姜 成，繆國(guó)鵬，張科貴

（淮南師范學(xué)院 生物工程學(xué)院，安徽 淮南 232038）

基因工程（genetic engineering）又稱(chēng)DNA重組技術(shù)，是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)生物遺傳物質(zhì)的改造，從而使某種生物或細(xì)胞具備新的形狀的現(xiàn)代生物技術(shù)。自1978 年，美國(guó)Genentech 公司研發(fā)出首個(gè)DNA重組產(chǎn)品——胰島素后，基因工程技術(shù)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)保及醫(yī)藥等行業(yè)。[1]尤其在新型冠狀病毒肆虐的幾年中，人們愈加體會(huì)到基因工程對(duì)藥物生產(chǎn)行業(yè)的重要作用，各類(lèi)重組疫苗、免疫檢測(cè)試劑的開(kāi)發(fā)，不但助力于我國(guó)全面抗擊疫情的勝利，也凸顯了我國(guó)生物行業(yè)對(duì)基因工程相關(guān)技術(shù)人才的渴求。

為了響應(yīng)國(guó)家建設(shè)地方應(yīng)用型高水平大學(xué)的號(hào)召，助力長(zhǎng)三角地區(qū)生物行業(yè)的蓬勃發(fā)展，我校積極推動(dòng)課程體系改革，不但把“基因工程”調(diào)整為生物制藥專(zhuān)業(yè)的核心課程，而且根據(jù)成果導(dǎo)向性教育（outcomebased education，OBE）理念改革教育體系與評(píng)價(jià)方式，其目的在于培養(yǎng)一批掌握重組DNA技術(shù)設(shè)計(jì)與分析能力的人才，滿足國(guó)家和企業(yè)高速發(fā)展的需要。[2]本文總結(jié)了基于OBE 理念改革“基因工程”課程教學(xué)體系與考核方式一些經(jīng)驗(yàn)，以期為進(jìn)一步完善后續(xù)課程教學(xué)體系、提高本科教學(xué)質(zhì)量提供借鑒和參考，為實(shí)現(xiàn)地方應(yīng)用型高水平大學(xué)建設(shè)目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

1 當(dāng)前“基因工程”教學(xué)中存在的不足

“基因工程”是一門(mén)應(yīng)用性學(xué)科，其以分子生物學(xué)、生物化學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等學(xué)科為理論基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究利用DNA 重組技術(shù)使細(xì)胞/生物產(chǎn)生新的性狀或產(chǎn)物。長(zhǎng)期以來(lái)，在基因工程的教學(xué)中存在以下不足[3]：

1.1 缺乏教學(xué)主線

知識(shí)點(diǎn)過(guò)于龐雜，大多數(shù)參考書(shū)單純的通過(guò)知識(shí)點(diǎn)分章節(jié)，導(dǎo)致任課教師在教學(xué)時(shí)沒(méi)有課程主線，無(wú)法讓學(xué)生通過(guò)課程的學(xué)習(xí)掌握設(shè)計(jì)、完成、分析實(shí)驗(yàn)的能力，沒(méi)有充分發(fā)揮出一門(mén)應(yīng)用性學(xué)科該有的作用。

1.2 學(xué)生重視程度不夠

長(zhǎng)期以來(lái)，學(xué)生基于考研、學(xué)位畢業(yè)要求等原因，更多精力放在分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)、生物化學(xué)等基礎(chǔ)理論學(xué)科上，而基因工程的重要性則被忽略，未能成為學(xué)生能力培養(yǎng)中的重要一環(huán)。

1.3 理論與實(shí)踐割裂

通常各大院校不會(huì)以基因工程為名義單獨(dú)開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課，但是又會(huì)開(kāi)設(shè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)或是包含基因工程內(nèi)容的綜合大實(shí)驗(yàn)。因缺乏統(tǒng)籌安排，這些實(shí)驗(yàn)課往往與基因工程理論課的開(kāi)設(shè)時(shí)間相距甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致學(xué)生沒(méi)有辦法第一時(shí)間通過(guò)實(shí)踐手段印證所學(xué)的理論知識(shí)，造成了理論與實(shí)踐之間的割裂。

2 課程教學(xué)體系與考核方式改革

2.1 培養(yǎng)目標(biāo)的設(shè)定

成果導(dǎo)向性教育的核心思想是反向設(shè)計(jì)，即首先預(yù)設(shè)最終教學(xué)目標(biāo)，再一步步進(jìn)行反向的課程設(shè)計(jì)，最后開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。其出發(fā)點(diǎn)并非教師的教學(xué)目的或單純的書(shū)本知識(shí)，而是以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)什么樣的人作為最終的教學(xué)目的。因此在構(gòu)建課程體系時(shí)要按照“內(nèi)外需求→培養(yǎng)目標(biāo)→課程體系”的順序進(jìn)行[4]。根據(jù)目前的國(guó)際國(guó)內(nèi)形勢(shì)以及實(shí)際走訪獲得的企業(yè)招聘需求，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)生物相關(guān)企業(yè)希望學(xué)生能夠掌握“構(gòu)建重組蛋白生產(chǎn)微生物/細(xì)胞，并完成蛋白類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)和純化”的能力。這一能力與基因工程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)高度契合，可以直接作為構(gòu)建課程體系的最終目標(biāo)。基于企業(yè)需求，該課程最終把培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)定為以下幾點(diǎn)：

