新工科理念下基因工程课程教学改革的探索

栾志慧，刘丽萍，赵红

(1.长春师范大学生命科学学院，吉林 长春 130032；2.长春外国语实验学校，吉林 长春 130000；3.长春市第五十八中学，吉林 长春 130031)

0 引言

党的二十大报告提出，要坚持教育优先发展、科技自立自强、人才引领驱动，加快建设教育强国、科技强国、人才强国，坚持为党育人、为国育才，全面提高自主培养人才质量，着力造就拔尖创新人才，用之于聚天下英才[1]，以人才培养为核心。因此，对高素质应用型人才培养模式改革的深入探索，课程改革是最重要的[2]。2017年2月中旬，在复旦大学由教育部组织了关于高等工程教育发展战略的一场研讨会，建议高校在推广新技术和发展新产业方面发挥主导作用[3]。充分利用学科整体优势，主动引领未来新技术、新产业的发展，推动应用科学向工程化拓展，推动学科交叉融合、跨界融合，打造新技术、培育新的工程领域，推动科学教育有机融合[4]。地方高校要对区域经济发展、产业转型升级方面起到重要的支撑作用[5]。积极主动把握经济社会发展需求和相应企业技术创新方向，对接行业人才需求，地方企业应利用就近资源，充分发挥其自身的优势，深化产教融合、校企合作、协同育人[6]以培养定向工种为导向，以培养人才为核心，推进工程教育整体改革[7]。但是由于传统的理科思想桎梏，窄化了人才的知识体系[8]。授予理学学士学位的生物技术专业必修课程基因工程专业在注重基础理论的教学过程中，虽然有一定学时的实验课程，但其课程体系与区域产业结构严重脱节，过于专门化，导致人才培养、技术创新、服务区域经济社会发展等方面的能力较弱，其课程体系与区域产业结构脱节现象较为突出[9]。并改革其教学模式向工科延伸，弥补理科应用性减弱的不足，增强学生的就业创业能力，培养具有一定行业背景知识、较强行业应用能力、胜任行业创新发展需要的人才[10-14]。

由于新工科建设的必然要求，应全力进行各学科或专业应用型课程教学改革，同时满足当今社会对新工科人才需求发展。构建新型教学体系，运用创新教学手段，全程与企业合作，构建实战化实训教学体系，搭建多学科交叉融合的研究平台，建立多元化的课程学习评价体系，真正达到掌握行业人才需求方向，充分利用地方资源，通过创新的教学方法，达到产教融合深化、校企合作、协同育人的目的。

1 研究框架

如图1所示，课程改革模式是企业参与的课程教学体系+创新能力为导向的实践教学体系+多学科交叉融合的研究平台+多元化的课程学习评价体系。

图1 基因工程课程改革框架图

2 构建基因工程新课程教学体系的思路

与生物制剂公司等企业深度合作，共同制定教学大纲，增强学生对行业背景知识的理解。加强核酸凝胶电泳技术、核酸分子杂交技术、细菌转化与细胞转染技术、DNA序列分析技术、寡核苷酸合成技术、基因定点突变技术、聚合酶链反应技术等多项技术在基因工程中的地位和作用，创新改革传统课程结构，在理论课堂教学中融入最新的研究成果进展。保持先进性和理论课程知识的前沿性。

以翻转式课堂激发学生的学习兴趣，并结合MOOC和微课教学促进课程教学效果。如：寡核苷酸合成技术、聚合酶链反应技术教程等课程内容结合药物开发工程，采用生物技术制备寡核苷酸，采用核酸扩增的方法，可实现寡核苷酸的大规模工业化生产，简单、经济、安全。作为一种重要的基因调控手段，寡核苷酸已成为一种基因靶向治疗药物，用于病毒、肿瘤以及遗传性疾病等方面。因此，展示寡核苷酸药物开发的微课，是学生们理论与实际相结合的主要途径。

