探究性教學策略在基因工程教學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 生命科學學院,蘭州 730070)

現代生物技術是21世紀三大高新技術之一[1]，世界各國紛紛出臺政策鼓勵其發展。我國政府也非常重視生物技術的發展，將其排在高新技術產業的首位，而現代生物技術的核心就是基因工程。基因工程是我校生命科學學院本科專業的重要專業課，教學質量直接影響到學習者的創新能力與專業素質的培養。

創新型人才是建設創新型國家、提升綜合國力的重要保證。作為培養創新型人才的重要載體和途徑，基因工程教學改革成為當前高等學校教學改革的研究熱點[2]。本人根據多年的教學實踐，運用探究性教學策略對基因工程進行了教學改革，建立了以創新型人才培養為目標的現代教學體系，提高了教學質量。

1 更新基因工程教學理念

隨著生物技術的飛速發展及高新技術手段的融合，舊的教學理念已跟不上時代的發展[3]。通過探究性教學策略的運用，結合學生自身的特質，在教學理念上實現兩個轉型，即“以教為主”向“以學為主”“以知識傳授為主”向“以能力培養為主”的轉型[4]，培養他們的創新能力和科學思維。

2 探究性教學策略在基因工程教學改革中的運用

2.1 精選教學內容，突出課程特色

新的生物技術研究成果不斷涌現，需要我們在教學中以教材為依托并與時俱進，將其引入教學中，增加授課內容的先進性[5]。基因工程與其他許多學科互相融合，該課程安排在第六學期，此時部分專業課已經或者正在開設，交叉重疊的課程內容容易使學生失去學習的興趣，為了使這門課程與其他課程的知識銜接并避免交叉，需要合理選擇教學內容， 使其成為連接生物學課程的樞紐[6]。我們通過發放調查表、修改教學大綱、開展“教學相長”主題班會等方式去除和其他課程重復的內容，篩選合適教學內容，提高教學的時效性。

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

2.2 運用現代化教學手段進行教學改革，拓寬學生知識面

現代大學生是伴隨“本土網絡”成長起來的一代，他們的生活離不開網絡和手機[7]，充分利用網絡信息可以為我們的教學和學生的學習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，通過獲得國內外著名高校的網絡課堂、課件供學生學習，讓學生在課堂上就可以掌握基因工程發展的前沿科學；其次，給學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，以時尚的方式給學生傳遞最新的知識[8]。

隨著多媒體教學的發展，傳統的教學手段已不能適應現代生物技術的發展，采用現代化的教學方法代替傳統教學手段成為教學發展的必然[9]。現代化的多媒體教學具有圖文聲像靈活多變并隨意組合的特質，把教學內容“化難為易”“化靜為動”，克服難以將基因工程抽象內容講解透徹的弊端。我們采用 Powerpoint等軟件制作課件，并結合動畫、影像等網絡資源實現可視化教學，使基因工程的教學更加直觀。例如利用可視化教學使DNA的半保留復制、DNA轉錄、蛋白質的合成與運輸等變得通俗易懂；動漫演示藍白斑篩選的α-互補現象、視頻播放酵母的雙雜交等使基因工程抽象的技術變得生動活潑，提高教學的時效性。

2.3 獨立設置實驗課程，開設學生感興趣的實驗項目

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

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

綜合性實驗不僅要體現出學科內小實驗的綜合，同時也要體現跨學科的大綜合，反映學科發展的趨勢及學科之間的聯系[15]。我們設計了綜合實驗“豬血清蛋白基因的克隆與表達”“細菌轉化方法的比較及條件優化”等。第1個實驗包括引物設計及目的基因PCR擴增、載體構建、克隆基因的測序、工程菌轉化及重組子菌落鑒定、重組質粒提取制備、SDS-PAGE驗證蛋白表達等內容；第2個實驗中有關細菌轉化的方法在理論課中都學過，學生可以根據理論課所學內容，設計新的方法并完成實驗，將不同方法所得到的結果進行比較，分析其優缺點。獨立設置的基因工程實驗課程訓練了學生的科學思維方式和實驗技能，為培養創新型科研人才打下了基礎。

