基因工程教學改革探析與實踐

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專業的主干性課程，又是一門理論與實踐并重的專業基本知識課。為適應當今信息技術教育的要求，基因工程以運用多種現在信息教學技術為手段，以聚焦培養大學生的創新精神、獨立思維能力以及自主實踐能力為主要任務。為此，進行精選教學內容、改善教學手段、改進考核方式等方面進行初探，以期提高基因工程教學效果和人才培養質量。

關鍵詞：基因工程；教學改革；探索

中圖分類號：G4文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2022.22.089

生物技術已成為21世紀最具有發展前景的高新技術領域，而基因工程宛如王冠上的一顆明珠，在生物技術中處于核心主導地位，在高等教育中被列為生物技術和生物工程專業本科生的專業基礎課程。目前，生物技術與基因工程的蓬勃發展，不僅急需大批量優秀的專業人才，也需要培養主力軍和后備力量。為了加強內蒙古科技大學生命科學與技術學院的生物工程和生物技術專業建設，培養學生的理解創新能力和科研操作能力，結合教學大綱，對基因工程教學進行了初探，旨在培養社會適應型高素質生物工程技術人才，具體思路如圖1。

1基因工程課程教學現狀

基因工程課程以遺傳學、細胞生物學、分子生物學以及生物化學等先修課程為基礎，利用DNA重組操作，人為地在體外對生物體的基因進行剪切、修飾、改變和轉移，實現基因克隆、基因轉移、基因編輯和基因治療的目的，實現用基因服務人類的夢想。因此基因工程包含了現代轉基因技術，是生物技術的核心，引領生物技術發展的方向。

1.1課程體系建設不完善

對部分高校來說，由于開課或辦學年限較短，教學經驗缺乏，教學方法落后，導致基因工程專業課程及相關專業課程并沒有形成完整的教學體系，有些專業相關課程開設時間較早，有些課程開設時間較晚，對專業培養要求缺乏統籌計劃與安排。

此外，部分高校細胞生物學以及分子生物學與基因工程同時開設，學生細胞和分子相關的知識儲備不足，對課程中的相關概念模糊不清，課上不能充分理解教學內容，致使學生無法調動學習興趣，教學質量不高。

1.2學生學習觀念缺乏

基因工程課程課時少、內容多，教學負擔較重，再加上部分授課教師對前沿技術理解不到位，盲目刪減教學內容，導致學生沒有很好的課程知識體系，從思想上缺乏對基因工程課程重要性的認知。

基因工程課程邏輯性較強，學習內容和知識體系較為抽象，掛科率較高，導致學生較為抵觸該門課程，尤其是首次接觸基因工程的學生，在還沒開始學習前，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習。

另外，對于部分高校轉專業的學生，基礎理論知識薄弱，實驗操作動手能力不足，難免對該課程的學習產生畏懼厭煩情緒，由此加教師的授課難度以及師生之間的教學矛盾。

1.3學生理論知識儲備欠缺

通過近幾年的授課發現，生物工程和生物技術專業的學生普遍對分子生物學以及細胞生物學方面知識掌握不全面，導致學生對基因工程課程中涉及的分子和細胞問題力不從心。此外，生物技術日新月異、推陳出新，而基因工程教學內容更新滯后。每個學校的專業定位、教學水準、側重點不同，授課教師往往依據自己的理解側轉基因和克隆的講授，而對CRISPR-Cas9、RNAi等內容講授較淺，導致學生知識儲備欠缺，理論知識較窄，應用于實踐上的基因工程手段較少。

1.4實踐教學不足

全國各高校在實踐教學方面的實行程度參差不齊，部分高校甚至并未設置與基因工程課程相關的實驗設計和實踐教學，這就使得學生難以將抽象復雜的課本知識與理論實踐相結合。

2基因工程教學改革初探與實踐

2.1精選教材，優化教學內容

基因工程的開課群體為我校大學三年級的生物工程和生物技術專業學生。在此之前，學生已完成生物化學、細胞生物學、分子生物學、微生物學等專業課程和實驗的學習，具備了較完整的理論基礎和較全面的分子生物學及細胞生物學實驗操作技能。然而，基因工程在教學中普遍存在課時偏少、合適的教材難于尋找、課程內容與其他課程重疊難于取舍等，因此，選擇一本“重視基礎、拓展眼界、聯系實際”的教材，優化教學內容十分關鍵。

