基于“新农科”背景下科研素质培养在基因工程课程的教学改革的实践

李涛涛 杨丹丹 樊鑫 许孝兰 李冰冰

摘  要：基因工程是生物工程和生物技术专业的核心课程，是整合诸多行业发展的关键学科，因此从根本上提高基因工程的教学质量，也是促进基因工程课程发展的关键因素之一。通过基因工程课程的学习，可以培养学生的科研兴趣，训练学生的试验设计能力、提升学生的科研素养。本文主要从优化课堂内容、完善试验体系、完善评价指标等方面出发对基因工程课程教学改革提出具体建议，从而达到提高学生科研素养的目的。

经过近40年的发展，基因工程技术已经成为近现代生物领域里的核心技术之一，目前基因工程广泛应用于农业、医疗卫生和环境保护等多个方面。因此，许多高校相继开设了生物工程这门课程，使学生掌握基因工程的基本原理、研究方法和实践应用成为一种发展趋势。基因工程是一门以分子遗传学为基础研究理论，理论性和实践性都很强的课程，因此，通过理论与实践相结合可以有效的提高学生的综合素质、科研能力以及自主探索能力[1]。科研素质是学生从事专业理论课程学习和科学研究必备的素质，在基因工程课程中培养学生的科研素养对于学生的整体素质提高具有非常重要的作用[2]。河南省作为农林大省，河南省按照新农科建设部署，加快高等农林教育改革，持续提升人才培养质量，致力培养新时代农科人才。而我校作为涉林高校，如何优化调整课程改革显得尤为重要，因此，本研究主要基于“新农科”背景下科研素养在基因工程课程教学改革中进行深入研究。

一、目前高校基因工程教学过程中存在的问题

随着现代教学方法和教学理念的实践化应用，许多高校的基因工程课程质量都有所提高，但是依据于目前的教学情况，依然存在一些问题急需解决，具体如下：

（一）教师讲授课程重理论而轻实践

目前，高校的基因工程课程都以多媒体的形式向学生展示，但是大部分老师侧重点还是某个原理的掌握，主要以文字叙述为主，侧重于学生的强制记忆，而忽视了实践，不能有效引入目前基因工程原理在生产生活中实践的具体案例，导致课堂空洞，学生缺乏兴趣，从而导致课堂教学效果下降[3]。另外，许多学生从未阅读过科技论文，不了解目前的研究进展和发展前景，导致学生对该门课程的重要性不能有效把握，从而导致其教学效果的下降。

（二）基因工程试验课程缺乏创新

许多教师在设置基因工程课程试验过程中，都以质粒的提取、核酸回收、载体构建作为核心的研究内容，随便找一些模板让学生自主动手试验，这些实验课程的设置对于学生缺乏兴趣，不能激发其探索欲望[4]。还有部分教师五年前的试驗内容，五年后依然如此，不能紧追时代改革步伐，只是为了完成自身的教学任务，严重影响基因工程课程的在实际应用中的展开。

（三）评价标准不够完善

目前，许多高校对于学生成绩最终的评价指标依然只有考勤、课堂表现、考试成绩和试验成绩，对学生科研能力和科研素养的考核几乎没有涉及，因此，应该进一步完善课程评价标准，将科研素养的考核融入到教学、试验设计和考试过程中，从而全方面的考核学生，提高学生的实际掌握能力。

（四）认知偏差

目前，生物类学生都以考研作为大学四年的目标，在前期的学习中，他们通过对学长和学姐的咨询，大部分了解到考研的科目为生物化学、细胞生物学和普通生物学等，几乎没有专门考察基因工程这门课程，因此，学生意识不强，认为基因工程课程不重要，不会对其认真对待，导致其课堂学习劲头不足，学习效率差，从而使教师的课堂效果大打折扣。

（五）接触实践应用机会的匮乏

四年的学习生活，学生基本在校园内生活，很少有机会进入企业，观摩和学习真正的现代化生物制药企业目前的发展情况，理论与实践脱节，导致其对生物专业认知产生偏差，导致学生学习兴趣降低。另外，普通本科院校每年在邀请高水平大学教授或者知名学者的机会很少，学生很少有机会能够与高水平大学的老师学习，机会的匮乏导致学生对基因工程专业就业前景也感到担忧，从而影响学业。

