基于“新農(nóng)科”背景下科研素質(zhì)培養(yǎng)在基因工程課程的教學(xué)改革的實(shí)踐

李濤濤 楊丹丹 樊鑫 許孝蘭 李冰冰

摘??要：基因工程是生物工程和生物技術(shù)專業(yè)的核心課程，是整合諸多行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵學(xué)科，因此從根本上提高基因工程的教學(xué)質(zhì)量，也是促進(jìn)基因工程課程發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。通過基因工程課程的學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣，訓(xùn)練學(xué)生的試驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、提升學(xué)生的科研素養(yǎng)。本文主要從優(yōu)化課堂內(nèi)容、完善試驗(yàn)體系、完善評(píng)價(jià)指標(biāo)等方面出發(fā)對(duì)基因工程課程教學(xué)改革提出具體建議，從而達(dá)到提高學(xué)生科研素養(yǎng)的目的。

經(jīng)過近40年的發(fā)展，基因工程技術(shù)已經(jīng)成為近現(xiàn)代生物領(lǐng)域里的核心技術(shù)之一，目前基因工程廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)等多個(gè)方面。因此，許多高校相繼開設(shè)了生物工程這門課程，使學(xué)生掌握基因工程的基本原理、研究方法和實(shí)踐應(yīng)用成為一種發(fā)展趨勢(shì)。基因工程是一門以分子遺傳學(xué)為基礎(chǔ)研究理論，理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，因此，通過理論與實(shí)踐相結(jié)合可以有效的提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、科研能力以及自主探索能力[1]?？蒲兴刭|(zhì)是學(xué)生從事專業(yè)理論課程學(xué)習(xí)和科學(xué)研究必備的素質(zhì)，在基因工程課程中培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)對(duì)于學(xué)生的整體素質(zhì)提高具有非常重要的作用[2]。河南省作為農(nóng)林大省，河南省按照新農(nóng)科建設(shè)部署，加快高等農(nóng)林教育改革，持續(xù)提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，致力培養(yǎng)新時(shí)代農(nóng)科人才。而我校作為涉林高校，如何優(yōu)化調(diào)整課程改革顯得尤為重要，因此，本研究主要基于“新農(nóng)科”背景下科研素養(yǎng)在基因工程課程教學(xué)改革中進(jìn)行深入研究。

一、目前高?；蚬こ探虒W(xué)過程中存在的問題

隨著現(xiàn)代教學(xué)方法和教學(xué)理念的實(shí)踐化應(yīng)用，許多高校的基因工程課程質(zhì)量都有所提高，但是依據(jù)于目前的教學(xué)情況，依然存在一些問題急需解決，具體如下：

（一）教師講授課程重理論而輕實(shí)踐

目前，高校的基因工程課程都以多媒體的形式向?qū)W生展示，但是大部分老師側(cè)重點(diǎn)還是某個(gè)原理的掌握，主要以文字?jǐn)⑹鰹橹鳎瑐?cè)重于學(xué)生的強(qiáng)制記憶，而忽視了實(shí)踐，不能有效引入目前基因工程原理在生產(chǎn)生活中實(shí)踐的具體案例，導(dǎo)致課堂空洞，學(xué)生缺乏興趣，從而導(dǎo)致課堂教學(xué)效果下降[3]。另外，許多學(xué)生從未閱讀過科技論文，不了解目前的研究進(jìn)展和發(fā)展前景，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)該門課程的重要性不能有效把握，從而導(dǎo)致其教學(xué)效果的下降。

（二）基因工程試驗(yàn)課程缺乏創(chuàng)新

許多教師在設(shè)置基因工程課程試驗(yàn)過程中，都以質(zhì)粒的提取、核酸回收、載體構(gòu)建作為核心的研究內(nèi)容，隨便找一些模板讓學(xué)生自主動(dòng)手試驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置對(duì)于學(xué)生缺乏興趣，不能激發(fā)其探索欲望[4]。還有部分教師五年前的試驗(yàn)內(nèi)容，五年后依然如此，不能緊追時(shí)代改革步伐，只是為了完成自身的教學(xué)任務(wù)，嚴(yán)重影響基因工程課程的在實(shí)際應(yīng)用中的展開。

（三）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不夠完善

目前，許多高校對(duì)于學(xué)生成績最終的評(píng)價(jià)指標(biāo)依然只有考勤、課堂表現(xiàn)、考試成績和試驗(yàn)成績，對(duì)學(xué)生科研能力和科研素養(yǎng)的考核幾乎沒有涉及，因此，應(yīng)該進(jìn)一步完善課程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將科研素養(yǎng)的考核融入到教學(xué)、試驗(yàn)設(shè)計(jì)和考試過程中，從而全方面的考核學(xué)生，提高學(xué)生的實(shí)際掌握能力。

