基因工程教學(xué)改革探析與實(shí)踐

劉淑君 李京軍

摘要：基因工程既是一門生物工程和生物技術(shù)專業(yè)的主干性課程，又是一門理論與實(shí)踐并重的專業(yè)基本知識(shí)課。為適應(yīng)當(dāng)今信息技術(shù)教育的要求，基因工程以運(yùn)用多種現(xiàn)在信息教學(xué)技術(shù)為手段，以聚焦培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神、獨(dú)立思維能力以及自主實(shí)踐能力為主要任務(wù)。為此，進(jìn)行精選教學(xué)內(nèi)容、改善教學(xué)手段、改進(jìn)考核方式等方面進(jìn)行初探，以期提高基因工程教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：基因工程；教學(xué)改革；探索

中圖分類號(hào)：G4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2022.22.089

生物技術(shù)已成為21世紀(jì)最具有發(fā)展前景的高新技術(shù)領(lǐng)域，而基因工程宛如王冠上的一顆明珠，在生物技術(shù)中處于核心主導(dǎo)地位，在高等教育中被列為生物技術(shù)和生物工程專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程。目前，生物技術(shù)與基因工程的蓬勃發(fā)展，不僅急需大批量優(yōu)秀的專業(yè)人才，也需要培養(yǎng)主力軍和后備力量。為了加強(qiáng)內(nèi)蒙古科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的生物工程和生物技術(shù)專業(yè)建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生的理解創(chuàng)新能力和科研操作能力，結(jié)合教學(xué)大綱，對(duì)基因工程教學(xué)進(jìn)行了初探，旨在培養(yǎng)社會(huì)適應(yīng)型高素質(zhì)生物工程技術(shù)人才，具體思路如圖1。

1基因工程課程教學(xué)現(xiàn)狀

基因工程課程以遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)以及生物化學(xué)等先修課程為基礎(chǔ)，利用DNA重組操作，人為地在體外對(duì)生物體的基因進(jìn)行剪切、修飾、改變和轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)基因克隆、基因轉(zhuǎn)移、基因編輯和基因治療的目的，實(shí)現(xiàn)用基因服務(wù)人類的夢想。因此基因工程包含了現(xiàn)代轉(zhuǎn)基因技術(shù)，是生物技術(shù)的核心，引領(lǐng)生物技術(shù)發(fā)展的方向。

1.1課程體系建設(shè)不完善

對(duì)部分高校來說，由于開課或辦學(xué)年限較短，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)缺乏，教學(xué)方法落后，導(dǎo)致基因工程專業(yè)課程及相關(guān)專業(yè)課程并沒有形成完整的教學(xué)體系，有些專業(yè)相關(guān)課程開設(shè)時(shí)間較早，有些課程開設(shè)時(shí)間較晚，對(duì)專業(yè)培養(yǎng)要求缺乏統(tǒng)籌計(jì)劃與安排。

此外，部分高校細(xì)胞生物學(xué)以及分子生物學(xué)與基因工程同時(shí)開設(shè)，學(xué)生細(xì)胞和分子相關(guān)的知識(shí)儲(chǔ)備不足，對(duì)課程中的相關(guān)概念模糊不清，課上不能充分理解教學(xué)內(nèi)容，致使學(xué)生無法調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)質(zhì)量不高。

1.2學(xué)生學(xué)習(xí)觀念缺乏

基因工程課程課時(shí)少、內(nèi)容多，教學(xué)負(fù)擔(dān)較重，再加上部分授課教師對(duì)前沿技術(shù)理解不到位，盲目刪減教學(xué)內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生沒有很好的課程知識(shí)體系，從思想上缺乏對(duì)基因工程課程重要性的認(rèn)知。

基因工程課程邏輯性較強(qiáng)，學(xué)習(xí)內(nèi)容和知識(shí)體系較為抽象，掛科率較高，導(dǎo)致學(xué)生較為抵觸該門課程，尤其是首次接觸基因工程的學(xué)生，在還沒開始學(xué)習(xí)前，就已形成了“課程難、易掛科”的觀念，甚至從思想上直接放棄該門課程的學(xué)習(xí)。

另外，對(duì)于部分高校轉(zhuǎn)專業(yè)的學(xué)生，基礎(chǔ)理論知識(shí)薄弱，實(shí)驗(yàn)操作動(dòng)手能力不足，難免對(duì)該課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏懼厭煩情緒，由此加教師的授課難度以及師生之間的教學(xué)矛盾。

