非生物類專業“生物技術導論”教學改革思考

李經緯 徐秀紅 張萬萍

[摘 要] 生物技術是極具應用價值的主流科學技術之一，已與多領域形成學科交叉融合，非生物學科專業學生學習“生物技術導論”具有重要意義。主要討論在線上線下混合教育模式理念下，以解決非生物學科專業課程教學問題、提升教學質量、拓展學生生物學及生物科學技術相關理論基礎、培養跨學科創新思維為目的，通過闡述課程開課意義、教學現狀及存在問題，列舉混合教育模式主要內容和線上公共課資源，討論混合教育模式對該課程教學革新的意義及具體改革措施，以期提升教學質量，達到預期培養目的。

[關鍵詞] 高等教育;非生物類專業課程教學;生物技術導論;線上線下混合教育模式

[基金項目] 2020年度貴州大學培育項目“抗/感型蘿卜與根腫菌互作的代謝組研究”（貴大培育〔2019〕41號）;2021年度貴州省科技計劃項目“褪黑素影響蘿卜與鏈格孢菌互作的功能研究”（黔科合基礎-ZK 〔2021〕一般153）

[作者簡介] 李經緯（1989—），女，湖南湘西人，博士，貴州大學農學院講師，主要從事園藝植物生物技術研究;徐秀紅（1980—），女，安徽宣城人，博士，貴州大學煙草學院副教授，主要從事分子生物學研究;張萬萍（1970—），女，貴州貴陽人，博士，貴州大學農學院教授，主要從事蔬菜育種與栽培研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）15-0061-04 [收稿日期] 2021-09-17

高等教育質量的提升是國家綜合實力提升的重點，高校教學質量與科研力量是國家綜合競爭力的重要標志。根據當前社會發展需求，直面當前高校課程建設中的短板，開處方式地踐行改革以提高教學質量，是充分發揮育人職能、踐行高校教育工作職責的前提[1]。生物技術是當代及未來最具發展潛力的科學技術之一。同時，生物技術革新進展與安全程度，在一定程度上代表著人類科學綜合技術和文明發展水平。在高等教育中，“生物技術導論”作為全校公選課，向全校學生普及生物技術基礎知識和前沿進展，是學生了解生物、探索世界、拓寬眼界、跨界創新的重要窗口，對非專業學生開放具有重要意義。我們應用“互聯網+”思維創新教學模式，針對“生物技術導論”教學難點和痛點進行改革，有效利用課堂和課余時間，培養師生互動，最大限度提升課程教學質量，提升學生對世界認知，激發跨學科研究思維和科研潛力。本研究主要探討利用線上線下混合教育模式提升“生物技術導論”課程教學質量的方法與途徑。

一、“生物技術導論”開設意義

（一）課程教授內容及重要性

“生物技術導論”是一門面向非生物學專業學生的全校性公選課，授課內容主要包括生物技術的概念、特點及發展歷史，五大工程（基因工程、細胞工程、發酵工程、酶工程和蛋白質工程）的概念、應用實例和發展前景，生物技術與農業、食品、能源、人類健康、環境的關系和應用技術，以及相關倫理安全和發明保護。其涉及學科多、綜合性強、應用領域廣，且正處于快速發展階段，是當代和未來科學發展的主流技術之一。生物技術除了涉及抽象的基因重組、克隆、遺傳改良、體細胞克隆、疾病革新治療，還涉及生活必備品的生產、清潔工程的構建和環境污染的處理等各領域，是一門極具實際應用性的學科[2]，對非生物學專業學生了解世界科技革新進展、社會發展趨勢和本專業創新拓展方向等具有重要意義。

（二）作為全校公選課的意義

現代科學技術最重要的特征即多學科交叉融合，而生物技術是其中重要的組成部分，認識生物技術是認識現代社會發展趨勢、暢享未來世界的重要途徑。前期學習的生物知識已經不能滿足解決大學教育中各學科中生物工程相關問題的需求。隨著高等教育教學改革不斷深入，以及現代社會對畢業生要求不斷提高，“生物技術導論”面向非生物學類各專業本科學生開放勢在必行。隨著全球科技的快速發展和行業競爭的不斷加強，更多各領域專業人才加入與生命科學交叉學科的研究中來，如計算機專業學生通過學習本課程可加深對生物信息學的理解，便于生物芯片和智能計算機的設計和開發;建筑、機械等專業學生可在產品中引入仿生學概念;資源專業學生學習相關知識，有利于生物能源的開發;材料專業的學生了解生物大分子則有利于開發生物材料新產品[3]。

二、非生命科學專業“生物技術導論”教學現狀及存在問題

（一）教學現狀

通過本門課的學習，非生物專業學生能夠加深對轉基因、基因編輯、體細胞克隆、生物信息學、工程菌開發、發酵食品制作開發、仿生技術、人造生物材料、生物醫藥和污染的生物治理等內容的理解。本門課主要以課堂講授為主，少數高校設置實驗課時，考核方式以課程論文或開卷考試為主。授課過程中，理論教學、實驗課堂和生活實踐結合有限，多種模式開展有待提升。