二 基于提高学生科研素养的课程教学改革建议

（一）增加前沿文献导读在课堂中的应用

要在课堂上培养学生的科研素养，首要任务是在课堂中引入科研成果，在理论讲授的同时，结合于教师自身的科研经历，或者最新的研究报告或者进展，理论联系实际，将问题抛出给学生，如果我们遇到同样的科学问题，我们该以什么样的方式去面对，去解决，通过引导学生去思考、去联系、去设想，不断让学生思考问题，从而通过查阅资料，尝试自身去解决问题，达到提高其科研素养的目的。如我们在讲授基因工程载体构建过程中，可以将疫苗生产的技术理论和生产过程讲述给学生，从而诱导学生如何自我设计课题、如何通过实验证明一个猜测的正确性、如何设置对照试验，从而使学生能够对自身所学知识有更为全面系统的掌握基因工程的基础知识，更能激发学生的学习兴趣，感觉学有所用，从而激发其对基因工程课程学习的兴趣。另外，通过了解发现，在第三节课学生都已不想听讲，注意力不集中，教学效果差等特点，目前我们也在尝试在三节联排的课程中，最后一节课交给学生来讲授，教师作为补充，主要的方式为在上周理论课上完时，布置一篇最近的与基因工程方面有关的英文文献，让学生去阅读文献，翻译文献，并做成PPT，在最后一节课向同学们展示核心内容，这样的结果使学生不仅提高了对英文文献的认知，而且提高了学生的积极性，能够理论联系实际，更为重要的是可以潜在的提高学生的科研素养，长期来讲，也可以为学生进入硕士阶段，组会做汇报提供一定的锻炼机会，从而提高学生整体的科研素养。

（二）构建探索型试验体系

突出“以学生为本”的现代教育教学理念为核心，充分利用河南城建学院生命科学与工程学院省级生化工程和食品研究室为实验平台，以“生物工程综合实验”为教学内容，打破生物工程专业各门实验课程单打独斗局面，整合各门实验项目，以“生物工程综合实验”为教学内容，从生物技术产业的上游、中游和下游来设计实验。大幅度提高有利于能力培养的，有利于综合素质提高的综合性、设计性、研究性实验在实验教学中所占的比例。另外，加大探索性试验的比重，激发学生自身的科研兴趣，教师通过系统的教授其研究方法，让学生自身去设计实验、去感知试验、去自主分析试验结果。例如，新冠肺炎的检测需要用荧光定量PCR的方法，我们通过设定一系列试验对照，优化不同的试验参数，让学生自己动手，分析什么结果为阴性、什么为阳性、什么是弱阴性，从而让学生以兴趣为先导，激发其对结果的求知欲，从而查阅文献，学习技术知识，通过反复多次试验验证自身的猜想，并通过试验结果反馈思考，自身试验设计的合理性在什么地方，优势在什么地方，什么是自身没有考虑到的因素，增强其主观能动性。并通过自主设计实验，老师对其进行修订，而在实验中，虽然理论知识掌握的很好，原理理解，但是做的结果可能与预期差距比较大，而如何分析和解决问题，将是科研培养的重要任务，教师通过对学生进行一对一指导，解决其在试验中出现的操作不谨慎和试验失误等问题后，从而间接达到提高其科研素养的目的。

（三）鼓励学生参与课题

为了有效提升学生的创新能力，教师可以在一定程度上鼓励学生加入其科研团队，我们学院推行大一学生进入后的学业导师制，这是一个非常好的机会，教师能够第一时间接触新生，并且鼓励其加入自身的科研团队，教师在科研过程中会申请到不同层面的项目，例如国家自然基金、河南省自然基金、河南省科技攻关、开放课题和横向等，让学生参与其中，通过一些研究课题，让学生感觉自身是可以有所作为的，提高其对自我的肯定，增强其对课本知识的理解，也增加其在考研过程中的分量，例如，我们教师团队申请到的国家自然基金项目研究拟南芥花期调控分子机理，主要用的试验技术手段即为基因工程课本所讲述的，包含载体构建、遗传转化、阳性筛选与表达，以及蛋白分离提纯，完全与书本讲授知识所联系，让学生多多参与该课题，提高其创新能力，并将理论与实际相结合，从而提高其学习的积极性。另外，组建以研究生和本科生为核心的科研团队，通过具体问题的分析和处理，从而培养其设计实验、探索实验和分析试验的能力。

学生的学习能力提高离不开指导教师的谆谆教导，每个老师可以提前招募大一或者大二的学生进入科研团队，前期主要跟着研究生和大三学生学习为主，学习到一定程度后，可以单独为学生设计相对简单的课题，让其自己查文献，找方法，教师为其指导，从而解决试验中的问题，我们教师的许多课题都涉及到基因工程的原理和方法，例如，我们可以设计诸如“如何运用基因工程方法提高番茄的品质”、和“通过现代分子生物学和基因工程方法提高植物的耐旱性”等课题，让学生能够将基因工程课程与实践结合起来，从而提高学生的主动性，并通过与课程学习内容的相互结合和反思，让知识理论指导试验，从而提高学生的科研素质。

（四）增强专业实习比重

在基因工程课程学习过程中，通过安排有效的实习活动，有效的培养学生的科研素养。主要通过设置一系列与教学有关，而且又是多学科交叉的实习企业，增强学生的科研素养，例如，学生在学习疫苗生产制备的课程中，可以到我们的校企合作单位河南真实生物科技有限公司进行学习，学习关于抗艾滋病、抗乙肝、抗血栓类药物的生产制备过程以及其原理，从而增强其对该方面课程的掌握，通过校外公司的实习，布置学生以“对目前几种疫苗制备方法的学习，独自设计能够有效阻断新冠肺炎传播的疫苗”为作业，不仅增强学生对基因工程课程的兴趣，也增强其理论与实践相结合的能力，从而间接提高学生的科研素养。另外，邀请一些公司的生物制剂的领导，来为我们的学生进行讲学，主要通过将基因工程于科研实践相结合的方法，分享目前某个领域最新的研究进展，从而让学生对基因工程专业的就业前景感觉明朗，并且重视基因工程课程和科研素质的培养。

