以科研项目为驱动的基因工程教学模式的初探

杨帆　李宪臻

摘 要：基因工程是一门针对生物专业的本科生开设的专业基础课程，具有授课内容抽象、理论性强、理论与技术结合度高以及技术更新迅速等特点，能够为医药、轻工、农业、化工、环境、能源等相关领域广泛输送人才。然而，现有的教学方式并不理想，导致理论与实践脱节。本工作基于新工科人才培养模式、结合基因工程课程大纲，构建以科研任务驱动教学的新模式，该模式的探索有望提高学生对基因工程的学习积极性，为造就创新性人才打下坚实基础。

关键词：基因工程;新工科;科研项目导向

基因工程是20世纪70年代诞生的一门新兴学科，主要是通过切、连、转、筛和产这五个步骤，将供体细胞中的遗传物质进行体外重组改造，而后转入受体细胞中，赋予受体细胞崭新的性状。基因工程融合了生物化学、分子生物学、蛋白质工程等多学科的理论基础，是一门实用性强的工具学科，其相关技术已经广泛渗透到医药、食品、化工、农业以及能源等领域[1]。

作為一门专业基础课，基因工程主要面向生命科学相关专业的本科生和研究生，旨在让学生了解并掌握基因工程技术的基本原理和应用案例、提高学生的新工科的思维能力，并紧跟当今基因工程领域的前沿进展，具备分析解决基因工程实际研究工作中问题的能力[2，3]。目前，国内高校的基因工程授课普遍存在以下问题：（1）缺少与时俱进的、贴切国民生活和经济生产实际需求的创新性课程内容设计;（2）缺少以学生为主体、有助于提高学生理解能力、创新能力和汲取知识的主动性的教学手段;（3）基因工程理论教学与实际科研运作严重脱节，造成学生即难以理解课上讲授的诸多内容、繁杂原理和技术，又无法将所学知识合理运用到实际学术问题的解决之中;（4）学生学习效果评价体系单一，多依赖于考试成绩的评定方式，未以提高学生的专业应用能力和解决问题能力为导向。因此，如何合理构建理论与实践结合的知识构架、使学生由被动学习变为主动学习以及培养学生的新工科综合素质成为基因工程课程教学所面临的主要难点问题，同时也是传统工科教育面临的严峻挑战。

近年来中国经济和科技的飞速发展，为传统的工科教育体系带来了巨大的冲击，为迎接这一挑战，新工科应运而生。新工科人才培养主要围绕以下几点转变展开：（1）从传统考试考核导向的培养理念向成果导向转变;（2）回归“理性”的品格培养、注重全方位复合型人才培养;（3）着重内外部环境的协同和教学与科研的融合[4]。本文基于以学生为中心、反向设计、持续改进的人才培养思想，以基因工程相关的科研项目为驱动，将教学内容设计成具体的任务，进而提出问题引导学生分析问题、设计研究方案并解决问题，达到基因工程教学目标。让学生秉持着积极的态度、利用理论和实践有机结合的方式进行学习，有望进一步加强学生独立探索的学习精神、个人专业能力、团队协作能力和系统工程实操能力。

一、课程理论体系和教学体系的构建

（一）“一线两基”理论体系的构建

为了培养本校生物工程专业学生的工程基础知识水平和个人专业能力，在总体规划和设计基因工程的教学内容时，根据本课程的科学性、先进性、系统性和工程性等特点，积极跟进国内外前沿的基因工程领域研究热点和成果，着重经典理论与现代科技、理论知识与工程实践之间的关系平衡。构建理论教学和科研任务“一条线”、基因工程原理基础知识和实际应用基础知识“两个基础”的新型教学体系[5]。

