生物技術基礎課程教學創新探討

胡曉清 王小元 徐美娟 饒志明

摘 ?要：針對生物技術基礎課程課堂教學中存在的問題，創新探討了多種教學模式，包括凝練、調整并優化教學內容，引入討論式、啟發式教學方法，采納多元化及前沿探索式教授方式、幫助拓展學生課外學習資源及能力等。使生物技術基礎課程教學內容更豐富、形式更生動，成為學生認可與歡迎的專業基礎課程之一。

關鍵詞：生物技術基礎;教學內容;啟發式教學;前沿探索

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）18-0029-04

Abstract： In view of the problems existing in the class teaching of the course of Principles of Basic Biotechnology， the current study innovatively explored a variety of teaching modes， including focusing， adjusting and optimizing the teaching content， introducing discussion-based and heuristic teaching methods， adopting diversified and frontier exploratory teaching methods， and helping to expand students' extracurricular learning resources and abilities. These strategies enriched the teaching content and form of the basic course of biotechnology， thus this course has become one of the professional basic courses recognized and been welcomed by students.

Keywords： Biotechnology Foundation; teaching content; heuristic teaching; frontier exploration

生物技術基礎是一門具有基礎和通論性質的專業核心課程，旨在幫助學生把握生物技術的全貌和普遍規律性的知識。生物技術基礎涉及把握眾多知識面，與后續“生物化學、分子生物學、基因工程、微生物學”等課程相互重疊。介紹深刻改變人類醫療衛生，農業、人口、環境和食品狀況的生物技術基礎理論，包括轉基因技術、克隆技術，生物信息技術、酶與發酵工程，干細胞組織工程技術、基因組和蛋白質學技術，生物芯片技術、高通量篩選技術等尖端技術，此外還引入現代尖端和新興領域的生物技術應用及引發的變革，并審慎地選擇了生物技術爭議性領域內容熱門話題和實例剖析，引導和激發學生體會學習經典與新潮生物技術的熱情。

本課程培養目標在于，通過本課程的學習，學生具備以下素質、技能、知識和能力：1. 生物技術研究領域的重大理論和基本原理;2. 生物技術研究領域的重要技術原理和方法;3. 生物技術研究領域的專業英語與外文閱讀。因此如何在有限課時內做到高屋建瓴式講解，讓學生能提綱挈領領悟生物技術核心基礎知識點，為授課教師提出了較高要求。

本文作者大多為生物技術領域教學科研的一線工作者，通過多年教學實踐發現該課程教學存在著以下問題：1. 教授程度的深淺難以把握準確，需要考量如何與高中知識有機銜接，同時避免與后續專業課程（分子生物學、細胞生物學、遺傳學等）太多重疊;2. 由于課程延續傳統教學方法，以講授理論知識為主，對最新生物技術前沿的了解不足，導致學生參與度不高、學習積極性較弱;3. 課時數相對偏少，但內容繁多瑣碎，需對教學內容進行選擇性精簡、凝練與優化;4. 課堂教學存在教學方式單一、科研探索性知識較少、師生交流互動不足等一系列問題，忽視培養學生創新精神培養，對生物技術基礎知識中如何發現、分析和解決問題的了解度不夠;5. 課程考核方式過于簡單，缺乏多元化的考核形式，導致學生一切為了考試，學習為了做題，影響了生物技術基礎（雙語）課程教學效果。

基于此，我們通過凝練、調整并優化生物技術基礎課程教學內容，結合重要知識點的提出、爭論、論證、完善歷程，引入討論式教學，啟發學生深刻領悟該知識點的內涵和外延;此外，作者還采納多元化教授及前沿探索式的教改思路，創新生物技術基礎課程教學模式，提高學生的專業積極性和學習效果，為生物技術基礎的課程改革提供了寶貴經驗。從以下幾方面做一下介紹。

