基于“新農科”背景下科研素質培養在基因工程課程的教學改革的實踐

李濤濤 楊丹丹 樊鑫 許孝蘭 李冰冰

摘??要：基因工程是生物工程和生物技術專業的核心課程，是整合諸多行業發展的關鍵學科，因此從根本上提高基因工程的教學質量，也是促進基因工程課程發展的關鍵因素之一。通過基因工程課程的學習，可以培養學生的科研興趣，訓練學生的試驗設計能力、提升學生的科研素養。本文主要從優化課堂內容、完善試驗體系、完善評價指標等方面出發對基因工程課程教學改革提出具體建議，從而達到提高學生科研素養的目的。

經過近40年的發展，基因工程技術已經成為近現代生物領域里的核心技術之一，目前基因工程廣泛應用于農業、醫療衛生和環境保護等多個方面。因此，許多高校相繼開設了生物工程這門課程，使學生掌握基因工程的基本原理、研究方法和實踐應用成為一種發展趨勢。基因工程是一門以分子遺傳學為基礎研究理論，理論性和實踐性都很強的課程，因此，通過理論與實踐相結合可以有效的提高學生的綜合素質、科研能力以及自主探索能力[1]。科研素質是學生從事專業理論課程學習和科學研究必備的素質，在基因工程課程中培養學生的科研素養對于學生的整體素質提高具有非常重要的作用[2]。河南省作為農林大省，河南省按照新農科建設部署，加快高等農林教育改革，持續提升人才培養質量，致力培養新時代農科人才。而我校作為涉林高校，如何優化調整課程改革顯得尤為重要，因此，本研究主要基于“新農科”背景下科研素養在基因工程課程教學改革中進行深入研究。

一、目前高校基因工程教學過程中存在的問題

隨著現代教學方法和教學理念的實踐化應用，許多高校的基因工程課程質量都有所提高，但是依據于目前的教學情況，依然存在一些問題急需解決，具體如下：

（一）教師講授課程重理論而輕實踐

目前，高校的基因工程課程都以多媒體的形式向學生展示，但是大部分老師側重點還是某個原理的掌握，主要以文字敘述為主，側重于學生的強制記憶，而忽視了實踐，不能有效引入目前基因工程原理在生產生活中實踐的具體案例，導致課堂空洞，學生缺乏興趣，從而導致課堂教學效果下降[3]。另外，許多學生從未閱讀過科技論文，不了解目前的研究進展和發展前景，導致學生對該門課程的重要性不能有效把握，從而導致其教學效果的下降。

（二）基因工程試驗課程缺乏創新

許多教師在設置基因工程課程試驗過程中，都以質粒的提取、核酸回收、載體構建作為核心的研究內容，隨便找一些模板讓學生自主動手試驗，這些實驗課程的設置對于學生缺乏興趣，不能激發其探索欲望[4]。還有部分教師五年前的試驗內容，五年后依然如此，不能緊追時代改革步伐，只是為了完成自身的教學任務，嚴重影響基因工程課程的在實際應用中的展開。

（三）評價標準不夠完善

目前，許多高校對于學生成績最終的評價指標依然只有考勤、課堂表現、考試成績和試驗成績，對學生科研能力和科研素養的考核幾乎沒有涉及，因此，應該進一步完善課程評價標準，將科研素養的考核融入到教學、試驗設計和考試過程中，從而全方面的考核學生，提高學生的實際掌握能力。

（四）認知偏差

目前，生物類學生都以考研作為大學四年的目標，在前期的學習中，他們通過對學長和學姐的咨詢，大部分了解到考研的科目為生物化學、細胞生物學和普通生物學等，幾乎沒有專門考察基因工程這門課程，因此，學生意識不強，認為基因工程課程不重要，不會對其認真對待，導致其課堂學習勁頭不足，學習效率差，從而使教師的課堂效果大打折扣。

