信息化視域下生物技術(shù)導(dǎo)論課程教學(xué)改革探索

艾昊 段素梅 趙合明 李瑞寧 鄭甲成 馮婷婷 黃先忠

摘要 隨著信息化時(shí)代的到來，生物技術(shù)領(lǐng)域高速發(fā)展引人矚目，新技術(shù)日益更新、新成果層出不窮，這對(duì)農(nóng)學(xué)專業(yè)生物技術(shù)導(dǎo)論課程教學(xué)提出了新的要求。本文分析了生物技術(shù)導(dǎo)論課程教學(xué)存在的問題，提出了改革方案，以期有效提升教學(xué)質(zhì)量，為提高農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果提供了一條切實(shí)可行的改革途徑。

關(guān)鍵詞 生物技術(shù)導(dǎo)論；教學(xué)改革；教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號(hào) G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 1007-7731（2023）14-0161-04

生物技術(shù)是一門綜合性非常強(qiáng)的學(xué)科，集生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多門學(xué)科技術(shù)于一體，具有非常廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，被世界各國(guó)視為一項(xiàng)高新技術(shù)。生物技術(shù)以原有的制醬、制醋、釀酒、面包發(fā)酵、奶酪制作等傳統(tǒng)生物技術(shù)為基礎(chǔ)，慢慢發(fā)展成為以基因工程為核心的新興學(xué)科，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、食品、醫(yī)藥、能源、化工等領(lǐng)域，促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)改造，也推動(dòng)了新興產(chǎn)業(yè)的形成，勢(shì)必對(duì)人類生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的、革命性的影響。生物技術(shù)既是現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，也是具有巨大經(jīng)濟(jì)效益的潛在生產(chǎn)力，將是21世紀(jì)高新技術(shù)革命的核心內(nèi)容，也是21世紀(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)[1]。在此背景下，安徽科技學(xué)院針對(duì)學(xué)校農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生開設(shè)了生物技術(shù)導(dǎo)論課程。作為專業(yè)的核心課程，提高生物技術(shù)導(dǎo)論課程教學(xué)質(zhì)量的重要性日益凸顯。為此，筆者根據(jù)近年來從事該課程的教學(xué)經(jīng)歷，對(duì)該課程教學(xué)進(jìn)行了思考，并提出了幾點(diǎn)教學(xué)改革方案。

1 課程性質(zhì)

生物技術(shù)導(dǎo)論是面向安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院所有專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)方向課，以生物技術(shù)中的五大工程技術(shù)手段為主線，對(duì)有關(guān)生物技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論、基本方法等內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)整合，形成寬基礎(chǔ)、強(qiáng)技能的課程結(jié)構(gòu)體系。課程內(nèi)容主要包括生物技術(shù)總論、基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程與酶工程、生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)等章節(jié)。通過該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生樹立以強(qiáng)農(nóng)興農(nóng)為己任，為推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化而努力學(xué)習(xí)的價(jià)值觀，幫助學(xué)生樹立正確的人生觀，培養(yǎng)其理論和實(shí)際相結(jié)合的能力；使學(xué)生掌握現(xiàn)代生物技術(shù)的基本原理和基本知識(shí)，了解現(xiàn)代生物技術(shù)的基本方法與發(fā)展趨勢(shì)；促進(jìn)學(xué)生關(guān)注不同生物技術(shù)，了解生物技術(shù)對(duì)社會(huì)、文化、道德、倫理等的影響，注重生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)科學(xué)、醫(yī)療衛(wèi)生、能源、環(huán)境及食品工程領(lǐng)域的應(yīng)用，并從事與生物技術(shù)相關(guān)的工作[2]。

