基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的基因工程課程教學實踐與思考

吳 丹，史嘉翊，宋旭東，邱羽菲，張羽飛，武 艷

(牡丹江醫(yī)學院生命科學學院，黑龍江 牡丹江 157011)

2015年李克強總理在政府工作報告中提出“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”，并強調“大學生是最具創(chuàng)造力的群體，也處在最有創(chuàng)造力的年齡段”。這就說明，在新時代背景下，我國非常重視大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。黨的十八大報告中多次提到創(chuàng)新，包括：科技創(chuàng)新、創(chuàng)新人才、文化創(chuàng)新、制度創(chuàng)新等。要建設創(chuàng)新型國家，就需要培養(yǎng)一批高水平的創(chuàng)新型人才。培養(yǎng)創(chuàng)新型人才順應我國當前科學研究和創(chuàng)新發(fā)展的趨勢，是我國當前社會發(fā)展和經(jīng)濟發(fā)展的必然要求。作為為國家和社會培養(yǎng)并輸送人才的重要基地，普通高等院校必須要重視對大學生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，要更新傳統(tǒng)的教育觀念，深化教學改革，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目的開展教學活動[1]?；蚬こ碳夹g發(fā)展速度極快，經(jīng)過40多年的積累和發(fā)展，成為當今生命科學研究中應用廣泛、取得經(jīng)濟效益顯著的前沿學科之一。當前基因工程技術已經(jīng)廣泛應用于醫(yī)學診療、藥物研發(fā)、畜牧農業(yè)、國防、環(huán)境保護和能源開發(fā)等多個領域，影響著人們生產生活的方方面面。目前我國許多普通高等院校針對生物工程、生物醫(yī)藥和生物技術等專業(yè)的本科生及碩士研究生都開設了基因工程課程。本文對基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的基因工程課程進行教學實踐與思考。

1 與時俱進 更新教學內容

基因工程的教學內容包含基因工程技術的基本原理和操作方法。該課程的教學目的是讓學生了解基因工程技術的發(fā)展史與當前發(fā)展趨勢，掌握基因工程技術的基本原理與操作，為學生今后開展相關的科學研究奠定理論和實踐基礎。近幾十年來基因工程技術取得了飛速的發(fā)展?；蚬こ陶n程的教學內容也應與時俱進，跟上當前科學技術發(fā)展的腳步。因此，我們需要加強基因工程課程建設，更新教學內容，順應新時代背景下高等院校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需求[2]。以往的基因工程教學內容主要包括基因工程發(fā)展史及基因工程技術的主要原理和方法，包括目的基因的獲得，基因克隆的工具酶與載體，重組DNA、重組子的鑒定與表達。但缺少近年新興的基因工程技術內容，如基因編輯技術等。在教學內容設置上，我們主要從基因工程基本知識、目的基因的獲取、重組DNA的導入和鑒定、大腸桿菌基因工程和酵母基因工程、植物基因工程和哺乳動物基因工程、外源基因表達產物分離純化、基因編輯技術等幾個方面進行講授。在該課程的參考教材選擇上，當前很多高等院校選用的是由科學出版社出版的樓士林等編著(2005)和何水林等編著(2008)的《基因工程》為主要參考教材。這兩本教材應用廣泛，但由于這兩本教材出版已有十余年，書中缺少近十年來新興的基因工程技術內容。因此，我們選擇由化學工業(yè)出版社在2019年出版的袁婺洲編著的《基因工程》作為參考教材。該教材為國家精品課程建設教材和國家精品資源共享課教材，更值得一提的是該教材還有與之配套的慕課視頻可供學生學習。該教材內容在傳統(tǒng)經(jīng)典的基因工程原理和技術的基礎上還增加了TALEN和CRISPR/Cas基因編輯技術的研究進展。順應時代發(fā)展，更新教學內容，有助于引導學生了解新興的基因工程技術，拓寬學生的創(chuàng)新思維。

