基因工程教学改革探析与实践

刘淑君 李京军

摘要：基因工程既是一门生物工程和生物技术专业的主干性课程，又是一门理论与实践并重的专业基本知识课。为适应当今信息技术教育的要求，基因工程以运用多种现在信息教学技术为手段，以聚焦培养大学生的创新精神、独立思维能力以及自主实践能力为主要任务。为此，进行精选教学内容、改善教学手段、改进考核方式等方面进行初探，以期提高基因工程教学效果和人才培养质量。

关键词：基因工程；教学改革；探索

中图分类号：G4文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2022.22.089

生物技术已成为21世纪最具有发展前景的高新技术领域，而基因工程宛如王冠上的一颗明珠，在生物技术中处于核心主导地位，在高等教育中被列为生物技术和生物工程专业本科生的专业基础课程。目前，生物技术与基因工程的蓬勃发展，不仅急需大批量优秀的专业人才，也需要培养主力军和后备力量。为了加强内蒙古科技大学生命科学与技术学院的生物工程和生物技术专业建设，培养学生的理解创新能力和科研操作能力，结合教学大纲，对基因工程教学进行了初探，旨在培养社会适应型高素质生物工程技术人才，具体思路如图1。

1基因工程课程教学现状

基因工程课程以遗传学、细胞生物学、分子生物学以及生物化学等先修课程为基础，利用DNA重组操作，人为地在体外对生物体的基因进行剪切、修饰、改变和转移，实现基因克隆、基因转移、基因编辑和基因治疗的目的，实现用基因服务人类的梦想。因此基因工程包含了现代转基因技术，是生物技术的核心，引領生物技术发展的方向。

1.1课程体系建设不完善

对部分高校来说，由于开课或办学年限较短，教学经验缺乏，教学方法落后，导致基因工程专业课程及相关专业课程并没有形成完整的教学体系，有些专业相关课程开设时间较早，有些课程开设时间较晚，对专业培养要求缺乏统筹计划与安排。

此外，部分高校细胞生物学以及分子生物学与基因工程同时开设，学生细胞和分子相关的知识储备不足，对课程中的相关概念模糊不清，课上不能充分理解教学内容，致使学生无法调动学习兴趣，教学质量不高。

1.2学生学习观念缺乏

基因工程课程课时少、内容多，教学负担较重，再加上部分授课教师对前沿技术理解不到位，盲目删减教学内容，导致学生没有很好的课程知识体系，从思想上缺乏对基因工程课程重要性的认知。

基因工程课程逻辑性较强，学习内容和知识体系较为抽象，挂科率较高，导致学生较为抵触该门课程，尤其是首次接触基因工程的学生，在还没开始学习前，就已形成了“课程难、易挂科”的观念，甚至从思想上直接放弃该门课程的学习。

另外，对于部分高校转专业的学生，基础理论知识薄弱，实验操作动手能力不足，难免对该课程的学习产生畏惧厌烦情绪，由此加教师的授课难度以及师生之间的教学矛盾。

1.3学生理论知识储备欠缺

通过近几年的授课发现，生物工程和生物技术专业的学生普遍对分子生物学以及细胞生物学方面知识掌握不全面，导致学生对基因工程课程中涉及的分子和细胞问题力不从心。此外，生物技术日新月异、推陈出新，而基因工程教学内容更新滞后。每个学校的专业定位、教学水准、侧重点不同，授课教师往往依据自己的理解侧转基因和克隆的讲授，而对CRISPR-Cas9、RNAi等内容讲授较浅，导致学生知识储备欠缺，理论知识较窄，应用于实践上的基因工程手段较少。

1.4实践教学不足

全国各高校在实践教学方面的实行程度参差不齐，部分高校甚至并未设置与基因工程课程相关的实验设计和实践教学，这就使得学生难以将抽象复杂的课本知识与理论实践相结合。

2基因工程教学改革初探与实践

2.1精选教材，优化教学内容

基因工程的开课群体为我校大学三年级的生物工程和生物技术专业学生。在此之前，学生已完成生物化学、细胞生物学、分子生物学、微生物学等专业课程和实验的学习，具备了较完整的理论基础和较全面的分子生物学及细胞生物学实验操作技能。然而，基因工程在教学中普遍存在课时偏少、合适的教材难于寻找、课程内容与其他课程重叠难于取舍等，因此，选择一本“重视基础、拓展眼界、联系实际”的教材，优化教学内容十分关键。

