艾昊 段素梅 趙合明 李瑞寧 鄭甲成 馮婷婷 黃先忠

摘要 隨著信息化時代的到來，生物技術(shù)領(lǐng)域高速發(fā)展引人矚目，新技術(shù)日益更新、新成果層出不窮，這對農(nóng)學(xué)專業(yè)生物技術(shù)導(dǎo)論課程教學(xué)提出了新的要求。本文分析了生物技術(shù)導(dǎo)論課程教學(xué)存在的問題，提出了改革方案，以期有效提升教學(xué)質(zhì)量，為提高農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習效果提供了一條切實可行的改革途徑。

關(guān)鍵詞 生物技術(shù)導(dǎo)論；教學(xué)改革；教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A

文章編號 1007-7731（2023）14-0161-04

生物技術(shù)是一門綜合性非常強的學(xué)科，集生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、計算機科學(xué)等多門學(xué)科技術(shù)于一體，具有非常廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，被世界各國視為一項高新技術(shù)。生物技術(shù)以原有的制醬、制醋、釀酒、面包發(fā)酵、奶酪制作等傳統(tǒng)生物技術(shù)為基礎(chǔ)，慢慢發(fā)展成為以基因工程為核心的新興學(xué)科，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、食品、醫(yī)藥、能源、化工等領(lǐng)域，促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級改造，也推動了新興產(chǎn)業(yè)的形成，勢必對人類生活產(chǎn)生深遠的、革命性的影響。生物技術(shù)既是現(xiàn)實生產(chǎn)力，也是具有巨大經(jīng)濟效益的潛在生產(chǎn)力，將是21世紀高新技術(shù)革命的核心內(nèi)容，也是21世紀的支柱產(chǎn)業(yè)[1]。在此背景下，安徽科技學(xué)院針對學(xué)校農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生開設(shè)了生物技術(shù)導(dǎo)論課程。作為專業(yè)的核心課程，提高生物技術(shù)導(dǎo)論課程教學(xué)質(zhì)量的重要性日益凸顯。為此，筆者根據(jù)近年來從事該課程的教學(xué)經(jīng)歷，對該課程教學(xué)進行了思考，并提出了幾點教學(xué)改革方案。

1 課程性質(zhì)

生物技術(shù)導(dǎo)論是面向安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院所有專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)方向課，以生物技術(shù)中的五大工程技術(shù)手段為主線，對有關(guān)生物技術(shù)的基礎(chǔ)知識、基本理論、基本方法等內(nèi)容進行有機整合，形成寬基礎(chǔ)、強技能的課程結(jié)構(gòu)體系。課程內(nèi)容主要包括生物技術(shù)總論、基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程與酶工程、生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)等章節(jié)。通過該課程的學(xué)習，要求學(xué)生樹立以強農(nóng)興農(nóng)為己任，為推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化而努力學(xué)習的價值觀，幫助學(xué)生樹立正確的人生觀，培養(yǎng)其理論和實際相結(jié)合的能力；使學(xué)生掌握現(xiàn)代生物技術(shù)的基本原理和基本知識，了解現(xiàn)代生物技術(shù)的基本方法與發(fā)展趨勢；促進學(xué)生關(guān)注不同生物技術(shù)，了解生物技術(shù)對社會、文化、道德、倫理等的影響，注重生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)科學(xué)、醫(yī)療衛(wèi)生、能源、環(huán)境及食品工程領(lǐng)域的應(yīng)用，并從事與生物技術(shù)相關(guān)的工作[2]。

2 教學(xué)情況

生物技術(shù)導(dǎo)論課程作為農(nóng)學(xué)專業(yè)的核心課程，主要面向大三本科生開設(shè)，學(xué)生已經(jīng)掌握了基本的植物學(xué)和生物化學(xué)理論基礎(chǔ)知識，授課時間在本科三年級上學(xué)期。課程設(shè)置包括理論教學(xué)和實驗教學(xué)2個部分，其中理論課26學(xué)時、實驗課6學(xué)時。根據(jù)農(nóng)學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案和教學(xué)目標，除了引言部分占2個學(xué)時，理論課將基因工程作為重點內(nèi)容，占8學(xué)時；細胞工程、發(fā)酵工程作為次重點內(nèi)容，各占4個學(xué)時；酶工程和蛋白質(zhì)工程作為非重點內(nèi)容，各占2個學(xué)時。另外，還向?qū)W生介紹了生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)、環(huán)境、食品、醫(yī)藥健康等方面的應(yīng)用知識。在內(nèi)容設(shè)置方面，細胞工程介紹組織培養(yǎng)技術(shù)、細胞培養(yǎng)技術(shù)、次生代謝物生產(chǎn)、細胞融合與體細胞雜交等；而基因工程則介紹核酸分子操作技術(shù)、DNA體外重組技術(shù)、植物的遺傳轉(zhuǎn)化等；發(fā)酵工程主要介紹發(fā)酵類型、發(fā)酵設(shè)備、發(fā)酵流程以及一些典型產(chǎn)品的發(fā)酵工藝。課程考核方式由平時成績和期末考試2個部分組成，平時成績包括出勤率（10%）、課堂表現(xiàn)（10%）、實驗實踐（10%）、課后作業(yè)（10%）4個部分，占總成績的40%；期末成績以閉卷考試的形式，考核學(xué)生對重點章節(jié)知識點理解、掌握和運用程度，占總成績的60%。