2.1.1 以“利用某一特定宿主表達(dá)某一特定蛋白”為課程主線，掌握基因工程的工具酶、基因擴(kuò)增與改造技術(shù)、載體、重組體構(gòu)建與篩選和蛋白的表達(dá)與純化等知識(shí)點(diǎn)。

2.1.2 了解基因工程的學(xué)科前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)，理解基因工程在科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展中的重要作用，能夠運(yùn)用基因工程基本原理結(jié)合各學(xué)科相關(guān)知識(shí)，解決科學(xué)研究和教學(xué)等實(shí)踐問(wèn)題。

2.1.3 培養(yǎng)學(xué)生良好的自學(xué)能力，掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢及運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取基因工程相關(guān)信息的能力。

2.1.4 提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、反思研究技能、教學(xué)組織能力和合作交流的能力。

2.2 課程體系的改革

在確立了“讓學(xué)生掌握構(gòu)建重組蛋白生產(chǎn)微生物/細(xì)胞，并完成蛋白類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)和純化的能力”這一最終教學(xué)成果后，在保留原本教學(xué)大綱和參考教材的全部知識(shí)點(diǎn)的情況下，對(duì)“基因工程”的課程教學(xué)體系做出了全面的調(diào)整[5]。新版教學(xué)體系以“利用某一特定宿主表達(dá)某一特定蛋白”為課程主線，圍繞著基因工程一般操作流程進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的逐一展開(kāi)，力求讓學(xué)生明白每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)在DNA重組技術(shù)中發(fā)揮的作用，詳細(xì)具體章節(jié)、課時(shí)及核心知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 基于OBE理念的“基因工程”課程體系

2.3 線上線下混合式教學(xué)

為了進(jìn)一步體現(xiàn)以學(xué)生為中心的思想，同時(shí)避免因?qū)W生基礎(chǔ)不同導(dǎo)致的無(wú)法跟上課堂授課進(jìn)度，本課程引入了“線上線下混合”的教學(xué)模式?！盎蚬こ獭苯虒W(xué)采用“線上課前預(yù)習(xí)—線下課堂講授—課后線上檢驗(yàn)成果”的機(jī)制，旨在培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力并加強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。[6]具體流程如下：

2.3.1 課前通過(guò)“學(xué)習(xí)通”網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生提前熟悉課程知識(shí)，并在線留下疑問(wèn)。力求讓學(xué)生帶著疑問(wèn)走入課堂，提高學(xué)習(xí)效率。目前本課程已建設(shè)完整的網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容，分知識(shí)點(diǎn)上傳課程視頻46個(gè)，累計(jì)時(shí)長(zhǎng)1120分鐘，另有非視頻資源50個(gè)，可充分滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求（課程門(mén)戶鏈接：https：//mooc1.chaoxing.com/course/214636468.html）。

2.3.2 線下課堂主要對(duì)重、難點(diǎn)進(jìn)行解析，總結(jié)學(xué)生預(yù)習(xí)中的疑問(wèn)，進(jìn)行針對(duì)性解答。還可利用智慧教學(xué)工具，利用隨堂測(cè)試、隨機(jī)點(diǎn)名、搶答等方式，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況的同時(shí)，也可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

2.3.3 利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)布課后作業(yè)，并實(shí)時(shí)發(fā)布作業(yè)解析視頻，引導(dǎo)學(xué)生課后復(fù)習(xí)，鞏固學(xué)習(xí)成果。

2.4 思政元素挖掘

“基因工程”并不單純是一項(xiàng)現(xiàn)代技術(shù)，更是一把雙刃劍，對(duì)該課程的學(xué)習(xí)不單要求學(xué)生掌握一定的理論知識(shí)，還要明確該技術(shù)的重要性及濫用的危害。因此我們?cè)谑谡n期間，結(jié)合每個(gè)章節(jié)的具體內(nèi)容，積極挖掘思政元素，其目的一是利用正面案例鞏固知識(shí)點(diǎn)，二是利用反面案例讓學(xué)生產(chǎn)生敬畏之心[6]。如緒論中，可以講述轉(zhuǎn)基因作物的由來(lái)以及西方對(duì)我國(guó)發(fā)起的糧食戰(zhàn)爭(zhēng)，既可以加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可以激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情。又如載體構(gòu)建章節(jié)中，在進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義教育的同時(shí)，可形象地解釋?duì)粱パa(bǔ)的運(yùn)行機(jī)制，還可以在講述轉(zhuǎn)化技術(shù)時(shí)，組織大家討論“基因編輯嬰兒”需要哪些技術(shù)?？傊?，要緊跟時(shí)事，積極挖掘課程相關(guān)的思政元素，讓學(xué)生明白科研人員應(yīng)當(dāng)具有的社會(huì)責(zé)任和擔(dān)當(dāng)，幫助學(xué)生塑造正確的科學(xué)倫理價(jià)值觀。

