基因工程原理與技術(shù)課程建設(shè)和教改探索

徐笑宇　董陳文華　字淑慧　劉濤　李建賓

［摘 要］基因工程是現(xiàn)代高校生命科學(xué)技術(shù)類專業(yè)的重要課程之一。作為生物技術(shù)的“四大工程”之首，基因工程的教學(xué)引導(dǎo)對生物學(xué)人才的培養(yǎng)影響深遠。進入21世紀以來，隨著生物化學(xué)、分子生物學(xué)和基因組學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的快速發(fā)展以及國家對生物經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)的持續(xù)大力支持，培養(yǎng)新農(nóng)科、新工科背景下的高質(zhì)量生命科學(xué)類青年人才愈發(fā)重要。文章以云南農(nóng)業(yè)大學(xué)國家一流本科專業(yè)生物技術(shù)專業(yè)的核心課程——基因工程原理與技術(shù)為例，從高水平一流課程建設(shè)和教學(xué)改革的角度，探索促進教學(xué)模式創(chuàng)新和發(fā)展的措施，以期進一步提高教學(xué)質(zhì)量，取得更佳的教學(xué)效果，進而更好地服務(wù)于國家和地方高等教育。

［關(guān)鍵詞］基因工程；課程建設(shè)；教學(xué)改革

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）22-0022-04

引言

當(dāng)前，生命科學(xué)已成為前沿科學(xué)研究最活躍的領(lǐng)域之一，生物技術(shù)是推進其發(fā)展的重要力量。云南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)開設(shè)于1998年，以培養(yǎng)具有扎實的生命科學(xué)理論知識基礎(chǔ)和能夠系統(tǒng)掌握現(xiàn)代生物技術(shù)實驗技能的“厚基礎(chǔ)、應(yīng)用型、國際化”高級專門人才為目標(biāo)。近年來，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)大力深化學(xué)分制改革，致力于建設(shè)一流的高原種業(yè)研究和轉(zhuǎn)化應(yīng)用平臺，打造具有重要科教影響力的區(qū)域種業(yè)科技創(chuàng)新高地。在此背景下，生物技術(shù)專業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展愈發(fā)重要，不僅是現(xiàn)代生物產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的核心，還對涉農(nóng)高等院校的學(xué)科建設(shè)、專業(yè)發(fā)展和就業(yè)保障具有重要意義[1]。

基因工程原理與技術(shù)課程是云南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)的核心課程之一。一直以來，基因工程技術(shù)都在生物技術(shù)領(lǐng)域中處于首要地位。進入21世紀以來，以基因工程為基礎(chǔ)的代謝工程與合成生物學(xué)理論技術(shù)不斷蓬勃發(fā)展，正逐步成為現(xiàn)代化生物農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)藥、綠色能源、食品消費、生物安全等領(lǐng)域的中堅力量[2]。因此，基因工程原理與技術(shù)課程是生物技術(shù)專業(yè)真正意義上的“第一課”，始終貫穿整個專業(yè)的教學(xué)實踐和人才培養(yǎng)過程。可以說，基因工程作為生物技術(shù)的“四大工程”之首，學(xué)生對其掌握和理解程度直接決定了學(xué)生后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)的質(zhì)量。

黨的二十大報告指出，必須堅持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力，深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，開辟發(fā)展新領(lǐng)域新賽道，不斷塑造發(fā)展新動能新優(yōu)勢。如何在黨的二十大精神指導(dǎo)下，進一步提升生物技術(shù)專業(yè)面向國內(nèi)外的競爭力和影響力，培養(yǎng)出更加符合國家需求的高水平人才，解決一系列生命科學(xué)“卡脖子”難題，已成為推動新農(nóng)科、新工科教育事業(yè)發(fā)展的主要挑戰(zhàn)和動力。

