探究性教學(xué)策略在基因工程教學(xué)改革中的實踐與探索

李西波, 張 會, 梁俊玉, 李 媛, 張 繼

(西北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,蘭州 730070)

現(xiàn)代生物技術(shù)是21世紀三大高新技術(shù)之一[1]，世界各國紛紛出臺政策鼓勵其發(fā)展。我國政府也非常重視生物技術(shù)的發(fā)展，將其排在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的首位，而現(xiàn)代生物技術(shù)的核心就是基因工程?；蚬こ淌俏倚Ｉ茖W(xué)學(xué)院本科專業(yè)的重要專業(yè)課，教學(xué)質(zhì)量直接影響到學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新能力與專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)。

創(chuàng)新型人才是建設(shè)創(chuàng)新型國家、提升綜合國力的重要保證。作為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要載體和途徑，基因工程教學(xué)改革成為當(dāng)前高等學(xué)校教學(xué)改革的研究熱點[2]。本人根據(jù)多年的教學(xué)實踐，運用探究性教學(xué)策略對基因工程進行了教學(xué)改革，建立了以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標的現(xiàn)代教學(xué)體系，提高了教學(xué)質(zhì)量。

1 更新基因工程教學(xué)理念

隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展及高新技術(shù)手段的融合，舊的教學(xué)理念已跟不上時代的發(fā)展[3]。通過探究性教學(xué)策略的運用，結(jié)合學(xué)生自身的特質(zhì)，在教學(xué)理念上實現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)型，即“以教為主”向“以學(xué)為主”“以知識傳授為主”向“以能力培養(yǎng)為主”的轉(zhuǎn)型[4]，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力和科學(xué)思維。

2 探究性教學(xué)策略在基因工程教學(xué)改革中的運用

2.1 精選教學(xué)內(nèi)容，突出課程特色

新的生物技術(shù)研究成果不斷涌現(xiàn)，需要我們在教學(xué)中以教材為依托并與時俱進，將其引入教學(xué)中，增加授課內(nèi)容的先進性[5]?；蚬こ膛c其他許多學(xué)科互相融合，該課程安排在第六學(xué)期，此時部分專業(yè)課已經(jīng)或者正在開設(shè)，交叉重疊的課程內(nèi)容容易使學(xué)生失去學(xué)習(xí)的興趣，為了使這門課程與其他課程的知識銜接并避免交叉，需要合理選擇教學(xué)內(nèi)容， 使其成為連接生物學(xué)課程的樞紐[6]。我們通過發(fā)放調(diào)查表、修改教學(xué)大綱、開展“教學(xué)相長”主題班會等方式去除和其他課程重復(fù)的內(nèi)容，篩選合適教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)的時效性。

在授課過程中通過引入和生活趣味性較強且息息相關(guān)的典型案例，不僅能使學(xué)生留下深刻印象，而且能學(xué)到專業(yè)知識。如介紹外源基因的表達和調(diào)控時，可引入研發(fā)基因工程產(chǎn)品以及由它引起的倫理、法律和社會影響；講授 PCR技術(shù)時通過將該技術(shù)在親子鑒定和法醫(yī)學(xué)鑒定中的應(yīng)用激勵他們的創(chuàng)造性思維。這種利用典型案例的教學(xué)方式，激發(fā)了學(xué)生對基因工程的興趣。

2.2 運用現(xiàn)代化教學(xué)手段進行教學(xué)改革，拓寬學(xué)生知識面

現(xiàn)代大學(xué)生是伴隨“本土網(wǎng)絡(luò)”成長起來的一代，他們的生活離不開網(wǎng)絡(luò)和手機[7]，充分利用網(wǎng)絡(luò)信息可以為我們的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)提供豐富的資源和便捷的途徑。為此，我們采取了如下措施：首先，通過獲得國內(nèi)外著名高校的網(wǎng)絡(luò)課堂、課件供學(xué)生學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在課堂上就可以掌握基因工程發(fā)展的前沿科學(xué)；其次，給學(xué)生提供一些微信公眾號(如 Medsci、生物勘探、解旋酶等)和生命科學(xué)論壇(如生物谷、丁香園、小木蟲等)；第三，教師通過在微信群推送并參與有益資源的討論、答疑解惑，以時尚的方式給學(xué)生傳遞最新的知識[8]。

隨著多媒體教學(xué)的發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)手段已不能適應(yīng)現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，采用現(xiàn)代化的教學(xué)方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)手段成為教學(xué)發(fā)展的必然[9]?，F(xiàn)代化的多媒體教學(xué)具有圖文聲像靈活多變并隨意組合的特質(zhì)，把教學(xué)內(nèi)容“化難為易”“化靜為動”，克服難以將基因工程抽象內(nèi)容講解透徹的弊端。我們采用 Powerpoint等軟件制作課件，并結(jié)合動畫、影像等網(wǎng)絡(luò)資源實現(xiàn)可視化教學(xué)，使基因工程的教學(xué)更加直觀。例如利用可視化教學(xué)使DNA的半保留復(fù)制、DNA轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)的合成與運輸?shù)茸兊猛ㄋ滓锥?；動漫演示藍白斑篩選的α-互補現(xiàn)象、視頻播放酵母的雙雜交等使基因工程抽象的技術(shù)變得生動活潑，提高教學(xué)的時效性。