2 教學(xué)情況

生物技術(shù)導(dǎo)論課程作為農(nóng)學(xué)專業(yè)的核心課程，主要面向大三本科生開設(shè)，學(xué)生已經(jīng)掌握了基本的植物學(xué)和生物化學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)，授課時(shí)間在本科三年級(jí)上學(xué)期。課程設(shè)置包括理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)2個(gè)部分，其中理論課26學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)課6學(xué)時(shí)。根據(jù)農(nóng)學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案和教學(xué)目標(biāo)，除了引言部分占2個(gè)學(xué)時(shí)，理論課將基因工程作為重點(diǎn)內(nèi)容，占8學(xué)時(shí)；細(xì)胞工程、發(fā)酵工程作為次重點(diǎn)內(nèi)容，各占4個(gè)學(xué)時(shí)；酶工程和蛋白質(zhì)工程作為非重點(diǎn)內(nèi)容，各占2個(gè)學(xué)時(shí)。另外，還向?qū)W生介紹了生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)、環(huán)境、食品、醫(yī)藥健康等方面的應(yīng)用知識(shí)。在內(nèi)容設(shè)置方面，細(xì)胞工程介紹組織培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、次生代謝物生產(chǎn)、細(xì)胞融合與體細(xì)胞雜交等；而基因工程則介紹核酸分子操作技術(shù)、DNA體外重組技術(shù)、植物的遺傳轉(zhuǎn)化等；發(fā)酵工程主要介紹發(fā)酵類型、發(fā)酵設(shè)備、發(fā)酵流程以及一些典型產(chǎn)品的發(fā)酵工藝。課程考核方式由平時(shí)成績(jī)和期末考試2個(gè)部分組成，平時(shí)成績(jī)包括出勤率（10%）、課堂表現(xiàn)（10%）、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐（10%）、課后作業(yè)（10%）4個(gè)部分，占總成績(jī)的40%；期末成績(jī)以閉卷考試的形式，考核學(xué)生對(duì)重點(diǎn)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)理解、掌握和運(yùn)用程度，占總成績(jī)的60%。

3 存在問題

通過多年來的發(fā)展，安徽科技學(xué)院生物技術(shù)教學(xué)質(zhì)量得到了全面提高，教學(xué)條件也得到了顯著改善。隨著我國(guó)生物技術(shù)這一領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對(duì)課程教學(xué)目標(biāo)及質(zhì)量提出了新的要求，安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)專業(yè)生物技術(shù)導(dǎo)論現(xiàn)有的教學(xué)和課程設(shè)置還是滿足不了新的人才培養(yǎng)要求。主要存在的問題如下。

3.1 教材的更新速度和周期較慢，新的研究技術(shù)和成果相對(duì)缺乏

宋思揚(yáng)主編的《生物技術(shù)導(dǎo)論》自1999年第1次面市以來，分別在2003、2007、2014、2020進(jìn)行了

4次改版，安徽科技學(xué)院現(xiàn)在使用的教材為宋思揚(yáng)和左正宏主編的《生物技術(shù)導(dǎo)論》第5版。相比前幾個(gè)版本，第5版內(nèi)容雖然有不少改動(dòng)，但基本框架結(jié)構(gòu)和內(nèi)容設(shè)置變化不大。隨著生物技術(shù)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，新技術(shù)日益更新、新成果層出不窮，教材的更新速度和周期較慢等弊端愈發(fā)突出[3]。這就要求教師在教學(xué)過程中及時(shí)地吸收新的成果，反映新的動(dòng)態(tài)，這無疑對(duì)新形態(tài)下的教師教學(xué)提出了更高的要求[4]。

