生物技術專業“現代生物技術概論”課程教學改革及實踐

王婧臻　王俊明　張靜　張杰　祝文興　王海勇　曹瑞文　郝魯江

摘 ?要：伴隨著生物技術的迅速發展，新理論、新技術不斷更新，其研究和應用范圍變得更加廣泛，涉及到醫學、環境、農業等學科，以及新形成的前沿交叉學科。這使得“現代生物技術概論”課程具有綜合性強、涉及面廣的特點，也為達到理想的授課效果增加了難度，給授課教師帶來了極大的挑戰。“現代生物技術概論”課程在不同類型和層次的院校均有開設，使用教材也不盡相同。作者結合自己的教學體會，從教學內容、教學模式等方面對課程改革進行了探討和總結，以期提高本課程的教學水平，同時為其他院校相關課程的開展提供參考。

關鍵詞：“現代生物技術概論”;教學內容;教學方式;校企合作教學;考核方式

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）10-0139-04

Abstract： In the 21st century， new theories and technologies are constantly updating with the rapid development of biotechnology. The research and application of modern biotechnology is extensive and in-depth， involving medicine， environment， agriculture and other disciplines， as well as the newly formed interdisciplinary fields. Therefore， "Introduction of Modern Biotechnology" is a comprehensive course， which brings great challenges to the teaching of the course. Based on previous teaching experience， the author discusses and summarizes the curriculum reform from the aspects of teaching content and teaching mode in order to improve the teaching level and provide reference for the development of relevant course.

Keywords： "Introduction of Modern Biotechnology"; teaching content; teaching methods; teaching through school-enterprise cooperation; assessment method

現代生物技術始于20世紀70年代，是在分子生物學發展基礎上成長起來的。自1953年沃森和克里克兩位科學家對遺傳物質核酸的結構進行揭示，對生命的探索從細胞水平進入分子水平。隨著學科的發展和科學技術的進步，生物技術已經成為當前重要的學科領域。其研究內容主要包括基因工程、細胞工程、蛋白質工程、發酵工程和酶工程等領域[1，2]，具有廣闊的應用前景。現代生物技術隨著不斷的創新和改進，在生物定向改造、揭示生命本質、環境保護、疾病的治療和診斷等方面，開始發揮越來越重要的作用，逐漸進入了生物技術產業競爭的新時代[3，4]。尤其在醫學方面，核酸疫苗的應用、分子診斷技術與基因芯片診斷技術、基因工程藥物、干細胞以及納米技術治療等技術的開發和應用，對疾病的防治、診斷和治療成效顯著，有效的促進了醫學的發展，為人類健康做出了巨大的貢獻[5，6]。除了健康問題外，人類所面臨的其他諸多問題，例如糧食問題、生態環境保護和資源問題等的解決，都愈發依賴于現代生物技術的發展[7]。

“現代生物技術概論”是一門論述生物技術的原理以及生物科技在生產生活中應用的課程，包括生命科學的前言和尖端學科，新發展、新技術和新結果。該課程專業知識結構復雜、涉及面廣，交叉背景深，以分子生物學、細胞生物學、微生物學、免疫學、遺傳學、生理學、系統生物學等學科為支撐，結合了化學、化工、計算機、微電子等內容，對授課教師和講授內容的選擇上有較高的要求[8]。在教學的過程中，需要查閱大量的文獻資料，不斷充實和更新知識儲備豐富課堂內容，才能把握學科前言和發展動態[9]。同時授課教師還需要與時俱進地不斷進行教學改革，搭建科學、有效的教學體系，不斷激發和培養學生們的創新思維能力、擴展知識面，不斷滿足當前社會所需的高素質生物技術人才是一項至關重要的任務[10，11]。因此，為適應現代生物技術的發展和學生學習的需要，在“現代生物技術概論”課程的講授中對教學內容，教學方式等方面進行了改革。使學生對現代生物技術的基本原理、應用、新動向及將來的發展趨勢有一個初步的了解，擴大學生的知識面，拓寬視野，把生物技術知識和觀念潛移默化到他們的專業學習中。為學生在學習中能初步應用生命科學和現代生物技術相關知識分析和解決自己本專業的問題提供幫助，并進一步激發學生對生物技術的學習興趣，增加專業信心。