2.3 獨立設(shè)置實驗課程，開設(shè)學(xué)生感興趣的實驗項目

作為實踐性特別強的課程，基因工程整條教學(xué)主線屬于“沒有實物”的教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較吃力[10-11]。我們嘗試獨立設(shè)置實驗課程，將其變成理論課的延伸。以本科培養(yǎng)目標為依據(jù)選擇實驗項目，還原科研原貌，強化入門教育[12]，加大自主設(shè)計性及綜合性實驗的比重。

自主設(shè)計性實驗是學(xué)生經(jīng)過長期的學(xué)習(xí)積累，對基因工程學(xué)科某些科學(xué)問題產(chǎn)生興趣，渴望利用具體的實驗來驗證[13-14]。這類實驗是在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下自主設(shè)計實驗時間和方案，相對于時空和內(nèi)容固定的傳統(tǒng)實驗可以更好地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。學(xué)院每年投入5萬元專項基金，開設(shè)10～15項完全由學(xué)生自主設(shè)計的實驗。要求過程短、耗資少、具有一定技術(shù)含量，并將其列為評定獎學(xué)金的一個條件，這些措施顯著提高了學(xué)生參與的積極性。

綜合性實驗不僅要體現(xiàn)出學(xué)科內(nèi)小實驗的綜合，同時也要體現(xiàn)跨學(xué)科的大綜合，反映學(xué)科發(fā)展的趨勢及學(xué)科之間的聯(lián)系[15]。我們設(shè)計了綜合實驗“豬血清蛋白基因的克隆與表達”“細菌轉(zhuǎn)化方法的比較及條件優(yōu)化”等。第1個實驗包括引物設(shè)計及目的基因PCR擴增、載體構(gòu)建、克隆基因的測序、工程菌轉(zhuǎn)化及重組子菌落鑒定、重組質(zhì)粒提取制備、SDS-PAGE驗證蛋白表達等內(nèi)容；第2個實驗中有關(guān)細菌轉(zhuǎn)化的方法在理論課中都學(xué)過，學(xué)生可以根據(jù)理論課所學(xué)內(nèi)容，設(shè)計新的方法并完成實驗，將不同方法所得到的結(jié)果進行比較，分析其優(yōu)缺點。獨立設(shè)置的基因工程實驗課程訓(xùn)練了學(xué)生的科學(xué)思維方式和實驗技能，為培養(yǎng)創(chuàng)新型科研人才打下了基礎(chǔ)。

2.4 科學(xué)合理地安排雙語教學(xué)，使授課內(nèi)容和國際前沿科技成果接軌

隨著我國科技和經(jīng)濟發(fā)展與國際聯(lián)系越來越密切，迫切需要培養(yǎng)一批具有國際視野和競爭力的人才，雙語教學(xué)是培養(yǎng)具有國際高素質(zhì)創(chuàng)新人才的重要途徑[16]。我們在基因工程教學(xué)中采用雙語教學(xué)，既提高學(xué)生閱讀英語專業(yè)文獻的能力，又使他們更好地掌握教學(xué)內(nèi)容。我校生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生都是第一批次招收，入學(xué)成績較好，對雙語教學(xué)的熱情比較高。部分學(xué)生比較畏懼雙語教學(xué)，一方面因為專業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱，另一方面學(xué)生英語聽說能力較弱而有所顧慮。針對這些實際情況，我們在教學(xué)伊始就加強對本門課程開展雙語教學(xué)意義的教育，并提前將用到的專業(yè)詞匯發(fā)放給學(xué)生，便于他們課前預(yù)習(xí)，提高教學(xué)質(zhì)量。

在授課過程中，如果學(xué)生不能很好地跟上雙語教學(xué)的進度，就適當(dāng)降低難度[17]。在實際教學(xué)中，以英語課件為主，采用先英語講述、再中文定期小結(jié)的教學(xué)模式。對于較難理解的內(nèi)容，采用先中文傳授，再英語闡述，遵循由淺入深、由慢到適中的原則。授課開始時充分調(diào)研，授課進行中利用發(fā)放調(diào)查表調(diào)查和學(xué)生單獨會談等方式，了解并確定合適的雙語教學(xué)難度。對于英語程度不同的班級，教學(xué)的難度依據(jù)學(xué)生的英語情況和專業(yè)課靈活調(diào)整。對于英語程度比較好且從入學(xué)初就堅定立志從事科學(xué)研究的學(xué)生，傳統(tǒng)簡單地雙語教學(xué)難以滿足他們的學(xué)習(xí)要求，我們就傳授他們利用PubMed、Highwire等數(shù)據(jù)庫檢索文獻的方法[18]，篩選代表專業(yè)領(lǐng)域高水平的英語文獻，讓他們仔細閱讀并在課堂上詳細的講授，一方面提高他們的英語聽說能力，另一方面也是對基礎(chǔ)薄弱學(xué)生的激勵。通過課程的改革和建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生用英語思維思考、解決問題，使之成為與國際接軌的創(chuàng)新人才。