1.3學(xué)生理論知識(shí)儲(chǔ)備欠缺

通過近幾年的授課發(fā)現(xiàn)，生物工程和生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生普遍對(duì)分子生物學(xué)以及細(xì)胞生物學(xué)方面知識(shí)掌握不全面，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)基因工程課程中涉及的分子和細(xì)胞問題力不從心。此外，生物技術(shù)日新月異、推陳出新，而基因工程教學(xué)內(nèi)容更新滯后。每個(gè)學(xué)校的專業(yè)定位、教學(xué)水準(zhǔn)、側(cè)重點(diǎn)不同，授課教師往往依據(jù)自己的理解側(cè)轉(zhuǎn)基因和克隆的講授，而對(duì)CRISPR-Cas9、RNAi等內(nèi)容講授較淺，導(dǎo)致學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備欠缺，理論知識(shí)較窄，應(yīng)用于實(shí)踐上的基因工程手段較少。

1.4實(shí)踐教學(xué)不足

全國各高校在實(shí)踐教學(xué)方面的實(shí)行程度參差不齊，部分高校甚至并未設(shè)置與基因工程課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)踐教學(xué)，這就使得學(xué)生難以將抽象復(fù)雜的課本知識(shí)與理論實(shí)踐相結(jié)合。

2基因工程教學(xué)改革初探與實(shí)踐

2.1精選教材，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

基因工程的開課群體為我校大學(xué)三年級(jí)的生物工程和生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生。在此之前，學(xué)生已完成生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、微生物學(xué)等專業(yè)課程和實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，具備了較完整的理論基礎(chǔ)和較全面的分子生物學(xué)及細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能。然而，基因工程在教學(xué)中普遍存在課時(shí)偏少、合適的教材難于尋找、課程內(nèi)容與其他課程重疊難于取舍等，因此，選擇一本“重視基礎(chǔ)、拓展眼界、聯(lián)系實(shí)際”的教材，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容十分關(guān)鍵。

根據(jù)學(xué)校制定的培養(yǎng)方案，結(jié)合學(xué)科發(fā)展以及人才市場要求，我們精選了基因工程的教材，并對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化。修改后的教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)了以下特點(diǎn)：一是調(diào)整教材中的教學(xué)內(nèi)容，合理取舍教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，避免教學(xué)內(nèi)容交叉重疊；二是明確各章節(jié)所需掌握的知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生更加清晰各章節(jié)所學(xué)內(nèi)容，使教師更加明確所授的教學(xué)內(nèi)容；三是結(jié)合國內(nèi)外生命科學(xué)領(lǐng)域的最新研究內(nèi)容及動(dòng)態(tài)，注重解決經(jīng)典與現(xiàn)代的關(guān)系，開闊學(xué)生視野，增加學(xué)生知識(shí)面，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2改善教學(xué)策略，提高教學(xué)效果

傳統(tǒng)的教學(xué)方式一直是以教師為中心的“填鴨式”教學(xué)方式，導(dǎo)致學(xué)生無法在一堂課中持續(xù)集中精力，學(xué)習(xí)效率較低，能力培養(yǎng)受限。因此，改革教學(xué)方法成為現(xiàn)代教育教學(xué)改革的關(guān)鍵步驟。為了提高教學(xué)效果，我們基于成果導(dǎo)向教育，以學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向的教學(xué)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，以及所掌握的基因工程課程相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，我們靈活采用了多種教學(xué)方法，具體內(nèi)容如圖2。

（1）課前活動(dòng)教學(xué)。充分利用課前時(shí)間，深挖課前工作。開課前開展“我身邊的基因工程”“新冠肺炎疫情中的基因工程技術(shù)”“日新月異的基因工程”等興趣活動(dòng)，使學(xué)生查閱相關(guān)資料，充分結(jié)合生活，提前進(jìn)入課程情境，避免基因工程課程教授時(shí)枯燥無味。調(diào)整課程內(nèi)容，革除部分偏、難理論介紹，使新的課程架構(gòu)更具有實(shí)用性、通用性以及生活性，更有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、拓寬基礎(chǔ)知識(shí)、培養(yǎng)科研素養(yǎng)、提高綜合素質(zhì)。

（2）案例式教學(xué)。在課程講授時(shí)，結(jié)合本校及本學(xué)院的研究優(yōu)勢，將科研與教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，精選基因工程課程相關(guān)的科研成果制成教學(xué)案例深度融入教學(xué)，如“卵母細(xì)胞減數(shù)分裂基因重組”“抗菌肽分子的篩選”“釀酒酵母的組蛋白修飾”等，增加師生互動(dòng)，既能夠讓學(xué)生了解基因工程的研究內(nèi)容，又能以科研促進(jìn)教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的求知欲。