3 构建创新能力为导向的实践教学体系理念

基因工程集基础理论、实验、实训等多个环节于一体，兼具基础性、工程性和实用性。基因工程实验的设计要配合理论知识的更新，结合企业要求，增加设计性、综合性实验。除基本验证性实验内容包括质粒DNA的提取和电泳检测、DNA浓度测定和酶切、目的片段回收、DNA体外连接、重组DNA转化、重组转化子快速鉴定和PCR技术外，具体实验内容还增加了充分利用复杂的基因工程各项技术解决实际问题的设计综合性实验。为同学们提供更多的综合能力、创新能力提升的实践平台[15]。如学生利用DNA条形码技术和序列对比技术为司法鉴定部门提供技术支持，分子鉴定分析国家和地方重点保护动植物制品，建立各种珍贵制品的快速鉴定体系。

实践实训设置“产品生产”环节，与企业签订合同，根据实践成绩为学生创造课程见习与实习机会。培养学生独立利用基因工程技术生产一种新产品，由企业评价学生的实践成绩。推荐优秀学生到实习单位技术实习，学生可独立利用多种试剂盒从种类繁多的样本中分离和纯化基因组DNA与质粒DNA，可处理组织、细胞、血液、血清、植物等样品。

鼓励学生参与教师科研项目，参加“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“互联网+”全国大学生创新创业大赛等国家级竞赛，让学生在产品开发过程中融入课堂所学的基因工程知识，真正实现产教深度融合，让学生在各种全国大学生创新创业项目中发散思维、互相交流进步。

4 构建多学科交叉融合研究平台的思路

以课题研究为牵引，突破原有院系和学科壁垒，整合多学科资源，组织不同院系相关学科人员共同参与申报课题，建设生物技术专业要以学科队伍、平台资源、技术条件等多途径进行改造，同时促进多学科相互渗透的交叉研究发展，促进科研之间的深度交叉和融合，强化不同学科背景的专业教师交叉合作研究，从学科队伍、平台资源、技术条件等多方面科学的提供一个基因工程教学实习的平台。建立校内院系、校企、学校以及学校等科研与公共服务共享平台，形成多学科、多团队、多技术、多资源的协同互补体系，形成基础研究、工程攻关、产业转化、社会服务、人才培养等方面的集成创新体系，有效推动高校创新人才培养工作的开展，促进高校创新人才的培养。基因工程与各学科的交叉与融合，使得基因工程成为一门应用学科。

基因工程(geneticengineering)，又称作基因拼接技术、DNA重组技术，是以现代分子遗传学为理论基础，以现代分子生物学和微生物学方法为手段，在体外按照预定结构将不同来源的基因构建成杂交DNA分子，再导入活细胞，从而改变基因特性，获得新品种，生产新产品。基因工程强调将外源DNA分子结合在一个新的宿主上进行繁殖复制，通过工程学的方式进行设计和操作，从而使基因工程技术能够突破自然物种的障碍，突破原有的生物种间的局限，使其具有更大的潜力。

当人们要应用基因工程的各项技术的时候，往往要借助物理和化学工具，这就是基因工程与物理与化学的交叉。例如：如何将目的基因导入手提细胞中的磷酸钙沉淀法、脂质体转染法、显微注射法等，都是目前基因治疗与转基因中常用的一种方法，在临床上都有很好的应用。

基因本身就是一种化学物质，在最初的研究中就是用了分析化学物质的方法进行研究，从DNA到核苷酸再到碱基。基于平面微细加工技术的微流分析装置和系统的建立，实现了对细胞、蛋白质、核酸等生物成分大量信息的检测，基因芯片也是基因和物理的完美结合。高密度基因芯片可同时解析多个基因，并精确解码基因芯片(genesischip)。

与农业院校合作，建立科学研究共享平台。从最早的杂交水稻到现在各种转基因食物，有关基因工程的研究日新月异。各种技术日趋成熟和完善，如：植物基因的分离，基因工程载体的构建，细胞的基因转换，转化细胞的组织培养，植株的再生，检测外源基因的表达等[16]。