2.4 科學合理地安排雙語教學，使授課內容和國際前沿科技成果接軌

隨著我國科技和經濟發展與國際聯系越來越密切，迫切需要培養一批具有國際視野和競爭力的人才，雙語教學是培養具有國際高素質創新人才的重要途徑[16]。我們在基因工程教學中采用雙語教學，既提高學生閱讀英語專業文獻的能力，又使他們更好地掌握教學內容。我校生物技術專業學生都是第一批次招收，入學成績較好，對雙語教學的熱情比較高。部分學生比較畏懼雙語教學，一方面因為專業基礎比較薄弱，另一方面學生英語聽說能力較弱而有所顧慮。針對這些實際情況，我們在教學伊始就加強對本門課程開展雙語教學意義的教育，并提前將用到的專業詞匯發放給學生，便于他們課前預習，提高教學質量。

在授課過程中，如果學生不能很好地跟上雙語教學的進度，就適當降低難度[17]。在實際教學中，以英語課件為主，采用先英語講述、再中文定期小結的教學模式。對于較難理解的內容，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。授課開始時充分調研，授課進行中利用發放調查表調查和學生單獨會談等方式，了解并確定合適的雙語教學難度。對于英語程度不同的班級，教學的難度依據學生的英語情況和專業課靈活調整。對于英語程度比較好且從入學初就堅定立志從事科學研究的學生，傳統簡單地雙語教學難以滿足他們的學習要求，我們就傳授他們利用PubMed、Highwire等數據庫檢索文獻的方法[18]，篩選代表專業領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薄弱學生的激勵。通過課程的改革和建設，培養學生用英語思維思考、解決問題，使之成為與國際接軌的創新人才。

2.5 教學與科研相結合，強化科研啟蒙，提升教學活力

教學是科學研究的基礎，科學研究是教學的提高和發展[19]。具體的實施過程中，我們調查發現學生對老師從事的科研項目特別感興趣，在教學中引入這些內容，讓學生感覺基因工程更加“接地氣”。比如在講授構建設計載體模塊的時候，我們以本實驗室構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，使學生領略多學科交叉研究的魅力。

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

2.6 舉辦課程辯論賽，提高學生學習興趣

運用基因工程技術的利弊兩面性，組織學生課程辯論賽，使教學方法與手段多元化[21]。我們嘗試組織了“轉基因食品是否安全”“轉基因生物是否安全”“人類能否研究克隆人”等辯題的課堂辯論賽，學生在實施過程中更加深入地掌握所學知識，增加小組成員間的協作能力和快速反應能力。另外教師通過有效、客觀的評價來保證課堂秩序活躍有序，激發學生參與的積極性，引導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，學生反映這種教學模式收獲很大，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

除了與教學內容與方法的改革有關，教學效果的提高更離不開考核內容與方式的革新[22]。 我們遵循結果評價與過程考核相結合的原則，將課程辯論賽、理論課堂表現、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，構建過程“考核多樣化”的效果評價體系。在閉卷筆試環節中，增加設計型考題，并適當引進國內著名院校的考研真題，注重學生基礎知識應用能力、思辨能力、創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%，全面考查學生對知識的學習程度。實踐表明，這種考核方式可以使自學能力強的學生脫穎而出。

3 探究性教學策略在基因工程教學改革中的效果評價

我們通過學生學習興趣、互動參與度、教學滿意度、總評成績進行調查與統計，來掌握探究性教學策略在基因工程教學改革中的效果。共調查了120名生物技術專業學生(表1)。通過問卷調查，反饋結果表明，學生非常喜歡這種探究性教學策略，促使他們的思想從被動接受知識到主動獲取養分的轉變。

表1 教學改革效果分析

4 結語

為了提高學生的綜合素質，教學工作者應該從學生為主體的特點和需求出發，不斷創新和改革基因工程教學模式。探究性教學策略的應用為學生提供了積極、開放且多樣化的學習氛圍，促使學生培養學習的主動性[23]。基因工程教學改革是一個系統工程，通過4年的教學實踐，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新形勢，獲得適合生物專業的一套教學模式。