以科研項目為驅動的基因工程教學模式的初探

楊帆　李憲臻

摘 要：基因工程是一門針對生物專業的本科生開設的專業基礎課程，具有授課內容抽象、理論性強、理論與技術結合度高以及技術更新迅速等特點，能夠為醫藥、輕工、農業、化工、環境、能源等相關領域廣泛輸送人才。然而，現有的教學方式并不理想，導致理論與實踐脫節。本工作基于新工科人才培養模式、結合基因工程課程大綱，構建以科研任務驅動教學的新模式，該模式的探索有望提高學生對基因工程的學習積極性，為造就創新性人才打下堅實基礎。

關鍵詞：基因工程;新工科;科研項目導向

基因工程是20世紀70年代誕生的一門新興學科，主要是通過切、連、轉、篩和產這五個步驟，將供體細胞中的遺傳物質進行體外重組改造，而后轉入受體細胞中，賦予受體細胞嶄新的性狀。基因工程融合了生物化學、分子生物學、蛋白質工程等多學科的理論基礎，是一門實用性強的工具學科，其相關技術已經廣泛滲透到醫藥、食品、化工、農業以及能源等領域[1]。

作為一門專業基礎課，基因工程主要面向生命科學相關專業的本科生和研究生，旨在讓學生了解并掌握基因工程技術的基本原理和應用案例、提高學生的新工科的思維能力，并緊跟當今基因工程領域的前沿進展，具備分析解決基因工程實際研究工作中問題的能力[2，3]。目前，國內高校的基因工程授課普遍存在以下問題：（1）缺少與時俱進的、貼切國民生活和經濟生產實際需求的創新性課程內容設計;（2）缺少以學生為主體、有助于提高學生理解能力、創新能力和汲取知識的主動性的教學手段;（3）基因工程理論教學與實際科研運作嚴重脫節，造成學生即難以理解課上講授的諸多內容、繁雜原理和技術，又無法將所學知識合理運用到實際學術問題的解決之中;（4）學生學習效果評價體系單一，多依賴于考試成績的評定方式，未以提高學生的專業應用能力和解決問題能力為導向。因此，如何合理構建理論與實踐結合的知識構架、使學生由被動學習變為主動學習以及培養學生的新工科綜合素質成為基因工程課程教學所面臨的主要難點問題，同時也是傳統工科教育面臨的嚴峻挑戰。

近年來中國經濟和科技的飛速發展，為傳統的工科教育體系帶來了巨大的沖擊，為迎接這一挑戰，新工科應運而生。新工科人才培養主要圍繞以下幾點轉變展開：（1）從傳統考試考核導向的培養理念向成果導向轉變;（2）回歸“理性”的品格培養、注重全方位復合型人才培養;（3）著重內外部環境的協同和教學與科研的融合[4]。本文基于以學生為中心、反向設計、持續改進的人才培養思想，以基因工程相關的科研項目為驅動，將教學內容設計成具體的任務，進而提出問題引導學生分析問題、設計研究方案并解決問題，達到基因工程教學目標。讓學生秉持著積極的態度、利用理論和實踐有機結合的方式進行學習，有望進一步加強學生獨立探索的學習精神、個人專業能力、團隊協作能力和系統工程實操能力。

一、課程理論體系和教學體系的構建

（一）“一線兩基”理論體系的構建

為了培養本校生物工程專業學生的工程基礎知識水平和個人專業能力，在總體規劃和設計基因工程的教學內容時，根據本課程的科學性、先進性、系統性和工程性等特點，積極跟進國內外前沿的基因工程領域研究熱點和成果，著重經典理論與現代科技、理論知識與工程實踐之間的關系平衡。構建理論教學和科研任務“一條線”、基因工程原理基礎知識和實際應用基礎知識“兩個基礎”的新型教學體系[5]。