与医学院校合作，建立精准医学共享平台。基因治疗遗传性疾病是指应用基因工程技术根治遗传性疾病，通过向患者体内输入正常的基因，达到纠正致病基因缺陷的目的。纠正的途径既可以是原位修复缺陷基因，也可以是将有功能的正常基因转到替代缺陷基因发挥作用的细胞基因组的某一部分。

建立公共服务共享平台，协同地方政府共同推进。基因工程将极大地改变人类的生命和生活面貌，例如：基因制药，基因诊断，基因治疗等技术。与地方政府合作，利用基因工程生产更多的基因产品造福社会。

5 建立多元化课程学习评价体系的思路

在基因工程教学过程中，能够及时监测和了解学生的日常学习状态和创新实践能力，促进学生自主学习、过程性学习和体验式学习，在线测试(电脑客户端、手机APP)、在线答疑(QQ群、空间、邮件、微信等)、在线提交作业批改和线上线下交流讨论。校内教师和企业导师通过建立线上线下相结合、过程化和终结性课程考试相结合的多元化考核评价模式，及时调整和完善教学内容和教学方式，并根据线上线下学员考核结果进行评价。

考核内容主要包括：

(1)是否能独立完成一个实验，其中考点包括实验设计是否完整、实验原理是否准确、操作方法是否规范、实验结果是否合理、考核是否已经完全将理论与实际结合起来，如：校内操作即由校内导师给出考核结果等；

(2)能否独立生产一个基因产品，在企业中参与实践是否过关，生产产品操作是否规范，基因产品是否标准等，校内教师和企业导师同时给出考核成绩；

(3)能否独立完成一篇与课程内容相关的课程论文，论文选题是否在基因工程涉及的范围内，论点是否新颖，内容是否丰富，结论是否正确，参考文献引用是否规范等，校内教师按照实际情况给出考核成绩；

(4)能否独立完成线上和线下测试试题，客观题能否正确完成，主观题能否具备自己的观点，按照正确答案，出题者给出考核成绩。

最后基因工程的评价考核由平时成绩+实践成绩+期末成绩三部分构成，具体比例根据实际情况给出。

6 新工科理念下，基因工程课程教改效果的创新展望

基因工程是一门在分子生物学基础理论研究和农业、医药等领域得到广泛应用的现代生物技术中的领先学科。因此，生物技术、生物科学等专业的学生对该技术的基本原理和基本方法的系统掌握，对于提高学生的综合素质，增强学生的竞争能力，具有十分重要的意义[17]。

目前，单一学科的发展已基本上可以宣告结束。从学科发展的角度来说，“工”跟“理”逐渐靠近，“基础研究”跟“高技术”越来越接近[18]。加强应用、服务社会，不仅是现代大学发展的必然趋势，更是大学学科建设的强大动力。鼓励工业企业积极投身于基因工程教育的各个环节，结合人才培养和产业需求，通过创新构建基因工程课程教学体系、实践教学体系、改革实践多学科交叉融合平台和多样化课程学习评价体系，积极探索基因工程教学在新工程背景下的新思路、新方法。改革传统教学方式和教学模式，重视对学生创新精神和实践能力的培养和锻炼，积极大力培养[19]高素质创新型专门人才。

7 结语

综上所述，构建新型教学体系、运用创新教学手段、全程与企业合作、构建实操实训教学体系、搭建多学科交叉融合研究平台、建立多元化课程学习评价体系，真正实现产业人才需求方向的把握、本土资源的充分利用、产教融合的深化、校企合作的深化、育人协同的目标。才能充分利用学科整体优势，主动引领未来新技术、新产业的发展，推动应用科学向工程化拓展，推动学科交叉融合、跨界融合，打造新技术、培育新的工程领域，推动科学教育有机融合。