（四）認(rèn)知偏差

目前，生物類學(xué)生都以考研作為大學(xué)四年的目標(biāo)，在前期的學(xué)習(xí)中，他們通過對(duì)學(xué)長和學(xué)姐的咨詢，大部分了解到考研的科目為生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和普通生物學(xué)等，幾乎沒有專門考察基因工程這門課程，因此，學(xué)生意識(shí)不強(qiáng)，認(rèn)為基因工程課程不重要，不會(huì)對(duì)其認(rèn)真對(duì)待，導(dǎo)致其課堂學(xué)習(xí)勁頭不足，學(xué)習(xí)效率差，從而使教師的課堂效果大打折扣。

（五）接觸實(shí)踐應(yīng)用機(jī)會(huì)的匱乏

四年的學(xué)習(xí)生活，學(xué)生基本在校園內(nèi)生活，很少有機(jī)會(huì)進(jìn)入企業(yè)，觀摩和學(xué)習(xí)真正的現(xiàn)代化生物制藥企業(yè)目前的發(fā)展情況，理論與實(shí)踐脫節(jié)，導(dǎo)致其對(duì)生物專業(yè)認(rèn)知產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣降低。另外，普通本科院校每年在邀請(qǐng)高水平大學(xué)教授或者知名學(xué)者的機(jī)會(huì)很少，學(xué)生很少有機(jī)會(huì)能夠與高水平大學(xué)的老師學(xué)習(xí)，機(jī)會(huì)的匱乏導(dǎo)致學(xué)生對(duì)基因工程專業(yè)就業(yè)前景也感到擔(dān)憂，從而影響學(xué)業(yè)。

二?基于提高學(xué)生科研素養(yǎng)的課程教學(xué)改革建議

（一）增加前沿文獻(xiàn)導(dǎo)讀在課堂中的應(yīng)用

要在課堂上培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)，首要任務(wù)是在課堂中引入科研成果，在理論講授的同時(shí)，結(jié)合于教師自身的科研經(jīng)歷，或者最新的研究報(bào)告或者進(jìn)展，理論聯(lián)系實(shí)際，將問題拋出給學(xué)生，如果我們遇到同樣的科學(xué)問題，我們?cè)撘允裁礃拥姆绞饺ッ鎸?duì)，去解決，通過引導(dǎo)學(xué)生去思考、去聯(lián)系、去設(shè)想，不斷讓學(xué)生思考問題，從而通過查閱資料，嘗試自身去解決問題，達(dá)到提高其科研素養(yǎng)的目的。如我們?cè)谥v授基因工程載體構(gòu)建過程中，可以將疫苗生產(chǎn)的技術(shù)理論和生產(chǎn)過程講述給學(xué)生，從而誘導(dǎo)學(xué)生如何自我設(shè)計(jì)課題、如何通過實(shí)驗(yàn)證明一個(gè)猜測(cè)的正確性、如何設(shè)置對(duì)照試驗(yàn)，從而使學(xué)生能夠?qū)ψ陨硭鶎W(xué)知識(shí)有更為全面系統(tǒng)的掌握基因工程的基礎(chǔ)知識(shí)，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，感覺學(xué)有所用，從而激發(fā)其對(duì)基因工程課程學(xué)習(xí)的興趣。另外，通過了解發(fā)現(xiàn)，在第三節(jié)課學(xué)生都已不想聽講，注意力不集中，教學(xué)效果差等特點(diǎn)，目前我們也在嘗試在三節(jié)聯(lián)排的課程中，最后一節(jié)課交給學(xué)生來講授，教師作為補(bǔ)充，主要的方式為在上周理論課上完時(shí)，布置一篇最近的與基因工程方面有關(guān)的英文文獻(xiàn)，讓學(xué)生去閱讀文獻(xiàn)，翻譯文獻(xiàn)，并做成PPT，在最后一節(jié)課向同學(xué)們展示核心內(nèi)容，這樣的結(jié)果使學(xué)生不僅提高了對(duì)英文文獻(xiàn)的認(rèn)知，而且提高了學(xué)生的積極性，能夠理論聯(lián)系實(shí)際，更為重要的是可以潛在的提高學(xué)生的科研素養(yǎng)，長期來講，也可以為學(xué)生進(jìn)入碩士階段，組會(huì)做匯報(bào)提供一定的鍛煉機(jī)會(huì)，從而提高學(xué)生整體的科研素養(yǎng)。