云南素有“植物王國”和“動物王國”之譽，復(fù)雜的環(huán)境條件孕育了豐富的生物多樣性，為生物技術(shù)科教產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有利的物質(zhì)基礎(chǔ)。云南農(nóng)業(yè)大學(xué)作為一所省級重點高校，在為祖國邊疆地區(qū)培養(yǎng)新農(nóng)科、新工科專業(yè)人才上一直任重道遠。借助云南省的區(qū)位和資源優(yōu)勢，以高原特色現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)為依托，著力打造以高水平課程建設(shè)為切入點的優(yōu)質(zhì)一流品牌專業(yè)，是促進學(xué)科專業(yè)綜合高質(zhì)量發(fā)展的有效舉措。本文以基因工程原理與技術(shù)課程的本科教學(xué)為出發(fā)點，對本門課程的一流課程建設(shè)和教學(xué)改革進行了探索，旨在為高素質(zhì)、高水平生物技術(shù)類人才培養(yǎng)提供參考建議。

一、 基因工程原理與技術(shù)課程的SWOT分析

下面以云南農(nóng)業(yè)大學(xué)為例，進行基因工程原理與技術(shù)課程的SWOT（Strength， Weakness， Opportun?

ity， Threat）分析。

（一） 優(yōu)勢（Strength）

本門課程經(jīng)過2021年申報和2022年評審，現(xiàn)已被列入學(xué)校B級課程和校級一流建設(shè)課程類別中，目標(biāo)是在學(xué)校“十四五”規(guī)劃的框架下，在2025年以前建成線上線下混合的高階性和創(chuàng)新性高水平省級一流課程。目前本門課程的授課由固定的5名教師共同承擔(dān)，形成了一個穩(wěn)定的課程團隊。任課教師的職稱構(gòu)成合理，包含教授2名、副教授1名和講師2名。5名教師在專業(yè)和學(xué)科背景上都屬于生物技術(shù)范疇，研究方向也不同程度地與基因工程掛鉤，因此與教學(xué)目標(biāo)要求的吻合度總體較高。同時，本門課程設(shè)置在大三下學(xué)期，先導(dǎo)課程如細胞生物學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)的教學(xué)已完成，在學(xué)習(xí)本門課程時學(xué)生已掌握了必要的基礎(chǔ)知識點和實驗技能。

（二）劣勢（Weakness）

從學(xué)科發(fā)展和前沿科技的走向來看，隨著物種全基因組測序和生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫的不斷豐富完善，物種間的界限開始變得越來越“模糊”，以往針對單個或多個基因開展的遺傳操作現(xiàn)已趨向于針對生命體的綜合代謝網(wǎng)絡(luò)以及亞細胞甚至細胞器層面上的具體機制，因此促成了以基因組編輯、代謝工程和合成生物學(xué)為代表的生物改造技術(shù)的爆炸式發(fā)展[3]。這三者雖然皆起源于基因工程，但對學(xué)科背景的要求更高，而且相關(guān)技術(shù)日新月異。例如，傳統(tǒng)的克隆技術(shù)主要依賴于限制性酶切和連接，但事實上目前大多數(shù)基因研究已通過以Golden Gate為代表的新一代克隆技術(shù)開展。然而在當(dāng)前的教學(xué)中，課程配套教材以及授課內(nèi)容都未涉及這類新近的主流技術(shù)。

（三）機遇（Opportunity）

自新冠疫情暴發(fā)以來，基因工程技術(shù)不僅在抗擊疫情上發(fā)揮了重要的作用，還隨著生物經(jīng)濟領(lǐng)域投入的不斷加大而創(chuàng)下歷史發(fā)展新高。在2021年全球生物科技IPO中，中國公司在全球領(lǐng)先的十四家企業(yè)中占據(jù)了5個席位，目前已成為全球生物技術(shù)市場規(guī)模（市場總值140億美元）繼美國之后最大的國家。習(xí)近平總書記在黨的二十大報告中指出：“沒有堅實的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，就不可能全面建成社會主義現(xiàn)代化強國。”沒有產(chǎn)業(yè)就沒有專業(yè)，基因工程原理與技術(shù)課程需要抓住機遇，堅持與時代和產(chǎn)業(yè)對接、與前沿接軌，以更好地發(fā)揮課程在人才培養(yǎng)中的引導(dǎo)和啟迪作用。