（五）接觸實踐應用機會的匱乏

四年的學習生活，學生基本在校園內生活，很少有機會進入企業，觀摩和學習真正的現代化生物制藥企業目前的發展情況，理論與實踐脫節，導致其對生物專業認知產生偏差，導致學生學習興趣降低。另外，普通本科院校每年在邀請高水平大學教授或者知名學者的機會很少，學生很少有機會能夠與高水平大學的老師學習，機會的匱乏導致學生對基因工程專業就業前景也感到擔憂，從而影響學業。

二?基于提高學生科研素養的課程教學改革建議

（一）增加前沿文獻導讀在課堂中的應用

要在課堂上培養學生的科研素養，首要任務是在課堂中引入科研成果，在理論講授的同時，結合于教師自身的科研經歷，或者最新的研究報告或者進展，理論聯系實際，將問題拋出給學生，如果我們遇到同樣的科學問題，我們該以什么樣的方式去面對，去解決，通過引導學生去思考、去聯系、去設想，不斷讓學生思考問題，從而通過查閱資料，嘗試自身去解決問題，達到提高其科研素養的目的。如我們在講授基因工程載體構建過程中，可以將疫苗生產的技術理論和生產過程講述給學生，從而誘導學生如何自我設計課題、如何通過實驗證明一個猜測的正確性、如何設置對照試驗，從而使學生能夠對自身所學知識有更為全面系統的掌握基因工程的基礎知識，更能激發學生的學習興趣，感覺學有所用，從而激發其對基因工程課程學習的興趣。另外，通過了解發現，在第三節課學生都已不想聽講，注意力不集中，教學效果差等特點，目前我們也在嘗試在三節聯排的課程中，最后一節課交給學生來講授，教師作為補充，主要的方式為在上周理論課上完時，布置一篇最近的與基因工程方面有關的英文文獻，讓學生去閱讀文獻，翻譯文獻，并做成PPT，在最后一節課向同學們展示核心內容，這樣的結果使學生不僅提高了對英文文獻的認知，而且提高了學生的積極性，能夠理論聯系實際，更為重要的是可以潛在的提高學生的科研素養，長期來講，也可以為學生進入碩士階段，組會做匯報提供一定的鍛煉機會，從而提高學生整體的科研素養。

（二）構建探索型試驗體系

突出“以學生為本”的現代教育教學理念為核心，充分利用河南城建學院生命科學與工程學院省級生化工程和食品研究室為實驗平臺，以“生物工程綜合實驗”為教學內容，打破生物工程專業各門實驗課程單打獨斗局面，整合各門實驗項目，以“生物工程綜合實驗”為教學內容，從生物技術產業的上游、中游和下游來設計實驗。大幅度提高有利于能力培養的，有利于綜合素質提高的綜合性、設計性、研究性實驗在實驗教學中所占的比例。另外，加大探索性試驗的比重，激發學生自身的科研興趣，教師通過系統的教授其研究方法，讓學生自身去設計實驗、去感知試驗、去自主分析試驗結果。例如，新冠肺炎的檢測需要用熒光定量PCR的方法，我們通過設定一系列試驗對照，優化不同的試驗參數，讓學生自己動手，分析什么結果為陰性、什么為陽性、什么是弱陰性，從而讓學生以興趣為先導，激發其對結果的求知欲，從而查閱文獻，學習技術知識，通過反復多次試驗驗證自身的猜想，并通過試驗結果反饋思考，自身試驗設計的合理性在什么地方，優勢在什么地方，什么是自身沒有考慮到的因素，增強其主觀能動性。并通過自主設計實驗，老師對其進行修訂，而在實驗中，雖然理論知識掌握的很好，原理理解，但是做的結果可能與預期差距比較大，而如何分析和解決問題，將是科研培養的重要任務，教師通過對學生進行一對一指導，解決其在試驗中出現的操作不謹慎和試驗失誤等問題后，從而間接達到提高其科研素養的目的。

