信息化視域下生物技術導論課程教學改革探索

艾昊 段素梅 趙合明 李瑞寧 鄭甲成 馮婷婷 黃先忠

摘要 隨著信息化時代的到來，生物技術領域高速發展引人矚目，新技術日益更新、新成果層出不窮，這對農學專業生物技術導論課程教學提出了新的要求。本文分析了生物技術導論課程教學存在的問題，提出了改革方案，以期有效提升教學質量，為提高農學專業學生的學習效果提供了一條切實可行的改革途徑。

關鍵詞 生物技術導論；教學改革；教學質量

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A

文章編號 1007-7731（2023）14-0161-04

生物技術是一門綜合性非常強的學科，集生物學、化學、物理學、計算機科學等多門學科技術于一體，具有非常廣闊的發展和應用前景，被世界各國視為一項高新技術。生物技術以原有的制醬、制醋、釀酒、面包發酵、奶酪制作等傳統生物技術為基礎，慢慢發展成為以基因工程為核心的新興學科，現已廣泛應用于農業、林業、畜牧業、食品、醫藥、能源、化工等領域，促進了傳統產業的技術升級改造，也推動了新興產業的形成，勢必對人類生活產生深遠的、革命性的影響。生物技術既是現實生產力，也是具有巨大經濟效益的潛在生產力，將是21世紀高新技術革命的核心內容，也是21世紀的支柱產業[1]。在此背景下，安徽科技學院針對學校農學專業學生開設了生物技術導論課程。作為專業的核心課程，提高生物技術導論課程教學質量的重要性日益凸顯。為此，筆者根據近年來從事該課程的教學經歷，對該課程教學進行了思考，并提出了幾點教學改革方案。

1 課程性質

生物技術導論是面向安徽科技學院農學院所有專業開設的一門專業方向課，以生物技術中的五大工程技術手段為主線，對有關生物技術的基礎知識、基本理論、基本方法等內容進行有機整合，形成寬基礎、強技能的課程結構體系。課程內容主要包括生物技術總論、基因工程、細胞工程、發酵工程、蛋白質工程與酶工程、生物技術與農業等章節。通過該課程的學習，要求學生樹立以強農興農為己任，為推進農業農村現代化而努力學習的價值觀，幫助學生樹立正確的人生觀，培養其理論和實際相結合的能力；使學生掌握現代生物技術的基本原理和基本知識，了解現代生物技術的基本方法與發展趨勢；促進學生關注不同生物技術，了解生物技術對社會、文化、道德、倫理等的影響，注重生物技術在農業科學、醫療衛生、能源、環境及食品工程領域的應用，并從事與生物技術相關的工作[2]。

2 教學情況

生物技術導論課程作為農學專業的核心課程，主要面向大三本科生開設，學生已經掌握了基本的植物學和生物化學理論基礎知識，授課時間在本科三年級上學期。課程設置包括理論教學和實驗教學2個部分，其中理論課26學時、實驗課6學時。根據農學專業培養方案和教學目標，除了引言部分占2個學時，理論課將基因工程作為重點內容，占8學時；細胞工程、發酵工程作為次重點內容，各占4個學時；酶工程和蛋白質工程作為非重點內容，各占2個學時。另外，還向學生介紹了生物技術在農業、環境、食品、醫藥健康等方面的應用知識。在內容設置方面，細胞工程介紹組織培養技術、細胞培養技術、次生代謝物生產、細胞融合與體細胞雜交等；而基因工程則介紹核酸分子操作技術、DNA體外重組技術、植物的遺傳轉化等；發酵工程主要介紹發酵類型、發酵設備、發酵流程以及一些典型產品的發酵工藝。課程考核方式由平時成績和期末考試2個部分組成，平時成績包括出勤率（10%）、課堂表現（10%）、實驗實踐（10%）、課后作業（10%）4個部分，占總成績的40%；期末成績以閉卷考試的形式，考核學生對重點章節知識點理解、掌握和運用程度，占總成績的60%。