一、現代生物技術概論課程特點和教學意義

生物技術發展迅速，應用范圍更是非常廣泛，因此“現代生物技術概論”課程的內容涉及面廣，包括諸多的基礎理論知識、研究成果和生活生產應用，涉及環境科學、醫學、農業科學等許多學科，不同學科之間的內容相互交叉形成諸多的交叉學科[12]。因此，為適應生物技術的快速發展、為學生提供前沿的科學知識，該課程對教師的理論知識水平有非常高的要求，需要教師有較高的理論基礎和較好的科研能力，同時還要有一定的實踐經驗[13]。

“現代生物技術概論”是為我校生物技術專業三年級學生開設的一門選修課程，根據生物技術專業的培養要求設立[14]。本課程要求學生在掌握微生物學、細胞生物學、生物化學和遺傳學等專業基礎知識之上，明確現代生物技術的基本概念、基本原理和基本操作技術，并以理論知識為基礎了解專業發展的前沿內容，主要包括新技術、新方法和新成果，這對鞏固所學專業知識、擴展知識面、拓寬視野和綜合能力的提高具有重要的作用。學生在該門課程的學習中，不僅能夠學習到新的基礎理論知識，還需要了解生物技術的實際應用和研究熱點。同時為學生認識到生物技術學科的重要性，激發學生探索生物科學的興趣，學好生物學打好扎實的基礎。

二、改革實踐

為適應科學發展的需要，同時也為了滿足學生的興趣愛好和特長發揮，“現代生物技術概論”作為一門專業選修課以介紹先進科學技術和最新科技成果為主，來擴大學生的知識面。對此在“現代生物技術概論”課程講授中，進行了以下的改革和實踐：

（一）教學內容的開放

“現代生物技術概論”內容廣泛，與生物技術相關的交叉學科、邊緣學科發展也非常的迅猛。因此，以傳統的教科書作為教材，知識和技術內容相對陳舊，主要側重于理論基礎和技術原理，前沿的技術和理論知識無法及時的整理到教材中，不能夠滿足生物技術的發展速度。將最新成果引入教學，不僅能夠豐富課堂教學內容，使學生了解和掌握最新生物技術，還能拓展學生的知識面，并提高創新思維能力和解決科學難題的能力。

針對現有的問題，應改變原有教學的局限性，將教學的內容更多的向前沿方向滲透，將各學科知識整合到整個教學過程中。在課程開展的過程中，采用了專題式講課方式，每個專題都設定一個主題，圍繞研究熱點、熱門技術以案例的形式進行專題講座，包含相關的技術和理論知識。每2個課時為一個專題，所有的專題涵蓋了基因工程、細胞工程、蛋白質工程和酶工程等領域方面。按照每個專題所講述的內容準備課堂講義，并提前發給學生進行預習。這種專題講解的學習方式不但能夠豐富學生的知識面，學生還能夠掌握更多的生物技術的前沿熱點、發展趨勢。在課程講授中，發現和利用一些神秘、顯著的自然現象和科學技術的熱點問題，引導、激發學生的學習積極性，并運用啟發式的教學方法，始終讓學生帶著問題思考，激發學習興趣，發揮學習的主動性和創造性。例如在基因工程方面，著重介紹了CRISPR技術，從其發現到現階段的應用，以及其在全球生物學研究中的火熱程度和其引發的CRISPR/Cas9的專利之爭，熱門技術的介紹和趣味性引發了學生極大的學習興趣，課堂效果非常好。同時針對基因編輯所產生的爭論問題，在講授時也組織學生對“現代生物技術對人類之利與弊”進行思考和討論，讓學生對現代生物技術的安全問題和倫理道德問題有初步的認識。學生們也重新認識了現代生物技術是一把雙刃劍，對整個生物技術的發展也有更加客觀和理性的態度。除了新技術外，我們也對傳統的生物技術進行了講述，例如酵母菌。酵母菌作為一種常見的微生物，在傳統和現代生物技術中得到了廣泛的應用，在專題中對酵母菌在現在工業生物技術中的應用進行了詳細的介紹，包括菌種改良和發酵應用等等。在傳統的研究方向之外，課程中還增加了交叉學科所涉及的內容——微流控芯片。交叉學科內容的增加讓學生的視野不僅僅局限在傳統的生物專業上，認識到學科背景寬泛的重要性，除了專業知識的學習，其他相關專業的知識也能為自己的專業發展提供助力。

