探究性教学策略在基因工程教学改革中的实践与探索

李西波, 张 会, 梁俊玉, 李 媛, 张 继

(西北师范大学 生命科学学院,兰州 730070)

现代生物技术是21世纪三大高新技术之一[1]，世界各国纷纷出台政策鼓励其发展。我国政府也非常重视生物技术的发展，将其排在高新技术产业的首位，而现代生物技术的核心就是基因工程。基因工程是我校生命科学学院本科专业的重要专业课，教学质量直接影响到学习者的创新能力与专业素质的培养。

创新型人才是建设创新型国家、提升综合国力的重要保证。作为培养创新型人才的重要载体和途径，基因工程教学改革成为当前高等学校教学改革的研究热点[2]。本人根据多年的教学实践，运用探究性教学策略对基因工程进行了教学改革，建立了以创新型人才培养为目标的现代教学体系，提高了教学质量。

1 更新基因工程教学理念

随着生物技术的飞速发展及高新技术手段的融合，旧的教学理念已跟不上时代的发展[3]。通过探究性教学策略的运用，结合学生自身的特质，在教学理念上实现两个转型，即“以教为主”向“以学为主”“以知识传授为主”向“以能力培养为主”的转型[4]，培养他们的创新能力和科学思维。

2 探究性教学策略在基因工程教学改革中的运用

2.1 精选教学内容，突出课程特色

新的生物技术研究成果不断涌现，需要我们在教学中以教材为依托并与时俱进，将其引入教学中，增加授课内容的先进性[5]。基因工程与其他许多学科互相融合，该课程安排在第六学期，此时部分专业课已经或者正在开设，交叉重叠的课程内容容易使学生失去学习的兴趣，为了使这门课程与其他课程的知识衔接并避免交叉，需要合理选择教学内容， 使其成为连接生物学课程的枢纽[6]。我们通过发放调查表、修改教学大纲、开展“教学相长”主题班会等方式去除和其他课程重复的内容，筛选合适教学内容，提高教学的时效性。

在授课过程中通过引入和生活趣味性较强且息息相关的典型案例，不仅能使学生留下深刻印象，而且能学到专业知识。如介绍外源基因的表达和调控时，可引入研发基因工程产品以及由它引起的伦理、法律和社会影响；讲授 PCR技术时通过将该技术在亲子鉴定和法医学鉴定中的应用激励他们的创造性思维。这种利用典型案例的教学方式，激发了学生对基因工程的兴趣。

2.2 运用现代化教学手段进行教学改革，拓宽学生知识面

现代大学生是伴随“本土网络”成长起来的一代，他们的生活离不开网络和手机[7]，充分利用网络信息可以为我们的教学和学生的学习提供丰富的资源和便捷的途径。为此，我们采取了如下措施：首先，通过获得国内外著名高校的网络课堂、课件供学生学习，让学生在课堂上就可以掌握基因工程发展的前沿科学；其次，给学生提供一些微信公众号(如 Medsci、生物勘探、解旋酶等)和生命科学论坛(如生物谷、丁香园、小木虫等)；第三，教师通过在微信群推送并参与有益资源的讨论、答疑解惑，以时尚的方式给学生传递最新的知识[8]。

随着多媒体教学的发展，传统的教学手段已不能适应现代生物技术的发展，采用现代化的教学方法代替传统教学手段成为教学发展的必然[9]。现代化的多媒体教学具有图文声像灵活多变并随意组合的特质，把教学内容“化难为易”“化静为动”，克服难以将基因工程抽象内容讲解透彻的弊端。我们采用 Powerpoint等软件制作课件，并结合动画、影像等网络资源实现可视化教学，使基因工程的教学更加直观。例如利用可视化教学使DNA的半保留复制、DNA转录、蛋白质的合成与运输等变得通俗易懂；动漫演示蓝白斑筛选的α-互补现象、视频播放酵母的双杂交等使基因工程抽象的技术变得生动活泼，提高教学的时效性。

2.3 独立设置实验课程，开设学生感兴趣的实验项目

作为实践性特别强的课程，基因工程整条教学主线属于“没有实物”的教学，学生学习起来比较吃力[10-11]。我们尝试独立设置实验课程，将其变成理论课的延伸。以本科培养目标为依据选择实验项目，还原科研原貌，强化入门教育[12]，加大自主设计性及综合性实验的比重。

自主设计性实验是学生经过长期的学习积累，对基因工程学科某些科学问题产生兴趣，渴望利用具体的实验来验证[13-14]。这类实验是在指导老师指导下自主设计实验时间和方案，相对于时空和内容固定的传统实验可以更好地发挥学生的主观能动性。学院每年投入5万元专项基金，开设10～15项完全由学生自主设计的实验。要求过程短、耗资少、具有一定技术含量，并将其列为评定奖学金的一个条件，这些措施显著提高了学生参与的积极性。

综合性实验不仅要体现出学科内小实验的综合，同时也要体现跨学科的大综合，反映学科发展的趋势及学科之间的联系[15]。我们设计了综合实验“猪血清蛋白基因的克隆与表达”“细菌转化方法的比较及条件优化”等。第1个实验包括引物设计及目的基因PCR扩增、载体构建、克隆基因的测序、工程菌转化及重组子菌落鉴定、重组质粒提取制备、SDS-PAGE验证蛋白表达等内容；第2个实验中有关细菌转化的方法在理论课中都学过，学生可以根据理论课所学内容，设计新的方法并完成实验，将不同方法所得到的结果进行比较，分析其优缺点。独立设置的基因工程实验课程训练了学生的科学思维方式和实验技能，为培养创新型科研人才打下了基础。