根據學校制定的培養方案，結合學科發展以及人才市場要求，我們精選了基因工程的教材，并對教學內容進行了優化。修改后的教學內容體現了以下特點：一是調整教材中的教學內容，合理取舍教學知識點，避免教學內容交叉重疊；二是明確各章節所需掌握的知識點，使學生更加清晰各章節所學內容，使教師更加明確所授的教學內容；三是結合國內外生命科學領域的最新研究內容及動態，注重解決經典與現代的關系，開闊學生視野，增加學生知識面，提高學生的學習興趣。

2.2改善教學策略，提高教學效果

傳統的教學方式一直是以教師為中心的“填鴨式”教學方式，導致學生無法在一堂課中持續集中精力，學習效率較低，能力培養受限。因此，改革教學方法成為現代教育教學改革的關鍵步驟。為了提高教學效果，我們基于成果導向教育，以學生為中心，以成果為導向的教學模式，調動學生學習的主動性和積極性，以及所掌握的基因工程課程相關實驗技術，我們靈活采用了多種教學方法，具體內容如圖2。

（1）課前活動教學。充分利用課前時間，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”“日新月異的基因工程”等興趣活動，使學生查閱相關資料，充分結合生活，提前進入課程情境，避免基因工程課程教授時枯燥無味。調整課程內容，革除部分偏、難理論介紹，使新的課程架構更具有實用性、通用性以及生活性，更有利于調動學生學習積極性、拓寬基礎知識、培養科研素養、提高綜合素質。

（2）案例式教學。在課程講授時，結合本校及本學院的研究優勢，將科研與教學有機地結合起來，精選基因工程課程相關的科研成果制成教學案例深度融入教學，如“卵母細胞減數分裂基因重組”“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，既能夠讓學生了解基因工程的研究內容，又能以科研促進教學，激發學生的求知欲。

（3）引導式教學。基因工程既有理論教學又有實驗技術操作教學，在基礎知識講授過程中難免枯燥乏味。因此，精心設置問題引導學生深入思考基因工程技術的原理從而主動學習，這種引導式教學十分有必要。例如，PCR技術已成為當今生物學及其相關學科使用最廣泛的技術，在該章節的學習中提出“Mullis是如何發明PCR技術”“PCR技術可以用于哪些領域”“PCR技術是如何實現體外快速擴增目的基因”等問題。學生通過查閱文獻、分組討論，得出相應的結論，并在課堂中以多種形式展示與互動。這種引導式教學不僅可以活躍課堂氣氛，更能培養學生的各項能力，促使學生主動學習，獨立思考。

（4）體驗式互動教學。與生物培訓基地等當地企業的結合教學，能夠讓學生身臨其境感受PCR、凝膠電泳、DNA提取等實驗操作步驟。實踐后組織學生進行總結分析和匯報研討，使學生充分了解基因工程技術的應用。此外，開展“新型DNA/RNA提取試劑盒”或開發生物方面新產品等創新設計比賽活動，總結生物企業中運用到的基因工程技術，編寫設計說明書，以小組形式進行研討答辯，使學生的學、研、算、講、辯等多方面的能力得以提升，開發創新思維與動手能力，培養學生的科研興趣。

（5）教學模型制作式創新教學。為培養學生創新意識，利用生活廢棄物或相關配件，設計并制作出符合空間構型和生物學原理的教學模型，如“DNA雙鏈結構”“噬菌體結構”以及“表達質粒的酶切位點”等，讓學生講解其制作模型的思路，以小組形式評比出“最佳教學模型”。在模型制作過程中，授課教師不僅能夠與學生充分接觸，了解學生對知識和理論的掌握運用程度，還能夠培養學生勤于思考、善于動手的基本科研素養；與此同時，學生能夠深刻體會基因工程運用的生物學工具，對后續理論與實驗課程的理解與學習大有益處。