（二）多层次实践教学体系的构建

为了锻炼学生的实验设计能力、团队协作能力以及工程实操能力，本工作构建了基础理论——科研项目——讨论分析辩论——课程质量评价相结合的多层次实践教学体系。基于该体系，建立四步启发式教学法（CDIO）[6]，即项目构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。首先，在学习基因工程理论知识的基础上，向学生布置基因工程相关的科研课题任务，学生课下进行文献调研，并在课堂和课下引导学生分组设计完整的课题研究方案，加深对基础知识的理解;随后，学生以PPT形式进行任务反馈，针对项目的拟解决问题进行分析、方案制定以及模拟实施结果，在课堂进行讲解和讨论，加深对理论体系和实验操作体系的理解，形成以学生为授课主体，教师为课程主导的良性教学体系。

（三）讨论和辩论教学法

本课程将基因工程研究内容归纳为基因的获取和切、接、转、筛、产六个基本操作流程，将上述课程大部分教学内容与实际科研项目有机地整合起来，向学生布置关于研发纤维素酶、脂肪酶等高附加值工业酶的枯草芽孢杆菌基因工程表达菌的科研任务。学生分为若干个小组，每个小组4-5人，利用课下整理、收集相关资料，撰写相关研究报告，最后每组集中进行PPT展示和讲解，其他组同学则可针对相关内容进行讨论和辩论。学生在课下查阅大量最新的文献，避免了课堂讲授可能造成的片面性和知识的陈旧性。

二、《基因工程》课程质量评价实施及持续改进

基因工程的课程质量评价针对课程目标展开，分析授课学生的整体和个体对基因工程课程目标的达成情况。整体评价有利于及时察觉授课过程出现的问题，协助授课教师持续改进教学质量;个体评价则督促教师关注学生的个体差异，有助于针对具体的学生进行精准指导。

在本校生物工程专业的所有毕业要求中，基因工程主要支撑了4个毕业要求指标点，相对应的设定了4个课程目标，教学内容、考核内容及考核方式的设计全都围绕着课程目标进行。具体内容及对应关系如下表所示。

基因工程课程目标达成情况按照以下公式计算：

∑权重×样本学生在某课程目标相应考核环节的平均分值样本中为考查某课程目标所设计的环节总分

以生物工程专业2016级生工161的考核结果为例，基因工程课程目标全部达成。其中，不同课程目标的评价值不同，目标4的评价值最低，表明学生对科研任务驱动的相关课程内容和授课方式适应性还有提高的空间，在今后的授课中，针对此目标涉及的教学内容，将继续改进将科研任务引入课堂的方式，加大辅助学生课后调研、设计课题、课堂讲解的力度，帮助学生在完成科研任务的同时加深对理论知识的掌握。

三、结语

传统的基因工程授课方式通常以教师的课堂讲授为主，忽略了学生的学习积极性和对相关知识点的消化能力。本工作坚持角色转换，以学生为中心、以教师为主导，根据新工科中反向设计、持续改进的人才培养思想，以与实际生产工作息息相关的课题任务为驱动，合理设计教学内容和方法，进而通过授课教师来引导学生分析问题、设计方案解决问题，实现基因工程教学目标。有望进一步提高学生学习的主动性和积极性，强化大家的独立探索精神、个人专业能力、团队协作能力和系统工程实操能力。

参考文献：

[1]韩立敏.基于创新型人才培养的研究性教学策略在基因工程课程中的应用.生物学杂志，2015（32）：110-113.

[2]吴爱华，侯永峰，杨秋波，郝杰.加快发展和建设新工科 主动适应和引领新经济.高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[3]姜晓坤，朱泓，李志义.新工科人才培养新模式.高教发展与评估，2018（34）：17-24.

[4]唐晓旻，傅敏，王崇均，李宁，王小平，谭雪梅.基于微课和任务驱动教学法的课程教改探究.广州化工，2017（4）：134-135.

[5]李修平，邵红，张丽敏，吴恒梅，张卫东，赵雪，岳丽红，李秀霞.研究性学习在基因工程课程中的应用研究.安徽农业科学，2015（43）：376-377.

[6]李健，韩增胜，栗坤.围绕CDIO人才培养模式的基因工程课程教学改革.教育教学论坛，2019（14）：143-144.

作者简介：杨帆（1982-），女，教授。

*通讯作者：李宪臻（1963-），男，教授。