一、凝練、調整并優化教學內容

（一）與高中階段已有生物知識有機銜接

學生在高中階段已經學習過一些生物學的基礎知識，生物技術基礎是生物技術專業的入門課程，如何將中學知識和大學知識有機的銜接起來并循序漸進非常重要。對于學生而言，如細胞結構、核酸結構、遺傳定律等基礎知識均已非常熟悉，所以在課程中對于這些已經學習過的基礎知識不做過細講解，而僅對某些關鍵名詞（如生物技術的類型、基因和基因組、重組DNA技術、DNA指紋圖譜）內涵和外延加以講述，然后讓學生結合教材進行課后自學（如微生物產品、生物修復、生物技術監管等），并在課后查閱相關資料及研究進展（如CRISPR-CAS9基因編輯技術），在考試題目中適當加入基礎知識的考點，以保證學生有較好的自學效果。

（二）與大學階段后續專業課程協調

生物技術基礎是一門具有基礎和通論性質的課程，它的任務是幫助學生了解生物技術的全貌和獲得普遍規律性的知識。生物技術基礎涉及的知識面非常廣泛，與后續授課多門專業課如分子生物學、發酵工程等課程相互重疊、滲透、聯系。專業基礎課涉及面廣，很難做到面面俱到的講解，因而需要根據學科專業的設置、后續專業課程的重點，對教學內容進行合理濃縮和凝練，聚焦于基礎性、通識性知識點的闡釋（如PCR基本原理及步驟、基因組基本組分），避免不必要的細節講解（如PCR具體條件、基因組具體組件和功能）。盡量把詳盡的論述留給后續的課程。在確定生物技術基礎教學內容時，處理好學科課程整體與局部的關系，將各門課程放在一起全盤考慮，做到既不疏漏關鍵，也不過分重疊。

二、引入討論式、啟發式教學方法

（一）啟發式的關鍵技術教學

根據生物技術基礎教學大綱，教師在備課時首先設計成一系列啟發性問題，讓學生在課堂上帶著問題聽講（如遺傳學三大定律在什么背景下誕生？提出和發展經歷了什么歷程？），通過引導學生思考、回答、點評，然后將這些問題由淺入深逐步地展開，將教學內容融入到問答之中，使學生帶著問題思考、學習（如孟德爾遺傳學定律如何提出、修正、完善），從而有條理的、系統的理解吃透教學內容（遺傳學三大定律的科學內涵及劃時代意義）。

（二）討論式的核心理論探究

討論式教學注重師生互動，是學生在教師指導下就某個知識點交換看法、互相啟發從而獲取知識的一種教學方法。在生物技術基礎課堂中經常穿插討論，尤其是針對最新的技術手段的原理和應用（如基因指紋圖譜用于法醫學鑒定），學生們具有濃厚興趣，這對于活躍學生思維、激發學生學習興趣、發揮學生學習積極主動性、提高學生的分析、思考、表達等各方面能力大有裨益，比如如何利用植物組織培養繁育名貴白茶和蘭花。在課堂上對一些存在質疑的問題，引導學生討論，達到以疑解惑的目的，使學生對所學知識融會貫通。

三、采用學生專題展示、師生互動式授課方式

（一）學生專題展示及答辯

生物技術基礎既有經典傳統知識，又有前沿技術介紹，在學習過程中需要引入生動活潑的教學形式。教師可以按不同的教學知識點，精心安排多個專題，設置演講主題（如耐藥性細菌的出現及機制、環境污染治理的生物技術），把學生的興趣迅速轉移到學習上來，使學生產生高昂興趣和精神振奮的心理狀態，情不自禁地進入到教學之中。通過多媒體課件的展示， 用直觀動態的畫面、豐富逼真的色彩、加深了學生對教學內容的理解，把枯燥抽象的問題具體化，把看不見摸不著的問題趣味化，通過演講活動激發大家對生物技術基礎的學習興趣。通過演講，學生們既能了解學科前沿、開闊眼界，又鍛煉了學生查閱文獻、分析綜合知識、制作PPT幻燈片，以及臨場講演的能力，激發學生的學習興趣和熱情。

