基于OBE理念的“基因工程”课程教学体系与评价方式改革

姜 成，缪国鹏，张科贵

（淮南师范学院 生物工程学院，安徽 淮南 232038）

基因工程（genetic engineering）又称DNA重组技术，是以分子遗传学为理论基础，通过对生物遗传物质的改造，从而使某种生物或细胞具备新的形状的现代生物技术。自1978 年，美国Genentech 公司研发出首个DNA重组产品——胰岛素后，基因工程技术被广泛应用于农业、工业、环保及医药等行业。[1]尤其在新型冠状病毒肆虐的几年中，人们愈加体会到基因工程对药物生产行业的重要作用，各类重组疫苗、免疫检测试剂的开发，不但助力于我国全面抗击疫情的胜利，也凸显了我国生物行业对基因工程相关技术人才的渴求。

为了响应国家建设地方应用型高水平大学的号召，助力长三角地区生物行业的蓬勃发展，我校积极推动课程体系改革，不但把“基因工程”调整为生物制药专业的核心课程，而且根据成果导向性教育（outcomebased education，OBE）理念改革教育体系与评价方式，其目的在于培养一批掌握重组DNA技术设计与分析能力的人才，满足国家和企业高速发展的需要。[2]本文总结了基于OBE 理念改革“基因工程”课程教学体系与考核方式一些经验，以期为进一步完善后续课程教学体系、提高本科教学质量提供借鉴和参考，为实现地方应用型高水平大学建设目标奠定基础。

1 当前“基因工程”教学中存在的不足

“基因工程”是一门应用性学科，其以分子生物学、生物化学、微生物学、细胞生物学等学科为理论基础，重点研究利用DNA 重组技术使细胞/生物产生新的性状或产物。长期以来，在基因工程的教学中存在以下不足[3]：

1.1 缺乏教学主线

知识点过于庞杂，大多数参考书单纯的通过知识点分章节，导致任课教师在教学时没有课程主线，无法让学生通过课程的学习掌握设计、完成、分析实验的能力，没有充分发挥出一门应用性学科该有的作用。

1.2 学生重视程度不够

长期以来，学生基于考研、学位毕业要求等原因，更多精力放在分子生物学、细胞生物学、微生物学、生物化学等基础理论学科上，而基因工程的重要性则被忽略，未能成为学生能力培养中的重要一环。

1.3 理论与实践割裂

通常各大院校不会以基因工程为名义单独开设实验课，但是又会开设分子生物学实验或是包含基因工程内容的综合大实验。因缺乏统筹安排，这些实验课往往与基因工程理论课的开设时间相距甚远，导致学生没有办法第一时间通过实践手段印证所学的理论知识，造成了理论与实践之间的割裂。

2 课程教学体系与考核方式改革

2.1 培养目标的设定

成果导向性教育的核心思想是反向设计，即首先预设最终教学目标，再一步步进行反向的课程设计，最后开展教学活动。其出发点并非教师的教学目的或单纯的书本知识，而是以学生为中心，以培养什么样的人作为最终的教学目的。因此在构建课程体系时要按照“内外需求→培养目标→课程体系”的顺序进行[4]。根据目前的国际国内形势以及实际走访获得的企业招聘需求，发现大多数生物相关企业希望学生能够掌握“构建重组蛋白生产微生物/细胞，并完成蛋白类产品的生产和纯化”的能力。这一能力与基因工程相关知识点高度契合，可以直接作为构建课程体系的最终目标。基于企业需求，该课程最终把培养目标设定为以下几点：

2.1.1 以“利用某一特定宿主表达某一特定蛋白”为课程主线，掌握基因工程的工具酶、基因扩增与改造技术、载体、重组体构建与筛选和蛋白的表达与纯化等知识点。

2.1.2 了解基因工程的学科前沿发展动态，理解基因工程在科技进步和社会发展中的重要作用，能够运用基因工程基本原理结合各学科相关知识，解决科学研究和教学等实践问题。

