案例教学在专业学位研究生现代生物学实验技术课程中的应用实践

杨丽萍， 秦超彬， 杨国坤， 常绪路， 闫 潇， 聂国兴⋆

(河南师范大学水产学院， 河南新乡453007)

我国研究生教育经历了近40年发展之后，1978年取得了丰硕成果，但随着时代发展，在新时代，人才培养目标产生变化。因此教育部提出，研究生教育将进行深化改革，以适应培养要求[1]。研究生教育改革主要强化以下几个转变方向：首先是从培养数量到培养质量的转变；第二，是从学术型向学术、专业型协调发展的转变；第三，强调知识学习、能力学习同等重要；第四，人才培养评价强调学校表现和职业发展能力并重。专业学位研究生培养转变为更加注重专业实践能力的培养及后续的个人适应能力与个人发展潜力。为适应这一要求，教育部又提出加强案例教学在专业学位研究生主干课程中实践的若干意见。在这一背景下，完善专业学位研究生课程案例库十分必要，可为后续开展案例教学、实现专业学位研究生培养目标提供有力支撑。

现代生物学实验技术是水产养殖专业研究生必修课之一，是一门以分子生物学实验为主的综合性课程，具有极强的实践性和应用性。因此，总结归纳现代生物学相关案例，构建教学案例库，并将其应用于水产养殖专业学位研究生课程教学，将促进专业学位研究生掌握现代生物学相关技术，提升执行论文过程中的实验能力，有助于提高研究生培养质量。研究成果更有助于丰富中国专业学位教学案例库资源。

1 国内外建设概况

案例教学（Case-based teaching，CBT）是一种引导式教学方法。通过教师的引导，学生有目的有意识的查找、阅读相关案例，并对案例进行初步思考与分析，随后通过课堂讨论方式交流个人的领会情况。在教学过程中，将锻炼学生的协作精神、促进学生对学习知识的整合、培养学生内在和外在的学习动机、鼓励学生自我反思和批判性反思、允许学生通过整合知识与实践进行科学探究。案例教学是在二十世纪由哈佛法律学者克里斯托弗首创，根据法学提出和发展起来的。这种教学方法不同于其他教学方法的是，教师在教学中，对有关问题不提出自己的意见[2]。但是，教师鼓励学生为每个案例提出问题和解决方案。随后，案例教学逐渐应用于科学、医学、公共卫生、商业、及人文学科等领域。随着案例教学的蓬勃发展，案例库及案例中心也逐渐增多。其中，中国专业学位教学案例中心平台的建立，为广大教师和学生提供了一个重要的公共交流平台，这一平台宗旨是“成本分担，公益为主”。2020年，中国专业学位案例中心围绕“新冠肺炎疫情防控”开展了主题案例专项征集工作，共收集案例54个。然而在水产养殖专业中，案例教学应用报道的比较少。西北农林科技大学王立新开展了“基于提高学生学习主动性的水产养殖专业课程教学设计与实践”研究的教改项目，该项目的宗旨体现了案例教学的目的，即提高学生分析问题和解决问题的能力。我国2013年5月建立中国专业学位教学案例中心，至今已有7年时间。以“生物”为关键词进行搜索，共有35条记录，来源于林业大学、农业大学、师范大学、工业大学、科技大学等多家院校。目前，尚缺乏分子生物学实验技术相关课程案例的建设。

2 现代生物学实验技术课程特点

现代生物学实验技术课程是河南师范大学水产学院研究生的专业必修课程。该课程主要包括分子生物学相关实验内容。分子生物学的基本理论的建立与发展都是以实验为基础，通过实验操作，去理解实验背后的科学理论，从而促进对实验原理的掌握。该课程主要包括实验室安全基本防护知识、分子生物学实验室设计标准、功能分区以及常用分子生物学仪器情况等。基本实验技术包括DNA提取、RNA提取、荧光定量PCR、蛋白质表达与纯化等。

3 现代生物学实验技术案例库建设

现代生物学实验技术是一门以分子生物学实验为主的综合性实验课程，是一门实践性很强的学科[3]。案例库编写过程严格围绕专业研究生培养目标和课程教学要求[4-5]，通过成立案例编写小组，组内成员交流讨论，围绕现代生物学实验中的核心问题重点编写系列案例，以供水产专业学位研究生教学使用，并在教学中实施案例教学，取得了较好的教学效果。

本课程实验项目进行按照功能模块儿建设，分别为DNA发现史及其操作技术，荧光定量PCR技术，目的基因克隆及序列分析技术，核酸-蛋白相互作用，蛋白质印迹法，蛋白的分离纯化与鉴定，目的蛋白表达与纯化，RNA干扰，信号转导研究技术与策略，细胞培养技术十部分内容[6]。