3.2 專業(yè)課程體系比較松散，課程內(nèi)容與其他專業(yè)課程設(shè)置缺乏系統(tǒng)性

農(nóng)學(xué)專業(yè)開設(shè)的課程類型分為通識(shí)教育課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課、專業(yè)方向課、個(gè)性化拓展課、創(chuàng)新實(shí)踐課等，各課程相互之間存在一定的關(guān)聯(lián)性和獨(dú)立性，授課老師的教育背景不同，且有可能來自不同的系部，相互之間交流不夠緊密，導(dǎo)致不同課程間會(huì)出現(xiàn)部分內(nèi)容的重復(fù)[5]。例如，生物技術(shù)導(dǎo)論課程基因工程部分內(nèi)容與分子生物學(xué)基礎(chǔ)、遺傳學(xué)的某些內(nèi)容有重疊，而細(xì)胞工程部分內(nèi)容與植物組織培養(yǎng)技術(shù)的某些內(nèi)容有重疊。這些內(nèi)容的交叉重疊，一方面浪費(fèi)了學(xué)時(shí)和寶貴的教育資源，另一方面也勢(shì)必會(huì)在一定程度上影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳和教學(xué)質(zhì)量下降。另外，在之前的教學(xué)大綱中，安徽科技學(xué)院生物技術(shù)導(dǎo)論課程設(shè)置主要內(nèi)容為生物技術(shù)的五大工程（基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程和蛋白質(zhì)工程）。然而，生物技術(shù)導(dǎo)論是門綜合性較強(qiáng)的前沿導(dǎo)論課程，應(yīng)減少生物技術(shù)的原理性、技術(shù)性方面的內(nèi)容量，將重點(diǎn)放在生物技術(shù)的前沿應(yīng)用方面，以激發(fā)學(xué)生對(duì)生物技術(shù)的探索欲。因此，應(yīng)大大提高生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)、環(huán)境、能源、食品、人類健康等領(lǐng)域的應(yīng)用等方面的內(nèi)容。對(duì)于農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生，尤其要將生物技術(shù)在培育抗病抗逆、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)植物新品系中的作用作為重點(diǎn)向?qū)W生講授。另外，之前的實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，如DNA的提取、PCR技術(shù)、瓊脂糖凝膠電泳，與其他課程重復(fù)度過高，應(yīng)針對(duì)不同課程的重難點(diǎn)，設(shè)置差異化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[6]。

3.3 生物技術(shù)內(nèi)容和原理抽象，學(xué)生相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)薄弱

作為一門知識(shí)面廣、專業(yè)性強(qiáng)的課程，生物技術(shù)導(dǎo)論以五大工程為主線，涉及各技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)中的應(yīng)用案例和發(fā)展前沿，知識(shí)體系龐雜且抽象，不易被理解與接受。對(duì)于安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生而言，尤其是對(duì)口專業(yè)學(xué)生，雖然已經(jīng)提前學(xué)習(xí)過植物學(xué)、植物生理學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)等先行課程，但這些課程的知識(shí)縱深較廣、維度豐富，學(xué)生很難在課堂直接掌握吸收，造成其學(xué)習(xí)功底不扎實(shí)，并且尚未修習(xí)過分子生物學(xué)基礎(chǔ)、分子遺傳學(xué)等方面的課程，導(dǎo)致學(xué)生掌握的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)極為薄弱匱乏。這也成為教師在授課過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果不佳、學(xué)習(xí)興趣不濃、學(xué)習(xí)動(dòng)力不強(qiáng)，從而引起學(xué)生學(xué)習(xí)障礙的主要原因之一[7，8]。

3.4 教學(xué)方法單一，學(xué)生參與意識(shí)薄弱

目前，安徽科技學(xué)院針對(duì)農(nóng)學(xué)專業(yè)的教學(xué)方式還是以“課件講授”為主，與學(xué)生互動(dòng)少，未體現(xiàn)以學(xué)生為主體，也無法很好地激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。比如，教學(xué)內(nèi)容未能完全充分反映現(xiàn)代生物技術(shù)學(xué)科的發(fā)展進(jìn)展，教學(xué)素材如動(dòng)畫、圖畫、視頻也不豐富，教學(xué)模式過于單一，依賴PPT較為嚴(yán)重，缺乏多樣化的媒體教學(xué)，教學(xué)主要停留在把課本中的知識(shí)機(jī)械的講授給學(xué)生，缺乏創(chuàng)新性教學(xué)。這就導(dǎo)致學(xué)生上課感覺雖然不錯(cuò)，但課后能長(zhǎng)期記憶的東西偏少，不能真正理解生物技術(shù)導(dǎo)論的精髓，學(xué)習(xí)效果不佳，從而限制了學(xué)生的進(jìn)一步自我發(fā)展，將來難以適應(yīng)社會(huì)的要求。

