新工科理念下基因工程課程教學(xué)改革的探索

欒志慧，劉麗萍，趙紅

(1.長(zhǎng)春師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130032；2.長(zhǎng)春外國(guó)語(yǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)校，吉林 長(zhǎng)春 130000；3.長(zhǎng)春市第五十八中學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130031)

0 引言

黨的二十大報(bào)告提出，要堅(jiān)持教育優(yōu)先發(fā)展、科技自立自強(qiáng)、人才引領(lǐng)驅(qū)動(dòng)，加快建設(shè)教育強(qiáng)國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)、人才強(qiáng)國(guó)，堅(jiān)持為黨育人、為國(guó)育才，全面提高自主培養(yǎng)人才質(zhì)量，著力造就拔尖創(chuàng)新人才，用之于聚天下英才[1]，以人才培養(yǎng)為核心。因此，對(duì)高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式改革的深入探索，課程改革是最重要的[2]。2017年2月中旬，在復(fù)旦大學(xué)由教育部組織了關(guān)于高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略的一場(chǎng)研討會(huì)，建議高校在推廣新技術(shù)和發(fā)展新產(chǎn)業(yè)方面發(fā)揮主導(dǎo)作用[3]。充分利用學(xué)科整體優(yōu)勢(shì)，主動(dòng)引領(lǐng)未來(lái)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)應(yīng)用科學(xué)向工程化拓展，推動(dòng)學(xué)科交叉融合、跨界融合，打造新技術(shù)、培育新的工程領(lǐng)域，推動(dòng)科學(xué)教育有機(jī)融合[4]。地方高校要對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)方面起到重要的支撐作用[5]。積極主動(dòng)把握經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求和相應(yīng)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新方向，對(duì)接行業(yè)人才需求，地方企業(yè)應(yīng)利用就近資源，充分發(fā)揮其自身的優(yōu)勢(shì)，深化產(chǎn)教融合、校企合作、協(xié)同育人[6]以培養(yǎng)定向工種為導(dǎo)向，以培養(yǎng)人才為核心，推進(jìn)工程教育整體改革[7]。但是由于傳統(tǒng)的理科思想桎梏，窄化了人才的知識(shí)體系[8]。授予理學(xué)學(xué)士學(xué)位的生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)必修課程基因工程專(zhuān)業(yè)在注重基礎(chǔ)理論的教學(xué)過(guò)程中，雖然有一定學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程，但其課程體系與區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重脫節(jié)，過(guò)于專(zhuān)門(mén)化，導(dǎo)致人才培養(yǎng)、技術(shù)創(chuàng)新、服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等方面的能力較弱，其課程體系與區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)脫節(jié)現(xiàn)象較為突出[9]。并改革其教學(xué)模式向工科延伸，彌補(bǔ)理科應(yīng)用性減弱的不足，增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)具有一定行業(yè)背景知識(shí)、較強(qiáng)行業(yè)應(yīng)用能力、勝任行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展需要的人才[10-14]。

由于新工科建設(shè)的必然要求，應(yīng)全力進(jìn)行各學(xué)科或?qū)I(yè)應(yīng)用型課程教學(xué)改革，同時(shí)滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)新工科人才需求發(fā)展。構(gòu)建新型教學(xué)體系，運(yùn)用創(chuàng)新教學(xué)手段，全程與企業(yè)合作，構(gòu)建實(shí)戰(zhàn)化實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系，搭建多學(xué)科交叉融合的研究平臺(tái)，建立多元化的課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系，真正達(dá)到掌握行業(yè)人才需求方向，充分利用地方資源，通過(guò)創(chuàng)新的教學(xué)方法，達(dá)到產(chǎn)教融合深化、校企合作、協(xié)同育人的目的。

1 研究框架

如圖1所示，課程改革模式是企業(yè)參與的課程教學(xué)體系+創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的實(shí)踐教學(xué)體系+多學(xué)科交叉融合的研究平臺(tái)+多元化的課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系。

