基于立体施教、聚焦学科前沿的基因工程课程教学改革

［摘 要］基因工程是一门具有极强理论性、前沿性、技术性和应用性的新兴交叉学科，自诞生之日起，发展迅速。基因工程成功跻身21世纪三大尖端技术领域，其重要性不言而喻。但传统的“一言堂”教学只能提高学生对基本知识的认知，无法达到培养现代化建设人才的初衷，亟待改革与创新。文章主要从教学理念、教学内容、教学方法、思政融入、评价体系等方面进行探索，提出采用“一抓二立三托举”的模式，以立体施教为手段、前沿应用为焦点、科研项目为平台，提高课堂的活力指数，以期实现“知识传授”“能力培养”和“价值塑造”三位一体的全人培育目标，支撑生物科学国家一流专业建设。

［关键词］基因工程；立体施教；全人培育；教学改革

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）21-0033-05

《“十四五”生物经济发展规划》指出，“十四五”时期是生物技术加速演进、生命健康需求快速增长、生物产业迅猛发展的重要机遇期[1]。占据现代生物技术核心龙头地位的基因工程，已被广泛应用于医药、健康、农业、林业、能源、环保等领域，在建设科技强国和人类社会可持续发展中发挥重要作用。习近平总书记指出，教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑，要深入实施科教兴国战略、人才强国战略[2]。

以生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、微生物学等为基础的基因工程课程是生物科学专业一门重要的核心课程，其教学质量直接影响学生专业素养、科研能力、创新意识的培养以及正确价值观的塑造[3]。多年来，本课程采用以讲授为主的多媒体授课方式，存在诸多弊端，比如授课内容存在滞后性；教学与科研严重脱节，知识无法落地生根；忽略了对学生学习系统和自我系统的培养，不利于其综合素质的提升等。因此，基于立体施教、全人培育，聚焦学科前沿、科研引导的教学改革旨在通过“一抓二立三托举”的模式，使学生获取知识的途径多元化，提升其终身学习的能力、大胆创新的意识以及科学研究的素养，满足科研型人才与应用型人才的培养需求，支撑国家一流专业建设。

一、教学改革的目标

通过优化课程体系、创新教学模式、重塑课程框架，实现以立体施教为手段、全人培育为目标、前沿应用为焦点、科研项目为依托的创新与改革。在课程设计中以基因工程操作流程为主线，注重知识的拆分与整合，引入前沿文献、应用案例、科研项目等，帮助学生将知识内化吸收、外向输出，在提升专业素养的同时，加强对学生项目设计、分析研讨、自主学习等能力的培养，引导学生树立正确的价值观，激发其科研热情和家国情怀，增强其投身科研、报效祖国的使命感，进而保证基因工程课程教学改革目标的有效达成。

二、教学改革的特点

课程教学改革中，项目组采用了“一抓二立三托举”的模式。首先，紧抓三位一体的全人培育目标，在提升知识水平的基础上，注重科研能力和自主学习能力的提高，以及正确价值观的塑造。其次，敢于破旧立新，打破“以教师为中心、以教为主”的教学观念，重新确立“以学生为中心、以学为主”的立体施教理念；打破传统的过于注重理论知识考核的评价制度，建立全过程多样化考核体系，动态化、灵活化考查学生的综合素质。最后，以科学竞赛、第二课堂、项目设计为依托，以用促学、以学导用。具体特点如下：

第一，以学生心理动力为依据，通过五星教学、结构化研讨、翻转课堂、线上线下混合教学等方法打造基因工程活力课堂，激活学生学习状态，保证教学的时效性。

第二，以科研牵引教学，将授课教师的科研成果与授课内容相结合，以大学生创新创业大赛、生命科学竞赛、第二课堂等为契机，引入项目设计的“云端漫步”环节，提升学生的科研素养以及团队协作、学以致用的能力。

第三，实现思政元素与课程内容的有机融合，通过辩论赛、案例分析等方式提高学生的辩证思维能力，激发学生的爱国情怀，使其坚定科学强国的理念，充分发挥教学主战场的作用。

三、教学改革的内容

项目组开展了基因工程课程教学改革，具体内容如图1所示。

（一）改进教学理念

教师的价值理念会影响教学效果。卡尔·雅斯贝尔斯从“永远把学生当作人”的角度出发，提出了教育、训练和控制三个概念的根本区别，他认为教育是人的灵魂的教育，而非理智知识和认知的堆集[4]。因此，首先需要转变“以教师为中心、以教为主”的教学观念，打破教师课堂的主体地位，与学生建立共同学习的联盟关系，改变基因工程授课只是传授专业知识的现状。建立“全人来课堂、全人去社会”的教育理念，帮助学生“有意识地学、无意识地用”。