（二）構(gòu)建探索型試驗(yàn)體系

突出“以學(xué)生為本”的現(xiàn)代教育教學(xué)理念為核心，充分利用河南城建學(xué)院生命科學(xué)與工程學(xué)院省級(jí)生化工程和食品研究室為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以“生物工程綜合實(shí)驗(yàn)”為教學(xué)內(nèi)容，打破生物工程專業(yè)各門實(shí)驗(yàn)課程單打獨(dú)斗局面，整合各門實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以“生物工程綜合實(shí)驗(yàn)”為教學(xué)內(nèi)容，從生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的上游、中游和下游來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。大幅度提高有利于能力培養(yǎng)的，有利于綜合素質(zhì)提高的綜合性、設(shè)計(jì)性、研究性實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所占的比例。另外，加大探索性試驗(yàn)的比重，激發(fā)學(xué)生自身的科研興趣，教師通過系統(tǒng)的教授其研究方法，讓學(xué)生自身去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、去感知試驗(yàn)、去自主分析試驗(yàn)結(jié)果。例如，新冠肺炎的檢測(cè)需要用熒光定量PCR的方法，我們通過設(shè)定一系列試驗(yàn)對(duì)照，優(yōu)化不同的試驗(yàn)參數(shù)，讓學(xué)生自己動(dòng)手，分析什么結(jié)果為陰性、什么為陽性、什么是弱陰性，從而讓學(xué)生以興趣為先導(dǎo)，激發(fā)其對(duì)結(jié)果的求知欲，從而查閱文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)技術(shù)知識(shí)，通過反復(fù)多次試驗(yàn)驗(yàn)證自身的猜想，并通過試驗(yàn)結(jié)果反饋思考，自身試驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性在什么地方，優(yōu)勢(shì)在什么地方，什么是自身沒有考慮到的因素，增強(qiáng)其主觀能動(dòng)性。并通過自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，老師對(duì)其進(jìn)行修訂，而在實(shí)驗(yàn)中，雖然理論知識(shí)掌握的很好，原理理解，但是做的結(jié)果可能與預(yù)期差距比較大，而如何分析和解決問題，將是科研培養(yǎng)的重要任務(wù)，教師通過對(duì)學(xué)生進(jìn)行一對(duì)一指導(dǎo)，解決其在試驗(yàn)中出現(xiàn)的操作不謹(jǐn)慎和試驗(yàn)失誤等問題后，從而間接達(dá)到提高其科研素養(yǎng)的目的。

（三）鼓勵(lì)學(xué)生參與課題

為了有效提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，教師可以在一定程度上鼓勵(lì)學(xué)生加入其科研團(tuán)隊(duì)，我們學(xué)院推行大一學(xué)生進(jìn)入后的學(xué)業(yè)導(dǎo)師制，這是一個(gè)非常好的機(jī)會(huì)，教師能夠第一時(shí)間接觸新生，并且鼓勵(lì)其加入自身的科研團(tuán)隊(duì)，教師在科研過程中會(huì)申請(qǐng)到不同層面的項(xiàng)目，例如國家自然基金、河南省自然基金、河南省科技攻關(guān)、開放課題和橫向等，讓學(xué)生參與其中，通過一些研究課題，讓學(xué)生感覺自身是可以有所作為的，提高其對(duì)自我的肯定，增強(qiáng)其對(duì)課本知識(shí)的理解，也增加其在考研過程中的分量，例如，我們教師團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)到的國家自然基金項(xiàng)目研究擬南芥花期調(diào)控分子機(jī)理，主要用的試驗(yàn)技術(shù)手段即為基因工程課本所講述的，包含載體構(gòu)建、遺傳轉(zhuǎn)化、陽性篩選與表達(dá)，以及蛋白分離提純，完全與書本講授知識(shí)所聯(lián)系，讓學(xué)生多多參與該課題，提高其創(chuàng)新能力，并將理論與實(shí)際相結(jié)合，從而提高其學(xué)習(xí)的積極性。另外，組建以研究生和本科生為核心的科研團(tuán)隊(duì)，通過具體問題的分析和處理，從而培養(yǎng)其設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、探索實(shí)驗(yàn)和分析試驗(yàn)的能力。