3 存在問題

通過多年來的發(fā)展，安徽科技學(xué)院生物技術(shù)教學(xué)質(zhì)量得到了全面提高，教學(xué)條件也得到了顯著改善。隨著我國生物技術(shù)這一領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對課程教學(xué)目標及質(zhì)量提出了新的要求，安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)專業(yè)生物技術(shù)導(dǎo)論現(xiàn)有的教學(xué)和課程設(shè)置還是滿足不了新的人才培養(yǎng)要求。主要存在的問題如下。

3.1 教材的更新速度和周期較慢，新的研究技術(shù)和成果相對缺乏

宋思揚主編的《生物技術(shù)導(dǎo)論》自1999年第1次面市以來，分別在2003、2007、2014、2020進行了

4次改版，安徽科技學(xué)院現(xiàn)在使用的教材為宋思揚和左正宏主編的《生物技術(shù)導(dǎo)論》第5版。相比前幾個版本，第5版內(nèi)容雖然有不少改動，但基本框架結(jié)構(gòu)和內(nèi)容設(shè)置變化不大。隨著生物技術(shù)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，新技術(shù)日益更新、新成果層出不窮，教材的更新速度和周期較慢等弊端愈發(fā)突出[3]。這就要求教師在教學(xué)過程中及時地吸收新的成果，反映新的動態(tài)，這無疑對新形態(tài)下的教師教學(xué)提出了更高的要求[4]。

3.2 專業(yè)課程體系比較松散，課程內(nèi)容與其他專業(yè)課程設(shè)置缺乏系統(tǒng)性

農(nóng)學(xué)專業(yè)開設(shè)的課程類型分為通識教育課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課、專業(yè)方向課、個性化拓展課、創(chuàng)新實踐課等，各課程相互之間存在一定的關(guān)聯(lián)性和獨立性，授課老師的教育背景不同，且有可能來自不同的系部，相互之間交流不夠緊密，導(dǎo)致不同課程間會出現(xiàn)部分內(nèi)容的重復(fù)[5]。例如，生物技術(shù)導(dǎo)論課程基因工程部分內(nèi)容與分子生物學(xué)基礎(chǔ)、遺傳學(xué)的某些內(nèi)容有重疊，而細胞工程部分內(nèi)容與植物組織培養(yǎng)技術(shù)的某些內(nèi)容有重疊。這些內(nèi)容的交叉重疊，一方面浪費了學(xué)時和寶貴的教育資源，另一方面也勢必會在一定程度上影響學(xué)生的學(xué)習興趣，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳和教學(xué)質(zhì)量下降。另外，在之前的教學(xué)大綱中，安徽科技學(xué)院生物技術(shù)導(dǎo)論課程設(shè)置主要內(nèi)容為生物技術(shù)的五大工程（基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程、酶工程和蛋白質(zhì)工程）。然而，生物技術(shù)導(dǎo)論是門綜合性較強的前沿導(dǎo)論課程，應(yīng)減少生物技術(shù)的原理性、技術(shù)性方面的內(nèi)容量，將重點放在生物技術(shù)的前沿應(yīng)用方面，以激發(fā)學(xué)生對生物技術(shù)的探索欲。因此，應(yīng)大大提高生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)、環(huán)境、能源、食品、人類健康等領(lǐng)域的應(yīng)用等方面的內(nèi)容。對于農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生，尤其要將生物技術(shù)在培育抗病抗逆、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)植物新品系中的作用作為重點向?qū)W生講授。另外，之前的實驗課內(nèi)容，如DNA的提取、PCR技術(shù)、瓊脂糖凝膠電泳，與其他課程重復(fù)度過高，應(yīng)針對不同課程的重難點，設(shè)置差異化實驗內(nèi)容[6]。

