生物技术基础课程教学创新探讨

胡晓清 王小元 徐美娟 饶志明

摘  要：针对生物技术基础课程课堂教学中存在的问题，创新探讨了多种教学模式，包括凝练、调整并优化教学内容，引入讨论式、启发式教学方法，采纳多元化及前沿探索式教授方式、帮助拓展学生课外学习资源及能力等。使生物技术基础课程教学内容更丰富、形式更生动，成为学生认可与欢迎的专业基础课程之一。

关键词：生物技术基础;教学内容;启发式教学;前沿探索

中图分类号：G642       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）18-0029-04

Abstract： In view of the problems existing in the class teaching of the course of Principles of Basic Biotechnology， the current study innovatively explored a variety of teaching modes， including focusing， adjusting and optimizing the teaching content， introducing discussion-based and heuristic teaching methods， adopting diversified and frontier exploratory teaching methods， and helping to expand students' extracurricular learning resources and abilities. These strategies enriched the teaching content and form of the basic course of biotechnology， thus this course has become one of the professional basic courses recognized and been welcomed by students.

Keywords： Biotechnology Foundation; teaching content; heuristic teaching; frontier exploration

生物技術基础是一门具有基础和通论性质的专业核心课程，旨在帮助学生把握生物技术的全貌和普遍规律性的知识。生物技术基础涉及把握众多知识面，与后续“生物化学、分子生物学、基因工程、微生物学”等课程相互重叠。介绍深刻改变人类医疗卫生，农业、人口、环境和食品状况的生物技术基础理论，包括转基因技术、克隆技术，生物信息技术、酶与发酵工程，干细胞组织工程技术、基因组和蛋白质学技术，生物芯片技术、高通量筛选技术等尖端技术，此外还引入现代尖端和新兴领域的生物技术应用及引发的变革，并审慎地选择了生物技术争议性领域内容热门话题和实例剖析，引导和激发学生体会学习经典与新潮生物技术的热情。

本课程培养目标在于，通过本课程的学习，学生具备以下素质、技能、知识和能力：1. 生物技术研究领域的重大理论和基本原理;2. 生物技术研究领域的重要技术原理和方法;3. 生物技术研究领域的专业英语与外文阅读。因此如何在有限课时内做到高屋建瓴式讲解，让学生能提纲挈领领悟生物技术核心基础知识点，为授课教师提出了较高要求。

本文作者大多为生物技术领域教学科研的一线工作者，通过多年教学实践发现该课程教学存在着以下问题：1. 教授程度的深浅难以把握准确，需要考量如何与高中知识有机衔接，同时避免与后续专业课程（分子生物学、细胞生物学、遗传学等）太多重叠;2. 由于课程延续传统教学方法，以讲授理论知识为主，对最新生物技术前沿的了解不足，导致学生参与度不高、学习积极性较弱;3. 课时数相对偏少，但内容繁多琐碎，需对教学内容进行选择性精简、凝练与优化;4. 课堂教学存在教学方式单一、科研探索性知识较少、师生交流互动不足等一系列问题，忽视培养学生创新精神培养，对生物技术基础知识中如何发现、分析和解决问题的了解度不够;5. 课程考核方式过于简单，缺乏多元化的考核形式，导致学生一切为了考试，学习为了做题，影响了生物技术基础（双语）课程教学效果。

基于此，我们通过凝练、调整并优化生物技术基础课程教学内容，结合重要知识点的提出、争论、论证、完善历程，引入讨论式教学，启发学生深刻领悟该知识点的内涵和外延;此外，作者还采纳多元化教授及前沿探索式的教改思路，创新生物技术基础课程教学模式，提高学生的专业积极性和学习效果，为生物技术基础的课程改革提供了宝贵经验。从以下几方面做一下介绍。