2.5 教學(xué)與科研相結(jié)合，強化科研啟蒙，提升教學(xué)活力

教學(xué)是科學(xué)研究的基礎(chǔ)，科學(xué)研究是教學(xué)的提高和發(fā)展[19]。具體的實施過程中，我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)學(xué)生對老師從事的科研項目特別感興趣，在教學(xué)中引入這些內(nèi)容，讓學(xué)生感覺基因工程更加“接地氣”。比如在講授構(gòu)建設(shè)計載體模塊的時候，我們以本實驗室構(gòu)建的連接有紅色熒光蛋白或者綠色熒光蛋白表達載體的熒光顯微照片為例，展示以熒光蛋白作為報告基因的指示功能，使學(xué)生領(lǐng)略多學(xué)科交叉研究的魅力。

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目為教學(xué)和科研相結(jié)合提供了很好的途徑，以大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目為契機，提升教學(xué)活力[20]。在具體的教學(xué)實施中，組織有興趣參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目的學(xué)生組成科研團隊，自己查閱資料并自主設(shè)計題目，撰寫申請書。教師通過評價方案的創(chuàng)新性和可行性，推薦優(yōu)秀方案參加校級、省級甚至國家級的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃，讓學(xué)生真正體會到學(xué)以致用。

2.6 舉辦課程辯論賽，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

運用基因工程技術(shù)的利弊兩面性，組織學(xué)生課程辯論賽，使教學(xué)方法與手段多元化[21]。我們嘗試組織了“轉(zhuǎn)基因食品是否安全”“轉(zhuǎn)基因生物是否安全”“人類能否研究克隆人”等辯題的課堂辯論賽，學(xué)生在實施過程中更加深入地掌握所學(xué)知識，增加小組成員間的協(xié)作能力和快速反應(yīng)能力。另外教師通過有效、客觀的評價來保證課堂秩序活躍有序，激發(fā)學(xué)生參與的積極性，引導(dǎo)他們用客觀辯證的眼光評判問題。開展課程辯論賽是基因工程授課方式的全新嘗試，學(xué)生反映這種教學(xué)模式收獲很大，我們準備在以后增加更多的辯題以便于更多的學(xué)生參與其中。

2.7 革新課程評價標準，建立完善的過程考核體系

除了與教學(xué)內(nèi)容與方法的改革有關(guān)，教學(xué)效果的提高更離不開考核內(nèi)容與方式的革新[22]。 我們遵循結(jié)果評價與過程考核相結(jié)合的原則，將課程辯論賽、理論課堂表現(xiàn)、實驗操作等相融合，納入最終的考核成績。將出勤、參與課堂主題討論、資料查閱等相融合，構(gòu)建過程“考核多樣化”的效果評價體系。在閉卷筆試環(huán)節(jié)中，增加設(shè)計型考題，并適當(dāng)引進國內(nèi)著名院校的考研真題，注重學(xué)生基礎(chǔ)知識應(yīng)用能力、思辨能力、創(chuàng)新能力的考察和檢測。該課程的成績評定采用百分制，平時成績占50%～70%，期末考試占30%～50%，全面考查學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)程度。實踐表明，這種考核方式可以使自學(xué)能力強的學(xué)生脫穎而出。

3 探究性教學(xué)策略在基因工程教學(xué)改革中的效果評價

我們通過學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、互動參與度、教學(xué)滿意度、總評成績進行調(diào)查與統(tǒng)計，來掌握探究性教學(xué)策略在基因工程教學(xué)改革中的效果。共調(diào)查了120名生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生(表1)。通過問卷調(diào)查，反饋結(jié)果表明，學(xué)生非常喜歡這種探究性教學(xué)策略，促使他們的思想從被動接受知識到主動獲取養(yǎng)分的轉(zhuǎn)變。

表1 教學(xué)改革效果分析

4 結(jié)語

為了提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，教學(xué)工作者應(yīng)該從學(xué)生為主體的特點和需求出發(fā)，不斷創(chuàng)新和改革基因工程教學(xué)模式。探究性教學(xué)策略的應(yīng)用為學(xué)生提供了積極、開放且多樣化的學(xué)習(xí)氛圍，促使學(xué)生培養(yǎng)學(xué)習(xí)的主動性[23]。基因工程教學(xué)改革是一個系統(tǒng)工程，通過4年的教學(xué)實踐，改革效果良好。但目前還處于探索階段，還需要在實踐中不斷適應(yīng)新形勢，獲得適合生物專業(yè)的一套教學(xué)模式。