生物技术专业“现代生物技术概论”课程教学改革及实践

王婧臻　王俊明　张静　张杰　祝文兴　王海勇　曹瑞文　郝鲁江

摘  要：伴随着生物技术的迅速发展，新理论、新技术不断更新，其研究和应用范围变得更加广泛，涉及到医学、环境、农业等学科，以及新形成的前沿交叉学科。这使得“现代生物技术概论”课程具有综合性强、涉及面广的特点，也为达到理想的授课效果增加了难度，给授课教师带来了极大的挑战。“现代生物技术概论”课程在不同类型和层次的院校均有开设，使用教材也不尽相同。作者结合自己的教学体会，从教学内容、教学模式等方面对课程改革进行了探讨和总结，以期提高本课程的教学水平，同时为其他院校相关课程的开展提供参考。

关键词：“现代生物技术概论”;教学内容;教学方式;校企合作教学;考核方式

中图分类号：G642        文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2021）10-0139-04

Abstract： In the 21st century， new theories and technologies are constantly updating with the rapid development of biotechnology. The research and application of modern biotechnology is extensive and in-depth， involving medicine， environment， agriculture and other disciplines， as well as the newly formed interdisciplinary fields. Therefore， "Introduction of Modern Biotechnology" is a comprehensive course， which brings great challenges to the teaching of the course. Based on previous teaching experience， the author discusses and summarizes the curriculum reform from the aspects of teaching content and teaching mode in order to improve the teaching level and provide reference for the development of relevant course.

Keywords： "Introduction of Modern Biotechnology"; teaching content; teaching methods; teaching through school-enterprise cooperation; assessment method

现代生物技术始于20世纪70年代，是在分子生物学发展基础上成长起来的。自1953年沃森和克里克两位科学家对遗传物质核酸的结构进行揭示，对生命的探索从细胞水平进入分子水平。随着学科的发展和科学技术的进步，生物技术已经成为当前重要的学科领域。其研究内容主要包括基因工程、细胞工程、蛋白质工程、发酵工程和酶工程等领域[1，2]，具有广阔的应用前景。现代生物技術随着不断的创新和改进，在生物定向改造、揭示生命本质、环境保护、疾病的治疗和诊断等方面，开始发挥越来越重要的作用，逐渐进入了生物技术产业竞争的新时代[3，4]。尤其在医学方面，核酸疫苗的应用、分子诊断技术与基因芯片诊断技术、基因工程药物、干细胞以及纳米技术治疗等技术的开发和应用，对疾病的防治、诊断和治疗成效显著，有效的促进了医学的发展，为人类健康做出了巨大的贡献[5，6]。除了健康问题外，人类所面临的其他诸多问题，例如粮食问题、生态环境保护和资源问题等的解决，都愈发依赖于现代生物技术的发展[7]。

“现代生物技术概论”是一门论述生物技术的原理以及生物科技在生产生活中应用的课程，包括生命科学的前言和尖端学科，新发展、新技术和新结果。该课程专业知识结构复杂、涉及面广，交叉背景深，以分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫学、遗传学、生理学、系统生物学等学科为支撑，结合了化学、化工、计算机、微电子等内容，对授课教师和讲授内容的选择上有较高的要求[8]。在教学的过程中，需要查阅大量的文献资料，不断充实和更新知识储备丰富课堂内容，才能把握学科前言和发展动态[9]。同时授课教师还需要与时俱进地不断进行教学改革，搭建科学、有效的教学体系，不断激发和培养学生们的创新思维能力、扩展知识面，不断满足当前社会所需的高素质生物技术人才是一项至关重要的任务[10，11]。因此，为适应现代生物技术的发展和学生学习的需要，在“现代生物技术概论”课程的讲授中对教学内容，教学方式等方面进行了改革。使学生对现代生物技术的基本原理、应用、新动向及将来的发展趋势有一个初步的了解，扩大学生的知识面，拓宽视野，把生物技术知识和观念潜移默化到他们的专业学习中。为学生在学习中能初步应用生命科学和现代生物技术相关知识分析和解决自己本专业的问题提供帮助，并进一步激发学生对生物技术的学习兴趣，增加专业信心。