一、凝练、调整并优化教学内容

（一）与高中阶段已有生物知识有机衔接

学生在高中阶段已经学习过一些生物学的基础知识，生物技术基础是生物技术专业的入门课程，如何将中学知识和大学知识有机的衔接起来并循序渐进非常重要。对于学生而言，如细胞结构、核酸结构、遗传定律等基础知识均已非常熟悉，所以在课程中对于这些已经学习过的基础知识不做过细讲解，而仅对某些关键名词（如生物技术的类型、基因和基因组、重组DNA技术、DNA指纹图谱）内涵和外延加以讲述，然后让学生结合教材进行课后自学（如微生物产品、生物修复、生物技术监管等），并在课后查阅相关资料及研究进展（如CRISPR-CAS9基因编辑技术），在考试题目中适当加入基础知识的考点，以保证学生有较好的自学效果。

（二）与大学阶段后续专业课程协调

生物技术基础是一门具有基础和通论性质的课程，它的任务是帮助学生了解生物技术的全貌和获得普遍规律性的知识。生物技术基础涉及的知识面非常广泛，与后续授课多门专业课如分子生物学、发酵工程等课程相互重叠、渗透、联系。专业基础课涉及面广，很难做到面面俱到的讲解，因而需要根据学科专业的设置、后续专业课程的重点，对教学内容进行合理浓缩和凝练，聚焦于基础性、通识性知识点的阐释（如PCR基本原理及步骤、基因组基本组分），避免不必要的细节讲解（如PCR具体条件、基因组具体组件和功能）。尽量把详尽的论述留给后续的课程。在确定生物技术基础教学内容时，处理好学科课程整体与局部的关系，将各门课程放在一起全盘考虑，做到既不疏漏关键，也不过分重叠。

二、引入讨论式、启发式教学方法

（一）启发式的关键技术教学

根据生物技术基础教学大纲，教师在备课时首先设计成一系列启发性问题，让学生在课堂上带着问题听讲（如遗传学三大定律在什么背景下诞生？提出和发展经历了什么历程？），通过引导学生思考、回答、点评，然后将这些问题由浅入深逐步地展开，将教学内容融入到问答之中，使学生带着问题思考、学习（如孟德尔遗传学定律如何提出、修正、完善），从而有条理的、系统的理解吃透教学内容（遗传学三大定律的科学内涵及划时代意义）。

（二）讨论式的核心理论探究

讨论式教学注重师生互动，是学生在教师指导下就某个知识点交换看法、互相启发从而获取知识的一种教学方法。在生物技术基础课堂中经常穿插讨论，尤其是针对最新的技术手段的原理和应用（如基因指纹图谱用于法医学鉴定），学生们具有浓厚兴趣，这对于活跃学生思维、激发学生学习兴趣、发挥学生学习积极主动性、提高学生的分析、思考、表达等各方面能力大有裨益，比如如何利用植物组织培养繁育名贵白茶和兰花。在课堂上对一些存在质疑的问题，引导学生讨论，达到以疑解惑的目的，使学生对所学知识融会贯通。

三、采用学生专题展示、师生互动式授课方式

（一）学生专题展示及答辩

生物技术基础既有经典传统知识，又有前沿技术介绍，在学习过程中需要引入生动活泼的教学形式。教师可以按不同的教学知识点，精心安排多个专题，设置演讲主题（如耐药性细菌的出现及机制、环境污染治理的生物技术），把学生的兴趣迅速转移到学习上来，使学生产生高昂兴趣和精神振奋的心理状态，情不自禁地进入到教学之中。通过多媒体课件的展示， 用直观动态的画面、丰富逼真的色彩、加深了学生对教学内容的理解，把枯燥抽象的问题具体化，把看不见摸不着的问题趣味化，通过演讲活动激发大家对生物技术基础的学习兴趣。通过演讲，学生们既能了解学科前沿、开阔眼界，又锻炼了学生查阅文献、分析综合知识、制作PPT幻灯片，以及临场讲演的能力，激发学生的学习兴趣和热情。

