基于创新型人才培养的基因工程课程教学实践与思考

吴 丹，史嘉翊，宋旭东，邱羽菲，张羽飞，武 艳

(牡丹江医学院生命科学学院，黑龙江 牡丹江 157011)

2015年李克强总理在政府工作报告中提出“大众创业、万众创新”，并强调“大学生是最具创造力的群体，也处在最有创造力的年龄段”。这就说明，在新时代背景下，我国非常重视大学生创新能力的培养。党的十八大报告中多次提到创新，包括：科技创新、创新人才、文化创新、制度创新等。要建设创新型国家，就需要培养一批高水平的创新型人才。培养创新型人才顺应我国当前科学研究和创新发展的趋势，是我国当前社会发展和经济发展的必然要求。作为为国家和社会培养并输送人才的重要基地，普通高等院校必须要重视对大学生创新能力和创新思维的培养，要更新传统的教育观念，深化教学改革，以培养创新型人才为目的开展教学活动[1]。基因工程技术发展速度极快，经过40多年的积累和发展，成为当今生命科学研究中应用广泛、取得经济效益显著的前沿学科之一。当前基因工程技术已经广泛应用于医学诊疗、药物研发、畜牧农业、国防、环境保护和能源开发等多个领域，影响着人们生产生活的方方面面。目前我国许多普通高等院校针对生物工程、生物医药和生物技术等专业的本科生及硕士研究生都开设了基因工程课程。本文对基于创新型人才培养的基因工程课程进行教学实践与思考。

1 与时俱进 更新教学内容

基因工程的教学内容包含基因工程技术的基本原理和操作方法。该课程的教学目的是让学生了解基因工程技术的发展史与当前发展趋势，掌握基因工程技术的基本原理与操作，为学生今后开展相关的科学研究奠定理论和实践基础。近几十年来基因工程技术取得了飞速的发展。基因工程课程的教学内容也应与时俱进，跟上当前科学技术发展的脚步。因此，我们需要加强基因工程课程建设，更新教学内容，顺应新时代背景下高等院校培养创新型人才的需求[2]。以往的基因工程教学内容主要包括基因工程发展史及基因工程技术的主要原理和方法，包括目的基因的获得，基因克隆的工具酶与载体，重组DNA、重组子的鉴定与表达。但缺少近年新兴的基因工程技术内容，如基因编辑技术等。在教学内容设置上，我们主要从基因工程基本知识、目的基因的获取、重组DNA的导入和鉴定、大肠杆菌基因工程和酵母基因工程、植物基因工程和哺乳动物基因工程、外源基因表达产物分离纯化、基因编辑技术等几个方面进行讲授。在该课程的参考教材选择上，当前很多高等院校选用的是由科学出版社出版的楼士林等编著(2005)和何水林等编著(2008)的《基因工程》为主要参考教材。这两本教材应用广泛，但由于这两本教材出版已有十余年，书中缺少近十年来新兴的基因工程技术内容。因此，我们选择由化学工业出版社在2019年出版的袁婺洲编著的《基因工程》作为参考教材。该教材为国家精品课程建设教材和国家精品资源共享课教材，更值得一提的是该教材还有与之配套的慕课视频可供学生学习。该教材内容在传统经典的基因工程原理和技术的基础上还增加了TALEN和CRISPR/Cas基因编辑技术的研究进展。顺应时代发展，更新教学内容，有助于引导学生了解新兴的基因工程技术，拓宽学生的创新思维。

2 整合线上资源 改革教学方法

要培养创新型人才，就要改革传统的教学方法。教师站在讲堂单方面输出向学生讲授理论知识，教学方法较为单一枯燥，不利于激起学生的学习兴趣，而且基因工程的知识点较为抽象，仅仅通过幻灯片和语言来讲解，学生有时很难深刻地理解其原理和方法。因此，我们需要充分利用线上资源和多媒体教学相结合，引起学生的学习热情，启发学生的创新思维[3]。以讲解聚合酶链式反应PCR为例，传统教学方法中，学生不容易理解PCR扩增过程，教师可以在课堂上播放PCR反应动画和实验操作视频，动画视频能直观地反映出DNA模板如何双链解开、引物如何与模板互补结合、如何通过聚合酶和dNTP实现DNA扩增。实验操作视频也能让学生较直观地了解PCR实验操作步骤，教师讲授与动画演示、操作视频相结合，有助于提升学生对PCR技术的理解。

