新工科理念下基因工程課程教學改革的探索

欒志慧，劉麗萍，趙紅

(1.長春師范大學生命科學學院，吉林 長春 130032；2.長春外國語實驗學校，吉林 長春 130000；3.長春市第五十八中學，吉林 長春 130031)

0 引言

黨的二十大報告提出，要堅持教育優先發展、科技自立自強、人才引領驅動，加快建設教育強國、科技強國、人才強國，堅持為黨育人、為國育才，全面提高自主培養人才質量，著力造就拔尖創新人才，用之于聚天下英才[1]，以人才培養為核心。因此，對高素質應用型人才培養模式改革的深入探索，課程改革是最重要的[2]。2017年2月中旬，在復旦大學由教育部組織了關于高等工程教育發展戰略的一場研討會，建議高校在推廣新技術和發展新產業方面發揮主導作用[3]。充分利用學科整體優勢，主動引領未來新技術、新產業的發展，推動應用科學向工程化拓展，推動學科交叉融合、跨界融合，打造新技術、培育新的工程領域，推動科學教育有機融合[4]。地方高校要對區域經濟發展、產業轉型升級方面起到重要的支撐作用[5]。積極主動把握經濟社會發展需求和相應企業技術創新方向，對接行業人才需求，地方企業應利用就近資源，充分發揮其自身的優勢，深化產教融合、校企合作、協同育人[6]以培養定向工種為導向，以培養人才為核心，推進工程教育整體改革[7]。但是由于傳統的理科思想桎梏，窄化了人才的知識體系[8]。授予理學學士學位的生物技術專業必修課程基因工程專業在注重基礎理論的教學過程中，雖然有一定學時的實驗課程，但其課程體系與區域產業結構嚴重脫節，過于專門化，導致人才培養、技術創新、服務區域經濟社會發展等方面的能力較弱，其課程體系與區域產業結構脫節現象較為突出[9]。并改革其教學模式向工科延伸，彌補理科應用性減弱的不足，增強學生的就業創業能力，培養具有一定行業背景知識、較強行業應用能力、勝任行業創新發展需要的人才[10-14]。

由于新工科建設的必然要求，應全力進行各學科或專業應用型課程教學改革，同時滿足當今社會對新工科人才需求發展。構建新型教學體系，運用創新教學手段，全程與企業合作，構建實戰化實訓教學體系，搭建多學科交叉融合的研究平臺，建立多元化的課程學習評價體系，真正達到掌握行業人才需求方向，充分利用地方資源，通過創新的教學方法，達到產教融合深化、校企合作、協同育人的目的。

1 研究框架

如圖1所示，課程改革模式是企業參與的課程教學體系+創新能力為導向的實踐教學體系+多學科交叉融合的研究平臺+多元化的課程學習評價體系。

圖1 基因工程課程改革框架圖

2 構建基因工程新課程教學體系的思路

與生物制劑公司等企業深度合作，共同制定教學大綱，增強學生對行業背景知識的理解。加強核酸凝膠電泳技術、核酸分子雜交技術、細菌轉化與細胞轉染技術、DNA序列分析技術、寡核苷酸合成技術、基因定點突變技術、聚合酶鏈反應技術等多項技術在基因工程中的地位和作用，創新改革傳統課程結構，在理論課堂教學中融入最新的研究成果進展。保持先進性和理論課程知識的前沿性。

以翻轉式課堂激發學生的學習興趣，并結合MOOC和微課教學促進課程教學效果。如：寡核苷酸合成技術、聚合酶鏈反應技術教程等課程內容結合藥物開發工程，采用生物技術制備寡核苷酸，采用核酸擴增的方法，可實現寡核苷酸的大規模工業化生產，簡單、經濟、安全。作為一種重要的基因調控手段，寡核苷酸已成為一種基因靶向治療藥物，用于病毒、腫瘤以及遺傳性疾病等方面。因此，展示寡核苷酸藥物開發的微課，是學生們理論與實際相結合的主要途徑。