（四）挑戰(zhàn)（Threat）

表1綜合比較了云南農(nóng)業(yè)大學(xué)與學(xué)校對標(biāo)的國內(nèi)某雙一流農(nóng)業(yè)高校基因工程原理與技術(shù)課程的差異。最明顯的是，對標(biāo)高校在課程建設(shè)上主要依托其科研和教學(xué)平臺，對課程的獨立發(fā)展有較大的支持。相比之下，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)更側(cè)重于課程對學(xué)科和專業(yè)建設(shè)的支撐。盡管從某些具體設(shè)置上看，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)本門課程的教學(xué)體系要更為完善，但從生物技術(shù)整體行業(yè)的發(fā)展以及高水平課程建設(shè)的角度來看，本門課程應(yīng)當(dāng)更進一步有機整合宏觀和微觀的要素才能產(chǎn)生質(zhì)變。

二、基因工程原理與技術(shù)課程高水平建設(shè)的思考

如今，現(xiàn)代生物技術(shù)已進入以基因組學(xué)為根基的時代，過去的經(jīng)典理論知識體系正在被不斷挑戰(zhàn)和更新，這為基因工程原理與技術(shù)課程的高水平建設(shè)和改革帶來了契機。課程建設(shè)是提高教學(xué)質(zhì)量的有效途徑，更是進一步落實《教育部關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革 全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》的核心體現(xiàn)。

圖1展現(xiàn)了本門課程高水平建設(shè)的主體思路。首先，任課教師的自我提升至關(guān)重要，除要不斷保持學(xué)習(xí)外，更應(yīng)當(dāng)積極貼近產(chǎn)業(yè)和政策。其次，對教學(xué)素材的選擇要緊密結(jié)合實際發(fā)展，體現(xiàn)創(chuàng)新。再次，教學(xué)模式的改革推進應(yīng)當(dāng)更接地氣。一方面，教學(xué)內(nèi)容要和生活時事關(guān)聯(lián)；另一方面，要更注重實效，使學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)能夠有效提升其在相關(guān)競賽、科學(xué)探索、就業(yè)和深造等方面的綜合競爭力，而非僅以應(yīng)對考試為目的。最后，課程建設(shè)還必須將國際化作為重要的遠景目標(biāo)之一，通過“請進來”和“走出去”的有機結(jié)合，真正實現(xiàn)培養(yǎng)兼具國際視野和家國情懷的高素質(zhì)應(yīng)用型與研究型人才。

三、基因工程原理與技術(shù)教改途徑探索

（一）加強青年教師培養(yǎng)

青年教師是高校教學(xué)科研型人才培養(yǎng)的主體，更是教學(xué)事業(yè)的主力軍。目前本門課程的教學(xué)團隊中，青年教師承擔(dān)了70%以上的教學(xué)任務(wù)。在近兩年的教學(xué)中，青年教師體現(xiàn)出的優(yōu)勢主要有教學(xué)熱情高昂、授課方式多元化、師生溝通順暢等；不足之處在于較依賴教材，對前沿知識技術(shù)以及學(xué)科專業(yè)的系統(tǒng)理解還有所欠缺等。因此，應(yīng)當(dāng)進一步加強對青年教師的培養(yǎng)，通過投入更多配套的資源，改革完善教學(xué)評價制度，不斷提升青年教師的綜合能力，充分發(fā)揮其才智，讓青年教師能夠更有信心、更加主動地投入課堂中。

（二）創(chuàng)新優(yōu)化考核方式

現(xiàn)行的基因工程原理與技術(shù)課程考核方式以閉卷考試為主，主要采用“課堂平時表現(xiàn)（40%）+閉卷考試（60%）”的模式來開展成績評定，但從最近兩年的考核效果來看，考核方式仍然有許多需要改進的方面。作為一門以應(yīng)用為主導(dǎo)的課程，基因工程原理與技術(shù)課程應(yīng)當(dāng)更注重實踐表達，因此考核方式的改良需要更加多元化，既能夠真實反映學(xué)生對知識要點的把握和構(gòu)建相關(guān)知識網(wǎng)絡(luò)的能力，又能夠體現(xiàn)學(xué)生的實際應(yīng)用和創(chuàng)新能力，例如根據(jù)所學(xué)知識獨立設(shè)計科研課題、實地調(diào)查產(chǎn)業(yè)需求并提出相應(yīng)策略等。