2 整合線上資源 改革教學方法

要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，就要改革傳統(tǒng)的教學方法。教師站在講堂單方面輸出向學生講授理論知識，教學方法較為單一枯燥，不利于激起學生的學習興趣，而且基因工程的知識點較為抽象，僅僅通過幻燈片和語言來講解，學生有時很難深刻地理解其原理和方法。因此，我們需要充分利用線上資源和多媒體教學相結合，引起學生的學習熱情，啟發(fā)學生的創(chuàng)新思維[3]。以講解聚合酶鏈式反應PCR為例，傳統(tǒng)教學方法中，學生不容易理解PCR擴增過程，教師可以在課堂上播放PCR反應動畫和實驗操作視頻，動畫視頻能直觀地反映出DNA模板如何雙鏈解開、引物如何與模板互補結合、如何通過聚合酶和dNTP實現(xiàn)DNA擴增。實驗操作視頻也能讓學生較直觀地了解PCR實驗操作步驟，教師講授與動畫演示、操作視頻相結合，有助于提升學生對PCR技術的理解。

表1 基因工程課程多元化教學方法

線上除基因工程動畫、實驗操作視頻外，還有很多豐富的教學資源，如慕課網(wǎng)MOOC、學堂在線等。我們選擇袁婺洲編著的《基因工程》教材具有配套的慕課視頻，學生可以在上課之前看慕課視頻，進行預習課程和查閱資料。此外，教師在第一節(jié)課就要講解如何查閱文獻，鼓勵學生查閱基因工程相關的中英文文獻，并進行文獻抄讀，了解基因工程最新國際研究前沿，在課堂上可以讓學生進行文獻匯報，并針對文獻中的熱點問題進行分組討論，如“基因編輯技術的應用與安全性”；“轉基因食品能不能食用”；“新型冠狀病毒檢測與疫苗制備”等。通過整合線上資源、文獻匯報及分組討論等方式，可以有效提高課堂教學效率，提高學生的學習熱情，提高學生PPT制作和語言表達能力，拓寬科研思維，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

3 走進實驗室 科研結合教學

要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，就要走進實驗室，把課堂教學與科學研究緊密結合起來，教師在課堂教學中要及時宣講最新的基因工程熱點課題與研究進展，引起學生對科學研究的興趣，吸引大學生走進實驗室，參與科研課題，在科研實踐中鍛煉成長[4]。我們在理論課的基礎上設置了8課時的實驗課，帶領學生實踐基因工程相關實驗。實驗課包括：PCR技術操作、PCR產物分離和純化、從大腸桿菌中分離目的蛋白、親和層析純化目的蛋白等內容。以科研結合教學。啟發(fā)學生創(chuàng)新能力和科研思維，為大學生畢業(yè)設計課題的研究工作做好準備，也為學生今后報考碩士研究生和研究生科研學習奠定了理論和實踐基礎。

4 加強產學研合作 培養(yǎng)創(chuàng)新型人才

要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，就要加強產學研合作，普通高等院校要與科研機構、企業(yè)在科研課題與人才培養(yǎng)上積極開展合作。教師在基因工程課程講授時可以鼓勵大學生加入科研創(chuàng)新團隊，指導學生積極申報國家級、省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。大學生科技創(chuàng)新團隊以理論知識為基礎，圍繞明確的研究方向設計課題，指導教師會引導學生將課堂學到的知識消化理解并應用于課題實踐，是對課堂理論教學的有效延伸。大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目要求寫出申請書和項目報告，也要根據(jù)課題方案動手進行實驗，可以充分鍛煉學生的論文撰寫、語言表達、實驗技能和實踐能力。還可以引導學生運用基礎知識去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，能夠擴寬學生的科研視野，增強創(chuàng)新意識，培養(yǎng)科學素養(yǎng)，提高創(chuàng)新能力[5]。中心自2017年至今，帶領學生積極申報大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，在一系列大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽中屢創(chuàng)佳績。其中“黑木耳果凍”為地方高校國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目，獲得2018年第四屆黑龍江省互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽一等獎；“松針面膜”獲得黑龍江省第十一屆“挑戰(zhàn)杯”銀獎及第三屆省級互聯(lián)網(wǎng)+大賽二等獎。將理論教學與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目相結合，有助于更新傳統(tǒng)的教育觀念，提高大學生的創(chuàng)新能力。

5 結語

目前，基因工程課程中普遍存在的不足之處多與教學內容陳舊、授課模式單一、實驗機會不足等問題有關。想要達到培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教育目的，實施策略也必須對癥下藥，有針對性地進行優(yōu)化與改革。因此，在教學中應積極引入國內外最新研究的基因工程技術與應用來豐富教學內容。同時要整合利用線上資源，為學生帶來多元化的學習體驗。將課堂教學與科學研究及大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)緊密結合起來，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維及動手能力，為推動創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)打好教育基礎。