3 構建創新能力為導向的實踐教學體系理念

基因工程集基礎理論、實驗、實訓等多個環節于一體，兼具基礎性、工程性和實用性。基因工程實驗的設計要配合理論知識的更新，結合企業要求，增加設計性、綜合性實驗。除基本驗證性實驗內容包括質粒DNA的提取和電泳檢測、DNA濃度測定和酶切、目的片段回收、DNA體外連接、重組DNA轉化、重組轉化子快速鑒定和PCR技術外，具體實驗內容還增加了充分利用復雜的基因工程各項技術解決實際問題的設計綜合性實驗。為同學們提供更多的綜合能力、創新能力提升的實踐平臺[15]。如學生利用DNA條形碼技術和序列對比技術為司法鑒定部門提供技術支持，分子鑒定分析國家和地方重點保護動植物制品，建立各種珍貴制品的快速鑒定體系。

實踐實訓設置“產品生產”環節，與企業簽訂合同，根據實踐成績為學生創造課程見習與實習機會。培養學生獨立利用基因工程技術生產一種新產品，由企業評價學生的實踐成績。推薦優秀學生到實習單位技術實習，學生可獨立利用多種試劑盒從種類繁多的樣本中分離和純化基因組DNA與質粒DNA，可處理組織、細胞、血液、血清、植物等樣品。

鼓勵學生參與教師科研項目，參加“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、“互聯網+”全國大學生創新創業大賽等國家級競賽，讓學生在產品開發過程中融入課堂所學的基因工程知識，真正實現產教深度融合，讓學生在各種全國大學生創新創業項目中發散思維、互相交流進步。

4 構建多學科交叉融合研究平臺的思路

以課題研究為牽引，突破原有院系和學科壁壘，整合多學科資源，組織不同院系相關學科人員共同參與申報課題，建設生物技術專業要以學科隊伍、平臺資源、技術條件等多途徑進行改造，同時促進多學科相互滲透的交叉研究發展，促進科研之間的深度交叉和融合，強化不同學科背景的專業教師交叉合作研究，從學科隊伍、平臺資源、技術條件等多方面科學的提供一個基因工程教學實習的平臺。建立校內院系、校企、學校以及學校等科研與公共服務共享平臺，形成多學科、多團隊、多技術、多資源的協同互補體系，形成基礎研究、工程攻關、產業轉化、社會服務、人才培養等方面的集成創新體系，有效推動高校創新人才培養工作的開展，促進高校創新人才的培養?；蚬こ膛c各學科的交叉與融合，使得基因工程成為一門應用學科。

基因工程(geneticengineering)，又稱作基因拼接技術、DNA重組技術，是以現代分子遺傳學為理論基礎，以現代分子生物學和微生物學方法為手段，在體外按照預定結構將不同來源的基因構建成雜交DNA分子，再導入活細胞，從而改變基因特性，獲得新品種，生產新產品?；蚬こ虖娬{將外源DNA分子結合在一個新的宿主上進行繁殖復制，通過工程學的方式進行設計和操作，從而使基因工程技術能夠突破自然物種的障礙，突破原有的生物種間的局限，使其具有更大的潛力。

當人們要應用基因工程的各項技術的時候，往往要借助物理和化學工具，這就是基因工程與物理與化學的交叉。例如：如何將目的基因導入手提細胞中的磷酸鈣沉淀法、脂質體轉染法、顯微注射法等，都是目前基因治療與轉基因中常用的一種方法，在臨床上都有很好的應用。

基因本身就是一種化學物質，在最初的研究中就是用了分析化學物質的方法進行研究，從DNA到核苷酸再到堿基?；谄矫嫖⒓毤庸ぜ夹g的微流分析裝置和系統的建立，實現了對細胞、蛋白質、核酸等生物成分大量信息的檢測，基因芯片也是基因和物理的完美結合。高密度基因芯片可同時解析多個基因，并精確解碼基因芯片(genesischip)。