3 存在問題

通過多年來的發展，安徽科技學院生物技術教學質量得到了全面提高，教學條件也得到了顯著改善。隨著我國生物技術這一領域的不斷發展，對課程教學目標及質量提出了新的要求，安徽科技學院農學專業生物技術導論現有的教學和課程設置還是滿足不了新的人才培養要求。主要存在的問題如下。

3.1 教材的更新速度和周期較慢，新的研究技術和成果相對缺乏

宋思揚主編的《生物技術導論》自1999年第1次面市以來，分別在2003、2007、2014、2020進行了

4次改版，安徽科技學院現在使用的教材為宋思揚和左正宏主編的《生物技術導論》第5版。相比前幾個版本，第5版內容雖然有不少改動，但基本框架結構和內容設置變化不大。隨著生物技術領域的迅猛發展，新技術日益更新、新成果層出不窮，教材的更新速度和周期較慢等弊端愈發突出[3]。這就要求教師在教學過程中及時地吸收新的成果，反映新的動態，這無疑對新形態下的教師教學提出了更高的要求[4]。

3.2 專業課程體系比較松散，課程內容與其他專業課程設置缺乏系統性

農學專業開設的課程類型分為通識教育課、專業基礎課、專業核心課、專業方向課、個性化拓展課、創新實踐課等，各課程相互之間存在一定的關聯性和獨立性，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，導致不同課程間會出現部分內容的重復[5]。例如，生物技術導論課程基因工程部分內容與分子生物學基礎、遺傳學的某些內容有重疊，而細胞工程部分內容與植物組織培養技術的某些內容有重疊。這些內容的交叉重疊，一方面浪費了學時和寶貴的教育資源，另一方面也勢必會在一定程度上影響學生的學習興趣，導致教學效果不佳和教學質量下降。另外，在之前的教學大綱中，安徽科技學院生物技術導論課程設置主要內容為生物技術的五大工程（基因工程、細胞工程、發酵工程、酶工程和蛋白質工程）。然而，生物技術導論是門綜合性較強的前沿導論課程，應減少生物技術的原理性、技術性方面的內容量，將重點放在生物技術的前沿應用方面，以激發學生對生物技術的探索欲。因此，應大大提高生物技術在農業、環境、能源、食品、人類健康等領域的應用等方面的內容。對于農學專業學生，尤其要將生物技術在培育抗病抗逆、優質高產植物新品系中的作用作為重點向學生講授。另外，之前的實驗課內容，如DNA的提取、PCR技術、瓊脂糖凝膠電泳，與其他課程重復度過高，應針對不同課程的重難點，設置差異化實驗內容[6]。

3.3 生物技術內容和原理抽象，學生相關基礎理論知識薄弱

作為一門知識面廣、專業性強的課程，生物技術導論以五大工程為主線，涉及各技術在社會生產中的應用案例和發展前沿，知識體系龐雜且抽象，不易被理解與接受。對于安徽科技學院農學專業學生而言，尤其是對口專業學生，雖然已經提前學習過植物學、植物生理學、生物化學、遺傳學等先行課程，但這些課程的知識縱深較廣、維度豐富，學生很難在課堂直接掌握吸收，造成其學習功底不扎實，并且尚未修習過分子生物學基礎、分子遺傳學等方面的課程，導致學生掌握的相關基礎知識極為薄弱匱乏。這也成為教師在授課過程中發現學生學習效果不佳、學習興趣不濃、學習動力不強，從而引起學生學習障礙的主要原因之一[7，8]。