（3）引導(dǎo)式教學(xué)?；蚬こ碳扔欣碚摻虒W(xué)又有實(shí)驗(yàn)技術(shù)操作教學(xué)，在基礎(chǔ)知識(shí)講授過程中難免枯燥乏味。因此，精心設(shè)置問題引導(dǎo)學(xué)生深入思考基因工程技術(shù)的原理從而主動(dòng)學(xué)習(xí)，這種引導(dǎo)式教學(xué)十分有必要。例如，PCR技術(shù)已成為當(dāng)今生物學(xué)及其相關(guān)學(xué)科使用最廣泛的技術(shù)，在該章節(jié)的學(xué)習(xí)中提出“Mullis是如何發(fā)明PCR技術(shù)”“PCR技術(shù)可以用于哪些領(lǐng)域”“PCR技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)體外快速擴(kuò)增目的基因”等問題。學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)、分組討論，得出相應(yīng)的結(jié)論，并在課堂中以多種形式展示與互動(dòng)。這種引導(dǎo)式教學(xué)不僅可以活躍課堂氣氛，更能培養(yǎng)學(xué)生的各項(xiàng)能力，促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，獨(dú)立思考。

（4）體驗(yàn)式互動(dòng)教學(xué)。與生物培訓(xùn)基地等當(dāng)?shù)仄髽I(yè)的結(jié)合教學(xué)，能夠讓學(xué)生身臨其境感受PCR、凝膠電泳、DNA提取等實(shí)驗(yàn)操作步驟。實(shí)踐后組織學(xué)生進(jìn)行總結(jié)分析和匯報(bào)研討，使學(xué)生充分了解基因工程技術(shù)的應(yīng)用。此外，開展“新型DNA/RNA提取試劑盒”或開發(fā)生物方面新產(chǎn)品等創(chuàng)新設(shè)計(jì)比賽活動(dòng)，總結(jié)生物企業(yè)中運(yùn)用到的基因工程技術(shù)，編寫設(shè)計(jì)說明書，以小組形式進(jìn)行研討答辯，使學(xué)生的學(xué)、研、算、講、辯等多方面的能力得以提升，開發(fā)創(chuàng)新思維與動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣。

（5）教學(xué)模型制作式創(chuàng)新教學(xué)。為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，利用生活廢棄物或相關(guān)配件，設(shè)計(jì)并制作出符合空間構(gòu)型和生物學(xué)原理的教學(xué)模型，如“DNA雙鏈結(jié)構(gòu)”“噬菌體結(jié)構(gòu)”以及“表達(dá)質(zhì)粒的酶切位點(diǎn)”等，讓學(xué)生講解其制作模型的思路，以小組形式評(píng)比出“最佳教學(xué)模型”。在模型制作過程中，授課教師不僅能夠與學(xué)生充分接觸，了解學(xué)生對(duì)知識(shí)和理論的掌握運(yùn)用程度，還能夠培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、善于動(dòng)手的基本科研素養(yǎng)；與此同時(shí)，學(xué)生能夠深刻體會(huì)基因工程運(yùn)用的生物學(xué)工具，對(duì)后續(xù)理論與實(shí)驗(yàn)課程的理解與學(xué)習(xí)大有益處。

（6）理論與實(shí)驗(yàn)課程一體化?；蚬こ陶紦?jù)現(xiàn)代生物技術(shù)的主導(dǎo)地位，具有很強(qiáng)的實(shí)踐操作性。因此，基因工程課程僅有理論教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，課堂上實(shí)驗(yàn)技術(shù)的操作流程同等重要。在理論課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，我們還為學(xué)生提供了實(shí)驗(yàn)課程：結(jié)合本院教師的科研內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生興趣，開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，例如，凝膠電泳、PCR、分子雜交等。學(xué)生自由組隊(duì)，獨(dú)立選擇課題和材料，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，分析失敗原因，分享成功經(jīng)驗(yàn)，得出相應(yīng)結(jié)論，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。理論與實(shí)驗(yàn)課程一體化的教學(xué)方式使課堂上枯燥無味的實(shí)驗(yàn)技術(shù)在學(xué)生手中轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)操作，通過學(xué)生自主思考和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，掌握相應(yīng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)流程和應(yīng)用領(lǐng)域，感受基因工程的魅力、力量和價(jià)值。

2.3利用現(xiàn)代信息技術(shù)教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生的求知欲

基因工程涉及面廣，內(nèi)容較多，技術(shù)的更新速度較快，課程中大量分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)難以用傳統(tǒng)教學(xué)手段進(jìn)行描述和講解，導(dǎo)致內(nèi)容較難理解、內(nèi)容較為抽象。因此，現(xiàn)代化多媒體教學(xué)手段與傳統(tǒng)板書式教學(xué)模式的結(jié)合，更加適合基因工程課堂教學(xué)。

