以科研項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的基因工程教學(xué)模式的初探

楊帆　李憲臻

摘 要：基因工程是一門針對(duì)生物專業(yè)的本科生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有授課內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng)、理論與技術(shù)結(jié)合度高以及技術(shù)更新迅速等特點(diǎn)，能夠?yàn)獒t(yī)藥、輕工、農(nóng)業(yè)、化工、環(huán)境、能源等相關(guān)領(lǐng)域廣泛輸送人才。然而，現(xiàn)有的教學(xué)方式并不理想，導(dǎo)致理論與實(shí)踐脫節(jié)。本工作基于新工科人才培養(yǎng)模式、結(jié)合基因工程課程大綱，構(gòu)建以科研任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的新模式，該模式的探索有望提高學(xué)生對(duì)基因工程的學(xué)習(xí)積極性，為造就創(chuàng)新性人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：基因工程;新工科;科研項(xiàng)目導(dǎo)向

基因工程是20世紀(jì)70年代誕生的一門新興學(xué)科，主要是通過切、連、轉(zhuǎn)、篩和產(chǎn)這五個(gè)步驟，將供體細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)進(jìn)行體外重組改造，而后轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中，賦予受體細(xì)胞嶄新的性狀。基因工程融合了生物化學(xué)、分子生物學(xué)、蛋白質(zhì)工程等多學(xué)科的理論基礎(chǔ)，是一門實(shí)用性強(qiáng)的工具學(xué)科，其相關(guān)技術(shù)已經(jīng)廣泛滲透到醫(yī)藥、食品、化工、農(nóng)業(yè)以及能源等領(lǐng)域[1]。

作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，基因工程主要面向生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生，旨在讓學(xué)生了解并掌握基因工程技術(shù)的基本原理和應(yīng)用案例、提高學(xué)生的新工科的思維能力，并緊跟當(dāng)今基因工程領(lǐng)域的前沿進(jìn)展，具備分析解決基因工程實(shí)際研究工作中問題的能力[2，3]。目前，國(guó)內(nèi)高校的基因工程授課普遍存在以下問題：（1）缺少與時(shí)俱進(jìn)的、貼切國(guó)民生活和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)實(shí)際需求的創(chuàng)新性課程內(nèi)容設(shè)計(jì);（2）缺少以學(xué)生為主體、有助于提高學(xué)生理解能力、創(chuàng)新能力和汲取知識(shí)的主動(dòng)性的教學(xué)手段;（3）基因工程理論教學(xué)與實(shí)際科研運(yùn)作嚴(yán)重脫節(jié)，造成學(xué)生即難以理解課上講授的諸多內(nèi)容、繁雜原理和技術(shù)，又無法將所學(xué)知識(shí)合理運(yùn)用到實(shí)際學(xué)術(shù)問題的解決之中;（4）學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)體系單一，多依賴于考試成績(jī)的評(píng)定方式，未以提高學(xué)生的專業(yè)應(yīng)用能力和解決問題能力為導(dǎo)向。因此，如何合理構(gòu)建理論與實(shí)踐結(jié)合的知識(shí)構(gòu)架、使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)以及培養(yǎng)學(xué)生的新工科綜合素質(zhì)成為基因工程課程教學(xué)所面臨的主要難點(diǎn)問題，同時(shí)也是傳統(tǒng)工科教育面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