根据学校制定的培养方案，结合学科发展以及人才市场要求，我们精选了基因工程的教材，并对教学内容进行了优化。修改后的教学内容体现了以下特点：一是调整教材中的教学内容，合理取舍教学知识点，避免教学内容交叉重叠；二是明确各章节所需掌握的知识点，使学生更加清晰各章节所学内容，使教师更加明确所授的教学内容；三是结合国内外生命科学领域的最新研究内容及动态，注重解决经典与现代的关系，开阔学生视野，增加学生知识面，提高学生的学习兴趣。

2.2改善教学策略，提高教学效果

传统的教学方式一直是以教师为中心的“填鸭式”教学方式，导致学生无法在一堂课中持续集中精力，学习效率较低，能力培养受限。因此，改革教学方法成为现代教育教学改革的关键步骤。为了提高教学效果，我们基于成果导向教育，以学生为中心，以成果为导向的教学模式，调动学生学习的主动性和积极性，以及所掌握的基因工程课程相关实验技术，我们灵活采用了多种教学方法，具体内容如图2。

（1）课前活动教学。充分利用课前时间，深挖课前工作。开课前开展“我身边的基因工程”“新冠肺炎疫情中的基因工程技术”“日新月异的基因工程”等兴趣活动，使学生查阅相关资料，充分结合生活，提前进入课程情境，避免基因工程课程教授时枯燥无味。调整课程内容，革除部分偏、难理论介绍，使新的课程架构更具有实用性、通用性以及生活性，更有利于调动学生学习积极性、拓宽基础知识、培养科研素养、提高综合素质。

（2）案例式教学。在课程讲授时，结合本校及本学院的研究优势，将科研与教学有机地结合起来，精选基因工程课程相关的科研成果制成教学案例深度融入教学，如“卵母细胞减数分裂基因重组”“抗菌肽分子的筛选”“酿酒酵母的组蛋白修饰”等，增加师生互动，既能够让学生了解基因工程的研究内容，又能以科研促进教学，激发学生的求知欲。

（3）引导式教学。基因工程既有理论教学又有实验技术操作教学，在基础知识讲授过程中难免枯燥乏味。因此，精心设置问题引导学生深入思考基因工程技术的原理从而主动学习，这种引导式教学十分有必要。例如，PCR技术已成为当今生物学及其相关学科使用最广泛的技术，在该章节的学习中提出“Mullis是如何發明PCR技术”“PCR技术可以用于哪些领域”“PCR技术是如何实现体外快速扩增目的基因”等问题。学生通过查阅文献、分组讨论，得出相应的结论，并在课堂中以多种形式展示与互动。这种引导式教学不仅可以活跃课堂气氛，更能培养学生的各项能力，促使学生主动学习，独立思考。

（4）体验式互动教学。与生物培训基地等当地企业的结合教学，能够让学生身临其境感受PCR、凝胶电泳、DNA提取等实验操作步骤。实践后组织学生进行总结分析和汇报研讨，使学生充分了解基因工程技术的应用。此外，开展“新型DNA/RNA提取试剂盒”或开发生物方面新产品等创新设计比赛活动，总结生物企业中运用到的基因工程技术，编写设计说明书，以小组形式进行研讨答辩，使学生的学、研、算、讲、辩等多方面的能力得以提升，开发创新思维与动手能力，培养学生的科研兴趣。

（5）教学模型制作式创新教学。为培养学生创新意识，利用生活废弃物或相关配件，设计并制作出符合空间构型和生物学原理的教学模型，如“DNA双链结构”“噬菌体结构”以及“表达质粒的酶切位点”等，让学生讲解其制作模型的思路，以小组形式评比出“最佳教学模型”。在模型制作过程中，授课教师不仅能够与学生充分接触，了解学生对知识和理论的掌握运用程度，还能够培养学生勤于思考、善于动手的基本科研素养；与此同时，学生能够深刻体会基因工程运用的生物学工具，对后续理论与实验课程的理解与学习大有益处。