以“微生物细胞”知识点为例，由于同学们几乎没有接触微生物实验，对这种细胞尺度在微米的生物體活动缺乏直观认识，为此我们制作了“细胞内正在发生的故事”的教辅材料，结合哈佛大学的3D图片，以及“细胞内正在发生什么”的小视频，为同学们进行了导论性质的微生物细胞介绍，加深了同学们对细胞组成、细胞外壁成分、真核细胞器、能量代谢、新陈代谢等生命事件的领悟，为后续知识点如“微生物基因工程”“微生物育种”“微生物代谢工程”“微生物发酵工程”等奠定了坚实基础。

（二）师生课堂内外互动

当前的大学生都是95后青年，标新立异，思维活跃，如何在课堂上让他们对讲授内容产生兴趣需要技巧和耐心。如我们在课间引入 “你细胞内正在发生的事（哈佛3D动画小视频）”、“芝士就是力量！自制马苏里拉奶酪”、“有一种超级细菌，听上去真的很可怕”来引发同学兴趣。任课教师要和学生互动，除了要有和蔼可亲的教学态度，课下也将与学生多交流，我们在课后也与同学积极沟通，为他们对生物技术就业、考博出国等出谋划策，构建和谐的师生关系。教师应从专业角度出发，为生物技术基础课学习提供有效的指导和帮助。

四、拓展学生主动拓展及课外学习能力

生物学精品课程网站推介。生物技术基础理论大多来源于实验，因此为了更好捋清来龙去脉，仅仅靠有限的课堂讲授是不够的，需要在课外多实践多思考。多个生物学精品课程网站是全开放式的，如open courses。教师可以根据教学内容进行推荐，引导学生根据自己的学习兴趣选择性地学习。另外和生物学相关的专业网站很多，比如NCBI、丁香园、小木虫、生物通等网站，学生能找到自己感兴趣的内容。学生查找文献的需求还不突出， 有时还有死抠教材的陋习， 为尽快转变学生的思维方式和学习习惯， 开阔专业视野、跟踪最新文献、掌握查找专业文献的能力显得非常重要。我们在课间向学生们详细介绍江南大学图书馆检索系统（http：//lib.jiangnan.edu.cn/），包括图书、期刊、报纸、专利、学位论文、标准、外文文章等;以及英文网站国立生物技术信息中心NCBI （https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）的内容，包括基因、基因组、蛋白、文献等，针对当时全球研究热点，输入不同检索关键词进行检索，寻找全世界范围内的研究论文和结果，激发了同学们探索生物技术未知领域的激情，也为他们以后查阅文章提供了便捷途径。具体如下：

综合型数据库NCBI，这也是包括生物技术在内的生物类及医学类专业学生后续学习和研究的重要数据库，同时也是生物技术基础课多个知识点的来源，里面囊括了全核苷酸数据库、蛋白质数据库、基因组数据库、结构数据库、三维结构域数据库、UniGene数据库、PubChem Compound数据库、癌症染色体数据库、探针数据库等，更重要的是有各类期刊数据库。课堂上我们会抽出五分钟左右时间，对课堂知识点在PubMed做最新研究进展的检索，而且在期末归纳总结时，同样会对该领域的最新发展做第二次检索，对研究中涉及的关键生物技术做介绍，一方面将碎片化的知识点通过研究论文的形式串联起来，让还未接触实验的同学们有一个形象而具体的认知，另外一方面，我们拓展了同学们主动学习能力。

五、开拓学生在生物技术领域的国际视野

生物技术领域是个全球研究者合作与互动频繁的领域，这需要同学们放眼世界，了解国际上同行在做什么有助于本课程教学。首先我们强化双语教学，聚焦生物技术领域中“基因克隆、细胞工程、酶技术、工业发酵”四大领域的近千个关键的专业英文词汇，涉及生物技术基本理论和主要技术，使学生掌握具备深入阅读外文文献的能力。其次，我们邀请了国际著名专家，针对课程中重要知识点为同学们开展专题讲座，以下以“医学生物技术”章节为例加以介绍。

