混合式教學在新工科背景下“基因工程”教學改革中的應用

符丹丹，宮強，孫曉菲，李市場，邱智軍

（河南科技大學 食品與生物工程學院 ，河南洛陽 471000）

2017—2018年，教育部先后發布《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》《高等學校人工智能創新行動計劃》等文件，加快推進新工科建設。基因工程自誕生以來就深刻影響和促進了生命科學的發展，是探索復雜生命活動的重要工具。作為新工科背景下生物工程、生物制藥等專業的核心課程，基因工程具有理論內涵豐富、知識面較寬、技術更新換代快和應用范圍廣等特點。由于課程內容龐雜、微觀范圍知識點多，學生普遍反映教學內容太抽象、晦澀難懂，課堂趣味性不高，傳統的教學方式已無法滿足新時代課堂教學的需求，教學改革勢在必行[1]。

為配合教育部2019年發布的《關于一流本科課程建設的實施意見》中推動信息技術與理論教學深度融合、推動教學改革、聚焦教學創新、提高人才培養質量的文件精神，同時為了提高“基因工程”理論課程的教學質量和效果，課程教學組采取線上線下緊密聯系的混合式教學模式開展了教學改革的探索，充分利用超星等公共平臺的教學資源，在教學方法和教學手段等方面進行精心設計，一方面要把傳統教學中引導、啟發、組織和評價等教師的主導作用充分發揮出來，另一方面又能利用信息技術與微課、案例式教學、分組辯論和翻轉課堂等多種教學創新活動相結合，激發學生學習的興趣，加強師生溝通互動，充分發揮學生在學習上的主體作用。

1 教學內容的優化

1.1 重點突出

由于“基因工程”教學內容繁雜、知識點多，為了在限定課時內實現教學目標，要求教師適度精簡，對課程實施合理優化，做到重點突出。“基因工程”開設于三年級下學期，選修課程包括“分子生物學”“細胞生物學”“遺傳學”等，為避免教學內容的交叉重疊，對核酸提取、電泳和PCR技術等學生已掌握相關理論基礎的內容采用線上形式進行視頻自學，適當延長重點章節課時，對學生感興趣的部分進行拓展和延伸；對于知識點比較簡單但內容煩瑣的章節，如工具酶和載體等，經過分析整合之后以思維導圖的形式直觀地呈現出來，便于學生梳理和記憶；同時，通過在PPT課件中添加科普視頻和動畫特效等手段，將抽象、不易理解的原理和方法變得更加易于了解和掌握[2]。

1.2 及時更新，注意時效性

由于基因技術涉及范圍廣、進展日新月異，且新科技創新成果如雨后春筍層出不窮，因此課堂教學更應與時俱進、不斷創新，緊跟學科發展前沿動向。如在課堂教學中補充CRISPR/Cas9基因編輯技術、基因治療等前沿內容，引導學生解讀經典科研案例，提高學生參與的積極性。及時利用文獻查閱、微博或微信等平臺資源掌握學科最新研究成果并傳達給學生，充實學生的課堂生活，不僅有助于學生掌握基礎知識，感受基因工程在實際應用中的價值，還可以培養學生的科研探索精神，引發學生的科研興趣[3]。

1.3 突出應用價值

在新工科背景下的“基因工程”更注重理論聯系實際，以滿足工程教育專業認證對“重實踐、求創新”人才培養目標的需求。通過采用案例式教學，將課程與我國科技發展實例相結合，把我國科學家取得的杰出科研成果融入課堂教學，使學生充分了解我國科學家在科技創新等方面做出的貢獻。如以新冠肺炎病毒的檢測方法為例介紹逆轉錄PCR方法，以我國成功開發的多種新冠肺炎疫苗為例介紹基因工程載體，以我國科研團隊成功構建從二氧化碳到淀粉生物催化路線的重大科研突破為例介紹基因工程酶制劑等，以這些具有世界領先水平的重大原創科技成果激發學生的愛國熱情和科研激情[4]。

2 教學設計及創新

2.1 充分利用網絡資源的線上線下混合式教學

基因工程課程教學采用“課前線上預習—課堂講授—課后線上復習”三重機制，充分調動學生積極性和培養自主學習能力。（1）課前通過學校的在線開放課程平臺發布預習任務，讓學生自主預習線上資源、充分了解課程背景后內化知識，再帶著問題走進課堂，提升學習效率，有效提高教學效果。（2）教師課堂講授主要針對的是重、難點知識的解析，課堂中通過雨課堂或學習通等智慧教學工具隨時插入“課堂小測試”來提高學生注意力；還可通過“隨機點名”功能要求學生回答問題，并根據回答表現計入平時成績，調動學生積極性；還可開啟“彈幕”或“投稿”功能讓學生充分討論、及時交流。（3）課后通過布置思考題、網上測試題來完成對課堂教授內容的復習總結。