（6）理论与实验课程一体化。基因工程占据现代生物技术的主导地位，具有很强的实践操作性。因此，基因工程课程仅有理论教学是远远不够的，课堂上实验技术的操作流程同等重要。在理论课程学习的基础上，我们还为学生提供了实验课程：结合本院教师的科研内容，根据学生兴趣，开展相应的实验，例如，凝胶电泳、PCR、分子杂交等。学生自由组队，独立选择课题和材料，自主设计实验，分析失败原因，分享成功经验，得出相应结论，撰写实验报告。理论与实验课程一体化的教学方式使课堂上枯燥无味的实验技术在学生手中转化为实验操作，通过学生自主思考和动手实验，让学生理论联系实际，掌握相应技术的实验流程和应用领域，感受基因工程的魅力、力量和价值。

2.3利用现代信息技术教学手段，激发学生的求知欲

基因工程涉及面广，内容较多，技术的更新速度较快，课程中大量分子生物学实验操作技术难以用传统教学手段进行描述和讲解，导致内容较难理解、内容较为抽象。因此，现代化多媒体教学手段与传统板书式教学模式的结合，更加适合基因工程课堂教学。

运用生动形象的现代多媒体教学技术可以创造出一个又一个直观有趣的教学情景，将文字、声音、图片、视频、动画有机结合，将理论生动起来，增加课堂趣味性，调动学习积极性，帮助学生理解和记忆课堂内容，从而提高学生学习效率，达到事半功倍的教学效果。

除运用多媒体教学，充分利用本校的“雨课堂”教学综合平台，提前上传教学课件和教学资料，课前扫码点名，设置课堂小测验，布置网络作业，学生也可以线上学习、提问，教师与学生在线交流、答疑，便于教师和学生沟通。教师由原来的教学主导者转变为学生的“传道、授业、解惑”者。

2.4以科研促教学，培养学生科研素质

科研与教学相辅相成。基因工程课程涉及大量生物学领域技术，将课本上的理论与科研工作联系起来，结合基因工程的技术成就和国内外发展动态，使学生在有限的课时中尽量多的了解基因工程领域的新动态、新发展、新观点，了解学科发展现状。与此同时，展示讲解本院教师的科研成果及其涉及的基因工程技术，能够促进学生全面掌握基因工程的理论知识，了解相应技术在科研和生活中的实践与应用，使乏味的技术转变为能够解决问题的生物学手段，借此激发学生科研探索的兴趣，培养学生的科研素质。

2.5改进考核评价制度，推进素质教育

基因工程课程考核的目的不仅仅是学生对所学知识的理解掌握程度，重在考查学生分析解决问题的能力，以及理论联系实际的综合能力。以往的教学考核以考试为主，然而培养只会考试的学生已不能适应基因工程课程改革的现状。因此，建立综合全面的考核评价体系是推进素质教育的垫脚石。

为了转变应试教育的弊病，我们对基因工程课程的考核方式和成绩评定进行了改革。课程的总评成绩由平时成绩和期末考试成绩两部分组成，平时成绩占30%，包括平时作业、随堂提问、专题讲解、课件制作、口头报告、小组讨论以及课程总结的撰写。期末试卷成绩占70%，在理论课笔试试卷设计上，减少客观命题的比重，增加主观命题的分量，同时增加实验设计分析综合题型，增强学生的综合能力，全面考察学生的知识掌握程度。

2.6加强师资队伍和教学团队建设，深化教育教学改革

高素质的人才培养依赖强大的师资队伍和教学团队建设，基因工程课程的教学离不开其他课程的配合和支撑。因此，开展相关课程的师资队伍和教学团队建设十分重要。提高教师的学历，增加教师的教学经验，同时具备良好的科研能力，这样才能将科研思路及研究动态更好地融入基因工程课程中，让学生在紧跟科研前沿的基础上，充分掌握课程的理论和实验学习；与此同时，教师的综合素质，包括科研钻研精神、文化底蕴、语言表述能力等，都能有所提高。

另外，组织优秀教师的教学观摩活动、定期举办教学研讨活动、派遣教师进修学习等，鼓励教师从中吸收教学经验，交流经验教训，调整课程内容，完善知识体系，充分以学生学习成果为导向，提高教学水平和人才培养质量，深化教育教学改革。

3结语

基因工程的发展日新月异，我们的教育教学也需要与时俱进。如何进行教学革新、提高教学质量，满足综合型人才培养的需要是教育的永恒话题。“路漫漫其修远，吾将上下而求索”。基因工程教学的成功非一日之功，众多院校和教师正在为此锲而不舍孜孜不倦地工作。我们将不断探索，不断总结，力争完善。

参考文献

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