（二）优化教学内容

基因工程的授课内容较为抽象、繁杂琐碎，与部分已修课程如分子生物学、微生物学等存在知识重叠现象，学生普遍感觉学习难度大、内化度低。因此，必须根据课程特点、学科发展导向、专业培养目标等精简教学内容、重构教学体系，注重学生知识内化吸收和转化的质量。项目组以基因工程的操作流程——分、切、接、转、筛、表为授课主线，在教学中融入发散核酸提取、目的基因扩增、工具酶、骨架载体、转化方法、筛选原理、表达技术等知识旁支。鉴于基因工程的实用性和先进性，项目组在整合授课内容时，注重聚焦学科前沿、联系实际应用，穿插新技术新成果以及任课教师的研究结果等。通过内容的重排与整合，将知识具象化、可视化，让所学落地生根。

（三）改革教学方法

固定化、程式化的讲授只能增强学生的记忆和理解，无法提高学生的知识水平。课堂的活力指数是保证教学效果的关键。在基因工程课程授课中，项目组将传统的知识推送式教学转变为师生合作共同解决问题的探究式教学，最大限度地降低学生的认知负荷，提升当堂吸收转化的效率。优秀课程应对标“两性一度”，适当提高学生学习的挑战度，因此，在基因工程的授课中，项目组以任务和问题为导向，采用五星教学法，以“学生为中心”，通过聚焦问题、激活旧知、论证新知、应用新知、融会贯通等环节增强学生参与课堂的心理动力[5]。

在PPT中插入动画、视频等，例如借助动画演示蓝白斑筛选的α互补现象、利用视频的形式播放Southern blotting的操作流程等，帮助学生在大脑中成功建模，化抽象为具体，降低学习难度，提升学生学习信心。设置翻转课堂环节，让学生通过课件展示小组领学成果以及文献汇报内容等，提升学生自主学习和团队协作能力，培养学生文献追踪和阅读的习惯。为引发头脑风暴，项目组采用“3253模式”开展结构化研讨，即组内成员独立思考3分钟、轮流发言2分钟、自由研讨5分钟，最后组长归纳并分享交流3分钟，促进学生思维碰撞，提高社会化学习的效率。

理论教学是科研的基础，科研是教学的依托。因此，在课程推进中，项目组以科研项目、第二课堂、科学竞赛等为平台开展理论教学，强化科研启蒙。团队教师均承担科研项目，授课中将科研成果、研究经验引入课堂。比如讲述Western blotting、免疫共沉淀等复杂的实验技术时，将教师的实验结果呈现给学生，可视化的结果有助于帮助学生更好地理解抽象的实验原理。大学生创新创业大赛或生命科学竞赛等是教学与科研有机结合的重要途径。以此为契机，让有兴趣的学生组建团队，参与教师的科研项目。推荐学生参加比赛，提升学生的应用和创新能力，激发学生的科研兴趣。

将最后一课设计成小组研讨的开放环节——“云端漫步”。线上发布课题，比如根据实验要求，需要制备A基因的抗体，如何在大肠杆菌中实现A基因的诱导表达？研究A基因的功能时，如何检测其亚细胞定位的情况？已知某A基因参与BR应答，如何获取该基因下调表达的转基因水稻？如何利用大肠杆菌发酵，将某基因的产物分泌到培养基中？课上，小组成员运用所学的理论知识，协作互助、思维碰撞，设计出完整的技术路线图。理论与实践双管齐下，培养学生的科研素养和设计能力，实现科教融汇，让知识落地生根，并开出科研之花。

为提升课堂活力指数和学生综合素养，项目组举办了包含不同话题的辩论赛，比如“转基因食品是否安全”“人类胚胎研究是否可行”“能否进行克隆人的研究”等，激发学生思考、交流，教师最后进行反馈点评。帮助学生用科学价值观辩证看待基因工程的利弊，明晰科研道德伦理底线，使学生成为具备一定生物科学素养的科普宣传员。

在整个教学改革中注重课前回顾、课中研讨、课后巩固，形成学生课前自学、课中研学、课后练习，教师课前导学、课中互动、课后反思的双闭环教学模式（见图2）。一方面，帮助学生建构个人知识体系，即为了理解而教；另一方面，帮助学生将知识转化为能力，也就是为了应用而教。通过学、悟、用、换、创多元途径获取知识，授人以渔，帮助学生养成自主学习的能力，提升课堂活力指数。

