基于创新能力提升的基因工程教学改革探讨与实践

冯华朋 邬丽 何玉龙 舒建洪

摘要基因工程是现代生物技术工程的核心课程，也是生物制药专业学生的一门必修课程。结合浙江理工大学基因工程课程的改革与实践的经验，本文从教学理论、教学方法及教学形式等方面对浙江理工大学生物制药专业基因工程课程改革进行了系统的梳理和总结，初步建立了基于创新能力提升的基因工程理论教学、实验实践及工厂参观实习的教学体系。

关键词 创新能力 基因工程 教学改革

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.16.033

Exploration and Practice of Genetic Engineering Teaching Reform Based on Innovation Ability Promotion

FENG Huapeng[1][3]， WU Li[2]， HE Yulong[1]， SHU Jianhong[1][3]（[1]College of Life Science and Medicine， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou， Zhejiang 310018；

[2]College of Life Sciences， China Jiliang University， Hangzhou， Zhejiang 310018；

[3]Hangzhou Hongsheng Biotechnology Co.， Ltd， Hangzhou， Zhejiang 310018）

AbstractGenetic engineering is the core course of modern biotechnology engineering and a compulsory course for students majoringin biopharmaceuticals. Combining with theexperienceofgenetic engineering curriculumreformand practice of Zhejiang Sci-Tech University， this article systematically combs and summarizes the genetic engineering curriculum reform of Zhejiang Sci-Tech University’s biopharmaceutical major from the aspects of teaching theory， teaching methods and teaching methods， and initially establishes a foundation based on innovation， and the teaching system of genetic engineering theory teaching， experimental practice and factory visit practice based on innovation ability promotion was established.

Keywordsinnovative ability； genetic engineering； teaching reform

基因工程（Geneticengineering）是对DNA或其他核酸分子的人工操纵，修饰和重组，从而来改变生物体或生物体种群的性状的一门学科。在过去30多年的时间里，基因工程和生物技术的共同发展带来了分子生物学的开创性发现，这些发现彻底改变了我们对自然的理解及其在社会中的应用。遗传密码的发现可以使我们可以操纵各种生物的基因组。基因工程是人工操纵、修饰和重组DNA或其他核酸分子，以修饰生物体或生物体种群。

作为生物制药学生的专业必修课程和核心课程，基因工程的学习在本专业学生培养中有着非常重要的作用。从课程开设以来，本专业学生选课累计800余人，此外还有其他专业，例如生物技术专业的学生选修本课程。本课程的主要教学目标可以归纳为让学生能在自己的专业领域，生物制药这一块掌握基本的专业技能，培养学生的创新思维能力。本课程的主要教学内容使学生能够更好地掌握生物药物研发过程中关于基因工程技术的理论知识，掌握基因表达、基因克隆及其他常见的基因工程学技术的方法和原理，使学生通过学习该课程掌握基因工程学的基本理论、实践技术以及在生物药物研究中的应用。

基因工程知识点密集，原理性强，内容抽象，短时间内迅速理解困难。如果单纯地采用传统的方式来教学，学生只能获得一些浮于表面的感知性知识，并不能够完全理解并应用。同时，基因工程这门学科需要学生掌握基本的专业知识，与理论和实践密切相关，涉及许多技术困难。传统的教学方法很容易使学生被动地接受知识，从而导致理论教学与实践之间的脱节。另一方面，随着经济和科技的发展，基因工程的发展迅速，相关的知识理论也日益变化。本课程所学知识与今后生物制药这个行业的发展密切相关，由于时代快速发展，生物制药行业更新换代也快，课程内容需要相应地更新，为了培养高素质人才以满足行业发展的需要，教学內容改革越来越迫切。[1]

基因工程课程建设存在的问题主要有以下几个方面：（1）教学多媒体资源匮乏：基因工程是生物医药研究中的前沿技术，相关的理论知识杂糅，学起来花费时间多，使学生难以理解。因此，需要辅助以多媒体教学，虚拟仿真实践等方式来引导学生，充实课堂，进一步提高教学质量。（2）缺乏全面实践教学环节：基因工程技术涉及的平台、试剂、仪器等都相对昂贵，因此目前不能开展大规模实践教学活动，这极大阻碍了本课程的发展。（3）基因工程数字化课程教材缺乏，课程线上教学平台匮乏。（4）在教学过程中，容易忽视在创新创造方面对学生的培养，只专注于知识的讲授。[1]