近年來中國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的飛速發(fā)展，為傳統(tǒng)的工科教育體系帶來了巨大的沖擊，為迎接這一挑戰(zhàn)，新工科應(yīng)運(yùn)而生。新工科人才培養(yǎng)主要圍繞以下幾點(diǎn)轉(zhuǎn)變展開：（1）從傳統(tǒng)考試考核導(dǎo)向的培養(yǎng)理念向成果導(dǎo)向轉(zhuǎn)變;（2）回歸“理性”的品格培養(yǎng)、注重全方位復(fù)合型人才培養(yǎng);（3）著重內(nèi)外部環(huán)境的協(xié)同和教學(xué)與科研的融合[4]。本文基于以學(xué)生為中心、反向設(shè)計(jì)、持續(xù)改進(jìn)的人才培養(yǎng)思想，以基因工程相關(guān)的科研項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，將教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)成具體的任務(wù)，進(jìn)而提出問題引導(dǎo)學(xué)生分析問題、設(shè)計(jì)研究方案并解決問題，達(dá)到基因工程教學(xué)目標(biāo)。讓學(xué)生秉持著積極的態(tài)度、利用理論和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，有望進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立探索的學(xué)習(xí)精神、個(gè)人專業(yè)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和系統(tǒng)工程實(shí)操能力。

一、課程理論體系和教學(xué)體系的構(gòu)建

（一）“一線兩基”理論體系的構(gòu)建

為了培養(yǎng)本校生物工程專業(yè)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)水平和個(gè)人專業(yè)能力，在總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)基因工程的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，根據(jù)本課程的科學(xué)性、先進(jìn)性、系統(tǒng)性和工程性等特點(diǎn)，積極跟進(jìn)國(guó)內(nèi)外前沿的基因工程領(lǐng)域研究熱點(diǎn)和成果，著重經(jīng)典理論與現(xiàn)代科技、理論知識(shí)與工程實(shí)踐之間的關(guān)系平衡。構(gòu)建理論教學(xué)和科研任務(wù)“一條線”、基因工程原理基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)“兩個(gè)基礎(chǔ)”的新型教學(xué)體系[5]。

（二）多層次實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

為了鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及工程實(shí)操能力，本工作構(gòu)建了基礎(chǔ)理論——科研項(xiàng)目——討論分析辯論——課程質(zhì)量評(píng)價(jià)相結(jié)合的多層次實(shí)踐教學(xué)體系?；谠擉w系，建立四步啟發(fā)式教學(xué)法（CDIO）[6]，即項(xiàng)目構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）。首先，在學(xué)習(xí)基因工程理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，向?qū)W生布置基因工程相關(guān)的科研課題任務(wù)，學(xué)生課下進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，并在課堂和課下引導(dǎo)學(xué)生分組設(shè)計(jì)完整的課題研究方案，加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解;隨后，學(xué)生以PPT形式進(jìn)行任務(wù)反饋，針對(duì)項(xiàng)目的擬解決問題進(jìn)行分析、方案制定以及模擬實(shí)施結(jié)果，在課堂進(jìn)行講解和討論，加深對(duì)理論體系和實(shí)驗(yàn)操作體系的理解，形成以學(xué)生為授課主體，教師為課程主導(dǎo)的良性教學(xué)體系。

（三）討論和辯論教學(xué)法

本課程將基因工程研究?jī)?nèi)容歸納為基因的獲取和切、接、轉(zhuǎn)、篩、產(chǎn)六個(gè)基本操作流程，將上述課程大部分教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際科研項(xiàng)目有機(jī)地整合起來，向?qū)W生布置關(guān)于研發(fā)纖維素酶、脂肪酶等高附加值工業(yè)酶的枯草芽孢桿菌基因工程表達(dá)菌的科研任務(wù)。學(xué)生分為若干個(gè)小組，每個(gè)小組4-5人，利用課下整理、收集相關(guān)資料，撰寫相關(guān)研究報(bào)告，最后每組集中進(jìn)行PPT展示和講解，其他組同學(xué)則可針對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行討論和辯論。學(xué)生在課下查閱大量最新的文獻(xiàn)，避免了課堂講授可能造成的片面性和知識(shí)的陳舊性。

二、《基因工程》課程質(zhì)量評(píng)價(jià)實(shí)施及持續(xù)改進(jìn)