2.1.3 培养学生良好的自学能力，掌握文献检索、资料查询及运用现代信息技术获取基因工程相关信息的能力。

2.1.4 提高学生的学习主动性、反思研究技能、教学组织能力和合作交流的能力。

2.2 课程体系的改革

在确立了“让学生掌握构建重组蛋白生产微生物/细胞，并完成蛋白类产品的生产和纯化的能力”这一最终教学成果后，在保留原本教学大纲和参考教材的全部知识点的情况下，对“基因工程”的课程教学体系做出了全面的调整[5]。新版教学体系以“利用某一特定宿主表达某一特定蛋白”为课程主线，围绕着基因工程一般操作流程进行知识点的逐一展开，力求让学生明白每一个知识点在DNA重组技术中发挥的作用，详细具体章节、课时及核心知识点设计如图1所示。

图1 基于OBE理念的“基因工程”课程体系

2.3 线上线下混合式教学

为了进一步体现以学生为中心的思想，同时避免因学生基础不同导致的无法跟上课堂授课进度，本课程引入了“线上线下混合”的教学模式。“基因工程”教学采用“线上课前预习—线下课堂讲授—课后线上检验成果”的机制，旨在培养学生自主学习能力并加强学习效果。[6]具体流程如下：

2.3.1 课前通过“学习通”网络平台发布预习任务，让学生提前熟悉课程知识，并在线留下疑问。力求让学生带着疑问走入课堂，提高学习效率。目前本课程已建设完整的网络课程内容，分知识点上传课程视频46个，累计时长1120分钟，另有非视频资源50个，可充分满足学生的学习需求（课程门户链接：https：//mooc1.chaoxing.com/course/214636468.html）。

2.3.2 线下课堂主要对重、难点进行解析，总结学生预习中的疑问，进行针对性解答。还可利用智慧教学工具，利用随堂测试、随机点名、抢答等方式，检验学生对知识的掌握情况的同时，也可充分调动学生的积极性。

2.3.3 利用网络平台发布课后作业，并实时发布作业解析视频，引导学生课后复习，巩固学习成果。

2.4 思政元素挖掘

“基因工程”并不单纯是一项现代技术，更是一把双刃剑，对该课程的学习不单要求学生掌握一定的理论知识，还要明确该技术的重要性及滥用的危害。因此我们在授课期间，结合每个章节的具体内容，积极挖掘思政元素，其目的一是利用正面案例巩固知识点，二是利用反面案例让学生产生敬畏之心[6]。如绪论中，可以讲述转基因作物的由来以及西方对我国发起的粮食战争，既可以加强学生的学习兴趣，也可以激发学生的爱国热情。又如载体构建章节中，在进行爱国主义教育的同时，可形象地解释α互补的运行机制，还可以在讲述转化技术时，组织大家讨论“基因编辑婴儿”需要哪些技术。总之，要紧跟时事，积极挖掘课程相关的思政元素，让学生明白科研人员应当具有的社会责任和担当，帮助学生塑造正确的科学伦理价值观。

2.5 考核方式改革

为满足OBE理念教育模式对教学成果的可量化要求，在原来“30%平时成绩+70%期末考核成绩”的基础上，我们分别按照其对课程目标的支撑程度，对各考核项目进行了进一步的细分[7]，表1展示的就是平时成绩与课程目标的对应关系。

表1 平时成绩与课程目标的对应关系

平时作业内容最为复杂，不但考核基础知识，还考核学生的扩展学习能力及自学能力，因此主要考核培养目标1、2、3的达成度。小组作业主要考核学生自学及团队协作能力，涉及目标3、4。平时测试主要考查基础知识掌握情况，只对应课程目标1。考勤和互动主要检查学生学习态度，只对应课程目标4。课程分目标达成度根据公式（1）进行计算：

式中：Di—编号为i的课程目标的达成度；

Sk—支撑编号为i的课程目标有k个考核环节，Sk为编号为k的考核环节的平均得分；

Tk—支撑编号为i的课程目标有k个考核环节，Tk为编号为k的考核环节的总分；

Wk—编号为i的课程目标对应第k个考核环节的权重。

另外，期末考试为闭卷形式，主要支撑课程目标1和课程目标2，其中第一、二、四大题分别为名词解释、选择题和简答题，用于支撑课程目标1所要求的基础知识掌握情况，第三、五大题分别为辨析题和综合论述题，用于支撑课程目标2所要求的分析、解决科学问题能力。课程总目标达成度根据公式（2）进行计算：