圖1 基因工程課程改革框架圖

2 構(gòu)建基因工程新課程教學(xué)體系的思路

與生物制劑公司等企業(yè)深度合作，共同制定教學(xué)大綱，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)行業(yè)背景知識(shí)的理解。加強(qiáng)核酸凝膠電泳技術(shù)、核酸分子雜交技術(shù)、細(xì)菌轉(zhuǎn)化與細(xì)胞轉(zhuǎn)染技術(shù)、DNA序列分析技術(shù)、寡核苷酸合成技術(shù)、基因定點(diǎn)突變技術(shù)、聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)在基因工程中的地位和作用，創(chuàng)新改革傳統(tǒng)課程結(jié)構(gòu)，在理論課堂教學(xué)中融入最新的研究成果進(jìn)展。保持先進(jìn)性和理論課程知識(shí)的前沿性。

以翻轉(zhuǎn)式課堂激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并結(jié)合MOOC和微課教學(xué)促進(jìn)課程教學(xué)效果。如：寡核苷酸合成技術(shù)、聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)教程等課程內(nèi)容結(jié)合藥物開(kāi)發(fā)工程，采用生物技術(shù)制備寡核苷酸，采用核酸擴(kuò)增的方法，可實(shí)現(xiàn)寡核苷酸的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安全。作為一種重要的基因調(diào)控手段，寡核苷酸已成為一種基因靶向治療藥物，用于病毒、腫瘤以及遺傳性疾病等方面。因此，展示寡核苷酸藥物開(kāi)發(fā)的微課，是學(xué)生們理論與實(shí)際相結(jié)合的主要途徑。

3 構(gòu)建創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的實(shí)踐教學(xué)體系理念

基因工程集基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)等多個(gè)環(huán)節(jié)于一體，兼具基礎(chǔ)性、工程性和實(shí)用性。基因工程實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要配合理論知識(shí)的更新，結(jié)合企業(yè)要求，增加設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)。除基本驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括質(zhì)粒DNA的提取和電泳檢測(cè)、DNA濃度測(cè)定和酶切、目的片段回收、DNA體外連接、重組DNA轉(zhuǎn)化、重組轉(zhuǎn)化子快速鑒定和PCR技術(shù)外，具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容還增加了充分利用復(fù)雜的基因工程各項(xiàng)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)。為同學(xué)們提供更多的綜合能力、創(chuàng)新能力提升的實(shí)踐平臺(tái)[15]。如學(xué)生利用DNA條形碼技術(shù)和序列對(duì)比技術(shù)為司法鑒定部門(mén)提供技術(shù)支持，分子鑒定分析國(guó)家和地方重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)植物制品，建立各種珍貴制品的快速鑒定體系。

實(shí)踐實(shí)訓(xùn)設(shè)置“產(chǎn)品生產(chǎn)”環(huán)節(jié)，與企業(yè)簽訂合同，根據(jù)實(shí)踐成績(jī)?yōu)閷W(xué)生創(chuàng)造課程見(jiàn)習(xí)與實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)。培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)一種新產(chǎn)品，由企業(yè)評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)踐成績(jī)。推薦優(yōu)秀學(xué)生到實(shí)習(xí)單位技術(shù)實(shí)習(xí)，學(xué)生可獨(dú)立利用多種試劑盒從種類(lèi)繁多的樣本中分離和純化基因組DNA與質(zhì)粒DNA，可處理組織、細(xì)胞、血液、血清、植物等樣品。

鼓勵(lì)學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目，參加“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等國(guó)家級(jí)競(jìng)賽，讓學(xué)生在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中融入課堂所學(xué)的基因工程知識(shí)，真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教深度融合，讓學(xué)生在各種全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目中發(fā)散思維、互相交流進(jìn)步。

4 構(gòu)建多學(xué)科交叉融合研究平臺(tái)的思路

以課題研究為牽引，突破原有院系和學(xué)科壁壘，整合多學(xué)科資源，組織不同院系相關(guān)學(xué)科人員共同參與申報(bào)課題，建設(shè)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)要以學(xué)科隊(duì)伍、平臺(tái)資源、技術(shù)條件等多途徑進(jìn)行改造，同時(shí)促進(jìn)多學(xué)科相互滲透的交叉研究發(fā)展，促進(jìn)科研之間的深度交叉和融合，強(qiáng)化不同學(xué)科背景的專(zhuān)業(yè)教師交叉合作研究，從學(xué)科隊(duì)伍、平臺(tái)資源、技術(shù)條件等多方面科學(xué)的提供一個(gè)基因工程教學(xué)實(shí)習(xí)的平臺(tái)。建立校內(nèi)院系、校企、學(xué)校以及學(xué)校等科研與公共服務(wù)共享平臺(tái)，形成多學(xué)科、多團(tuán)隊(duì)、多技術(shù)、多資源的協(xié)同互補(bǔ)體系，形成基礎(chǔ)研究、工程攻關(guān)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化、社會(huì)服務(wù)、人才培養(yǎng)等方面的集成創(chuàng)新體系，有效推動(dòng)高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)工作的開(kāi)展，促進(jìn)高校創(chuàng)新人才的培養(yǎng)?；蚬こ膛c各學(xué)科的交叉與融合，使得基因工程成為一門(mén)應(yīng)用學(xué)科。