一、现代生物技术概论课程特点和教学意义

生物技术发展迅速，应用范围更是非常广泛，因此“现代生物技术概论”课程的内容涉及面广，包括诸多的基础理论知识、研究成果和生活生产应用，涉及环境科学、医学、农业科学等许多学科，不同学科之间的内容相互交叉形成诸多的交叉学科[12]。因此，为适应生物技术的快速发展、为学生提供前沿的科学知识，该课程对教师的理论知识水平有非常高的要求，需要教师有较高的理论基础和较好的科研能力，同时还要有一定的实践经验[13]。

“现代生物技术概论”是为我校生物技术专业三年级学生开设的一门选修课程，根据生物技术专业的培养要求设立[14]。本课程要求学生在掌握微生物学、细胞生物学、生物化学和遗传学等专业基础知识之上，明确现代生物技术的基本概念、基本原理和基本操作技术，并以理论知识为基础了解专业发展的前沿内容，主要包括新技术、新方法和新成果，这对巩固所学专业知识、扩展知识面、拓宽视野和综合能力的提高具有重要的作用。学生在该门课程的学习中，不仅能够学习到新的基础理论知识，还需要了解生物技术的实际应用和研究热点。同时为学生认识到生物技术学科的重要性，激发学生探索生物科学的兴趣，学好生物学打好扎实的基础。

二、改革实践

为适应科学发展的需要，同时也为了满足学生的兴趣爱好和特长发挥，“现代生物技术概论”作为一门专业选修课以介绍先进科学技术和最新科技成果为主，来扩大学生的知识面。对此在“现代生物技术概论”课程讲授中，进行了以下的改革和实践：

（一）教学内容的开放

“现代生物技术概论”内容广泛，与生物技术相关的交叉学科、边缘学科发展也非常的迅猛。因此，以传统的教科书作为教材，知识和技术内容相对陈旧，主要侧重于理论基础和技术原理，前沿的技术和理论知识无法及时的整理到教材中，不能够满足生物技术的发展速度。将最新成果引入教学，不仅能够丰富课堂教学内容，使学生了解和掌握最新生物技术，还能拓展学生的知识面，并提高创新思维能力和解决科学难题的能力。

针对现有的问题，应改变原有教学的局限性，将教学的内容更多的向前沿方向渗透，将各学科知识整合到整个教学过程中。在课程开展的过程中，采用了专题式讲课方式，每个专题都设定一个主题，围绕研究热点、热门技术以案例的形式进行专题讲座，包含相关的技术和理论知识。每2个课时为一个专题，所有的专题涵盖了基因工程、细胞工程、蛋白质工程和酶工程等领域方面。按照每个专题所讲述的内容准备课堂讲义，并提前发给学生进行预习。这种专题讲解的学习方式不但能够丰富学生的知识面，学生还能够掌握更多的生物技术的前沿热点、发展趋势。在课程讲授中，发现和利用一些神秘、显著的自然现象和科学技术的热点问题，引导、激发学生的学习积极性，并运用启发式的教学方法，始终让学生带着问题思考，激发学习兴趣，发挥学习的主动性和创造性。例如在基因工程方面，着重介绍了CRISPR技术，从其发现到现阶段的应用，以及其在全球生物学研究中的火热程度和其引发的CRISPR/Cas9的专利之争，热门技术的介绍和趣味性引发了学生极大的学习兴趣，课堂效果非常好。同时针对基因编辑所产生的争论问题，在讲授时也组织学生对“现代生物技术对人类之利与弊”进行思考和讨论，让学生对现代生物技术的安全问题和伦理道德问题有初步的认识。学生们也重新认识了现代生物技术是一把双刃剑，对整个生物技术的发展也有更加客观和理性的态度。除了新技术外，我们也对传统的生物技术进行了讲述，例如酵母菌。酵母菌作为一种常见的微生物，在传统和现代生物技术中得到了广泛的应用，在专题中对酵母菌在现在工业生物技术中的应用进行了详细的介绍，包括菌种改良和发酵应用等等。在传统的研究方向之外，课程中还增加了交叉学科所涉及的内容——微流控芯片。交叉学科内容的增加让学生的视野不仅仅局限在传统的生物专业上，认识到学科背景宽泛的重要性，除了专业知识的学习，其他相关专业的知识也能为自己的专业发展提供助力。