（二）多教師共同授課的模式

以專題式講授課程受教師專業背景、科研經歷和實踐的影響較大，要求教師既具備復合型的知識結構，同時又要具備專業知識，單靠一個人難以深入的掌握如此廣范圍的知識內容和專業技術。因此，穩定和高素質的師資隊伍是完成上述教學工作的基礎。這不僅要求教師具備扎實的理論功底，同時具備較高的科研技能。

我們根據不同教師的專業背景課教學科研經歷，每一個專題由一個相關背景的老師負責講授，這種方式能夠把相關的知識和技能講述得更加清楚，每一個專題具體的授課方式由任課教師決定。幫助學生更加深入和廣泛的了解生物技術前景，培養學生對學科和專業的認識，這樣的授課方式也得到了班內學生的一致好評。學生普遍反饋，在專題的講授中會運用到微生物學、生物化學、遺傳學等課程中的知識，這使得原來出現在課本中的理論知識能夠同生產應用和科學前沿相結合，既鞏固了理論知識也對于學習到的前沿技術的具體應用有了更加深刻的理解。這使得學生的學習興趣得到了調動，同時對自己的專業也更有信心。尤其是在涉及交叉學科方面內容的講授時，專業背景老師講授的優勢最為突出。在課程微流控芯片講授時，涉及到生物、化學、醫學、流體、電子、材料等學科背景，從事該方向的老師介紹起來更加的深入、仔細，并且作為實驗一線的老師，在上課時該名老師將自己實驗室制作的微流控芯片給同學進行傳閱，使學生對微流控技術有了更加直觀和深入的了解。很多同學在課后也同授課教師進行交流，去實驗室進行了參觀和學習，對該研究方向表現出了極大的興趣。多教師的講述也為更加豐富的課程內容增加了可能性。

（三）校企合作教學

在當今激烈的競爭環境中，探索符合生物產業所需要的人才培養模式，是實現學校教學的職能之一。生物技術是一門理論和應用并重的綜合性課程，但在傳統教學理念影響下，高校教學很少將企業的需求作為講授導向，教師也缺少生產實踐經驗，這使得講授的內容和人才的培養與社會的需求脫節，對學生在畢業后工作道路選擇和繼續求學的方向上帶來不利影響。校企合作的教學模式能夠為應用型人才的培養提供有效的途徑。

在“現代生物技術概論”課程的講授中，也邀請了行業中的專家介紹企業當中使用到的新的解決方案、新型儀器設備和先進方法等內容。這樣的講授提高了學生的學習興趣，使學生對生物技術在現實生產流程和發展趨勢上有了更加深入的了解，能夠更加直接的解決學生在理論課程學習過程中的一些疑惑。例如在授課中，從企業請來了技術人員為學生講解“微生物菌落挑選、菌株篩選及分析鑒定方案”。在原有的微生物課學習中，學生已經學習過微生物菌落挑選、篩選和鑒定的方法，知道微生物菌種是進行生物制造的核心，同時也了解該過程工作量大，需要大量的重復性工作。而企業的技術人員則為學生帶來了高通量篩選方法，所介紹的儀器和配套方案為有效控制篩選成本和提高工作效率有極大的幫助，將學生所學的基礎知識和現實生產實踐結合，在鞏固了原有知識的同時也讓學生認識到知識需要在實踐中不斷的活學活用。在介紹新技術方案的同時，也邀請了公司的技術支持人員為學生介紹新知識——表觀遺傳學。表觀遺傳學在20世紀80年代逐漸興起，現在已經成為全球研究的一個熱點，而我校教師的研究涉及相關知識較少，因此從生物公司邀請了專門提供表觀遺傳學整體項目設計、實施服務的技術人員，從表觀遺傳的發展史開始介紹，為學生系統的介紹了表觀遺傳學的內容。學生在授課中了解到，很多與經典孟德爾遺傳法則不相符的生命現象都可以用表觀遺傳學進行解釋，同時表觀遺傳學所包括的DNA甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化以及蛋白修飾等內容也是課本中未曾涉及到的。尤其是當介紹到表觀基因組研究也為癌癥和其他復雜疾病打開新的研究思路時，學生們表現出了極大的興趣。通過和企業人員的直接交流，使學生所學的知識得到了沉淀的同時也能與生產實踐相結合，在豐富學生視野的同時，為學生在后期的就業和繼續教育上提供了方向。

