基因工程原理與技術課程建設和教改探索

徐笑宇　董陳文華　字淑慧　劉濤　李建賓

［摘 要］基因工程是現(xiàn)代高校生命科學技術類專業(yè)的重要課程之一。作為生物技術的“四大工程”之首，基因工程的教學引導對生物學人才的培養(yǎng)影響深遠。進入21世紀以來，隨著生物化學、分子生物學和基因組學等基礎學科的快速發(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量生命科學類青年人才愈發(fā)重要。文章以云南農(nóng)業(yè)大學國家一流本科專業(yè)生物技術專業(yè)的核心課程——基因工程原理與技術為例，從高水平一流課程建設和教學改革的角度，探索促進教學模式創(chuàng)新和發(fā)展的措施，以期進一步提高教學質量，取得更佳的教學效果，進而更好地服務于國家和地方高等教育。

［關鍵詞］基因工程；課程建設；教學改革

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

引言

當前，生命科學已成為前沿科學研究最活躍的領域之一，生物技術是推進其發(fā)展的重要力量。云南農(nóng)業(yè)大學生物技術專業(yè)開設于1998年，以培養(yǎng)具有扎實的生命科學理論知識基礎和能夠系統(tǒng)掌握現(xiàn)代生物技術實驗技能的“厚基礎、應用型、國際化”高級專門人才為目標。近年來，云南農(nóng)業(yè)大學大力深化學分制改革，致力于建設一流的高原種業(yè)研究和轉化應用平臺，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，生物技術專業(yè)的高質量發(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)高等院校的學科建設、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課程是云南農(nóng)業(yè)大學生物技術專業(yè)的核心課程之一。一直以來，基因工程技術都在生物技術領域中處于首要地位。進入21世紀以來，以基因工程為基礎的代謝工程與合成生物學理論技術不斷蓬勃發(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、生物安全等領域的中堅力量[2]。因此，基因工程原理與技術課程是生物技術專業(yè)真正意義上的“第一課”，始終貫穿整個專業(yè)的教學實踐和人才培養(yǎng)過程?？梢哉f，基因工程作為生物技術的“四大工程”之首，學生對其掌握和理解程度直接決定了學生后續(xù)專業(yè)學習的質量。

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)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略，開辟發(fā)展新領域新賽道，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下，進一步提升生物技術專業(yè)面向國內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“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，復雜的環(huán)境條件孕育了豐富的生物多樣性，為生物技術科教產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有利的物質基礎。云南農(nóng)業(yè)大學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為切入點的優(yōu)質一流品牌專業(yè)，是促進學科專業(yè)綜合高質量發(fā)展的有效舉措。本文以基因工程原理與技術課程的本科教學為出發(fā)點，對本門課程的一流課程建設和教學改革進行了探索，旨在為高素質、高水平生物技術類人才培養(yǎng)提供參考建議。

一、 基因工程原理與技術課程的SWOT分析

下面以云南農(nóng)業(yè)大學為例，進行基因工程原理與技術課程的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)已被列入學校B級課程和校級一流建設課程類別中，目標是在學校“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，形成了一個穩(wěn)定的課程團隊。任課教師的職稱構成合理，包含教授2名、副教授1名和講師2名。5名教師在專業(yè)和學科背景上都屬于生物技術范疇，研究方向也不同程度地與基因工程掛鉤，因此與教學目標要求的吻合度總體較高。同時，本門課程設置在大三下學期，先導課程如細胞生物學、生物化學和分子生物學的教學已完成，在學習本門課程時學生已掌握了必要的基礎知識點和實驗技能。

（二）劣勢（Weakness）

從學科發(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為代表的生物改造技術的爆炸式發(fā)展[3]。這三者雖然皆起源于基因工程，但對學科背景的要求更高，而且相關技術日新月異。例如，傳統(tǒng)的克隆技術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開展。然而在當前的教學中，課程配套教材以及授課內容都未涉及這類新近的主流技術。

（三）機遇（Opportunity）

自新冠疫情暴發(fā)以來，基因工程技術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市場規(guī)模（市場總值140億美元）繼美國之后最大的國家。習近平總書記在黨的二十大報告中指出：“沒有堅實的物質技術基礎，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)大學與學校對標的國內某雙一流農(nóng)業(yè)高校基因工程原理與技術課程的差異。最明顯的是，對標高校在課程建設上主要依托其科研和教學平臺，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)大學更側重于課程對學科和專業(yè)建設的支撐。盡管從某些具體設置上看，云南農(nóng)業(yè)大學本門課程的教學體系要更為完善，但從生物技術整體行業(yè)的發(fā)展以及高水平課程建設的角度來看，本門課程應當更進一步有機整合宏觀和微觀的要素才能產(chǎn)生質變。