2.2 微課視頻完成線上課程

根據線上線下混合式教學要求，本課程要有6學時線上教學環節，有效縮短線下課堂教學學時，充分激發學生課外學習的積極性和主動性。一方面教師可根據教學大綱與課程進度，對課程章節的知識點進行分類，分別錄制微課視頻，每個視頻圍繞1～2個知識點，進行10 min左右的講解。另一方面教師也可將部分課程內容采用MOOC、SPOC模式的教學資源鏈接發布到班級群內，督促學生進行線上學習，提升課堂教學效果。

2.3 課堂辯論和小組討論相結合

課堂上在介紹緒論部分有關基因工程技術的利弊內容時，可將有關轉基因產品安全的熱點問題或爭議引入課堂，組織學生準備并分組開展課堂辯論，使教學的方式與手段更加多樣化。通過課堂辯論的訓練，培養學生檢索資料、匯總處理信息的能力，進一步復習和總結所學的理論知識，讓學生明白團隊協作的意義。

2.4 以學生為主體的翻轉課堂

2019和2021年在“基因工程”教學中都組織了“前沿我知道”的翻轉課堂教學活動：將所有學生分成多個小組，每組5～7人自由結合，選擇一項生物科學的前沿技術，如CRISPR/Cas基因編輯技術、癌癥免疫治療、第三代測序技術、合成生物學、基因療法、AI技術與智慧醫療等，完成資料搜集、一篇科技論文的撰寫和主題PPT的制作，最后每組選一名同學在課堂上進行講解，教師進行點評和分析，由所有學生無記名打分，并和論文得分綜合計為翻轉課堂得分。同學們對該教學模式的積極性很高，踴躍參與，學習熱情高漲。翻轉課堂活動不僅提高了學生科技論文撰寫能力、創新思維能力和溝通交流能力，還給他們提供了鍛煉演講表達能力的機會，對提升就業及考研面試應變能力有很大幫助[5]。

2.5 積極融入思政理念

教學組在保證課程教學內容質量與進度的前提下，還對“基因工程”中所包含的思政元素加以全面發掘，結合教學內容，尋找新的切入點，進一步探討思政教學與混合式教學方法的實施方式和路徑。搜集相關圖片、視頻資源信息，深入探索相關社會、道德、政治、人文元素，并根據時事熱點、國家發展需求、政策動向及時修訂，使思政教學回應社會熱點，貼近時代發展[6]。如講授緒論內容時，通過介紹多位諾貝爾獎獲得者的歷史功績，激勵學生熱愛科學，樹立為祖國繁榮富強奮斗終生的信念；講授基因工程的安全管理內容時，可對比袁隆平院士與賀建奎的事跡，讓學生明白科研人員應當具有的社會責任和擔當，遵守科研倫理審查要求，做一個知法守法的好公民。

3 考核方式的改革

單憑一份考卷的得分無法全方位評估學生的綜合學習水平，所以教學組摒棄以往單一的期末考試考核手段，科學設定考評方法、考核內容和考核過程，進而推動以學生能力訓練為導向的考評方法改革，使學生的“學習成績”客觀真實反映“學習成效”。

課程考核方式改革將結合課前預習任務表現（10%），課堂互動、討論、測試表現（20%），課后作業、期末小論文成績和翻轉課堂成績（20%），綜合期末成績（50%）多種方式對課程學習效果進行考核。避免了學生“平時不學習、考前拼命背、考完全忘了”的問題，更注重過程評價，公平公正地評價每位學生的綜合學習能力，學生平時投入的學習時間更多，成效更加顯著，不及格人數比例降低，平均分也提高了5%，學生評教成績更是逐年上升。

4 結語

根據信息化時代課程教學的新特點，充分利用在線優質教育資源，積極實施混合式教學改革，以促進教育信息化與課堂教學深入融合。“學無止境，推陳出新”，不僅需要教師深刻理解并細化知識點，不斷學習更新知識儲備，還要求教師之間相互交流學習、不斷探索多樣化的課堂教學模式，著力推動教學模式從以“教”為中心到以“學”為中心的轉換，重視學生的學習體驗。通過優化更新教學內容，實施微課線上教學、案例式教學、分組辯論專題、翻轉課堂以及課程思政等多種教學模式，使課堂氛圍更加活潑，學生學習主動性明顯增強，學習興趣顯著提高，提升了學習效果。從而真正實現提高教學質量、培育高素質人才的目的。