（四）多元化的考核方式

針對“現代生物技術概論”這門課的授課特點，我們采取兩種考核方式相結合，即期末考試成績占70%，平時成績占30%。期末考試采取課程論文的形式，傳統的課程論文一般由任課教師指定題目，在本課程的論文學生可以在所講授的專題中選擇自己感興趣的方向撰寫課程論文。與傳統指定論文題目相比，學生的論文內容更加的豐富，內容更加的深厚，可以看出是學生認真查找材料、仔細研讀和撰寫的。并且在論文寫作的過程中授課老師也經常會收到學生咨詢專業問題，這說明在寫作的過程，學生與學生、學生與文獻資料、學生與老師之間形成了知識傳遞和交流的狀態，發揮了主觀能動性，讓學生將課堂所學的知識融會貫通，提高分析問題與解決問題的能力。

平時成績主要包括課堂出勤、課堂提問考核和課程反饋。課堂出勤指學生上課期間（包括理論課和實驗課）是否遲到、早退、曠課等情況，以及課堂上是否遵守課堂紀律等。課堂提問考核指學生在課堂上對教師提出的問題的回答情況，主要考查學生的思考能力和與教師的互動情況。課程反饋主要是要求學生在課程結束后，寫一份對整個課程的總結，包括對課程內容的評價，希望了解的方向和學習的內容，學生對于課程的反饋和評價是課程下一步改進的方向。

作為選修課來講，考核的目的不僅是為了檢測學生對所學知識的掌握情況，更重要的是調動學生學習的積極性和主觀能動性，在一定的選擇范圍內讓學生自由發揮，激發學生學習的積極性與主動性。科學的考核方式除了證明學生學習效果外，還培養了學生的探索精神及對科學研究的興趣。

三、結束語

現代生物技術概論是一門綜合性強、知識面廣的學科，伴隨著生物技術的快速發展給課程的講授增加了新的難度和挑戰。并且隨著生物新技術在生活中的涌現，學生需要了解和學習更多的知識，拓展自己的知識面，豐富知識的儲備。這就要求在授課內容、授課方式等方面進行不斷的改善，同時授課教師要不斷關注新的研究進展，不斷學習新的應用技術、更新補充教學內容，才能使整個課程內容更加的充實和豐富。力求把枯燥的生物技術理論講授的生動易懂，讓學生易于理解，激發學生的學習積極性和專業興趣。通過優化“現代生物技術概論”課程教學體系，為學生提供了更加豐富的講授內容，增加了學生對理論知識的理解和技術應用，讓學生更深一步了解生物技術的應用范圍，同時也提高學生對專業的認識和信心。教學改革和實踐需要師生的共同努力，在經驗尋求改革和創新，期望通過教學改革和實踐不斷提升教學質量和教學水平，為社會輸出更多更優秀的現代生物技術方面的專業人才，促進我國生物技術行業的發展和進步。

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基金項目：該論文受到2019年度中國輕工業聯合會教育工作分會課題“科教融合背景下生物技術專業創新人才‘2+1+1培養模式的構建”（編號：QGJY2019030）;2019年山東省研究生教育優質課程“工業微生物遺傳與育種實驗”（編號：SDYKC19121）;2019年山東省線上線下混合式一流課程“微生物學”（編號：2019-443）;2016年度齊魯工業大學（山東省科學院）教研項目“生物工程專業課虛擬仿真資源的開發建設與應用”（編號：201648）;2016年度齊魯工業大學（山東省科學院）專業核心課程建設項目“生物技術專業核心課程群”（編號：2016H07）;2019年度齊魯工業大學（山東省科學院）教研項目“虛擬仿真金課建設的關鍵難點問題及解決策略研究——以‘生物技術綜合實驗為例”（編號：2019yb56）;2020年度齊魯工業大學（山東省科學院）教學改革和教學研究線上教育專項招標項目“‘微生物學實驗虛擬仿真金課建設”（編號：2020zd01）的支持

作者簡介：王婧臻（1990-），女，漢族，山東濟南人，博士，講師，研究方向：環境微生物基因功能解析及蛋白功能。

通訊作者：郝魯江（1972-），男，漢族，山東煙臺人，博士，副教授，研究方向：微生物生物技術。