2.5 考核方式改革

為滿足OBE理念教育模式對(duì)教學(xué)成果的可量化要求，在原來(lái)“30%平時(shí)成績(jī)+70%期末考核成績(jī)”的基礎(chǔ)上，我們分別按照其對(duì)課程目標(biāo)的支撐程度，對(duì)各考核項(xiàng)目進(jìn)行了進(jìn)一步的細(xì)分[7]，表1展示的就是平時(shí)成績(jī)與課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表1 平時(shí)成績(jī)與課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

平時(shí)作業(yè)內(nèi)容最為復(fù)雜，不但考核基礎(chǔ)知識(shí)，還考核學(xué)生的擴(kuò)展學(xué)習(xí)能力及自學(xué)能力，因此主要考核培養(yǎng)目標(biāo)1、2、3的達(dá)成度。小組作業(yè)主要考核學(xué)生自學(xué)及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，涉及目標(biāo)3、4。平時(shí)測(cè)試主要考查基礎(chǔ)知識(shí)掌握情況，只對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1?？记诤突?dòng)主要檢查學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度，只對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)4。課程分目標(biāo)達(dá)成度根據(jù)公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中：Di—編號(hào)為i的課程目標(biāo)的達(dá)成度；

Sk—支撐編號(hào)為i的課程目標(biāo)有k個(gè)考核環(huán)節(jié)，Sk為編號(hào)為k的考核環(huán)節(jié)的平均得分；

Tk—支撐編號(hào)為i的課程目標(biāo)有k個(gè)考核環(huán)節(jié)，Tk為編號(hào)為k的考核環(huán)節(jié)的總分；

Wk—編號(hào)為i的課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)第k個(gè)考核環(huán)節(jié)的權(quán)重。

另外，期末考試為閉卷形式，主要支撐課程目標(biāo)1和課程目標(biāo)2，其中第一、二、四大題分別為名詞解釋、選擇題和簡(jiǎn)答題，用于支撐課程目標(biāo)1所要求的基礎(chǔ)知識(shí)掌握情況，第三、五大題分別為辨析題和綜合論述題，用于支撐課程目標(biāo)2所要求的分析、解決科學(xué)問(wèn)題能力。課程總目標(biāo)達(dá)成度根據(jù)公式（2）進(jìn)行計(jì)算：

式中：D—課程總目標(biāo)達(dá)成度;

Di—編號(hào)為i的課程分目標(biāo)對(duì)應(yīng)的達(dá)成度；

Qi—編號(hào)為i的課程目標(biāo)的權(quán)重。

此外，為了更好評(píng)價(jià)教學(xué)效果，我們還引入了學(xué)生問(wèn)卷自評(píng)模式，并根據(jù)自評(píng)結(jié)果計(jì)算學(xué)生心目中的課程達(dá)成度，旨在提高教學(xué)效果評(píng)價(jià)的可信性。

3 改革實(shí)施效果

經(jīng)過(guò)三個(gè)學(xué)期的課程教學(xué)，我們發(fā)現(xiàn)相比改革前，課上氣氛明顯更加活躍，課前和課后學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性也顯著提高。帶來(lái)的結(jié)果就是學(xué)生對(duì)基因工程的知識(shí)基礎(chǔ)掌握得更加扎實(shí)，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的新成果展現(xiàn)出濃厚的興趣。在線課程建設(shè)以來(lái)，累計(jì)選課人數(shù)達(dá)到315人，頁(yè)面瀏覽量達(dá)254318次，累計(jì)師生在線互動(dòng)104次，發(fā)布公告61次，很好地達(dá)到了輔助線下教學(xué)效果的目的。

3.1 教學(xué)效果分析

根據(jù)OBE理念，我們對(duì)考核評(píng)價(jià)的指標(biāo)進(jìn)行了細(xì)分并分別作出了達(dá)成度分析，以2020級(jí)生物制藥專(zhuān)業(yè)為例，結(jié)果如表2所示。

表2 2020級(jí)生物制藥專(zhuān)業(yè)基因工程課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)結(jié)果