1改革内容

1.1更新、丰富知识理论体系

近年来，基因工程的发展十分迅速，取得了巨大的成就，新的知识和理论不断涌现。教师应该要对相关领域的研究成果和趋势时刻掌握，不断丰富和改进知识理论框架，如果能在教学过程中，引入新理论和新技术，让学生拓展很多课外知识，让他们对基因工程实时近况和近段时间的研究成果有所了解，这样不仅能激发学生对基因工程这门学科学习的热情和加强学生自主性，还会增强他们探索未知领域、形成完美价值观的愿望和信心。

1.2层次分明，重点突出

基因工程的内容相对比较复杂，概念抽象，内容多样化，知识点技术化和理论化，在知识点上也与生物化学、分子生物学和分子遗传学等学科有交叉相关。对于相关专业的学生来说，基因工程的研究是专业学习的一个主要困难。一般来说，在引入基因工程学课程之前，学生已经对一些基础理论知识进行学习了，奠定一定的理论基础，所以需要将基因工程学教学的内容进行适当的删减，精简化以此让学生方便理解。一些基本內容的整合可以通过课堂复习和课堂上的问题来实现，这使教师有足够的时间解释新知识、新理论和新技术。

1.3加强实基因工程实验教学内容

除理论知识的学习外，该课程应该还要添加课外实践等项目，锻炼学生的动手能力，学到更多的实验技术。用实验验证理论知识，用实践丰富理论知识。遗传工程实验技术的操作需要基于课堂进行的。实验前，教师应要求学生主动了解实验的相关内容，理解相关知识原理，对于实验的目的、操作步骤和所需注意的事项都要了然于胸。在实验的过程中，必须严格按照实验步骤进行操作，实验之后让学生及时总结实验内容，巩固理论知识，以此提升总结和语言表达的能力。增加企业实践人员授课：邀请企业中从事基因工程研究的专业人员参与授课，为学生提供职业向导和实习平台。[2]

1.4关注生命科学理论进展，促进生产实践

自基因工程被应用以来，发展趋势一直都保持良好状态，且渐渐对生命科学的各个领域都有深远影响，同时也促进了生命科学领域的研究，对人类生产实践的各个行业和环节都产生了深远的影响。由于教学时间的限制，很多基因工程相关知识无法在课堂展现，这要求学生们课后完成大量的自主学习，多看看文献与专业领域报刊，时刻关注生命科学发展近况，了解人类生产实践，通过专题学习、头脑风暴和生产实践等各种方式参与到生命科学理论的学习，构建丰富广泛的生命科学理论体系。

2改革措施

2.1促进教学模式及教学资源多样化

对于基因工程这门课程来说，若采用以板书教学为主，多媒体教学为辅的方式，课堂效率将会有所提升。多媒体教学方式总结起来有两大优势：将复杂问题简单化和将抽象概念直观化。多媒体教学可以将平时难以理解的专有名词概念利用图像、声音、动画等生动形象的进行展示，方便学生能够快速理解。当然，板书教学也存在其独特的优势。在基因工程课程的教学中，合理采用这两种方式，分别发挥出各自的特色，以此提高教学质量，使得学生学习效果能够事半功倍。教师可以采用目前新兴的教学资源平台如学习通、雨课堂等课程教学平台，找到合适的适合基因工程这门学科的方式，更可贵的在于提升了学生的积极性，使得课程相比之前充满了趣味性。本课程的教材不包含多媒体教学资源，需要进一步制作关键技术的视频和动画等多媒体教学资源。由于基因工程的技术都是精细的技术操作，技术中包含DNA的提取、分离、纯化、克隆等等，多媒体教学资源的制作将提升本课程的教学深度，降低学生学习难度，同时提高教学效果，起到示范的作用。另外，通过产学研联盟平台，将课堂教学和企业实践有机结合在一起，让学生学以致用，更好的巩固课堂的学习知识。企业实践人员授课：本课程着重对关键技术的掌握和运用，在理论教学的同时，邀请企业中从事基因工程研究的专业人员参与到教学环节中来，可以为学生讲解理论在实践中的应用，同时为学生提供职业向导和实习平台。俗话说“三个臭皮匠赶上一个诸葛亮”，将分段擅长式教学引入课堂，每位教师因自己研究领域的不同所擅长的内容和章节也不同，遴选教学和科研水平都比较高的教师，挑选自己擅长的章节，进行分段式的教学，一门课由3-4名教师讲授，而不是一名教师从头讲到尾。这样学生不仅可以学到基本的理论知识，而且可以了解基因工程不同方向的最新前沿进展。

2.2加强课堂互动，开展头脑风暴

高校学生具备自主学习及对新鲜事物的探索能力，教师可以提前让学生预习下一节课的内容，主动了解相关知识，提出自己的问题和疑惑，课堂教师留出一定的时间与学生互动或让同学之间讨论，然后教师再进行总结。在本课程的后期，教师可以提出一些开放性的有研究价值的课题，让学生自行分组讨论，参考有关的文献资料，对相关知识点进行收集和整理，并且相互讨论，使用已有资料，提出解决问题的方案，然后进行知识点的融合，得到更好的结论。这样既调动了学生自主学习探索科学的兴趣，同时也提高了学生的创新思维和能力。