以“微生物細胞”知識點為例，由于同學們幾乎沒有接觸微生物實驗，對這種細胞尺度在微米的生物體活動缺乏直觀認識，為此我們制作了“細胞內正在發生的故事”的教輔材料，結合哈佛大學的3D圖片，以及“細胞內正在發生什么”的小視頻，為同學們進行了導論性質的微生物細胞介紹，加深了同學們對細胞組成、細胞外壁成分、真核細胞器、能量代謝、新陳代謝等生命事件的領悟，為后續知識點如“微生物基因工程”“微生物育種”“微生物代謝工程”“微生物發酵工程”等奠定了堅實基礎。

（二）師生課堂內外互動

當前的大學生都是95后青年，標新立異，思維活躍，如何在課堂上讓他們對講授內容產生興趣需要技巧和耐心。如我們在課間引入 “你細胞內正在發生的事（哈佛3D動畫小視頻）”、“芝士就是力量！自制馬蘇里拉奶酪”、“有一種超級細菌，聽上去真的很可怕”來引發同學興趣。任課教師要和學生互動，除了要有和藹可親的教學態度，課下也將與學生多交流，我們在課后也與同學積極溝通，為他們對生物技術就業、考博出國等出謀劃策，構建和諧的師生關系。教師應從專業角度出發，為生物技術基礎課學習提供有效的指導和幫助。

四、拓展學生主動拓展及課外學習能力

生物學精品課程網站推介。生物技術基礎理論大多來源于實驗，因此為了更好捋清來龍去脈，僅僅靠有限的課堂講授是不夠的，需要在課外多實踐多思考。多個生物學精品課程網站是全開放式的，如open courses。教師可以根據教學內容進行推薦，引導學生根據自己的學習興趣選擇性地學習。另外和生物學相關的專業網站很多，比如NCBI、丁香園、小木蟲、生物通等網站，學生能找到自己感興趣的內容。學生查找文獻的需求還不突出， 有時還有死摳教材的陋習， 為盡快轉變學生的思維方式和學習習慣， 開闊專業視野、跟蹤最新文獻、掌握查找專業文獻的能力顯得非常重要。我們在課間向學生們詳細介紹江南大學圖書館檢索系統（http：//lib.jiangnan.edu.cn/），包括圖書、期刊、報紙、專利、學位論文、標準、外文文章等;以及英文網站國立生物技術信息中心NCBI （https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/）的內容，包括基因、基因組、蛋白、文獻等，針對當時全球研究熱點，輸入不同檢索關鍵詞進行檢索，尋找全世界范圍內的研究論文和結果，激發了同學們探索生物技術未知領域的激情，也為他們以后查閱文章提供了便捷途徑。具體如下：

綜合型數據庫NCBI，這也是包括生物技術在內的生物類及醫學類專業學生后續學習和研究的重要數據庫，同時也是生物技術基礎課多個知識點的來源，里面囊括了全核苷酸數據庫、蛋白質數據庫、基因組數據庫、結構數據庫、三維結構域數據庫、UniGene數據庫、PubChem Compound數據庫、癌癥染色體數據庫、探針數據庫等，更重要的是有各類期刊數據庫。課堂上我們會抽出五分鐘左右時間，對課堂知識點在PubMed做最新研究進展的檢索，而且在期末歸納總結時，同樣會對該領域的最新發展做第二次檢索，對研究中涉及的關鍵生物技術做介紹，一方面將碎片化的知識點通過研究論文的形式串聯起來，讓還未接觸實驗的同學們有一個形象而具體的認知，另外一方面，我們拓展了同學們主動學習能力。