學(xué)生的學(xué)習(xí)能力提高離不開指導(dǎo)教師的諄諄教導(dǎo)，每個(gè)老師可以提前招募大一或者大二的學(xué)生進(jìn)入科研團(tuán)隊(duì)，前期主要跟著研究生和大三學(xué)生學(xué)習(xí)為主，學(xué)習(xí)到一定程度后，可以單獨(dú)為學(xué)生設(shè)計(jì)相對(duì)簡單的課題，讓其自己查文獻(xiàn)，找方法，教師為其指導(dǎo)，從而解決試驗(yàn)中的問題，我們教師的許多課題都涉及到基因工程的原理和方法，例如，我們可以設(shè)計(jì)諸如“如何運(yùn)用基因工程方法提高番茄的品質(zhì)”、和“通過現(xiàn)代分子生物學(xué)和基因工程方法提高植物的耐旱性”等課題，讓學(xué)生能夠?qū)⒒蚬こ陶n程與實(shí)踐結(jié)合起來，從而提高學(xué)生的主動(dòng)性，并通過與課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的相互結(jié)合和反思，讓知識(shí)理論指導(dǎo)試驗(yàn)，從而提高學(xué)生的科研素質(zhì)。

（四）增強(qiáng)專業(yè)實(shí)習(xí)比重

在基因工程課程學(xué)習(xí)過程中，通過安排有效的實(shí)習(xí)活動(dòng)，有效的培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)。主要通過設(shè)置一系列與教學(xué)有關(guān)，而且又是多學(xué)科交叉的實(shí)習(xí)企業(yè)，增強(qiáng)學(xué)生的科研素養(yǎng)，例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)疫苗生產(chǎn)制備的課程中，可以到我們的校企合作單位河南真實(shí)生物科技有限公司進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)關(guān)于抗艾滋病、抗乙肝、抗血栓類藥物的生產(chǎn)制備過程以及其原理，從而增強(qiáng)其對(duì)該方面課程的掌握，通過校外公司的實(shí)習(xí)，布置學(xué)生以“對(duì)目前幾種疫苗制備方法的學(xué)習(xí)，獨(dú)自設(shè)計(jì)能夠有效阻斷新冠肺炎傳播的疫苗”為作業(yè)，不僅增強(qiáng)學(xué)生對(duì)基因工程課程的興趣，也增強(qiáng)其理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，從而間接提高學(xué)生的科研素養(yǎng)。另外，邀請(qǐng)一些公司的生物制劑的領(lǐng)導(dǎo)，來為我們的學(xué)生進(jìn)行講學(xué)，主要通過將基因工程于科研實(shí)踐相結(jié)合的方法，分享目前某個(gè)領(lǐng)域最新的研究進(jìn)展，從而讓學(xué)生對(duì)基因工程專業(yè)的就業(yè)前景感覺明朗，并且重視基因工程課程和科研素質(zhì)的培養(yǎng)。

（五）增強(qiáng)考研引導(dǎo)作用

考研作為生物類專業(yè)的重要晉升手段，在學(xué)生的學(xué)習(xí)中占有非常大的比重，因此我們要在日常的學(xué)習(xí)中加大對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)作用，鼓勵(lì)其考研，并將一些高校的考研真題與我們課堂講授相關(guān)的內(nèi)容聯(lián)系起來，使其認(rèn)識(shí)到基因工程課程的重要性。例如，在某大學(xué)的生物化學(xué)的考研真題中，就以“請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，從某生物材料中獲取目的基因，如何表達(dá)，如何分離蛋白產(chǎn)物，如何鑒定是所需的目的蛋白，并表述每部分運(yùn)用的原理和技術(shù)方法”，想要答好此題，就需要用到基因工程的方法和原理，可以通過基因組方法直接獲取目的基因，也可以通過RNA的方法獲取，甚至可以通過化學(xué)合成的方法。因此，教師要在課堂上多多引入相關(guān)的試題，讓學(xué)生加深對(duì)幾門生物主干課程之間的聯(lián)系，而且將來能夠應(yīng)用于研究生考試當(dāng)中，許多有科研經(jīng)歷的學(xué)生可以很輕松將此題拿滿分，而沒有經(jīng)過科研訓(xùn)練的感覺無所適從，從而讓學(xué)生也更加的注重其科研素質(zhì)的培養(yǎng)，融會(huì)貫通，將來在考研中立于不敗之地。另外，也可以讓做科研做的好的基因工程專業(yè)優(yōu)秀畢業(yè)生對(duì)低年級(jí)學(xué)生進(jìn)行宣講，多多闡述進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的好處，以及在考研中的應(yīng)用，提高學(xué)生的關(guān)注度，也間接的增加學(xué)生對(duì)基因工程以及自身科研素養(yǎng)培養(yǎng)的意識(shí)。