4 教學(xué)思考與改革實(shí)踐

4.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，關(guān)注生物技術(shù)前沿

在之前的教學(xué)大綱中，安徽科技學(xué)院生物技術(shù)導(dǎo)論課程設(shè)置主要內(nèi)容為生物技術(shù)的五大工程（基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程和蛋白質(zhì)工程）。本項(xiàng)目擬減少生物技術(shù)的原理性、技術(shù)性方面的學(xué)時(shí)量，大大提高生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)、食品、能源、人類健康、環(huán)境的關(guān)系和應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)倫理安全和發(fā)明保護(hù)等方面的內(nèi)容，將重點(diǎn)放在生物技術(shù)的前沿應(yīng)用上，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)生物技術(shù)的探索欲。生物技術(shù)的發(fā)展日新月異，僅參考某一本教材，無法滿足生物技術(shù)導(dǎo)論課程教學(xué)的需要。為此，筆者以宋思揚(yáng)、左正宏主編的《生物技術(shù)概論》（第5版）為教材，以程備久等主編的《現(xiàn)代生物技術(shù)概論》、翟禮嘉等主編的《現(xiàn)代生物技術(shù)概論》作為主要參考教材，同時(shí)查閱國(guó)內(nèi)外最新研究資料，了解生物技術(shù)研究的最新進(jìn)展，在拓寬和更新自身知識(shí)體系的過程中，不斷給學(xué)生傳授生物技術(shù)前沿信息。

4.2 結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)與數(shù)字化教學(xué)，充分利用數(shù)字化教學(xué)手段

改變以課堂講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)方法，借助學(xué)習(xí)通、雨課堂等平臺(tái)，建設(shè)完善生物技術(shù)導(dǎo)論網(wǎng)絡(luò)課程，課前將課程講義及課后討論相關(guān)問題上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生可以提前下載并預(yù)習(xí)；將課程相關(guān)進(jìn)度及參考文獻(xiàn)、課堂輔助學(xué)習(xí)視頻材料上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，方便學(xué)生課后自學(xué)，并有利于學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行深入探討。生物技術(shù)導(dǎo)論的網(wǎng)絡(luò)課程中通常包含大量的鏈接、圖片、動(dòng)畫、視頻，學(xué)生通過瀏覽觀看這些電子資源，可更直接、更具體、更深刻地建立對(duì)生物技術(shù)領(lǐng)域一些抽象科學(xué)理論的認(rèn)知，從而緩解學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力。同時(shí)，利用數(shù)字化教學(xué)手段，在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，設(shè)置線上提問、討論，了解學(xué)生的整體學(xué)習(xí)效果；另外，通過設(shè)置搶答題，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與交互式教學(xué)，并對(duì)于積極參與的學(xué)生給予表揚(yáng)，有助于提高學(xué)生主動(dòng)思考學(xué)習(xí)的能力，減少傳統(tǒng)灌輸式教育產(chǎn)生的問題[9]。

4.3 緊密結(jié)合教學(xué)與科研，引入科研新成果

改變以往只注重傳授基本理論的教學(xué)方式，將科研成果和先進(jìn)的生物技術(shù)理論融入教學(xué)中，從最近的科研動(dòng)態(tài)、最新科研成果入手，介紹與此相關(guān)的技術(shù)體系，進(jìn)而引出與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的理論知識(shí)，使教學(xué)內(nèi)容與科研發(fā)展動(dòng)態(tài)和前沿方向緊密結(jié)合，讓書本上抽象枯燥的科研知識(shí)變得更加具象有趣、貼近生活，從而增強(qiáng)學(xué)生的好奇心，激發(fā)他們的求知欲，培養(yǎng)他們對(duì)科研的濃厚興趣。