基因工程的課程質(zhì)量評(píng)價(jià)針對(duì)課程目標(biāo)展開，分析授課學(xué)生的整體和個(gè)體對(duì)基因工程課程目標(biāo)的達(dá)成情況。整體評(píng)價(jià)有利于及時(shí)察覺授課過程出現(xiàn)的問題，協(xié)助授課教師持續(xù)改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量;個(gè)體評(píng)價(jià)則督促教師關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異，有助于針對(duì)具體的學(xué)生進(jìn)行精準(zhǔn)指導(dǎo)。

在本校生物工程專業(yè)的所有畢業(yè)要求中，基因工程主要支撐了4個(gè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，相對(duì)應(yīng)的設(shè)定了4個(gè)課程目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容、考核內(nèi)容及考核方式的設(shè)計(jì)全都圍繞著課程目標(biāo)進(jìn)行。具體內(nèi)容及對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。

基因工程課程目標(biāo)達(dá)成情況按照以下公式計(jì)算：

∑權(quán)重×樣本學(xué)生在某課程目標(biāo)相應(yīng)考核環(huán)節(jié)的平均分值樣本中為考查某課程目標(biāo)所設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)總分

以生物工程專業(yè)2016級(jí)生工161的考核結(jié)果為例，基因工程課程目標(biāo)全部達(dá)成。其中，不同課程目標(biāo)的評(píng)價(jià)值不同，目標(biāo)4的評(píng)價(jià)值最低，表明學(xué)生對(duì)科研任務(wù)驅(qū)動(dòng)的相關(guān)課程內(nèi)容和授課方式適應(yīng)性還有提高的空間，在今后的授課中，針對(duì)此目標(biāo)涉及的教學(xué)內(nèi)容，將繼續(xù)改進(jìn)將科研任務(wù)引入課堂的方式，加大輔助學(xué)生課后調(diào)研、設(shè)計(jì)課題、課堂講解的力度，幫助學(xué)生在完成科研任務(wù)的同時(shí)加深對(duì)理論知識(shí)的掌握。

三、結(jié)語

傳統(tǒng)的基因工程授課方式通常以教師的課堂講授為主，忽略了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的消化能力。本工作堅(jiān)持角色轉(zhuǎn)換，以學(xué)生為中心、以教師為主導(dǎo)，根據(jù)新工科中反向設(shè)計(jì)、持續(xù)改進(jìn)的人才培養(yǎng)思想，以與實(shí)際生產(chǎn)工作息息相關(guān)的課題任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，合理設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和方法，進(jìn)而通過授課教師來引導(dǎo)學(xué)生分析問題、設(shè)計(jì)方案解決問題，實(shí)現(xiàn)基因工程教學(xué)目標(biāo)。有望進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，強(qiáng)化大家的獨(dú)立探索精神、個(gè)人專業(yè)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和系統(tǒng)工程實(shí)操能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓立敏.基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的研究性教學(xué)策略在基因工程課程中的應(yīng)用.生物學(xué)雜志，2015（32）：110-113.

[2]吳愛華，侯永峰，楊秋波，郝杰.加快發(fā)展和建設(shè)新工科 主動(dòng)適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì).高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[3]姜曉坤，朱泓，李志義.新工科人才培養(yǎng)新模式.高教發(fā)展與評(píng)估，2018（34）：17-24.

[4]唐曉旻，傅敏，王崇均，李寧，王小平，譚雪梅.基于微課和任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的課程教改探究.廣州化工，2017（4）：134-135.

[5]李修平，邵紅，張麗敏，吳恒梅，張衛(wèi)東，趙雪，岳麗紅，李秀霞.研究性學(xué)習(xí)在基因工程課程中的應(yīng)用研究.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015（43）：376-377.

[6]李健，韓增勝，栗坤.圍繞CDIO人才培養(yǎng)模式的基因工程課程教學(xué)改革.教育教學(xué)論壇，2019（14）：143-144.

作者簡(jiǎn)介：楊帆（1982-），女，教授。

*通訊作者：李憲臻（1963-），男，教授。