（二）多層次實踐教學體系的構建

為了鍛煉學生的實驗設計能力、團隊協作能力以及工程實操能力，本工作構建了基礎理論——科研項目——討論分析辯論——課程質量評價相結合的多層次實踐教學體系。基于該體系，建立四步啟發式教學法（CDIO）[6]，即項目構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）。首先，在學習基因工程理論知識的基礎上，向學生布置基因工程相關的科研課題任務，學生課下進行文獻調研，并在課堂和課下引導學生分組設計完整的課題研究方案，加深對基礎知識的理解;隨后，學生以PPT形式進行任務反饋，針對項目的擬解決問題進行分析、方案制定以及模擬實施結果，在課堂進行講解和討論，加深對理論體系和實驗操作體系的理解，形成以學生為授課主體，教師為課程主導的良性教學體系。

（三）討論和辯論教學法

本課程將基因工程研究內容歸納為基因的獲取和切、接、轉、篩、產六個基本操作流程，將上述課程大部分教學內容與實際科研項目有機地整合起來，向學生布置關于研發纖維素酶、脂肪酶等高附加值工業酶的枯草芽孢桿菌基因工程表達菌的科研任務。學生分為若干個小組，每個小組4-5人，利用課下整理、收集相關資料，撰寫相關研究報告，最后每組集中進行PPT展示和講解，其他組同學則可針對相關內容進行討論和辯論。學生在課下查閱大量最新的文獻，避免了課堂講授可能造成的片面性和知識的陳舊性。

二、《基因工程》課程質量評價實施及持續改進

基因工程的課程質量評價針對課程目標展開，分析授課學生的整體和個體對基因工程課程目標的達成情況。整體評價有利于及時察覺授課過程出現的問題，協助授課教師持續改進教學質量;個體評價則督促教師關注學生的個體差異，有助于針對具體的學生進行精準指導。

在本校生物工程專業的所有畢業要求中，基因工程主要支撐了4個畢業要求指標點，相對應的設定了4個課程目標，教學內容、考核內容及考核方式的設計全都圍繞著課程目標進行。具體內容及對應關系如下表所示。

基因工程課程目標達成情況按照以下公式計算：

∑權重×樣本學生在某課程目標相應考核環節的平均分值樣本中為考查某課程目標所設計的環節總分

以生物工程專業2016級生工161的考核結果為例，基因工程課程目標全部達成。其中，不同課程目標的評價值不同，目標4的評價值最低，表明學生對科研任務驅動的相關課程內容和授課方式適應性還有提高的空間，在今后的授課中，針對此目標涉及的教學內容，將繼續改進將科研任務引入課堂的方式，加大輔助學生課后調研、設計課題、課堂講解的力度，幫助學生在完成科研任務的同時加深對理論知識的掌握。

三、結語

傳統的基因工程授課方式通常以教師的課堂講授為主，忽略了學生的學習積極性和對相關知識點的消化能力。本工作堅持角色轉換，以學生為中心、以教師為主導，根據新工科中反向設計、持續改進的人才培養思想，以與實際生產工作息息相關的課題任務為驅動，合理設計教學內容和方法，進而通過授課教師來引導學生分析問題、設計方案解決問題，實現基因工程教學目標。有望進一步提高學生學習的主動性和積極性，強化大家的獨立探索精神、個人專業能力、團隊協作能力和系統工程實操能力。

參考文獻：

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

[2]吳愛華，侯永峰，楊秋波，郝杰.加快發展和建設新工科 主動適應和引領新經濟.高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

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

[4]唐曉旻，傅敏，王崇均，李寧，王小平，譚雪梅.基于微課和任務驅動教學法的課程教改探究.廣州化工，2017（4）：134-135.

[5]李修平，邵紅，張麗敏，吳恒梅，張衛東，趙雪，岳麗紅，李秀霞.研究性學習在基因工程課程中的應用研究.安徽農業科學，2015（43）：376-377.

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

作者簡介：楊帆（1982-），女，教授。

*通訊作者：李憲臻（1963-），男，教授。