（二）存在問題

1.概念和原理理解困難。作為專業性較強、知識面較廣的課程，“生物技術導論”涉及五大工程所有知識點、應用案例和發展前沿。對生物專業學生而言，開設生物技術相關課程前需完成如生理、生物化學和分子生物學等課程學習。而對于全校公選課而言，往往2～4個學時需要簡要說明一門專業選修課的內容，如：第二章基因工程的內容涵蓋“分子生物學”及相關課程內容，對非專業學生而言，知識廣度豐富，縱深較大，橫深較廣，學生難以在課堂上吸收。

2.課程涉及知識面較廣，師資配備困難。“生物技術導論”中所涉及的五大工程又可細分為各個子專題，如廣義的基因工程可分為動植物的轉基因、分子標記、基因編輯、基因組學和信息學等內容;細胞工程則涉及細胞生物學、動物的單細胞克隆技術、植物的組織培養和種質的中長期保存等內容。龐大的知識體量要求任課教師具有扎實而廣泛的知識背景。要求1～2名任課教師完全熟悉課程所有知識點具有較大難度，如植物學背景的教師對動物和微生物上的研究涉獵有限;具有食品科學背景的教師在講授發酵工程和食品生產相關內容上較輕松，涉及生物技術與環境治理方面內容時，則理論基礎稍顯欠缺[4]。

3.實驗課程開設困難。生物學專業中，農林及生命科學專業學生主要進行基因工程、細胞工程、蛋白質工程相關實驗操作，食品科學專業學生主要以基因工程和發酵工程實驗為主，而針對全校公選課學生則極少開設實驗課程。“生物技術導論”課程涉及五大工程理論和應用諸多內容，選修學生背景知識參差不齊，對各實驗原理和方法理解程度不一，且實驗準備周期長，需要進行操作培訓，流程較復雜，部分實驗試劑具有一定的毒副作用，對教師能力要求較高，非專業學生操作難度較大。

4.考核方式較為單一。為生物專業本科學生制定相關基礎課程和專業選修課程的教學大綱時，會充分考慮學生“動腦”和“動手”環節設置，安排25%～40%實驗、實踐學時，最終成績通常由課堂成績、期末卷面成績和實驗實踐成績三部分組成，考核方式相對豐富、公正。而在全校公選課教學大綱設置中，由于實驗實踐開展難度大，幾乎不設置“動手”環節，考核方式以課程論文考查或試卷考試為主，容易出現不理想的考核結果。

5.思想政治教育較難融合。基于上述問題，當前教學中多囿于基礎教學目標，教師在教授過程中在創新思維和人文思想教育方面重視度普遍不夠，課程中設置的思想政治教育元素有限，而學生也很難理解現代生物科技發展前沿和教學設計中的思想政治教育元素，最終引起學時浪費和教學質量不高等問題。

三、線上線下混合教育模式的內容

把傳統學習方式的優勢和網絡化學習的優勢相結合，教師發揮引導、啟發、監控教學過程的主導作用，學生體現作為學習過程主體的主動性、積極性與創造性，是線上線下混合教育模式的重點內容[5]，具體包括：學習理論、學習資源、學習環境和學習方式的混合[6]。

混合教育模式的主要特征為：采用“線上”和“線下”兩種途徑開展教學;“線上”為輔，必不可少，“線下”為主，深入教學;充分發揮“線上”和“線下”兩種教學模式的優勢，重構傳統課堂教學。首先，借鑒或建設線上教學資源供學生預習，前移課堂;其次，重點建設線下課程，課堂教學查漏補缺;最后，課堂后及時完成線上線下評估，保證教與學雙向反饋。另外，學生在課堂中或課堂后可實時對教師教學質量進行評價，幫助教師及時改善教學內容和方式[7]。

四、混合教育模式對非專業“生物技術導論”教學革新的意義

2018年，教育部《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》中提出需積極推廣混合式教學、翻轉課堂，構建線上線下相結合的教學模式。線上預習更有利于基礎欠佳的非生物專業學生接收生命科學資訊、理解生物技術與自身專業的結合方式，構想跨學科融合的新機制和新方式，培養學生的創新思維。生物技術的線上資源中通常包含大量的實驗操作視頻，學生通過觀看實驗視頻，模擬操作，可更直接、更具象地建立對生物技術科學的認知，從而緩解實驗教學開展難的壓力。另外，備課時廣泛引用線上資源亦可有效幫助授課教師擴展自身知識面。線下互動式教學鼓勵學生與授課教師交互式教與學，可有效提高學生學習的積極性，減少學生因灌輸式教育產生的問題。該模式的雙向評估性質更系統地了解學生對知識點的掌握程度，以評估結果作為平時成績更具系統性和合理性。

五、“生物技術導論”相關線上公共課程資源

慕課上的相關資源有：上海交通大學周選圍教授等主講的“生物技術概論”、復旦大學呂紅教授主講的“改變生活的生物技術”及鄭州師范學院楊玉珍教授主講的“現代生物技術概論”;Coursera（www.coursera.org）上的相關課程資源有： 曼徹斯特大學Turner 教授等開設的Industrial Biotechnology、伊坎西奈山醫學院Lyengar 博士開設的System Biology and Biotechnology、馬里蘭大學Leger 教授主講的Genes and the Human（from behavior to biotechnology）、加利福尼亞圣地亞哥大學Mayfield 教授等主講的Algae Biotechnology 等。