（6）理論與實驗課程一體化。基因工程占據現代生物技術的主導地位，具有很強的實踐操作性。因此，基因工程課程僅有理論教學是遠遠不夠的，課堂上實驗技術的操作流程同等重要。在理論課程學習的基礎上，我們還為學生提供了實驗課程：結合本院教師的科研內容，根據學生興趣，開展相應的實驗，例如，凝膠電泳、PCR、分子雜交等。學生自由組隊，獨立選擇課題和材料，自主設計實驗，分析失敗原因，分享成功經驗，得出相應結論，撰寫實驗報告。理論與實驗課程一體化的教學方式使課堂上枯燥無味的實驗技術在學生手中轉化為實驗操作，通過學生自主思考和動手實驗，讓學生理論聯系實際，掌握相應技術的實驗流程和應用領域，感受基因工程的魅力、力量和價值。

2.3利用現代信息技術教學手段，激發學生的求知欲

基因工程涉及面廣，內容較多，技術的更新速度較快，課程中大量分子生物學實驗操作技術難以用傳統教學手段進行描述和講解，導致內容較難理解、內容較為抽象。因此，現代化多媒體教學手段與傳統板書式教學模式的結合，更加適合基因工程課堂教學。

運用生動形象的現代多媒體教學技術可以創造出一個又一個直觀有趣的教學情景，將文字、聲音、圖片、視頻、動畫有機結合，將理論生動起來，增加課堂趣味性，調動學習積極性，幫助學生理解和記憶課堂內容，從而提高學生學習效率，達到事半功倍的教學效果。

除運用多媒體教學，充分利用本校的“雨課堂”教學綜合平臺，提前上傳教學課件和教學資料，課前掃碼點名，設置課堂小測驗，布置網絡作業，學生也可以線上學習、提問，教師與學生在線交流、答疑，便于教師和學生溝通。教師由原來的教學主導者轉變為學生的“傳道、授業、解惑”者。

2.4以科研促教學，培養學生科研素質

科研與教學相輔相成。基因工程課程涉及大量生物學領域技術，將課本上的理論與科研工作聯系起來，結合基因工程的技術成就和國內外發展動態，使學生在有限的課時中盡量多的了解基因工程領域的新動態、新發展、新觀點，了解學科發展現狀。與此同時，展示講解本院教師的科研成果及其涉及的基因工程技術，能夠促進學生全面掌握基因工程的理論知識，了解相應技術在科研和生活中的實踐與應用，使乏味的技術轉變為能夠解決問題的生物學手段，借此激發學生科研探索的興趣，培養學生的科研素質。

2.5改進考核評價制度，推進素質教育

基因工程課程考核的目的不僅僅是學生對所學知識的理解掌握程度，重在考查學生分析解決問題的能力，以及理論聯系實際的綜合能力。以往的教學考核以考試為主，然而培養只會考試的學生已不能適應基因工程課程改革的現狀。因此，建立綜合全面的考核評價體系是推進素質教育的墊腳石。

為了轉變應試教育的弊病，我們對基因工程課程的考核方式和成績評定進行了改革。課程的總評成績由平時成績和期末考試成績兩部分組成，平時成績占30%，包括平時作業、隨堂提問、專題講解、課件制作、口頭報告、小組討論以及課程總結的撰寫。期末試卷成績占70%，在理論課筆試試卷設計上，減少客觀命題的比重，增加主觀命題的分量，同時增加實驗設計分析綜合題型，增強學生的綜合能力，全面考察學生的知識掌握程度。

2.6加強師資隊伍和教學團隊建設，深化教育教學改革

高素質的人才培養依賴強大的師資隊伍和教學團隊建設，基因工程課程的教學離不開其他課程的配合和支撐。因此，開展相關課程的師資隊伍和教學團隊建設十分重要。提高教師的學歷，增加教師的教學經驗，同時具備良好的科研能力，這樣才能將科研思路及研究動態更好地融入基因工程課程中，讓學生在緊跟科研前沿的基礎上，充分掌握課程的理論和實驗學習；與此同時，教師的綜合素質，包括科研鉆研精神、文化底蘊、語言表述能力等，都能有所提高。

另外，組織優秀教師的教學觀摩活動、定期舉辦教學研討活動、派遣教師進修學習等，鼓勵教師從中吸收教學經驗，交流經驗教訓，調整課程內容，完善知識體系，充分以學生學習成果為導向，提高教學水平和人才培養質量，深化教育教學改革。

3結語

基因工程的發展日新月異，我們的教育教學也需要與時俱進。如何進行教學革新、提高教學質量，滿足綜合型人才培養的需要是教育的永恒話題。“路漫漫其修遠，吾將上下而求索”。基因工程教學的成功非一日之功，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，力爭完善。

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