学生搜集案例后，即进行案例教学。具体要求如下：开课前一周将案例材料发给学生，布置预习任务，对背景进行资料查阅。回到课程，教师将组织学生分析案例，然后针对典型案例进行讨论、交流。课堂教学中，教师梳理案例教学相关内容，提出案例的总体思路。教师完成课程讲解，随后，学生进行组内讨论。学生要求每人总结自己的学习成果，并提出问题。讨论环节结束后，每组选派代表对本组的讨论结果进行汇报与提问。教师对学生提出的难点问题进行剖析，多层次、多角度进行解答。最后一部分是对案例教学相关知识的认识得到深化与提升。教师对现代生物学实验技术相关实验和理论知识提出更深层次的问题，学生需要作答。教师通过学生搜集案例情况、参与讨论情况、总结汇报情况和回答问题情况给予综合评价。通过案例教学的实施，在综合评价环节，教师可充分了解学生对知识掌握情况及整体教学实施效果。

4 现代生物学实验技术案例库应用前景

在现代生物学实验技术授课过程中使用案例教学，可以解决时间、空间、人员和经费限制问题，能够将复杂的操作性实验课程转换为模拟操作讨论课程，使得该专业研究生在准备案例、设计案例和研讨案例过程中，充分发挥个人能动性，搜集、分析和研讨实验案例的每一个细节，达到教学目的。此外，建立的案例库可以为建设专业实践平台提供重要资源，有助于水产专业学位研究生快速掌握最新生物学研究方法，并将其应用于水产动物相关研究中。案例库有助于学习者实现多种终端自主学习，技能训练。实现终身学习，促进职业成长。

案例库的建设与应用对教师队伍的成长也有积极作用。案例教学方式是一种引导式教学，通过教师的引导，学生的参与，形成教学相长的效果。通过交流学习，可提升案例教学水平，丰富案例库建设。此外，教师在与其他高校教师开展教学研讨会议时，可就案例教学实施方案、实施效果、已收集的案例库种类、数目、典型案例等情况进行交流或进行教学资源的互换，从而加强学校之间的教学合作，促进教学水平的提升。

5 现代生物学实验技术案例库建设的意义

5.1 有利于掌握科学发展的规律

现代生物学的发展历史，是科学家对生命本质认识的过程。从1940年开始，生物科学家在化学科学家、物理科学家等的帮助下，团结奋斗，终于解析了DNA的结构。这一发现开启了生物学研究的新时代，传统生物学开始利用这一新手段，从组织学、细胞学、解剖学、胚胎学、遗传学及生理学等各领域揭秘生命的奥妙。沃森、克里克和威尔金斯因解析DNA结构一起分享了1962年诺贝尔医学奖。但对遗传物质本质的认识，离不开多名科学家的集体贡献。1928年，英国的细菌学家弗雷德里克·格里菲斯通过实验发现，存在于热灭活的肺炎双球菌中的一种遗传物质，可使含有它的粗糙外表的活体细菌发生遗传性变化，他将此现象称为转化。1951年伦敦大学富兰克林获得了清晰B型DNA的X射线晶体衍射照片，为沃森和克里克得出DNA为双螺旋结构提供了直接证据。进一步梳理DNA结构和破译后的遗传密码信息，克里克首先提出“中心法则”（1957年），生命体的遗传信息由DNA序列中ATCG等脱氧核苷酸的排列次序决定。

DNA结构解析案例教学的应用，首先，可使学生掌握自然科学发展的普遍规律，实验的顺利开展与正确理论的提出是统一的；其次，使学生懂得科学的发展通过学术争论、充分的交流而不断推进；第三，科学的发展是逐步由点点滴滴小的变化到质的飞跃的过程；最后，让学生明白科学是一个整体，科学发现离不开多领域科学家的共同贡献。

5.2 有利于促进对交叉学科的认识

现代生物学已全面渗透到细胞生物学和神经生物学的发展领域，科学家对膜内信号传导、离子通道的分子结构、功能特性及转运方式的认识加深。对自然界生物的认识、阐明改造离不开分子遗传学。DNA分子标签已被应用于物种分类和进化研究，结合物种形态特征、生理特征，探讨生物间的亲缘关系远近。分子生物学的发展揭秘了生命本质，即高度有序性和一致性，是人类在认识论上的重大飞跃。生命活动的一致性，决定了下一个世纪的生物学将是统一生物学，即所有学科进行分子水平的研究[7]。近六年来，诺贝尔化学奖有4次发给生物学家（2020，CRISP基因组编辑方法；2018年，酶的定向进化与多肽和抗体的噬菌体展示技术方面；2017年，冷冻显微术领域；2015年，DNA修复方面所做出的卓越贡献）。现代生物学实验技术与生物化学、生物物理学关系十分密切。大量化学、物理工作者进入生物学领域，将有力推动生物学科的发展。

案例教学的实施，可帮助学生将现代生物学历史事件的重要发现等概念内化，并启发学生思考，提出问题和提供相应解决方案。案例库的建设对于研究生的培养和教学质量的提高有重要意义。