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。
參考文獻(xiàn)
[1]郭寶英,劉慧慧,楊靜文,等.二本院?;蚬こ探虒W(xué)改進(jìn)與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇,2015:119-120.
[2]馬利兵,王鳳梅.基因工程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].新課程研究(高等教育),2011:100-101.
[3]李莉梅.基于OBE教育理念的生物工程專業(yè)教學(xué)改革探究[J].廣州化工,2017:45.
[4]逄越,魏東.基因工程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2011:71-72.
[5]韓新才,周文科,程波,等.高?;蚬こ陶n堂教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].化工高等教育,2018,(35):36-40+60.