3.4 教學方法單一，學生參與意識薄弱

目前，安徽科技學院針對農學專業的教學方式還是以“課件講授”為主，與學生互動少，未體現以學生為主體，也無法很好地激發學生自主學習的積極性。比如，教學內容未能完全充分反映現代生物技術學科的發展進展，教學素材如動畫、圖畫、視頻也不豐富，教學模式過于單一，依賴PPT較為嚴重，缺乏多樣化的媒體教學，教學主要停留在把課本中的知識機械的講授給學生，缺乏創新性教學。這就導致學生上課感覺雖然不錯，但課后能長期記憶的東西偏少，不能真正理解生物技術導論的精髓，學習效果不佳，從而限制了學生的進一步自我發展，將來難以適應社會的要求。

4 教學思考與改革實踐

4.1 優化教學內容，關注生物技術前沿

在之前的教學大綱中，安徽科技學院生物技術導論課程設置主要內容為生物技術的五大工程（基因工程、細胞工程、發酵工程、酶工程和蛋白質工程）。本項目擬減少生物技術的原理性、技術性方面的學時量，大大提高生物技術與農業、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等方面的內容，將重點放在生物技術的前沿應用上，從而激發學生對生物技術的探索欲。生物技術的發展日新月異，僅參考某一本教材，無法滿足生物技術導論課程教學的需要。為此，筆者以宋思揚、左正宏主編的《生物技術概論》（第5版）為教材，以程備久等主編的《現代生物技術概論》、翟禮嘉等主編的《現代生物技術概論》作為主要參考教材，同時查閱國內外最新研究資料，了解生物技術研究的最新進展，在拓寬和更新自身知識體系的過程中，不斷給學生傳授生物技術前沿信息。

4.2 結合傳統教學與數字化教學，充分利用數字化教學手段

改變以課堂講授為主的傳統教學方法，借助學習通、雨課堂等平臺，建設完善生物技術導論網絡課程，課前將課程講義及課后討論相關問題上傳至網絡教學平臺，學生可以提前下載并預習；將課程相關進度及參考文獻、課堂輔助學習視頻材料上傳至網絡教學平臺，方便學生課后自學，并有利于學生對相關知識進行深入探討。生物技術導論的網絡課程中通常包含大量的鏈接、圖片、動畫、視頻，學生通過瀏覽觀看這些電子資源，可更直接、更具體、更深刻地建立對生物技術領域一些抽象科學理論的認知，從而緩解學生的學習壓力。同時，利用數字化教學手段，在傳統教學的基礎上，設置線上提問、討論，了解學生的整體學習效果；另外，通過設置搶答題，鼓勵學生積極參與交互式教學，并對于積極參與的學生給予表揚，有助于提高學生主動思考學習的能力，減少傳統灌輸式教育產生的問題[9]。

4.3 緊密結合教學與科研，引入科研新成果

改變以往只注重傳授基本理論的教學方式，將科研成果和先進的生物技術理論融入教學中，從最近的科研動態、最新科研成果入手，介紹與此相關的技術體系，進而引出與教學內容相關的理論知識，使教學內容與科研發展動態和前沿方向緊密結合，讓書本上抽象枯燥的科研知識變得更加具象有趣、貼近生活，從而增強學生的好奇心，激發他們的求知欲，培養他們對科研的濃厚興趣。

在講授發酵工程部分時，教材中以經典的抗生素發酵、氨基酸發酵、維生素發酵為例，講述了一些典型產品的發酵工藝。本項目擬保留最經典的青霉素發酵，適當地融合一些最新的發酵產品的發酵工藝。例如，在授課的時候，播放2021年9月份的一則新聞——我國科學家在人工合成淀粉領域取得的原創性、重大顛覆性突破。中國科學院天津工業生物技術研究所采用發酵工程用發酵罐實現了二氧化碳到淀粉的人工化學-生物合成，這是國際上首次在實驗室完成淀粉的人工合成。據估算，如果在充足的能量供應下，1 t發酵罐理論上每年產生的淀粉產量相當于0.33 hm2玉米地的淀粉產量，可大大緩解土地資源緊張、糧食安全、溫室效應等問題 [10]。