2.4 科学合理地安排双语教学，使授课内容和国际前沿科技成果接轨

随着我国科技和经济发展与国际联系越来越密切，迫切需要培养一批具有国际视野和竞争力的人才，双语教学是培养具有国际高素质创新人才的重要途径[16]。我们在基因工程教学中采用双语教学，既提高学生阅读英语专业文献的能力，又使他们更好地掌握教学内容。我校生物技术专业学生都是第一批次招收，入学成绩较好，对双语教学的热情比较高。部分学生比较畏惧双语教学，一方面因为专业基础比较薄弱，另一方面学生英语听说能力较弱而有所顾虑。针对这些实际情况，我们在教学伊始就加强对本门课程开展双语教学意义的教育，并提前将用到的专业词汇发放给学生，便于他们课前预习，提高教学质量。

在授课过程中，如果学生不能很好地跟上双语教学的进度，就适当降低难度[17]。在实际教学中，以英语课件为主，采用先英语讲述、再中文定期小结的教学模式。对于较难理解的内容，采用先中文传授，再英语阐述，遵循由浅入深、由慢到适中的原则。授课开始时充分调研，授课进行中利用发放调查表调查和学生单独会谈等方式，了解并确定合适的双语教学难度。对于英语程度不同的班级，教学的难度依据学生的英语情况和专业课灵活调整。对于英语程度比较好且从入学初就坚定立志从事科学研究的学生，传统简单地双语教学难以满足他们的学习要求，我们就传授他们利用PubMed、Highwire等数据库检索文献的方法[18]，筛选代表专业领域高水平的英语文献，让他们仔细阅读并在课堂上详细的讲授，一方面提高他们的英语听说能力，另一方面也是对基础薄弱学生的激励。通过课程的改革和建设，培养学生用英语思维思考、解决问题，使之成为与国际接轨的创新人才。

2.5 教学与科研相结合，强化科研启蒙，提升教学活力

教学是科学研究的基础，科学研究是教学的提高和发展[19]。具体的实施过程中，我们调查发现学生对老师从事的科研项目特别感兴趣，在教学中引入这些内容，让学生感觉基因工程更加“接地气”。比如在讲授构建设计载体模块的时候，我们以本实验室构建的连接有红色荧光蛋白或者绿色荧光蛋白表达载体的荧光显微照片为例，展示以荧光蛋白作为报告基因的指示功能，使学生领略多学科交叉研究的魅力。

大学生创新创业训练项目为教学和科研相结合提供了很好的途径，以大学生创新创业训练项目为契机，提升教学活力[20]。在具体的教学实施中，组织有兴趣参与大学生创新创业训练项目的学生组成科研团队，自己查阅资料并自主设计题目，撰写申请书。教师通过评价方案的创新性和可行性，推荐优秀方案参加校级、省级甚至国家级的大学生创新创业训练计划，让学生真正体会到学以致用。

2.6 举办课程辩论赛，提高学生学习兴趣

运用基因工程技术的利弊两面性，组织学生课程辩论赛，使教学方法与手段多元化[21]。我们尝试组织了“转基因食品是否安全”“转基因生物是否安全”“人类能否研究克隆人”等辩题的课堂辩论赛，学生在实施过程中更加深入地掌握所学知识，增加小组成员间的协作能力和快速反应能力。另外教师通过有效、客观的评价来保证课堂秩序活跃有序，激发学生参与的积极性，引导他们用客观辩证的眼光评判问题。开展课程辩论赛是基因工程授课方式的全新尝试，学生反映这种教学模式收获很大，我们准备在以后增加更多的辩题以便于更多的学生参与其中。

2.7 革新课程评价标准，建立完善的过程考核体系

除了与教学内容与方法的改革有关，教学效果的提高更离不开考核内容与方式的革新[22]。 我们遵循结果评价与过程考核相结合的原则，将课程辩论赛、理论课堂表现、实验操作等相融合，纳入最终的考核成绩。将出勤、参与课堂主题讨论、资料查阅等相融合，构建过程“考核多样化”的效果评价体系。在闭卷笔试环节中，增加设计型考题，并适当引进国内著名院校的考研真题，注重学生基础知识应用能力、思辨能力、创新能力的考察和检测。该课程的成绩评定采用百分制，平时成绩占50%～70%，期末考试占30%～50%，全面考查学生对知识的学习程度。实践表明，这种考核方式可以使自学能力强的学生脱颖而出。

3 探究性教学策略在基因工程教学改革中的效果评价

我们通过学生学习兴趣、互动参与度、教学满意度、总评成绩进行调查与统计，来掌握探究性教学策略在基因工程教学改革中的效果。共调查了120名生物技术专业学生(表1)。通过问卷调查，反馈结果表明，学生非常喜欢这种探究性教学策略，促使他们的思想从被动接受知识到主动获取养分的转变。

表1 教学改革效果分析

4 结语

为了提高学生的综合素质，教学工作者应该从学生为主体的特点和需求出发，不断创新和改革基因工程教学模式。探究性教学策略的应用为学生提供了积极、开放且多样化的学习氛围，促使学生培养学习的主动性[23]。基因工程教学改革是一个系统工程，通过4年的教学实践，改革效果良好。但目前还处于探索阶段，还需要在实践中不断适应新形势，获得适合生物专业的一套教学模式。