二、基因工程原理與技術課程高水平建設的思考

如今，現(xiàn)代生物技術已進入以基因組學為根基的時代，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課程的高水平建設和改革帶來了契機。課程建設是提高教學質量的有效途徑，更是進一步落實《教育部關于深化本科教育教學改革 全面提高人才培養(yǎng)質量的意見》的核心體現(xiàn)。

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

三、基因工程原理與技術教改途徑探索

（一）加強青年教師培養(yǎng)

青年教師是高校教學科研型人才培養(yǎng)的主體，更是教學事業(yè)的主力軍。目前本門課程的教學團隊中，青年教師承擔了70%以上的教學任務。在近兩年的教學中，青年教師體現(xiàn)出的優(yōu)勢主要有教學熱情高昂、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，對前沿知識技術以及學科專業(yè)的系統(tǒng)理解還有所欠缺等。因此，應當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。作為一門以應用為主導的課程，基因工程原理與技術課程應當更注重實踐表達，因此考核方式的改良需要更加多元化，既能夠真實反映學生對知識要點的把握和構建相關知識網(wǎng)絡的能力，又能夠體現(xiàn)學生的實際應用和創(chuàng)新能力，例如根據(jù)所學知識獨立設計科研課題、實地調查產(chǎn)業(yè)需求并提出相應策略等。

（三）豐富教學資源

課程團隊現(xiàn)已建立起較為多元化的教學資源體系，同時還擁有專門的網(wǎng)絡群，配有任課教師一對一的輔導機制，但仍然有較大的資源豐富空間。例如，以中英雙語教學為代表的教學方式和資源擴展將具有重要意義，這是因為基因工程技術起源于西方國家，一些名詞的中文解釋較為生澀，不利于學生的直觀理解，因此教師應結合學生的實際英語水平，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)學生的求知欲，使學生樹立遠大志向、增強以所學專業(yè)為榮的自豪感。

（四）提升發(fā)展教學目標

目前基因工程原理與技術課程的教學較為重視基礎知識的講授，但結合課程建設的方向，進一步擴展授課內容的深度和廣度十分有必要。本門課程將在原有基礎上增加更為前沿的內容，同時要求學生必須掌握TBtools等常用的生物信息學分析和設計軟件以及各類基因組數(shù)據(jù)庫的使用。更重要的是，學生在完成課程學習后應當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目標達成度的關鍵評判標準。

四、結語

自1973年基因工程正式問世至今，相關技術的快速發(fā)展已經(jīng)深入影響社會的各個領域，有力地推動構建人類命運共同體。基因工程原理與技術課程的教學是傳承基因工程知識和技術體系的重要途徑，也是現(xiàn)代生命科學研究的重要啟迪[4]。以培養(yǎng)高質量生物技術類人才為出發(fā)點，把建設高水平一流課程作為目標，多舉措并行不斷改良、優(yōu)化、創(chuàng)新和豐富教學的模式和內容，探索更加多元且有效的教學渠道，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課程發(fā)展的關鍵。

習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、解決“卡脖子”難題的“潛力軍”?；诖耍瑢Ρ究苹蚬こ淘砼c技術課程的建設和教學改革不僅關乎如何培養(yǎng)出國家和社會真正需要的生命科學類人才，還關乎高校發(fā)展、學生就業(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課程任課教師應始終堅持以辯證發(fā)展的態(tài)度不斷提升教學水平，不斷總結經(jīng)驗，大膽開拓創(chuàng)新，力爭在教學實踐中取得更大的成效。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 吳瓊.高校生物技術專業(yè)主干課程整合和課程結構體系構建的研究[J].當代教育實踐與教學研究，2019（22）：109-110.

[2] 劉小玲，雷蓉.從入選中國科學十大進展看合成生物學的發(fā)展[J].科技中國，2022（4）：36-41.

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

[4] 劉聰，孫地，朱靜榕，等.基因工程教學改革的分析與思考[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”背景下科研素質培養(yǎng)在基因工程課程教學改革中的實踐[J].科技風，2022（12）：118-120.

［責任編輯：周侯辰］