六、混合教育模式改革“生物技術導論”教學的具體措施

（一）線上投放預習資料和測評試題，前置課堂

授課教師通過制作、借鑒、拉取和共享課程相關資料，通過雨課堂和超星學習通等平臺，在開課前發放至班級群，學生在規定時間內，以自主學習或小組合作討論等形式完成資料閱讀或視頻課程學習，并完成預習測評。教師通過查看資料學習進度及測評結果，梳理該課程的重點、難點及共同性問題，提前做好相應的課件，準備教輔材料。

（二）線下打造精品課堂，強調互動

教師在課堂上加強重點、難點知識和概念的講解，削弱背景知識的介紹，同時針對學生存在的共性問題進行答疑，在有限的課時內放大教學效果。學生可通過授課平臺發送“彈幕”，直接向教師提問，或發起課堂討論。教師也可隨時組織學生分組討論，將課堂與實踐相結合，鼓勵學生參與研究，或向班級群發起線上問答或投票，實時監測教學成效。

（三）線上完成課后測試及教學反饋，促進教改

學生需在規定時間內完成課后練習，對本章節課程教學提出意見和建議，教師通過測試結果評估線下教學中知識點數量設置和學時分配的合理性，也可通過學生對教學質量的反饋及時調整教學方式，同時在不占用線下學時的前提下及時反饋測評成績。

（四）線上、線下成績相結合，完善考評機制

將線上預習進度、評測完成情況和反饋意見，作為學生平時成績考核指標，與線下試卷考核成績相結合，建立完善的考評機制。

七、教學改革的效果與評價

通過實施以上混合式教育模式的措施，學生提升了對“生物技術導論”課程中重點、難點知識和概念的掌握，對該門課程作為全校公選課的意義有了進一步理解，增進了教與學兩方的相互促進與輔助。線上線下混合式教育模式在有限課時內增加理論課程內容和容量的同時為學生提供了線上實驗觀摩和體驗的機會，一定程度上解決了學時與內容不匹配、缺少實驗機會等問題。同時，授課教師亦可以通過線上資源提升自身知識儲備，在課堂上更流暢地與學生展開互動。課前線上預習生物技術應用實例與科技革新相關報道，成為學生提高對思想政治教育內容理解的有效途徑。另外，作業提交、批改、師生答疑及對教學質量評價均可直接線上完成，教師可更便捷地進行教學內容的調整，完善考核機制的同時，減少教學環節的課時占用比例。

綜上所述，利用線上線下混合教育模式，可較好解決“生物技術概論”教學中存在的主要問題，有效提升課程教學質量，為成功解決非生物專業學生學習障礙提供了一條可行的改革途徑。

參考文獻

[1]潘傳英，李曉，鄭以，等.農林高校《細胞生物學》課程教學改革與探索[J].家畜生態學報，2019（12）：97-99+102.

[2]李忠琴，關瑞章.開設生物技術概論選課的教學實踐[J].安徽工業大學學報（社會科學版），2012，29（6）：124-128.

[3]宋思揚，左正宏.生物技術概論[M].5版.北京：科學出版社，2020：1-12.

[4]周亞平，王斌，金衛根.生命科學導論課程教學中存在的問題及解決對策[J].東華理工大學學報（社會科學版），2012，31（2）：172-174.

[5]何克抗.從Blending Learning看教育技術理論的新發展（上） [J].中國電化教育，2004（3）：5-10.

[6]朱長江，李書剛，胡中波.在數學文化課程中引進優質教學資源開展混合式教學的探索與實踐[J].數學教育學報，2016，25（4）：30-31.

[7]楊柳，曹殿波.基于混合學習理念的翻轉課堂教學設計研究[J].中國教育信息化，2017（4）：3.

Reflections on the Teaching Reform of “Introduction to Biotechnology” for Non-Biological Majors under the Online and Offline Mixed Education Mode

LI Jing-weia，b， XU Xiu-honga，c， ZHANG Wan-pinga，b

（a.Vegetable Research Academy; b. Agricultural College; c. Tobacco College， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025， China）

Abstract： Biotechnology is one of the mainstream science and technology with great application value. It has formed interdisciplinary integration with many fields. It is of great significance for non-biological majors to study the course of Introduction to Biotechnology. Here， in order to solve the teaching problems of this course， to improve the teaching quality， to expand the theoretical basis of biology and biological technology of other majors， and to cultivate interdisciplinary innovative thinking under the online and offline mixed education mode， by clarifying the significance， teaching status and existing problems of the present course， and by declaring the main contents of the mixed education model and online public course resources， this paper discusses the significance of curriculum teaching innovation and reform measures of the mixed education model for Introduction to Biotechnology， so as to improve the teaching quality and meet the training expectations.

Key words： higher education; course teaching for non-biological majors; Introduction to Biotechnology; online and offline mixed teaching mode