（四）融入思政教育

教育是国之大计、党之大计，培养什么人、怎样培养人、为谁培养人是教育的根本问题[2]。大学的核心使命是人才培养，立德树人则是其立身之本，山东理工大学“厚德博学、笃行至善”的校训充分体现了“以德为先、树人为本”的宗旨。为努力成为“经师”和“人师”相统一的“大先生”[6]，充分发挥课堂教学作为大学人才培养主渠道、主阵地的功能，项目组深入挖掘了基因工程知识体系中所蕴含的思想价值和精神内涵，将爱国情怀、工匠精神、科研素养、创新意识、道德伦理等与课程内容有机结合。帮助学生用科学的价值观看待基因工程的利与弊，激发学生科技报国的使命情怀与责任担当，科学合理拓展本课程的深度、广度和温度，真正做到将理想信念教育、爱国主义教育、社会主义核心价值观教育、民族文化教育在基因工程课程的整个教学过程中落细、落微、落实。比如，利用基因工程技术生产出的重组胰岛素、生长素等价格大幅下降，基因治疗药物诺西那生钠由每针70万元降到每针3.3万元，并纳入新版医保目录等，结合以上措施开展教学，让学生充分体会基因工程技术的实用性，激发学生投身科研、报效祖国的热情，坚定其科技强国的信念。通过将专业知识与思政元素的融合，在知识传授、能力提升的基础上，达到价值塑造、立体施教、全人培育的目的，实现个体本位与社会本位的有效统一。

（五）完善评价体系

为动态化整体性评价学生学习效果，项目组改变了以往以期末考核为主的较为单一的评价方式，形成了以诊断性、形成性、终结性为一体的综合评价模式，在课前、课中、课后全面考查学生的学习效果，充分检测学生知识、能力、价值等目标的达成情况。

诊断性评价：课程开始前通过在线测试了解学生前修课程的学习情况，进行学情分析。通过平台发布基因工程课程每个章节的导学单，布置预习任务，在线跟踪评价学生的完成情况。对于部分知识点，安排学生小组进行自学，通过翻转课堂的方式，检测学生自主学习成果。任课教师设计课堂活力指数检视清单，每节课后及时对照清单自检自评。

形成性评价：将结构化研讨、在线测试、文献汇报、课后作业、课程互动、探究学习、主题辩论、拓展练习、网课学习纳入评价体系，多元化多维度考核学生对理论知识的掌握情况和灵活应用的能力，以及思政教育的成效性，提高科研素养、设计能力、价值观考核比重。任课教师课后随堂反思，查缺补漏。

终结性评价：提高期末考试中开放性试题的占比，结合基因工程的课程目标，考核学生的综合素养。在“云端漫步”环节中，通过引导学生团队合作设计项目技术路线图，考查学生学以致用、融会贯通的能力。课程结束后学生通过自评与互评总结收获和成长，并客观评价任课教师的教学效果。

通过对教学理念、教学内容、教学方法、评价体系的调整与优化，以及对专业知识中承载的思政元素的深入挖掘，帮助学生多学多悟多用多换多创，提高学生终身学习的意识和科学探索的热情，达到立体施教、全人培育的教学效果。

四、教学改革的成效与展望

本次基因工程课程教学改革成功立项校级教研项目，并已经在生物科学专业和生物教育专业试行1轮。通过实施“一抓二立三托举”教学模式，学生的学习兴趣明显提升。教师通过五星教学法，帮助学生从被动接受知识逐步转变为自主思考，使学生学习意识和综合素养有了明显提高。前沿应用、科研成果、项目设计等的引入，使多数学生能够做到内化吸收、外向输出，成功构建了个性化的知识体系。“云端漫步”环节成效显著，结构化研讨后，学生能利用所学理论知识设计出基本完整的技术路线图。通过开展文献汇报，多数学生领悟到了追踪学科前沿的必要性。在整个教学过程中，学生明确了基因工程在生命科学领域的学科地位，深刻体会到其前沿性和应用性，以及未来发展的可能性，能用科学的价值观分析基因工程的利与弊，有些学生能对该学科未来的发展提出个人观点，学生的科研热情高涨，投身科研、报效国家的使命感更为强烈。

在后续教学中，项目组会更加关注学生的个体差异，注重个性化教学，推动形成任课教师的个人风格，同时建立具有学生个人特色的学习模式。在确定平均挑战度，即保证大多数学生能“跳一跳后摘到桃子”的同时，项目组根据不同学生的学习情况及时对挑战度进行调整，充分激发每名学生的学习内驱力，使学生在学习中获得成就感和满足感。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 国家发展改革委.国家发展改革委关于印发《“十四五”生物经济发展规划》的通知[EB/OL]. [2024-02-05].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2022-05/10/content_5689556.htm.

[2］ 习近平.高举中国特色社会主义伟大旗帜 为全面建设社会主义现代化国家而团结奋斗：在中国共产党第二十次全国代表大会上的报告[N].人民日报， 2022-10-26（1）.

[3］ 夏启中.基因工程[M].北京：高等教育出版社， 2017.

[4］ 卡尔·雅斯贝尔斯. 什么是教育[M].童可依，译.北京：生活·读书·新知三联书店， 2020.

[5］ 田俊国. 精品课程是怎样炼成的[M]. 北京：电子工业出版社， 2014.

[6］ 习近平在中国人民大学考察时强调" 坚持党的领导传承红色基因扎根中国大地 走出一条建设中国特色世界一流大学新路[EB/OL].（2022-04-25）[2024-04-02].http：//politics.people.com.cn/n1/2022/0425/c1024-32408556.html.

［责任编辑：苏祎颖］