基因工程(geneticengineering)，又稱(chēng)作基因拼接技術(shù)、DNA重組技術(shù)，是以現(xiàn)代分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，以現(xiàn)代分子生物學(xué)和微生物學(xué)方法為手段，在體外按照預(yù)定結(jié)構(gòu)將不同來(lái)源的基因構(gòu)建成雜交DNA分子，再導(dǎo)入活細(xì)胞，從而改變基因特性，獲得新品種，生產(chǎn)新產(chǎn)品?；蚬こ虖?qiáng)調(diào)將外源DNA分子結(jié)合在一個(gè)新的宿主上進(jìn)行繁殖復(fù)制，通過(guò)工程學(xué)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和操作，從而使基因工程技術(shù)能夠突破自然物種的障礙，突破原有的生物種間的局限，使其具有更大的潛力。

當(dāng)人們要應(yīng)用基因工程的各項(xiàng)技術(shù)的時(shí)候，往往要借助物理和化學(xué)工具，這就是基因工程與物理與化學(xué)的交叉。例如：如何將目的基因?qū)胧痔峒?xì)胞中的磷酸鈣沉淀法、脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染法、顯微注射法等，都是目前基因治療與轉(zhuǎn)基因中常用的一種方法，在臨床上都有很好的應(yīng)用。

基因本身就是一種化學(xué)物質(zhì)，在最初的研究中就是用了分析化學(xué)物質(zhì)的方法進(jìn)行研究，從DNA到核苷酸再到堿基?；谄矫嫖⒓?xì)加工技術(shù)的微流分析裝置和系統(tǒng)的建立，實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)胞、蛋白質(zhì)、核酸等生物成分大量信息的檢測(cè)，基因芯片也是基因和物理的完美結(jié)合。高密度基因芯片可同時(shí)解析多個(gè)基因，并精確解碼基因芯片(genesischip)。

與農(nóng)業(yè)院校合作，建立科學(xué)研究共享平臺(tái)。從最早的雜交水稻到現(xiàn)在各種轉(zhuǎn)基因食物，有關(guān)基因工程的研究日新月異。各種技術(shù)日趨成熟和完善，如：植物基因的分離，基因工程載體的構(gòu)建，細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化細(xì)胞的組織培養(yǎng)，植株的再生，檢測(cè)外源基因的表達(dá)等[16]。

與醫(yī)學(xué)院校合作，建立精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)共享平臺(tái)?；蛑委熯z傳性疾病是指應(yīng)用基因工程技術(shù)根治遺傳性疾病，通過(guò)向患者體內(nèi)輸入正常的基因，達(dá)到糾正致病基因缺陷的目的。糾正的途徑既可以是原位修復(fù)缺陷基因，也可以是將有功能的正常基因轉(zhuǎn)到替代缺陷基因發(fā)揮作用的細(xì)胞基因組的某一部分。

建立公共服務(wù)共享平臺(tái)，協(xié)同地方政府共同推進(jìn)?；蚬こ虒O大地改變?nèi)祟?lèi)的生命和生活面貌，例如：基因制藥，基因診斷，基因治療等技術(shù)。與地方政府合作，利用基因工程生產(chǎn)更多的基因產(chǎn)品造福社會(huì)。

5 建立多元化課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系的思路

在基因工程教學(xué)過(guò)程中，能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)和了解學(xué)生的日常學(xué)習(xí)狀態(tài)和創(chuàng)新實(shí)踐能力，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、過(guò)程性學(xué)習(xí)和體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，在線測(cè)試(電腦客戶端、手機(jī)APP)、在線答疑(QQ群、空間、郵件、微信等)、在線提交作業(yè)批改和線上線下交流討論。校內(nèi)教師和企業(yè)導(dǎo)師通過(guò)建立線上線下相結(jié)合、過(guò)程化和終結(jié)性課程考試相結(jié)合的多元化考核評(píng)價(jià)模式，及時(shí)調(diào)整和完善教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，并根據(jù)線上線下學(xué)員考核結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