在講授發(fā)酵工程部分時(shí)，教材中以經(jīng)典的抗生素發(fā)酵、氨基酸發(fā)酵、維生素發(fā)酵為例，講述了一些典型產(chǎn)品的發(fā)酵工藝。本項(xiàng)目擬保留最經(jīng)典的青霉素發(fā)酵，適當(dāng)?shù)厝诤弦恍┳钚碌陌l(fā)酵產(chǎn)品的發(fā)酵工藝。例如，在授課的時(shí)候，播放2021年9月份的一則新聞——我國(guó)科學(xué)家在人工合成淀粉領(lǐng)域取得的原創(chuàng)性、重大顛覆性突破。中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所采用發(fā)酵工程用發(fā)酵罐實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的人工化學(xué)-生物合成，這是國(guó)際上首次在實(shí)驗(yàn)室完成淀粉的人工合成。據(jù)估算，如果在充足的能量供應(yīng)下，1 t發(fā)酵罐理論上每年產(chǎn)生的淀粉產(chǎn)量相當(dāng)于0.33 hm2玉米地的淀粉產(chǎn)量，可大大緩解土地資源緊張、糧食安全、溫室效應(yīng)等問題 [10]。

在講授書本上的理論知識(shí)時(shí)，由于比較抽象且脫離實(shí)踐，學(xué)生難免會(huì)覺得枯燥乏味。教師如果結(jié)合自身案例及科研經(jīng)歷，能大大方便學(xué)生理解，提高其科研興趣。比如基因工程部分，講到了3種最主要的報(bào)告基因——GUS、GFP、LUC?？梢越Y(jié)合最新的研究成果，如和玉兵團(tuán)隊(duì)在2020年發(fā)表在Horticulture Research上的文章中，開發(fā)了一種新型的報(bào)告基因RUBY，紅寶石報(bào)告基因，該報(bào)告基因可以彌補(bǔ)GFP、LUC需要特殊的熒光激發(fā)設(shè)備，GUS染色會(huì)破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，且需要特殊試劑配制染色劑，不能直接顯示報(bào)告結(jié)果耗時(shí)耗財(cái)耗力等缺點(diǎn)，直觀簡(jiǎn)單[11]。筆者利用該技術(shù)，構(gòu)建了水稻轉(zhuǎn)基因材料，結(jié)合自身實(shí)驗(yàn)過程中的照片及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，給學(xué)生講授基因工程中的報(bào)告基因、轉(zhuǎn)基因操作等內(nèi)容時(shí)，會(huì)更加生動(dòng)形象。

4.4 突出學(xué)生主體地位、教師主導(dǎo)作用，提升學(xué)生的積極性和主動(dòng)性

摒棄傳統(tǒng)的灌輸型課堂教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體作用。針對(duì)熱點(diǎn)問題，采取課堂討論或辯論的形式，充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，活躍課堂氛圍，學(xué)生的收獲更大。利用啟發(fā)式教學(xué)模式、翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考及解決問題的能力[12]。例如在上個(gè)案例中，可以先不講明新型報(bào)告基因RUBY相較于GUS、GFP、LUC的優(yōu)點(diǎn)，提問學(xué)生新型報(bào)告基因RUBY的優(yōu)點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生思考，或者主動(dòng)搜集文獻(xiàn)的能力；也可以針對(duì)熱點(diǎn)問題，采取課堂討論或辯論的形式，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考問題的能力和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題的能力。

5 結(jié)語

綜上所述，針對(duì)安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)專業(yè)生物技術(shù)導(dǎo)論現(xiàn)有的課程內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)方式，通過改善課程教學(xué)體系，優(yōu)化課程內(nèi)容設(shè)置，利用經(jīng)典案例結(jié)合最新前沿案例教學(xué)方法、線上結(jié)合線下教學(xué)手段、啟發(fā)式教學(xué)結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式、理論結(jié)合實(shí)踐教學(xué)策略等多種混合教育設(shè)計(jì)，可較好地解決生物技術(shù)導(dǎo)論課程教學(xué)中存在的關(guān)鍵問題，有效提升教學(xué)質(zhì)量，為提高農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果提供了一條可行的改革途徑。

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（責(zé)編：張宏民）