2.3优化知识体系结构，把握学科前沿进展

基因工程的课程原理性较强，内容比较多，且概念十分抽象，每个章节之间看似很独立，但又存在着一定的相关性。如遇到不懂应立即查阅解决疑难困惑，这样才能更好的巩固教学内容，完善知识理论体系，学生才能收获颇多，并能够养成良好的阅读习惯。本课程涉及的平台、试剂、仪器等都相对昂贵，大规模实践教学活动成本较高，难以实现。但是，可以通过建设虚拟仿真教学资源，通过虚拟仿真的实践教学活动让原本难以实现的实践教学活动得以实现，也为其他课程开展虚拟仿真建设起到示范作用。[3]

2.4运用PDL教学法进行基因工程授课

基因工程的教学过程中，经常使用PDL教学法。它主要依托“设计与提出问题，教学过程的管理和组织，教学反思和总结”三个方面来开展。如下，我们将以“使用基因工程的方式对新型冠状病毒进行防控”为例，详述基因工程课程中运用PDL教学法的优势。PDL教学法的第一步是问题的设计和提出，这对激发学生对基因工程这门课程所学知识点的兴趣与思考非常有帮助。设计问题时应该紧跟科学前沿，技术应用为重点。同时设计的问题还要理论联系实践，方便学生理解，也要与课程重要知识点紧密吻合，突出重难点部分。当然我们也应该选择适当的切入点进行提问。根据问题的特点，我们可以让同学提前预习、借助网络媒体查阅文献资料或者随堂讨论等形式。学生通过对问题进行研究，拓宽知识面，激发学习兴趣。

2.5加强基因工程课程的思政建设

课程思政主要指将爱国主义精神、道德修养、工匠精神、科学态度和创新精神等元素与课程内容相结合。根据我国动物克隆工作的进展，2019年制备出了生物钟紊乱的体细胞克隆猴疾病模型，一批实验性疾病类型模型的克隆已“付诸实践”。药物研发已走上“快车道”，体细胞克隆猴的成功将刺激我国率先开发新的研究链和技术，基于非人灵长类動物模型的药物开发，阿尔茨海默病、自闭症等脑疾病的药物以及免疫力不足等方面也将开发出新的技术，这些技术成果体现了我国关于非人类灵长类动物模型方面的研究，已经处在了国际领先的地位。此外，结合国际上一些跨国育种公司（如孟山都）利用生物技术手段对我们国家棉花、玉米等作物进行的占领，侵害我国的本土作物的生物安全的案例。在课堂上培养学生们的家国情怀和提升民族责任感，将来用自己所学知识助力我们国家的发展。

3改革成果

本课程在近来的课程建设中，首先进行了配套教材建设。起初选用科学出版社的《基因工程》教材，然而随着最新研究成果的发现，该教材逐步被高等教育出版社的《基因克隆和DNA分析》所替代，现已更新至第七版教材。本教材既注重基因工程的原理和技术前沿，又较适合省属非医药类高等院校生物制药专业本科学生的教学内容及深度。并且在浙江理工大学学校云建设了《基因工程》慕课堂，吕正兵教授的项目《基因工程技术制备门冬酰胺酶（冻干粉针）工艺的虚拟仿真实验》获批了2018年国家虚拟仿真实验教学项目。通过本课程的学习，让学生在基因工程理论体系、辩证的逻辑思维及实际操作及实践方面又具有明显的提高。能够在将来的工作实践和科学研究中学有所成。

*通迅作者：舒建洪

基金项目：2020年浙江理工大学“《基于创新能力提升的基因工程教学改革探讨与实践》教学改革一般项目”（编号：jgyb202021）；2020年浙江理工大学“《基因工程》线下优质课程建设项目”（编号：XMJWCb20200015）；2020年浙江理工大学《疫苗及免疫技术》新生研讨课程建设项目（编号：XYZL202004）

参考文献

[1]尹静，詹亚光.改革基因工程教学强化学生创新能力.河北农业大学学报（农林教育版），2014.16（04）：116-118.

[2]赵帅，等.生物医药生产实践教学法在生物工程专业本科教学中的应用.教育教学论坛，2020（18）：304-305.

[3]金太成，杨丽萍，赵永斌.虚拟仿真实验平台在生物技术专业本科实践教学中的应用.长春师范大学学报，2019.38（02）：139-140.[