3.3 生物技術(shù)內(nèi)容和原理抽象，學(xué)生相關(guān)基礎(chǔ)理論知識薄弱

作為一門知識面廣、專業(yè)性強的課程，生物技術(shù)導(dǎo)論以五大工程為主線，涉及各技術(shù)在社會生產(chǎn)中的應(yīng)用案例和發(fā)展前沿，知識體系龐雜且抽象，不易被理解與接受。對于安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生而言，尤其是對口專業(yè)學(xué)生，雖然已經(jīng)提前學(xué)習過植物學(xué)、植物生理學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)等先行課程，但這些課程的知識縱深較廣、維度豐富，學(xué)生很難在課堂直接掌握吸收，造成其學(xué)習功底不扎實，并且尚未修習過分子生物學(xué)基礎(chǔ)、分子遺傳學(xué)等方面的課程，導(dǎo)致學(xué)生掌握的相關(guān)基礎(chǔ)知識極為薄弱匱乏。這也成為教師在授課過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習效果不佳、學(xué)習興趣不濃、學(xué)習動力不強，從而引起學(xué)生學(xué)習障礙的主要原因之一[7，8]。

3.4 教學(xué)方法單一，學(xué)生參與意識薄弱

目前，安徽科技學(xué)院針對農(nóng)學(xué)專業(yè)的教學(xué)方式還是以“課件講授”為主，與學(xué)生互動少，未體現(xiàn)以學(xué)生為主體，也無法很好地激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習的積極性。比如，教學(xué)內(nèi)容未能完全充分反映現(xiàn)代生物技術(shù)學(xué)科的發(fā)展進展，教學(xué)素材如動畫、圖畫、視頻也不豐富，教學(xué)模式過于單一，依賴PPT較為嚴重，缺乏多樣化的媒體教學(xué)，教學(xué)主要停留在把課本中的知識機械的講授給學(xué)生，缺乏創(chuàng)新性教學(xué)。這就導(dǎo)致學(xué)生上課感覺雖然不錯，但課后能長期記憶的東西偏少，不能真正理解生物技術(shù)導(dǎo)論的精髓，學(xué)習效果不佳，從而限制了學(xué)生的進一步自我發(fā)展，將來難以適應(yīng)社會的要求。

4 教學(xué)思考與改革實踐

4.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，關(guān)注生物技術(shù)前沿

在之前的教學(xué)大綱中，安徽科技學(xué)院生物技術(shù)導(dǎo)論課程設(shè)置主要內(nèi)容為生物技術(shù)的五大工程（基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程、酶工程和蛋白質(zhì)工程）。本項目擬減少生物技術(shù)的原理性、技術(shù)性方面的學(xué)時量，大大提高生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)、食品、能源、人類健康、環(huán)境的關(guān)系和應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)倫理安全和發(fā)明保護等方面的內(nèi)容，將重點放在生物技術(shù)的前沿應(yīng)用上，從而激發(fā)學(xué)生對生物技術(shù)的探索欲。生物技術(shù)的發(fā)展日新月異，僅參考某一本教材，無法滿足生物技術(shù)導(dǎo)論課程教學(xué)的需要。為此，筆者以宋思揚、左正宏主編的《生物技術(shù)概論》（第5版）為教材，以程備久等主編的《現(xiàn)代生物技術(shù)概論》、翟禮嘉等主編的《現(xiàn)代生物技術(shù)概論》作為主要參考教材，同時查閱國內(nèi)外最新研究資料，了解生物技術(shù)研究的最新進展，在拓寬和更新自身知識體系的過程中，不斷給學(xué)生傳授生物技術(shù)前沿信息。

4.2 結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)與數(shù)字化教學(xué)，充分利用數(shù)字化教學(xué)手段

改變以課堂講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)方法，借助學(xué)習通、雨課堂等平臺，建設(shè)完善生物技術(shù)導(dǎo)論網(wǎng)絡(luò)課程，課前將課程講義及課后討論相關(guān)問題上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，學(xué)生可以提前下載并預(yù)習；將課程相關(guān)進度及參考文獻、課堂輔助學(xué)習視頻材料上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，方便學(xué)生課后自學(xué)，并有利于學(xué)生對相關(guān)知識進行深入探討。生物技術(shù)導(dǎo)論的網(wǎng)絡(luò)課程中通常包含大量的鏈接、圖片、動畫、視頻，學(xué)生通過瀏覽觀看這些電子資源，可更直接、更具體、更深刻地建立對生物技術(shù)領(lǐng)域一些抽象科學(xué)理論的認知，從而緩解學(xué)生的學(xué)習壓力。同時，利用數(shù)字化教學(xué)手段，在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，設(shè)置線上提問、討論，了解學(xué)生的整體學(xué)習效果；另外，通過設(shè)置搶答題，鼓勵學(xué)生積極參與交互式教學(xué)，并對于積極參與的學(xué)生給予表揚，有助于提高學(xué)生主動思考學(xué)習的能力，減少傳統(tǒng)灌輸式教育產(chǎn)生的問題[9]。