（五）增强考研引导作用

考研作为生物类专业的重要晋升手段，在学生的学习中占有非常大的比重，因此我们要在日常的学习中加大对学生的引導作用，鼓励其考研，并将一些高校的考研真题与我们课堂讲授相关的内容联系起来，使其认识到基因工程课程的重要性。例如，在某大学的生物化学的考研真题中，就以“请设计实验，从某生物材料中获取目的基因，如何表达，如何分离蛋白产物，如何鉴定是所需的目的蛋白，并表述每部分运用的原理和技术方法”，想要答好此题，就需要用到基因工程的方法和原理，可以通过基因组方法直接获取目的基因，也可以通过RNA的方法获取，甚至可以通过化学合成的方法。因此，教师要在课堂上多多引入相关的试题，让学生加深对几门生物主干课程之间的联系，而且将来能够应用于研究生考试当中，许多有科研经历的学生可以很轻松将此题拿满分，而没有经过科研训练的感觉无所适从，从而让学生也更加的注重其科研素质的培养，融会贯通，将来在考研中立于不败之地。另外，也可以让做科研做的好的基因工程专业优秀毕业生对低年级学生进行宣讲，多多阐述进入实验室的好处，以及在考研中的应用，提高学生的关注度，也间接的增加学生对基因工程以及自身科研素养培养的意识。

（六）完善评价标准

原有的基因工程考核过程中，主要依据于课堂表现、考试成绩和试验环节三块，但并没有内容对其科研能力进行考核和判断，因此要将科研素质培养作为其考核的重要内容，要将科研素养的考评置于随堂检测、课后作业、考试、以及试验中，例如，在课后作业中以“在水稻产量稳步增加的基础上，其口感显著下降，请以基因工程方法设计实验，如何提高水稻的品质”为题，让学生查阅文献，设计实验，在督促学生课下学习的过程中，也将一定的科研训练融入其中，而且内容富于变化，让学生也有新鲜感，也有好奇心，而且能够提高他们的主观能动性;另外，将学生在科研团队中的表现也纳入到课程考核中，通过对其团队老师处了解学生在日常科研中的表现，给予一定的分值，间接促进学生做科研的积极性，也可以将学生参与发表的科技论文和科研项目作为其成绩的一部分，课程授课完毕后，收集学生自己发表的论文，或者参与老师的论文和科研项目，赋予一定的分值，这样可以给予学生对科研更高的关注度，从而增加其在科研方面的时间投入，慢慢培养其兴趣，潜移默化的影响学生，最终达到提高其科研素养的目的。

（七）充分运用网络资源

网络资源目前已经发展为许多学科的辅助教学手段，基因工程课程本身都是以试验作为核心的课程，因此，更应当充分利用网络上的资源，特别是慕课、学习通和等网络资源，多提示和安排学生通过网络学习理论和试验内容，从而辅助基因工程教学过程中试验与课程衔接不紧凑的缺点，使学生能够及时的反馈所学中遇到的问题，而且根据课程中的内容设计实验，从而提高学生的科研素质。另外，教师可以利用网络资源，在学习过程中，针对性的让学生学习与基因工程课程研究内容紧密相关的某个专家的学术讲座，让学生学会如何去听学术讲座，如何把握好学术讲座的重点内容，通过反复学习，使得学生与自己的专业知识紧密结合，从而提高学生的科研素养。

结语

基因工程是一门实验性和应用性极强的学科，在生命科学的发展领域占有非常重要的地位，我们通过对基因工程课程改革的探索，深刻感受到在新时期课程改革的重要性，如何能够培养好人才对于科学和社会的发展至关重要，因此，我们要适应新时期的发展需求，注重课程过程中对学生科研素质的培养，通过教学方式的改变、网络资源的利用、理论与实习内容的衔接等方法，使学生真正的喜欢基因工程课程，促进学生科研素养的提升，形成关注社会科技最新进展的良好习惯，成长为具备较高科研素质的复合型人才。

参考文献：

[1]陈亮，易继财，黄巍： 基于科研素质培养的基因工程课程教学改革研究[J]. 现代职业教育，2021;28.

[2]魏娜： 基因工程实验课程教学改革研究——以武汉工商学院为例[J]. 科教文汇 ，2018;410.

[3]李岩，赵懿琛，赵德刚： 基因工程原理课程教学改革与实践[J]. 教育教学论坛， 2020;22.

[4]许崇波，彭凌，刘博婷： 基于应用型人才培养的基因工程课程建设与教学改革[J]. 生物学杂志，2019;36.

基金项目：河南城建学院高等教育教学改革研究与实践项目（2021JG037和2021JG039）

作者简介：李涛涛（1989—  ），男，河南洛宁县，博士研究生，理学博士，副教授，研究方向：植物逆境分子生物学。

*通讯作者：李冰冰（1964—  ），女，河南西华县，博士研究生，理学博士，教授，研究方向：食品生物化学。