包括超级细菌在内的耐药性细菌的出现为人类健康带来了巨大隐患，如果防控耐药性细菌也是国际研究热点，加深同学们对这一热点的了解，我们邀请了哈佛大学医学院附属麻省总医院光医学中心助理教授戴天红做了专题学术报告（http：//news.jiangnan.edu.cn/info/1133/54123.htm）。近年来戴教授先后主持了美国国家健康研究院，美国国防部（DoD）等基金课题10余项，发表科技期刊论文80余篇，研究成果先后在美国国防部五角大楼频道、美国科技日报、美国微生物现状、麻省总医院《先驱杂志》等媒体上专题报道。戴教授结合他在光医学治疗感染性疾病领域开展的多年系统深入研究，特别是在运用蓝光治疗感染性疾病方面的研究经历，对耐药性细菌的来龙去脉（包括产生、进化、传播、控制）做了深入浅出的介绍，受到了广大同学们的热烈欢迎。同学们踊跃提问，对医学生物技术产生了浓厚兴趣。

六、积极在课堂外检验并强化课堂上知识点

室外教学是让学生走出课堂，走出校园，到自然界观察学习生物学知识。我校位于长广溪湿地公园附近，校内也有生机盎然的小蠡湖，各类动植物及微生物资源丰富，对于学习生物技术基础课程的环境保护和生态学这两部分内容得天独厚。引导学生深入小蠡湖湖边和长广溪湿地公园，边观察、边学习、边记录，达到对环境保护和生态学的了解，在大脑中形成对生物多样性的感性认识，增强学生记忆效果，拓展学生的知识视野。为加深对“发酵工程”（我校的传统优势学科）知识点的理解，我们在课后也积极组织同学参观粮食发酵工艺与技术国家工程实验室的发酵中试车间，对啤酒及黄酒酿造中的微生物及大致工艺做了现场介绍;为增强同学们对“微生物的应用”知识点的认识，还组织同学们参观食品科学与技术国家重点实验室、教育部食品安全国际合作联合实验室。此外，我们还积极解答同学们在课外碰到的生物技术方面的疑问，如有同学在学校附近湿地公园发现叶片上类似“痘痘”的东西，不清楚是果实还是病害，我们引导他利用课堂上讲授的知识点进行探究，通过文献查阅、表型比对、环境分析，最终判断为一种植物病毒，并对后续通过病毒培养、特异性基因鉴定给予了建议，这也是同学们第一次运用诸多生物学知识点进行学术探究，也是首次把所学付诸于实践的尝试，同学们兴致盎然。在探索的过程中，同学们强化了对“植物培养”“植物病毒”“植物抗病”“胁迫与应激”多个知识点的学习与应用。这些多姿多彩的现场学习活动大大激发了同学们对生物技术基础课程的学习热情。

总之，我们通过一系列生物技术基础课程教学方式创新和探索，着力于激发学生对生物技术基础课程的学习兴趣，提高教学质量，增强学生后续专业课的学习能力和专业英语能力，达到全面提高学生综合素质的课程目的。并力图通过大量调研并结合实际，尝试引入多种教学方法，包括室外教学、网络教学等。通过本教学改革实践，使生物技术基础课堂的教學内容更丰富、形式更生动，成为学生认可与欢迎的专业基础课程之一，努力提升生物技术基础课教学质量。

参考文献：

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[2]高玮玮.试论生物技术课程教学改革[J].生物技术世界，2012， 54（5）：86-88.

[3]陈敏，王利琳，王慧中，等.面向21世纪生物技术专业人才培养方案研究[J].中国科教创新导刊，2011，08：34-35.

[4]William J. Thieman， and Michael A. Palladino. Introduction to Biotechnology （Third Edition） [M]. Benjamin Cummings， Printed in， 2012.

[5]蒂曼，等.生物技术导论：第二版（国外生物专业经典教材）[M].刘美凤，译.中国轻工业出版社，2014.