4.3 緊密結(jié)合教學(xué)與科研，引入科研新成果

改變以往只注重傳授基本理論的教學(xué)方式，將科研成果和先進的生物技術(shù)理論融入教學(xué)中，從最近的科研動態(tài)、最新科研成果入手，介紹與此相關(guān)的技術(shù)體系，進而引出與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的理論知識，使教學(xué)內(nèi)容與科研發(fā)展動態(tài)和前沿方向緊密結(jié)合，讓書本上抽象枯燥的科研知識變得更加具象有趣、貼近生活，從而增強學(xué)生的好奇心，激發(fā)他們的求知欲，培養(yǎng)他們對科研的濃厚興趣。

在講授發(fā)酵工程部分時，教材中以經(jīng)典的抗生素發(fā)酵、氨基酸發(fā)酵、維生素發(fā)酵為例，講述了一些典型產(chǎn)品的發(fā)酵工藝。本項目擬保留最經(jīng)典的青霉素發(fā)酵，適當?shù)厝诤弦恍┳钚碌陌l(fā)酵產(chǎn)品的發(fā)酵工藝。例如，在授課的時候，播放2021年9月份的一則新聞——我國科學(xué)家在人工合成淀粉領(lǐng)域取得的原創(chuàng)性、重大顛覆性突破。中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所采用發(fā)酵工程用發(fā)酵罐實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的人工化學(xué)-生物合成，這是國際上首次在實驗室完成淀粉的人工合成。據(jù)估算，如果在充足的能量供應(yīng)下，1 t發(fā)酵罐理論上每年產(chǎn)生的淀粉產(chǎn)量相當于0.33 hm2玉米地的淀粉產(chǎn)量，可大大緩解土地資源緊張、糧食安全、溫室效應(yīng)等問題 [10]。

在講授書本上的理論知識時，由于比較抽象且脫離實踐，學(xué)生難免會覺得枯燥乏味。教師如果結(jié)合自身案例及科研經(jīng)歷，能大大方便學(xué)生理解，提高其科研興趣。比如基因工程部分，講到了3種最主要的報告基因——GUS、GFP、LUC?？梢越Y(jié)合最新的研究成果，如和玉兵團隊在2020年發(fā)表在Horticulture Research上的文章中，開發(fā)了一種新型的報告基因RUBY，紅寶石報告基因，該報告基因可以彌補GFP、LUC需要特殊的熒光激發(fā)設(shè)備，GUS染色會破壞細胞結(jié)構(gòu)，且需要特殊試劑配制染色劑，不能直接顯示報告結(jié)果耗時耗財耗力等缺點，直觀簡單[11]。筆者利用該技術(shù)，構(gòu)建了水稻轉(zhuǎn)基因材料，結(jié)合自身實驗過程中的照片及實驗結(jié)果，給學(xué)生講授基因工程中的報告基因、轉(zhuǎn)基因操作等內(nèi)容時，會更加生動形象。

4.4 突出學(xué)生主體地位、教師主導(dǎo)作用，提升學(xué)生的積極性和主動性

摒棄傳統(tǒng)的灌輸型課堂教學(xué)模式，強調(diào)學(xué)生的主體作用。針對熱點問題，采取課堂討論或辯論的形式，充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣和熱情，活躍課堂氛圍，學(xué)生的收獲更大。利用啟發(fā)式教學(xué)模式、翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考及解決問題的能力[12]。例如在上個案例中，可以先不講明新型報告基因RUBY相較于GUS、GFP、LUC的優(yōu)點，提問學(xué)生新型報告基因RUBY的優(yōu)點，啟發(fā)學(xué)生思考，或者主動搜集文獻的能力；也可以針對熱點問題，采取課堂討論或辯論的形式，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生獨立思考問題的能力和運用所學(xué)知識解決問題的能力。

5 結(jié)語

綜上所述，針對安徽科技學(xué)院農(nóng)學(xué)專業(yè)生物技術(shù)導(dǎo)論現(xiàn)有的課程內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)方式，通過改善課程教學(xué)體系，優(yōu)化課程內(nèi)容設(shè)置，利用經(jīng)典案例結(jié)合最新前沿案例教學(xué)方法、線上結(jié)合線下教學(xué)手段、啟發(fā)式教學(xué)結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式、理論結(jié)合實踐教學(xué)策略等多種混合教育設(shè)計，可較好地解決生物技術(shù)導(dǎo)論課程教學(xué)中存在的關(guān)鍵問題，有效提升教學(xué)質(zhì)量，為提高農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習效果提供了一條可行的改革途徑。

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（責編：張宏民）