運(yùn)用生動(dòng)形象的現(xiàn)代多媒體教學(xué)技術(shù)可以創(chuàng)造出一個(gè)又一個(gè)直觀有趣的教學(xué)情景，將文字、聲音、圖片、視頻、動(dòng)畫有機(jī)結(jié)合，將理論生動(dòng)起來，增加課堂趣味性，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，幫助學(xué)生理解和記憶課堂內(nèi)容，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

除運(yùn)用多媒體教學(xué)，充分利用本校的“雨課堂”教學(xué)綜合平臺(tái)，提前上傳教學(xué)課件和教學(xué)資料，課前掃碼點(diǎn)名，設(shè)置課堂小測驗(yàn)，布置網(wǎng)絡(luò)作業(yè)，學(xué)生也可以線上學(xué)習(xí)、提問，教師與學(xué)生在線交流、答疑，便于教師和學(xué)生溝通。教師由原來的教學(xué)主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的“傳道、授業(yè)、解惑”者。

2.4以科研促教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科研素質(zhì)

科研與教學(xué)相輔相成。基因工程課程涉及大量生物學(xué)領(lǐng)域技術(shù)，將課本上的理論與科研工作聯(lián)系起來，結(jié)合基因工程的技術(shù)成就和國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)，使學(xué)生在有限的課時(shí)中盡量多的了解基因工程領(lǐng)域的新動(dòng)態(tài)、新發(fā)展、新觀點(diǎn)，了解學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀。與此同時(shí)，展示講解本院教師的科研成果及其涉及的基因工程技術(shù)，能夠促進(jìn)學(xué)生全面掌握基因工程的理論知識(shí)，了解相應(yīng)技術(shù)在科研和生活中的實(shí)踐與應(yīng)用，使乏味的技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蚪鉀Q問題的生物學(xué)手段，借此激發(fā)學(xué)生科研探索的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)。

2.5改進(jìn)考核評(píng)價(jià)制度，推進(jìn)素質(zhì)教育

基因工程課程考核的目的不僅僅是學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解掌握程度，重在考查學(xué)生分析解決問題的能力，以及理論聯(lián)系實(shí)際的綜合能力。以往的教學(xué)考核以考試為主，然而培養(yǎng)只會(huì)考試的學(xué)生已不能適應(yīng)基因工程課程改革的現(xiàn)狀。因此，建立綜合全面的考核評(píng)價(jià)體系是推進(jìn)素質(zhì)教育的墊腳石。

為了轉(zhuǎn)變應(yīng)試教育的弊病，我們對(duì)基因工程課程的考核方式和成績評(píng)定進(jìn)行了改革。課程的總評(píng)成績由平時(shí)成績和期末考試成績兩部分組成，平時(shí)成績占30%，包括平時(shí)作業(yè)、隨堂提問、專題講解、課件制作、口頭報(bào)告、小組討論以及課程總結(jié)的撰寫。期末試卷成績占70%，在理論課筆試試卷設(shè)計(jì)上，減少客觀命題的比重，增加主觀命題的分量，同時(shí)增加實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析綜合題型，增強(qiáng)學(xué)生的綜合能力，全面考察學(xué)生的知識(shí)掌握程度。

2.6加強(qiáng)師資隊(duì)伍和教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，深化教育教學(xué)改革

高素質(zhì)的人才培養(yǎng)依賴強(qiáng)大的師資隊(duì)伍和教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，基因工程課程的教學(xué)離不開其他課程的配合和支撐。因此，開展相關(guān)課程的師資隊(duì)伍和教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)十分重要。提高教師的學(xué)歷，增加教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)具備良好的科研能力，這樣才能將科研思路及研究動(dòng)態(tài)更好地融入基因工程課程中，讓學(xué)生在緊跟科研前沿的基礎(chǔ)上，充分掌握課程的理論和實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)；與此同時(shí)，教師的綜合素質(zhì)，包括科研鉆研精神、文化底蘊(yùn)、語言表述能力等，都能有所提高。

另外，組織優(yōu)秀教師的教學(xué)觀摩活動(dòng)、定期舉辦教學(xué)研討活動(dòng)、派遣教師進(jìn)修學(xué)習(xí)等，鼓勵(lì)教師從中吸收教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，交流經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，調(diào)整課程內(nèi)容，完善知識(shí)體系，充分以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，提高教學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量，深化教育教學(xué)改革。

3結(jié)語

基因工程的發(fā)展日新月異，我們的教育教學(xué)也需要與時(shí)俱進(jìn)。如何進(jìn)行教學(xué)革新、提高教學(xué)質(zhì)量，滿足綜合型人才培養(yǎng)的需要是教育的永恒話題?！奥仿湫捱h(yuǎn)，吾將上下而求索”?；蚬こ探虒W(xué)的成功非一日之功，眾多院校和教師正在為此鍥而不舍孜孜不倦地工作。我們將不斷探索，不斷總結(jié)，力爭完善。

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