（二）多教师共同授课的模式

以专题式讲授课程受教师专业背景、科研经历和实践的影响较大，要求教师既具备复合型的知识结构，同时又要具备专业知识，单靠一个人难以深入的掌握如此广范围的知识内容和专业技术。因此，稳定和高素质的师资队伍是完成上述教学工作的基础。这不仅要求教师具备扎实的理论功底，同时具备较高的科研技能。

我们根据不同教师的专业背景课教学科研经历，每一个专题由一个相关背景的老师负责讲授，这种方式能够把相关的知识和技能讲述得更加清楚，每一个专题具体的授课方式由任课教师决定。帮助学生更加深入和广泛的了解生物技术前景，培养学生对学科和专业的认识，这样的授课方式也得到了班内学生的一致好评。学生普遍反馈，在专题的讲授中会运用到微生物学、生物化学、遗传学等课程中的知识，这使得原来出现在课本中的理论知识能夠同生产应用和科学前沿相结合，既巩固了理论知识也对于学习到的前沿技术的具体应用有了更加深刻的理解。这使得学生的学习兴趣得到了调动，同时对自己的专业也更有信心。尤其是在涉及交叉学科方面内容的讲授时，专业背景老师讲授的优势最为突出。在课程微流控芯片讲授时，涉及到生物、化学、医学、流体、电子、材料等学科背景，从事该方向的老师介绍起来更加的深入、仔细，并且作为实验一线的老师，在上课时该名老师将自己实验室制作的微流控芯片给同学进行传阅，使学生对微流控技术有了更加直观和深入的了解。很多同学在课后也同授课教师进行交流，去实验室进行了参观和学习，对该研究方向表现出了极大的兴趣。多教师的讲述也为更加丰富的课程内容增加了可能性。

（三）校企合作教学

在当今激烈的竞争环境中，探索符合生物产业所需要的人才培养模式，是实现学校教学的职能之一。生物技术是一门理论和应用并重的综合性课程，但在传统教学理念影响下，高校教学很少将企业的需求作为讲授导向，教师也缺少生产实践经验，这使得讲授的内容和人才的培养与社会的需求脱节，对学生在毕业后工作道路选择和继续求学的方向上带来不利影响。校企合作的教学模式能够为应用型人才的培养提供有效的途径。

在“现代生物技术概论”课程的讲授中，也邀请了行业中的专家介绍企业当中使用到的新的解决方案、新型仪器设备和先进方法等内容。这样的讲授提高了学生的学习兴趣，使学生对生物技术在现实生产流程和发展趋势上有了更加深入的了解，能够更加直接的解决学生在理论课程学习过程中的一些疑惑。例如在授课中，从企业请来了技术人员为学生讲解“微生物菌落挑选、菌株筛选及分析鉴定方案”。在原有的微生物课学习中，学生已经学习过微生物菌落挑选、筛选和鉴定的方法，知道微生物菌种是进行生物制造的核心，同时也了解该过程工作量大，需要大量的重复性工作。而企业的技术人员则为学生带来了高通量筛选方法，所介绍的仪器和配套方案为有效控制筛选成本和提高工作效率有极大的帮助，将学生所学的基础知识和现实生产实践结合，在巩固了原有知识的同时也让学生认识到知识需要在实践中不断的活学活用。在介绍新技术方案的同时，也邀请了公司的技术支持人员为学生介绍新知识——表观遗传学。表观遗传学在20世纪80年代逐渐兴起，现在已经成为全球研究的一个热点，而我校教师的研究涉及相关知识较少，因此从生物公司邀请了专门提供表观遗传学整体项目设计、实施服务的技术人员，从表观遗传的发展史开始介绍，为学生系统的介绍了表观遗传学的内容。学生在授课中了解到，很多与经典孟德尔遗传法则不相符的生命现象都可以用表观遗传学进行解释，同时表观遗传学所包括的DNA甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化以及蛋白修饰等内容也是课本中未曾涉及到的。尤其是当介绍到表观基因组研究也为癌症和其他复杂疾病打开新的研究思路时，学生们表现出了极大的兴趣。通过和企业人员的直接交流，使学生所学的知识得到了沉淀的同时也能与生产实践相结合，在丰富学生视野的同时，为学生在后期的就业和继续教育上提供了方向。