表中數(shù)據(jù)顯示，學(xué)生能夠很好地完成各項(xiàng)平時(shí)任務(wù)，平時(shí)成績(jī)對(duì)四個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成度均較高，遠(yuǎn)高于預(yù)設(shè)的期望值0.7，課程的總體達(dá)成度為0.850。但是仍暴露出一些問(wèn)題：（1）分項(xiàng)計(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)互動(dòng)的單項(xiàng)達(dá)成度只有0.771，說(shuō)明師生互動(dòng)中學(xué)生仍然處于較為被動(dòng)的局面；（2）小組作業(yè)得分呈兩極化趨勢(shì)，高分段與低分段差值較為明顯，說(shuō)明有部分小組組內(nèi)成員團(tuán)結(jié)協(xié)作能力還有進(jìn)一步提升的空間；（3）針對(duì)課程目標(biāo)2設(shè)置的辨析題和綜合論述題得分率較低（達(dá)成度0.731），分析原因?yàn)閷W(xué)生在對(duì)應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力上，仍有所欠缺?？偟膩?lái)說(shuō)，基于OBE理念的分項(xiàng)達(dá)成度分析的方法，有助于對(duì)教學(xué)中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行精準(zhǔn)地把控，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的不足并針對(duì)性進(jìn)行改進(jìn)。

為了凸顯學(xué)生的主體作用，我們還利用調(diào)查問(wèn)卷的方式，讓學(xué)生針對(duì)四個(gè)課程目標(biāo)進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)分為優(yōu)、良、中、及格、不及格五個(gè)級(jí)別。如下圖2是2020級(jí)生物制藥專(zhuān)業(yè)的自評(píng)結(jié)果，全班共計(jì)59人，絕大多數(shù)人（約95%）認(rèn)為自己對(duì)四個(gè)課程目標(biāo)的掌握程度達(dá)到了良好以上的級(jí)別。綜合問(wèn)卷法得到數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，課程達(dá)成度為0.843，該結(jié)果與課程考核得到的達(dá)成度數(shù)值十分接近，說(shuō)明該算法具備較高的可信度?？偟膩?lái)說(shuō)，學(xué)生對(duì)改革后的“基因工程”課程體系評(píng)價(jià)較高，部分同學(xué)甚至表示在學(xué)習(xí)該課程后能夠在學(xué)院的科研團(tuán)隊(duì)或生命科學(xué)競(jìng)賽中，獨(dú)立完成試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和分析，顯著提高了自身的科研能力?；贠BE理念的“基因工程”的教學(xué)體系和評(píng)價(jià)方式改革對(duì)于生物學(xué)科人才的培養(yǎng)具有良好的促進(jìn)作用。

圖2 課程達(dá)成度學(xué)生自評(píng)問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果

3.2 存在的不足

3.2.1 學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性仍有較大提升空間，表現(xiàn)為課程視頻的學(xué)生觀看平均時(shí)長(zhǎng)只有50%左右，說(shuō)明仍有很多同學(xué)在課前預(yù)習(xí)或課后復(fù)習(xí)時(shí)視頻只看了較少的一部分或者干脆沒(méi)看，需要進(jìn)一步加強(qiáng)引導(dǎo)。

3.2.2 學(xué)生對(duì)于知識(shí)的靈活應(yīng)用仍有欠缺，表現(xiàn)為與課程目標(biāo)2相關(guān)的辨析題和綜合論述題得分率偏低，需要在后期的改革中加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合力度，爭(zhēng)取將理論課和實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容一一對(duì)應(yīng)，從而更好地做到學(xué)以致用。

3.2.3 部分同學(xué)的團(tuán)結(jié)協(xié)作意識(shí)還有待增強(qiáng)，變現(xiàn)為小組作業(yè)得分呈兩極化，配合默契的小組團(tuán)結(jié)協(xié)作能交出滿意作品，而磨合得不好的小組互相推諉只能給出敷衍的結(jié)果。在以后的教學(xué)中要充分考慮到學(xué)生的特點(diǎn)，優(yōu)化小組構(gòu)成，細(xì)化組內(nèi)分工，個(gè)性化考核每個(gè)組員，充分調(diào)動(dòng)每位同學(xué)的積極性。

4 結(jié)語(yǔ)

基于OBE理念的“基因工程”課程的學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生快速完成與企業(yè)的對(duì)接，加強(qiáng)崗位競(jìng)爭(zhēng)力。但是教育改革并非一勞永逸，而是需要根據(jù)國(guó)家社會(huì)的需要，持續(xù)性地進(jìn)行改進(jìn)更新。因此，今后的“基因工程”課程還需要繼續(xù)以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為核心，以開(kāi)發(fā)、利用與整合多種教學(xué)資源為手段，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和能力，為培養(yǎng)更多合格的科研人才貢獻(xiàn)力量。