五、開拓學生在生物技術領域的國際視野

生物技術領域是個全球研究者合作與互動頻繁的領域，這需要同學們放眼世界，了解國際上同行在做什么有助于本課程教學。首先我們強化雙語教學，聚焦生物技術領域中“基因克隆、細胞工程、酶技術、工業發酵”四大領域的近千個關鍵的專業英文詞匯，涉及生物技術基本理論和主要技術，使學生掌握具備深入閱讀外文文獻的能力。其次，我們邀請了國際著名專家，針對課程中重要知識點為同學們開展專題講座，以下以“醫學生物技術”章節為例加以介紹。

包括超級細菌在內的耐藥性細菌的出現為人類健康帶來了巨大隱患，如果防控耐藥性細菌也是國際研究熱點，加深同學們對這一熱點的了解，我們邀請了哈佛大學醫學院附屬麻省總醫院光醫學中心助理教授戴天紅做了專題學術報告（http：//news.jiangnan.edu.cn/info/1133/54123.htm）。近年來戴教授先后主持了美國國家健康研究院，美國國防部（DoD）等基金課題10余項，發表科技期刊論文80余篇，研究成果先后在美國國防部五角大樓頻道、美國科技日報、美國微生物現狀、麻省總醫院《先驅雜志》等媒體上專題報道。戴教授結合他在光醫學治療感染性疾病領域開展的多年系統深入研究，特別是在運用藍光治療感染性疾病方面的研究經歷，對耐藥性細菌的來龍去脈（包括產生、進化、傳播、控制）做了深入淺出的介紹，受到了廣大同學們的熱烈歡迎。同學們踴躍提問，對醫學生物技術產生了濃厚興趣。

六、積極在課堂外檢驗并強化課堂上知識點

室外教學是讓學生走出課堂，走出校園，到自然界觀察學習生物學知識。我校位于長廣溪濕地公園附近，校內也有生機盎然的小蠡湖，各類動植物及微生物資源豐富，對于學習生物技術基礎課程的環境保護和生態學這兩部分內容得天獨厚。引導學生深入小蠡湖湖邊和長廣溪濕地公園，邊觀察、邊學習、邊記錄，達到對環境保護和生態學的了解，在大腦中形成對生物多樣性的感性認識，增強學生記憶效果，拓展學生的知識視野。為加深對“發酵工程”（我校的傳統優勢學科）知識點的理解，我們在課后也積極組織同學參觀糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室的發酵中試車間，對啤酒及黃酒釀造中的微生物及大致工藝做了現場介紹;為增強同學們對“微生物的應用”知識點的認識，還組織同學們參觀食品科學與技術國家重點實驗室、教育部食品安全國際合作聯合實驗室。此外，我們還積極解答同學們在課外碰到的生物技術方面的疑問，如有同學在學校附近濕地公園發現葉片上類似“痘痘”的東西，不清楚是果實還是病害，我們引導他利用課堂上講授的知識點進行探究，通過文獻查閱、表型比對、環境分析，最終判斷為一種植物病毒，并對后續通過病毒培養、特異性基因鑒定給予了建議，這也是同學們第一次運用諸多生物學知識點進行學術探究，也是首次把所學付諸于實踐的嘗試，同學們興致盎然。在探索的過程中，同學們強化了對“植物培養”“植物病毒”“植物抗病”“脅迫與應激”多個知識點的學習與應用。這些多姿多彩的現場學習活動大大激發了同學們對生物技術基礎課程的學習熱情。

總之，我們通過一系列生物技術基礎課程教學方式創新和探索，著力于激發學生對生物技術基礎課程的學習興趣，提高教學質量，增強學生后續專業課的學習能力和專業英語能力，達到全面提高學生綜合素質的課程目的。并力圖通過大量調研并結合實際，嘗試引入多種教學方法，包括室外教學、網絡教學等。通過本教學改革實踐，使生物技術基礎課堂的教學內容更豐富、形式更生動，成為學生認可與歡迎的專業基礎課程之一，努力提升生物技術基礎課教學質量。

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