式中：D—课程总目标达成度;

Di—编号为i的课程分目标对应的达成度；

Qi—编号为i的课程目标的权重。

此外，为了更好评价教学效果，我们还引入了学生问卷自评模式，并根据自评结果计算学生心目中的课程达成度，旨在提高教学效果评价的可信性。

3 改革实施效果

经过三个学期的课程教学，我们发现相比改革前，课上气氛明显更加活跃，课前和课后学生的学习主动性也显著提高。带来的结果就是学生对基因工程的知识基础掌握得更加扎实，对相关领域内的新成果展现出浓厚的兴趣。在线课程建设以来，累计选课人数达到315人，页面浏览量达254318次，累计师生在线互动104次，发布公告61次，很好地达到了辅助线下教学效果的目的。

3.1 教学效果分析

根据OBE理念，我们对考核评价的指标进行了细分并分别作出了达成度分析，以2020级生物制药专业为例，结果如表2所示。

表2 2020级生物制药专业基因工程课程目标达成度评价结果

表中数据显示，学生能够很好地完成各项平时任务，平时成绩对四个课程目标的达成度均较高，远高于预设的期望值0.7，课程的总体达成度为0.850。但是仍暴露出一些问题：（1）分项计算时发现互动的单项达成度只有0.771，说明师生互动中学生仍然处于较为被动的局面；（2）小组作业得分呈两极化趋势，高分段与低分段差值较为明显，说明有部分小组组内成员团结协作能力还有进一步提升的空间；（3）针对课程目标2设置的辨析题和综合论述题得分率较低（达成度0.731），分析原因为学生在对应用知识解决实际问题的能力上，仍有所欠缺。总的来说，基于OBE理念的分项达成度分析的方法，有助于对教学中的各个环节进行精准地把控，有助于及时发现教学中的不足并针对性进行改进。

为了凸显学生的主体作用，我们还利用调查问卷的方式，让学生针对四个课程目标进行自我评价，评价分为优、良、中、及格、不及格五个级别。如下图2是2020级生物制药专业的自评结果，全班共计59人，绝大多数人（约95%）认为自己对四个课程目标的掌握程度达到了良好以上的级别。综合问卷法得到数据进行计算，课程达成度为0.843，该结果与课程考核得到的达成度数值十分接近，说明该算法具备较高的可信度。总的来说，学生对改革后的“基因工程”课程体系评价较高，部分同学甚至表示在学习该课程后能够在学院的科研团队或生命科学竞赛中，独立完成试验方案的设计和分析，显著提高了自身的科研能力。基于OBE理念的“基因工程”的教学体系和评价方式改革对于生物学科人才的培养具有良好的促进作用。

图2 课程达成度学生自评问卷调查结果

3.2 存在的不足

3.2.1 学生的学习主动性仍有较大提升空间，表现为课程视频的学生观看平均时长只有50%左右，说明仍有很多同学在课前预习或课后复习时视频只看了较少的一部分或者干脆没看，需要进一步加强引导。

3.2.2 学生对于知识的灵活应用仍有欠缺，表现为与课程目标2相关的辨析题和综合论述题得分率偏低，需要在后期的改革中加强理论与实践的结合力度，争取将理论课和实验课的内容一一对应，从而更好地做到学以致用。

3.2.3 部分同学的团结协作意识还有待增强，变现为小组作业得分呈两极化，配合默契的小组团结协作能交出满意作品，而磨合得不好的小组互相推诿只能给出敷衍的结果。在以后的教学中要充分考虑到学生的特点，优化小组构成，细化组内分工，个性化考核每个组员，充分调动每位同学的积极性。

4 结语

基于OBE理念的“基因工程”课程的学习，有助于学生快速完成与企业的对接，加强岗位竞争力。但是教育改革并非一劳永逸，而是需要根据国家社会的需要，持续性地进行改进更新。因此，今后的“基因工程”课程还需要继续以培养学生创新精神和实践能力为核心，以开发、利用与整合多种教学资源为手段，重点培养学生综合素质和能力，为培养更多合格的科研人才贡献力量。