（四）多元化的考核方式

针对“现代生物技术概论”这门课的授课特点，我们采取两种考核方式相结合，即期末考试成绩占70%，平时成绩占30%。期末考试采取课程论文的形式，传统的课程论文一般由任课教师指定题目，在本课程的论文学生可以在所讲授的专题中选择自己感兴趣的方向撰写课程论文。与传统指定论文题目相比，学生的论文内容更加的丰富，内容更加的深厚，可以看出是学生认真查找材料、仔细研读和撰写的。并且在论文写作的过程中授课老师也经常会收到学生咨询专业问题，这说明在写作的过程，学生与学生、学生与文献资料、学生与老师之间形成了知识传递和交流的状态，发挥了主观能动性，让学生将课堂所学的知识融会贯通，提高分析问题与解决问题的能力。

平时成绩主要包括课堂出勤、课堂提问考核和课程反馈。课堂出勤指学生上课期间（包括理论课和实验课）是否迟到、早退、旷课等情况，以及课堂上是否遵守课堂纪律等。课堂提问考核指学生在课堂上对教师提出的问题的回答情况，主要考查学生的思考能力和与教师的互动情况。课程反馈主要是要求学生在课程结束后，写一份对整个课程的总结，包括对课程内容的评价，希望了解的方向和学习的内容，学生对于课程的反馈和评价是课程下一步改进的方向。

作为选修课来讲，考核的目的不仅是为了检测学生对所学知识的掌握情况，更重要的是调动学生学习的积极性和主观能动性，在一定的选择范围内让学生自由发挥，激发学生学习的积极性与主动性。科学的考核方式除了证明学生学习效果外，还培养了学生的探索精神及对科学研究的兴趣。

三、结束语

现代生物技术概论是一门综合性强、知识面广的学科，伴随着生物技术的快速发展给课程的讲授增加了新的难度和挑战。并且随着生物新技术在生活中的涌现，学生需要了解和学习更多的知识，拓展自己的知识面，丰富知识的储备。这就要求在授课内容、授课方式等方面进行不断的改善，同时授课教师要不断关注新的研究进展，不断学习新的应用技术、更新补充教学内容，才能使整个课程内容更加的充实和丰富。力求把枯燥的生物技术理论讲授的生动易懂，让学生易于理解，激发学生的学习积极性和专业兴趣。通过优化“现代生物技术概论”课程教学体系，为学生提供了更加丰富的讲授内容，增加了学生对理论知识的理解和技术应用，让学生更深一步了解生物技术的应用范围，同时也提高学生对专业的认识和信心。教学改革和实践需要师生的共同努力，在经验寻求改革和创新，期望通过教学改革和实践不断提升教学质量和教学水平，为社会输出更多更优秀的现代生物技术方面的专业人才，促进我国生物技术行业的发展和进步。

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基金项目：该论文受到2019年度中国轻工业联合会教育工作分会课题“科教融合背景下生物技术专业创新人才‘2+1+1培养模式的构建”（编号：QGJY2019030）;2019年山东省研究生教育优质课程“工业微生物遗传与育种实验”（编号：SDYKC19121）;2019年山东省线上线下混合式一流课程“微生物学”（编号：2019-443）;2016年度齐鲁工业大学（山东省科学院）教研项目“生物工程专业课虚拟仿真资源的开发建设与应用”（编号：201648）;2016年度齐鲁工业大学（山东省科学院）专业核心课程建设项目“生物技术专业核心课程群”（编号：2016H07）;2019年度齐鲁工业大学（山东省科学院）教研项目“虚拟仿真金课建设的关键难点问题及解决策略研究——以‘生物技术综合实验为例”（编号：2019yb56）;2020年度齐鲁工业大学（山东省科学院）教学改革和教学研究线上教育专项招标项目“‘微生物学实验虚拟仿真金课建設”（编号：2020zd01）的支持

作者简介：王婧臻（1990-），女，汉族，山东济南人，博士，讲师，研究方向：环境微生物基因功能解析及蛋白功能。

通讯作者：郝鲁江（1972-），男，汉族，山东烟台人，博士，副教授，研究方向：微生物生物技术。