地激发了学生的学习兴趣,也激发了教师不断提升业务水平,真正实现教学相长。在线答疑模块的使用也有效解决了网络教学中师生之间交流不畅的难题,使网络辅助教学更具可行性和实用性。

总之,借助丰富的網络资源开展分子生物学课程网络辅助教学具备人机互动、师生互动的优势,体现了以人为本、自主学习的特点,有利于突破教学时空界限和延伸课堂教学空间,有利于突出教师解惑与答疑的角色以拓展学生的思维方法,真正适应信息化时代教育发展的要求,培养勤于思考、善于善思考的高素质综合人才。

参考文献

[1] J.萨姆布鲁克,D.W.拉赛尔.分子克隆实验指南(第三版)[M].北京:科学出版社,2016.

[2] 王静,压丹.网络资源在生物学习中的应用[J].教育教学论坛,2014(29):244-245.

[3] 赵新民,夏莉,徐玲,等.分子生物学教学动画网络资源的利用[J].广东化工,2011,38(7):196,198.endprint