考核內(nèi)容主要包括：

(1)是否能獨(dú)立完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中考點(diǎn)包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否完整、實(shí)驗(yàn)原理是否準(zhǔn)確、操作方法是否規(guī)范、實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否合理、考核是否已經(jīng)完全將理論與實(shí)際結(jié)合起來(lái)，如：校內(nèi)操作即由校內(nèi)導(dǎo)師給出考核結(jié)果等；

(2)能否獨(dú)立生產(chǎn)一個(gè)基因產(chǎn)品，在企業(yè)中參與實(shí)踐是否過(guò)關(guān)，生產(chǎn)產(chǎn)品操作是否規(guī)范，基因產(chǎn)品是否標(biāo)準(zhǔn)等，校內(nèi)教師和企業(yè)導(dǎo)師同時(shí)給出考核成績(jī)；

(3)能否獨(dú)立完成一篇與課程內(nèi)容相關(guān)的課程論文，論文選題是否在基因工程涉及的范圍內(nèi)，論點(diǎn)是否新穎，內(nèi)容是否豐富，結(jié)論是否正確，參考文獻(xiàn)引用是否規(guī)范等，校內(nèi)教師按照實(shí)際情況給出考核成績(jī)；

(4)能否獨(dú)立完成線上和線下測(cè)試試題，客觀題能否正確完成，主觀題能否具備自己的觀點(diǎn)，按照正確答案，出題者給出考核成績(jī)。

最后基因工程的評(píng)價(jià)考核由平時(shí)成績(jī)+實(shí)踐成績(jī)+期末成績(jī)?nèi)糠謽?gòu)成，具體比例根據(jù)實(shí)際情況給出。

6 新工科理念下，基因工程課程教改效果的創(chuàng)新展望

基因工程是一門(mén)在分子生物學(xué)基礎(chǔ)理論研究和農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代生物技術(shù)中的領(lǐng)先學(xué)科。因此，生物技術(shù)、生物科學(xué)等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生對(duì)該技術(shù)的基本原理和基本方法的系統(tǒng)掌握，對(duì)于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)能力，具有十分重要的意義[17]。

目前，單一學(xué)科的發(fā)展已基本上可以宣告結(jié)束。從學(xué)科發(fā)展的角度來(lái)說(shuō)，“工”跟“理”逐漸靠近，“基礎(chǔ)研究”跟“高技術(shù)”越來(lái)越接近[18]。加強(qiáng)應(yīng)用、服務(wù)社會(huì)，不僅是現(xiàn)代大學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)，更是大學(xué)學(xué)科建設(shè)的強(qiáng)大動(dòng)力。鼓勵(lì)工業(yè)企業(yè)積極投身于基因工程教育的各個(gè)環(huán)節(jié)，結(jié)合人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)需求，通過(guò)創(chuàng)新構(gòu)建基因工程課程教學(xué)體系、實(shí)踐教學(xué)體系、改革實(shí)踐多學(xué)科交叉融合平臺(tái)和多樣化課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系，積極探索基因工程教學(xué)在新工程背景下的新思路、新方法。改革傳統(tǒng)教學(xué)方式和教學(xué)模式，重視對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)和鍛煉，積極大力培養(yǎng)[19]高素質(zhì)創(chuàng)新型專(zhuān)門(mén)人才。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，構(gòu)建新型教學(xué)體系、運(yùn)用創(chuàng)新教學(xué)手段、全程與企業(yè)合作、構(gòu)建實(shí)操實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系、搭建多學(xué)科交叉融合研究平臺(tái)、建立多元化課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系，真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)人才需求方向的把握、本土資源的充分利用、產(chǎn)教融合的深化、校企合作的深化、育人協(xié)同的目標(biāo)。才能充分利用學(xué)科整體優(yōu)勢(shì)，主動(dòng)引領(lǐng)未來(lái)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)應(yīng)用科學(xué)向工程化拓展，推動(dòng)學(xué)科交叉融合、跨界融合，打造新技術(shù)、培育新的工程領(lǐng)域，推動(dòng)科學(xué)教育有機(jī)融合。