（三）豐富教學(xué)資源

課程團隊現(xiàn)已建立起較為多元化的教學(xué)資源體系，同時還擁有專門的網(wǎng)絡(luò)群，配有任課教師一對一的輔導(dǎo)機制，但仍然有較大的資源豐富空間。例如，以中英雙語教學(xué)為代表的教學(xué)方式和資源擴展將具有重要意義，這是因為基因工程技術(shù)起源于西方國家，一些名詞的中文解釋較為生澀，不利于學(xué)生的直觀理解，因此教師應(yīng)結(jié)合學(xué)生的實際英語水平，逐步在課件制作和課程資源配套中引進更多的一手國際前沿資料，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲，使學(xué)生樹立遠大志向、增強以所學(xué)專業(yè)為榮的自豪感。

（四）提升發(fā)展教學(xué)目標(biāo)

目前基因工程原理與技術(shù)課程的教學(xué)較為重視基礎(chǔ)知識的講授，但結(jié)合課程建設(shè)的方向，進一步擴展授課內(nèi)容的深度和廣度十分有必要。本門課程將在原有基礎(chǔ)上增加更為前沿的內(nèi)容，同時要求學(xué)生必須掌握TBtools等常用的生物信息學(xué)分析和設(shè)計軟件以及各類基因組數(shù)據(jù)庫的使用。更重要的是，學(xué)生在完成課程學(xué)習(xí)后應(yīng)當(dāng)具備獨立開展植物基因工程研究的能力，這將作為課程核心教學(xué)目標(biāo)達成度的關(guān)鍵評判標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)語

自1973年基因工程正式問世至今，相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展已經(jīng)深入影響社會的各個領(lǐng)域，有力地推動構(gòu)建人類命運共同體。基因工程原理與技術(shù)課程的教學(xué)是傳承基因工程知識和技術(shù)體系的重要途徑，也是現(xiàn)代生命科學(xué)研究的重要啟迪[4]。以培養(yǎng)高質(zhì)量生物技術(shù)類人才為出發(fā)點，把建設(shè)高水平一流課程作為目標(biāo)，多舉措并行不斷改良、優(yōu)化、創(chuàng)新和豐富教學(xué)的模式和內(nèi)容，探索更加多元且有效的教學(xué)渠道，并逐步加強與國際接軌，提高政治站位和眼光，是基因工程原理與技術(shù)課程發(fā)展的關(guān)鍵。

習(xí)近平總書記曾在多個場合指出，教育興則國家興，教育強則國家強。大學(xué)生是我國青年人才培養(yǎng)的主體，是國家和社會全面發(fā)展的重要人才儲備力量，更是未來科技攻關(guān)、解決“卡脖子”難題的“潛力軍”。基于此，對本科基因工程原理與技術(shù)課程的建設(shè)和教學(xué)改革不僅關(guān)乎如何培養(yǎng)出國家和社會真正需要的生命科學(xué)類人才，還關(guān)乎高校發(fā)展、學(xué)生就業(yè)深造、產(chǎn)業(yè)融合等具體現(xiàn)實問題[5]。基因工程原理與技術(shù)課程任課教師應(yīng)始終堅持以辯證發(fā)展的態(tài)度不斷提升教學(xué)水平，不斷總結(jié)經(jīng)驗，大膽開拓創(chuàng)新，力爭在教學(xué)實踐中取得更大的成效。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 吳瓊.高校生物技術(shù)專業(yè)主干課程整合和課程結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建的研究[J].當(dāng)代教育實踐與教學(xué)研究，2019（22）：109-110.

[2] 劉小玲，雷蓉.從入選中國科學(xué)十大進展看合成生物學(xué)的發(fā)展[J].科技中國，2022（4）：36-41.

[3] 劉景芳，李維林，王莉，等.多組學(xué)技術(shù)及其在生命科學(xué)研究中應(yīng)用概述[J].生物工程學(xué)報，2022，38（10）：3581-3593.

[4] 劉聰，孫地，朱靜榕，等.基因工程教學(xué)改革的分析與思考[J].教育現(xiàn)代化，2020，7（32）：46-48.

[5] 李濤濤，楊丹丹，樊鑫，等.基于“新農(nóng)科”背景下科研素質(zhì)培養(yǎng)在基因工程課程教學(xué)改革中的實踐[J].科技風(fēng)，2022（12）：118-120.

［責(zé)任編輯：周侯辰］