（三）鼓勵學生參與課題

為了有效提升學生的創新能力，教師可以在一定程度上鼓勵學生加入其科研團隊，我們學院推行大一學生進入后的學業導師制，這是一個非常好的機會，教師能夠第一時間接觸新生，并且鼓勵其加入自身的科研團隊，教師在科研過程中會申請到不同層面的項目，例如國家自然基金、河南省自然基金、河南省科技攻關、開放課題和橫向等，讓學生參與其中，通過一些研究課題，讓學生感覺自身是可以有所作為的，提高其對自我的肯定，增強其對課本知識的理解，也增加其在考研過程中的分量，例如，我們教師團隊申請到的國家自然基金項目研究擬南芥花期調控分子機理，主要用的試驗技術手段即為基因工程課本所講述的，包含載體構建、遺傳轉化、陽性篩選與表達，以及蛋白分離提純，完全與書本講授知識所聯系，讓學生多多參與該課題，提高其創新能力，并將理論與實際相結合，從而提高其學習的積極性。另外，組建以研究生和本科生為核心的科研團隊，通過具體問題的分析和處理，從而培養其設計實驗、探索實驗和分析試驗的能力。

學生的學習能力提高離不開指導教師的諄諄教導，每個老師可以提前招募大一或者大二的學生進入科研團隊，前期主要跟著研究生和大三學生學習為主，學習到一定程度后，可以單獨為學生設計相對簡單的課題，讓其自己查文獻，找方法，教師為其指導，從而解決試驗中的問題，我們教師的許多課題都涉及到基因工程的原理和方法，例如，我們可以設計諸如“如何運用基因工程方法提高番茄的品質”、和“通過現代分子生物學和基因工程方法提高植物的耐旱性”等課題，讓學生能夠將基因工程課程與實踐結合起來，從而提高學生的主動性，并通過與課程學習內容的相互結合和反思，讓知識理論指導試驗，從而提高學生的科研素質。

（四）增強專業實習比重

在基因工程課程學習過程中，通過安排有效的實習活動，有效的培養學生的科研素養。主要通過設置一系列與教學有關，而且又是多學科交叉的實習企業，增強學生的科研素養，例如，學生在學習疫苗生產制備的課程中，可以到我們的校企合作單位河南真實生物科技有限公司進行學習，學習關于抗艾滋病、抗乙肝、抗血栓類藥物的生產制備過程以及其原理，從而增強其對該方面課程的掌握，通過校外公司的實習，布置學生以“對目前幾種疫苗制備方法的學習，獨自設計能夠有效阻斷新冠肺炎傳播的疫苗”為作業，不僅增強學生對基因工程課程的興趣，也增強其理論與實踐相結合的能力，從而間接提高學生的科研素養。另外，邀請一些公司的生物制劑的領導，來為我們的學生進行講學，主要通過將基因工程于科研實踐相結合的方法，分享目前某個領域最新的研究進展，從而讓學生對基因工程專業的就業前景感覺明朗，并且重視基因工程課程和科研素質的培養。

（五）增強考研引導作用

考研作為生物類專業的重要晉升手段，在學生的學習中占有非常大的比重，因此我們要在日常的學習中加大對學生的引導作用，鼓勵其考研，并將一些高校的考研真題與我們課堂講授相關的內容聯系起來，使其認識到基因工程課程的重要性。例如，在某大學的生物化學的考研真題中，就以“請設計實驗，從某生物材料中獲取目的基因，如何表達，如何分離蛋白產物，如何鑒定是所需的目的蛋白，并表述每部分運用的原理和技術方法”，想要答好此題，就需要用到基因工程的方法和原理，可以通過基因組方法直接獲取目的基因，也可以通過RNA的方法獲取，甚至可以通過化學合成的方法。因此，教師要在課堂上多多引入相關的試題，讓學生加深對幾門生物主干課程之間的聯系，而且將來能夠應用于研究生考試當中，許多有科研經歷的學生可以很輕松將此題拿滿分，而沒有經過科研訓練的感覺無所適從，從而讓學生也更加的注重其科研素質的培養，融會貫通，將來在考研中立于不敗之地。另外，也可以讓做科研做的好的基因工程專業優秀畢業生對低年級學生進行宣講，多多闡述進入實驗室的好處，以及在考研中的應用，提高學生的關注度，也間接的增加學生對基因工程以及自身科研素養培養的意識。