在講授書本上的理論知識時，由于比較抽象且脫離實踐，學生難免會覺得枯燥乏味。教師如果結合自身案例及科研經歷，能大大方便學生理解，提高其科研興趣。比如基因工程部分，講到了3種最主要的報告基因——GUS、GFP、LUC。可以結合最新的研究成果，如和玉兵團隊在2020年發表在Horticulture Research上的文章中，開發了一種新型的報告基因RUBY，紅寶石報告基因，該報告基因可以彌補GFP、LUC需要特殊的熒光激發設備，GUS染色會破壞細胞結構，且需要特殊試劑配制染色劑，不能直接顯示報告結果耗時耗財耗力等缺點，直觀簡單[11]。筆者利用該技術，構建了水稻轉基因材料，結合自身實驗過程中的照片及實驗結果，給學生講授基因工程中的報告基因、轉基因操作等內容時，會更加生動形象。

4.4 突出學生主體地位、教師主導作用，提升學生的積極性和主動性

摒棄傳統的灌輸型課堂教學模式，強調學生的主體作用。針對熱點問題，采取課堂討論或辯論的形式，充分發揮學生的積極主動性，激發學生的學習興趣和熱情，活躍課堂氛圍，學生的收獲更大。利用啟發式教學模式、翻轉課堂相結合，培養學生獨立思考及解決問題的能力[12]。例如在上個案例中，可以先不講明新型報告基因RUBY相較于GUS、GFP、LUC的優點，提問學生新型報告基因RUBY的優點，啟發學生思考，或者主動搜集文獻的能力；也可以針對熱點問題，采取課堂討論或辯論的形式，充分發揮學生的主觀能動性，激發學生獨立思考問題的能力和運用所學知識解決問題的能力。

5 結語

綜上所述，針對安徽科技學院農學專業生物技術導論現有的課程內容設置和教學方式，通過改善課程教學體系，優化課程內容設置，利用經典案例結合最新前沿案例教學方法、線上結合線下教學手段、啟發式教學結合翻轉課堂教學模式、理論結合實踐教學策略等多種混合教育設計，可較好地解決生物技術導論課程教學中存在的關鍵問題，有效提升教學質量，為提高農學專業學生的學習效果提供了一條可行的改革途徑。

參考文獻

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

[2] 李慧，陳玉珍，陸海. 高等林業院校“生物技術導論”課程教學改革的探索[J]. 中國林業教育，2017，35（S1）：65-67.

[3] 成妮妮，郭春雷. 談現代生物技術課程教學改革與創新[J]. 教育教學論壇，2013（39）：57-58.

[4] 劉建民，鄭瑞巧，龔紅梅. 高校《生物技術概論》課程教學思考[J]. 教育教學論壇，2015（24）：197-199.

[5] 龍春陽. 課程群建設：高校課程教學改革的路徑選擇[J]. 現代教育科學，2010（3）：139-141.

[6] 羅瓊，趙娟，劉佳. 應用型本科生物技術專業核心課程群建設探究[J]. 才智，2022（23）：150-153.

[7] 曾磊，伊艷杰，吳興泉. 現代生物技術導論教學改革初探[J]. 科教文匯（下旬刊），2012（27）：139-140.

[8] 朱云國，施華娟，汪燕芳，等. “現代生物技術導論”課程教學改革實踐[J]. 大學教育，2020，9（9）：28-30.

[9] 汪妤，李紅霞，李海峰，等. 農學專業生物技術課程教學體系改革研究[J]. 高教學刊，2015（24）：56-57.

[10] 蔡韜，劉玉萬，朱蕾蕾，等. 二氧化碳人工生物轉化[J]. 生物工程學報，2022，38（11）：4101-4114.

[11] 和玉兵. 一種可見光下裸眼可視的植物遺傳轉化的無損篩選系統、構建方法及其應用：CN112063649A[P]. 2020-12-11.

[12] 關長飛，劉淑媛. “問題驅動法”在園藝植物生物技術實驗課程教學中的應用[J]. 教育現代化，2019，6（48）：197-198，222.

（責編：張宏民）