（六）完善評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

原有的基因工程考核過程中，主要依據(jù)于課堂表現(xiàn)、考試成績和試驗(yàn)環(huán)節(jié)三塊，但并沒有內(nèi)容對(duì)其科研能力進(jìn)行考核和判斷，因此要將科研素質(zhì)培養(yǎng)作為其考核的重要內(nèi)容，要將科研素養(yǎng)的考評(píng)置于隨堂檢測(cè)、課后作業(yè)、考試、以及試驗(yàn)中，例如，在課后作業(yè)中以“在水稻產(chǎn)量穩(wěn)步增加的基礎(chǔ)上，其口感顯著下降，請(qǐng)以基因工程方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，如何提高水稻的品質(zhì)”為題，讓學(xué)生查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在督促學(xué)生課下學(xué)習(xí)的過程中，也將一定的科研訓(xùn)練融入其中，而且內(nèi)容富于變化，讓學(xué)生也有新鮮感，也有好奇心，而且能夠提高他們的主觀能動(dòng)性;另外，將學(xué)生在科研團(tuán)隊(duì)中的表現(xiàn)也納入到課程考核中，通過對(duì)其團(tuán)隊(duì)老師處了解學(xué)生在日常科研中的表現(xiàn)，給予一定的分值，間接促進(jìn)學(xué)生做科研的積極性，也可以將學(xué)生參與發(fā)表的科技論文和科研項(xiàng)目作為其成績的一部分，課程授課完畢后，收集學(xué)生自己發(fā)表的論文，或者參與老師的論文和科研項(xiàng)目，賦予一定的分值，這樣可以給予學(xué)生對(duì)科研更高的關(guān)注度，從而增加其在科研方面的時(shí)間投入，慢慢培養(yǎng)其興趣，潛移默化的影響學(xué)生，最終達(dá)到提高其科研素養(yǎng)的目的。

（七）充分運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源

網(wǎng)絡(luò)資源目前已經(jīng)發(fā)展為許多學(xué)科的輔助教學(xué)手段，基因工程課程本身都是以試驗(yàn)作為核心的課程，因此，更應(yīng)當(dāng)充分利用網(wǎng)絡(luò)上的資源，特別是慕課、學(xué)習(xí)通和等網(wǎng)絡(luò)資源，多提示和安排學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)理論和試驗(yàn)內(nèi)容，從而輔助基因工程教學(xué)過程中試驗(yàn)與課程銜接不緊湊的缺點(diǎn)，使學(xué)生能夠及時(shí)的反饋所學(xué)中遇到的問題，而且根據(jù)課程中的內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，從而提高學(xué)生的科研素質(zhì)。另外，教師可以利用網(wǎng)絡(luò)資源，在學(xué)習(xí)過程中，針對(duì)性的讓學(xué)生學(xué)習(xí)與基因工程課程研究內(nèi)容緊密相關(guān)的某個(gè)專家的學(xué)術(shù)講座，讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何去聽學(xué)術(shù)講座，如何把握好學(xué)術(shù)講座的重點(diǎn)內(nèi)容，通過反復(fù)學(xué)習(xí)，使得學(xué)生與自己的專業(yè)知識(shí)緊密結(jié)合，從而提高學(xué)生的科研素養(yǎng)。

結(jié)語

基因工程是一門實(shí)驗(yàn)性和應(yīng)用性極強(qiáng)的學(xué)科，在生命科學(xué)的發(fā)展領(lǐng)域占有非常重要的地位，我們通過對(duì)基因工程課程改革的探索，深刻感受到在新時(shí)期課程改革的重要性，如何能夠培養(yǎng)好人才對(duì)于科學(xué)和社會(huì)的發(fā)展至關(guān)重要，因此，我們要適應(yīng)新時(shí)期的發(fā)展需求，注重課程過程中對(duì)學(xué)生科研素質(zhì)的培養(yǎng)，通過教學(xué)方式的改變、網(wǎng)絡(luò)資源的利用、理論與實(shí)習(xí)內(nèi)容的銜接等方法，使學(xué)生真正的喜歡基因工程課程，促進(jìn)學(xué)生科研素養(yǎng)的提升，形成關(guān)注社會(huì)科技最新進(jìn)展的良好習(xí)慣，成長為具備較高科研素質(zhì)的復(fù)合型人才。

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基金項(xiàng)目：河南城建學(xué)院高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（2021JG037和2021JG039）

作者簡介：李濤濤（1989—??），男，河南洛寧縣，博士研究生，理學(xué)博士，副教授，研究方向：植物逆境分子生物學(xué)。

*通訊作者：李冰冰（1964—??），女，河南西華縣，博士研究生，理學(xué)博士，教授，研究方向：食品生物化學(xué)。