（六）完善評價標準

原有的基因工程考核過程中，主要依據于課堂表現、考試成績和試驗環節三塊，但并沒有內容對其科研能力進行考核和判斷，因此要將科研素質培養作為其考核的重要內容，要將科研素養的考評置于隨堂檢測、課后作業、考試、以及試驗中，例如，在課后作業中以“在水稻產量穩步增加的基礎上，其口感顯著下降，請以基因工程方法設計實驗，如何提高水稻的品質”為題，讓學生查閱文獻，設計實驗，在督促學生課下學習的過程中，也將一定的科研訓練融入其中，而且內容富于變化，讓學生也有新鮮感，也有好奇心，而且能夠提高他們的主觀能動性;另外，將學生在科研團隊中的表現也納入到課程考核中，通過對其團隊老師處了解學生在日常科研中的表現，給予一定的分值，間接促進學生做科研的積極性，也可以將學生參與發表的科技論文和科研項目作為其成績的一部分，課程授課完畢后，收集學生自己發表的論文，或者參與老師的論文和科研項目，賦予一定的分值，這樣可以給予學生對科研更高的關注度，從而增加其在科研方面的時間投入，慢慢培養其興趣，潛移默化的影響學生，最終達到提高其科研素養的目的。

（七）充分運用網絡資源

網絡資源目前已經發展為許多學科的輔助教學手段，基因工程課程本身都是以試驗作為核心的課程，因此，更應當充分利用網絡上的資源，特別是慕課、學習通和等網絡資源，多提示和安排學生通過網絡學習理論和試驗內容，從而輔助基因工程教學過程中試驗與課程銜接不緊湊的缺點，使學生能夠及時的反饋所學中遇到的問題，而且根據課程中的內容設計實驗，從而提高學生的科研素質。另外，教師可以利用網絡資源，在學習過程中，針對性的讓學生學習與基因工程課程研究內容緊密相關的某個專家的學術講座，讓學生學會如何去聽學術講座，如何把握好學術講座的重點內容，通過反復學習，使得學生與自己的專業知識緊密結合，從而提高學生的科研素養。

結語

基因工程是一門實驗性和應用性極強的學科，在生命科學的發展領域占有非常重要的地位，我們通過對基因工程課程改革的探索，深刻感受到在新時期課程改革的重要性，如何能夠培養好人才對于科學和社會的發展至關重要，因此，我們要適應新時期的發展需求，注重課程過程中對學生科研素質的培養，通過教學方式的改變、網絡資源的利用、理論與實習內容的銜接等方法，使學生真正的喜歡基因工程課程，促進學生科研素養的提升，形成關注社會科技最新進展的良好習慣，成長為具備較高科研素質的復合型人才。

參考文獻：

[1]陳亮，易繼財，黃巍：?基于科研素質培養的基因工程課程教學改革研究[J].?現代職業教育，2021;28.

[2]魏娜：?基因工程實驗課程教學改革研究——以武漢工商學院為例[J].?科教文匯?，2018;410.

[3]李巖，趙懿琛，趙德剛：?基因工程原理課程教學改革與實踐[J].?教育教學論壇，?2020;22.

[4]許崇波，彭凌，劉博婷：?基于應用型人才培養的基因工程課程建設與教學改革[J].?生物學雜志，2019;36.

基金項目：河南城建學院高等教育教學改革研究與實踐項目（2021JG037和2021JG039）

作者簡介：李濤濤（1989—??），男，河南洛寧縣，博士研究生，理學博士，副教授，研究方向：植物逆境分子生物學。

*通訊作者：李冰冰（1964—??），女，河南西華縣，博士研究生，理學博士，教授，研究方向：食品生物化學。