表1 基因工程课程多元化教学方法

线上除基因工程动画、实验操作视频外，还有很多丰富的教学资源，如慕课网MOOC、学堂在线等。我们选择袁婺洲编著的《基因工程》教材具有配套的慕课视频，学生可以在上课之前看慕课视频，进行预习课程和查阅资料。此外，教师在第一节课就要讲解如何查阅文献，鼓励学生查阅基因工程相关的中英文文献，并进行文献抄读，了解基因工程最新国际研究前沿，在课堂上可以让学生进行文献汇报，并针对文献中的热点问题进行分组讨论，如“基因编辑技术的应用与安全性”；“转基因食品能不能食用”；“新型冠状病毒检测与疫苗制备”等。通过整合线上资源、文献汇报及分组讨论等方式，可以有效提高课堂教学效率，提高学生的学习热情，提高学生PPT制作和语言表达能力，拓宽科研思维，有助于培养学生的创新能力。

3 走进实验室 科研结合教学

要培养创新型人才，就要走进实验室，把课堂教学与科学研究紧密结合起来，教师在课堂教学中要及时宣讲最新的基因工程热点课题与研究进展，引起学生对科学研究的兴趣，吸引大学生走进实验室，参与科研课题，在科研实践中锻炼成长[4]。我们在理论课的基础上设置了8课时的实验课，带领学生实践基因工程相关实验。实验课包括：PCR技术操作、PCR产物分离和纯化、从大肠杆菌中分离目的蛋白、亲和层析纯化目的蛋白等内容。以科研结合教学。启发学生创新能力和科研思维，为大学生毕业设计课题的研究工作做好准备，也为学生今后报考硕士研究生和研究生科研学习奠定了理论和实践基础。

4 加强产学研合作 培养创新型人才

要培养创新型人才，就要加强产学研合作，普通高等院校要与科研机构、企业在科研课题与人才培养上积极开展合作。教师在基因工程课程讲授时可以鼓励大学生加入科研创新团队，指导学生积极申报国家级、省级大学生创新创业项目。大学生科技创新团队以理论知识为基础，围绕明确的研究方向设计课题，指导教师会引导学生将课堂学到的知识消化理解并应用于课题实践，是对课堂理论教学的有效延伸。大学生创新创业项目要求写出申请书和项目报告，也要根据课题方案动手进行实验，可以充分锻炼学生的论文撰写、语言表达、实验技能和实践能力。还可以引导学生运用基础知识去发现问题、解决问题，能够扩宽学生的科研视野，增强创新意识，培养科学素养，提高创新能力[5]。中心自2017年至今，带领学生积极申报大学生创新创业项目，在一系列大学生创新创业竞赛中屡创佳绩。其中“黑木耳果冻”为地方高校国家级大学生创新创业实践项目，获得2018年第四届黑龙江省互联网+创新创业大赛一等奖；“松针面膜”获得黑龙江省第十一届“挑战杯”银奖及第三届省级互联网+大赛二等奖。将理论教学与创新创业项目相结合，有助于更新传统的教育观念，提高大学生的创新能力。

5 结语

目前，基因工程课程中普遍存在的不足之处多与教学内容陈旧、授课模式单一、实验机会不足等问题有关。想要达到培养创新型人才的教育目的，实施策略也必须对症下药，有针对性地进行优化与改革。因此，在教学中应积极引入国内外最新研究的基因工程技术与应用来丰富教学内容。同时要整合利用线上资源，为学生带来多元化的学习体验。将课堂教学与科学研究及大学生创新创业紧密结合起来，培养学生创新思维及动手能力，为推动创新型人才的培养打好教育基础。