與農業院校合作，建立科學研究共享平臺。從最早的雜交水稻到現在各種轉基因食物，有關基因工程的研究日新月異。各種技術日趨成熟和完善，如：植物基因的分離，基因工程載體的構建，細胞的基因轉換，轉化細胞的組織培養，植株的再生，檢測外源基因的表達等[16]。

與醫學院校合作，建立精準醫學共享平臺。基因治療遺傳性疾病是指應用基因工程技術根治遺傳性疾病，通過向患者體內輸入正常的基因，達到糾正致病基因缺陷的目的。糾正的途徑既可以是原位修復缺陷基因，也可以是將有功能的正常基因轉到替代缺陷基因發揮作用的細胞基因組的某一部分。

建立公共服務共享平臺，協同地方政府共同推進?；蚬こ虒O大地改變人類的生命和生活面貌，例如：基因制藥，基因診斷，基因治療等技術。與地方政府合作，利用基因工程生產更多的基因產品造福社會。

5 建立多元化課程學習評價體系的思路

在基因工程教學過程中，能夠及時監測和了解學生的日常學習狀態和創新實踐能力，促進學生自主學習、過程性學習和體驗式學習，在線測試(電腦客戶端、手機APP)、在線答疑(QQ群、空間、郵件、微信等)、在線提交作業批改和線上線下交流討論。校內教師和企業導師通過建立線上線下相結合、過程化和終結性課程考試相結合的多元化考核評價模式，及時調整和完善教學內容和教學方式，并根據線上線下學員考核結果進行評價。

考核內容主要包括：

(1)是否能獨立完成一個實驗，其中考點包括實驗設計是否完整、實驗原理是否準確、操作方法是否規范、實驗結果是否合理、考核是否已經完全將理論與實際結合起來，如：校內操作即由校內導師給出考核結果等；

(2)能否獨立生產一個基因產品，在企業中參與實踐是否過關，生產產品操作是否規范，基因產品是否標準等，校內教師和企業導師同時給出考核成績；

(3)能否獨立完成一篇與課程內容相關的課程論文，論文選題是否在基因工程涉及的范圍內，論點是否新穎，內容是否豐富，結論是否正確，參考文獻引用是否規范等，校內教師按照實際情況給出考核成績；

(4)能否獨立完成線上和線下測試試題，客觀題能否正確完成，主觀題能否具備自己的觀點，按照正確答案，出題者給出考核成績。

最后基因工程的評價考核由平時成績+實踐成績+期末成績三部分構成，具體比例根據實際情況給出。

6 新工科理念下，基因工程課程教改效果的創新展望

基因工程是一門在分子生物學基礎理論研究和農業、醫藥等領域得到廣泛應用的現代生物技術中的領先學科。因此，生物技術、生物科學等專業的學生對該技術的基本原理和基本方法的系統掌握，對于提高學生的綜合素質，增強學生的競爭能力，具有十分重要的意義[17]。

目前，單一學科的發展已基本上可以宣告結束。從學科發展的角度來說，“工”跟“理”逐漸靠近，“基礎研究”跟“高技術”越來越接近[18]。加強應用、服務社會，不僅是現代大學發展的必然趨勢，更是大學學科建設的強大動力。鼓勵工業企業積極投身于基因工程教育的各個環節，結合人才培養和產業需求，通過創新構建基因工程課程教學體系、實踐教學體系、改革實踐多學科交叉融合平臺和多樣化課程學習評價體系，積極探索基因工程教學在新工程背景下的新思路、新方法。改革傳統教學方式和教學模式，重視對學生創新精神和實踐能力的培養和鍛煉，積極大力培養[19]高素質創新型專門人才。

7 結語

綜上所述，構建新型教學體系、運用創新教學手段、全程與企業合作、構建實操實訓教學體系、搭建多學科交叉融合研究平臺、建立多元化課程學習評價體系，真正實現產業人才需求方向的把握、本土資源的充分利用、產教融合的深化、校企合作的深化、育人協同的目標。才能充分利用學科整體優勢，主動引領未來新技術、新產業的發展，推動應用科學向工程化拓展，推動學科交叉融合、跨界融合，打造新技術、培育新的工程領域，推動科學教育有機融合。