信息化视域下生物技术导论课程教学改革探索

艾昊 段素梅 赵合明 李瑞宁 郑甲成 冯婷婷 黄先忠

摘要 随着信息化时代的到来，生物技术领域高速发展引人瞩目，新技术日益更新、新成果层出不穷，这对农学专业生物技术导论课程教学提出了新的要求。本文分析了生物技术导论课程教学存在的问题，提出了改革方案，以期有效提升教学质量，为提高农学专业学生的学习效果提供了一条切实可行的改革途径。

关键词 生物技术导论；教学改革；教学质量

中图分类号 G642.0 文献标识码 A

文章编号 1007-7731（2023）14-0161-04

生物技术是一门综合性非常强的学科，集生物学、化学、物理学、计算机科学等多门学科技术于一体，具有非常广阔的发展和应用前景，被世界各国视为一项高新技术。生物技术以原有的制酱、制醋、酿酒、面包发酵、奶酪制作等传统生物技术为基础，慢慢发展成为以基因工程为核心的新兴学科，现已广泛应用于农业、林业、畜牧业、食品、医药、能源、化工等领域，促进了传统产业的技术升级改造，也推动了新兴产业的形成，势必对人类生活产生深远的、革命性的影响。生物技术既是现实生产力，也是具有巨大经济效益的潜在生产力，将是21世纪高新技术革命的核心内容，也是21世纪的支柱产业[1]。在此背景下，安徽科技学院针对学校农学专业学生开设了生物技术导论课程。作为专业的核心课程，提高生物技术导论课程教学质量的重要性日益凸显。为此，笔者根据近年来从事该课程的教学经历，对该课程教学进行了思考，并提出了几点教学改革方案。

1 课程性质

生物技术导论是面向安徽科技学院农学院所有专业开设的一门专业方向课，以生物技术中的五大工程技术手段为主线，对有关生物技术的基础知识、基本理论、基本方法等内容进行有机整合，形成宽基础、强技能的课程结构体系。课程内容主要包括生物技术总论、基因工程、细胞工程、发酵工程、蛋白质工程与酶工程、生物技术与农业等章节。通过该课程的学习，要求学生树立以强农兴农为己任，为推进农业农村现代化而努力学习的价值观，帮助学生树立正确的人生观，培养其理论和实际相结合的能力；使学生掌握现代生物技术的基本原理和基本知识，了解现代生物技术的基本方法与发展趋势；促进学生关注不同生物技术，了解生物技术对社会、文化、道德、伦理等的影响，注重生物技术在农业科学、医疗卫生、能源、环境及食品工程领域的应用，并从事与生物技术相关的工作[2]。

2 教学情况

生物技术导论课程作为农学专业的核心课程，主要面向大三本科生开设，学生已经掌握了基本的植物学和生物化学理论基础知识，授课时间在本科三年级上学期。课程设置包括理论教学和实验教学2个部分，其中理论课26学时、实验课6学时。根据农学专业培养方案和教学目标，除了引言部分占2个学时，理论课将基因工程作为重点内容，占8学时；细胞工程、发酵工程作为次重点内容，各占4个学时；酶工程和蛋白质工程作为非重点内容，各占2個学时。另外，还向学生介绍了生物技术在农业、环境、食品、医药健康等方面的应用知识。在内容设置方面，细胞工程介绍组织培养技术、细胞培养技术、次生代谢物生产、细胞融合与体细胞杂交等；而基因工程则介绍核酸分子操作技术、DNA体外重组技术、植物的遗传转化等；发酵工程主要介绍发酵类型、发酵设备、发酵流程以及一些典型产品的发酵工艺。课程考核方式由平时成绩和期末考试2个部分组成，平时成绩包括出勤率（10%）、课堂表现（10%）、实验实践（10%）、课后作业（10%）4个部分，占总成绩的40%；期末成绩以闭卷考试的形式，考核学生对重点章节知识点理解、掌握和运用程度，占总成绩的60%。

3 存在问题

通过多年来的发展，安徽科技学院生物技术教学质量得到了全面提高，教学条件也得到了显著改善。随着我国生物技术这一领域的不断发展，对课程教学目标及质量提出了新的要求，安徽科技学院农学专业生物技术导论现有的教学和课程设置还是满足不了新的人才培养要求。主要存在的问题如下。

3.1 教材的更新速度和周期较慢，新的研究技术和成果相对缺乏

宋思扬主编的《生物技术导论》自1999年第1次面市以来，分别在2003、2007、2014、2020进行了

4次改版，安徽科技学院现在使用的教材为宋思扬和左正宏主编的《生物技术导论》第5版。相比前几个版本，第5版内容虽然有不少改动，但基本框架结构和内容设置变化不大。随着生物技术领域的迅猛发展，新技术日益更新、新成果层出不穷，教材的更新速度和周期较慢等弊端愈发突出[3]。这就要求教师在教学过程中及时地吸收新的成果，反映新的动态，这无疑对新形态下的教师教学提出了更高的要求[4]。

3.2 专业课程体系比较松散，课程内容与其他专业课程设置缺乏系统性

农学专业开设的课程类型分为通识教育课、专业基础课、专业核心课、专业方向课、个性化拓展课、创新实践课等，各课程相互之间存在一定的关联性和独立性，授课老师的教育背景不同，且有可能来自不同的系部，相互之间交流不够紧密，导致不同课程间会出现部分内容的重复[5]。例如，生物技术导论课程基因工程部分内容与分子生物学基础、遗传学的某些内容有重叠，而细胞工程部分内容与植物组织培养技术的某些内容有重叠。这些内容的交叉重叠，一方面浪费了学时和宝贵的教育资源，另一方面也势必会在一定程度上影响学生的学习兴趣，导致教学效果不佳和教学质量下降。另外，在之前的教学大纲中，安徽科技学院生物技术导论课程设置主要内容为生物技术的五大工程（基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和蛋白质工程）。然而，生物技术导论是门综合性较强的前沿导论课程，应减少生物技术的原理性、技术性方面的内容量，将重点放在生物技术的前沿应用方面，以激发学生对生物技术的探索欲。因此，应大大提高生物技术在农业、环境、能源、食品、人类健康等领域的应用等方面的内容。对于农学专业学生，尤其要将生物技术在培育抗病抗逆、优质高产植物新品系中的作用作为重点向学生讲授。另外，之前的实验课内容，如DNA的提取、PCR技术、琼脂糖凝胶电泳，与其他课程重复度过高，应针对不同课程的重难点，设置差异化实验内容[6]。

3.3 生物技术内容和原理抽象，学生相关基础理论知识薄弱

作为一门知识面广、专业性强的课程，生物技术导论以五大工程为主线，涉及各技术在社会生产中的应用案例和发展前沿，知识体系庞杂且抽象，不易被理解与接受。对于安徽科技学院农学专业学生而言，尤其是对口专业学生，虽然已经提前学习过植物学、植物生理学、生物化学、遗传学等先行课程，但这些课程的知识纵深较广、维度丰富，学生很难在课堂直接掌握吸收，造成其学习功底不扎实，并且尚未修习过分子生物学基础、分子遗传学等方面的课程，导致学生掌握的相关基础知识极为薄弱匮乏。这也成为教师在授课过程中发现学生学习效果不佳、学习兴趣不浓、学习动力不强，从而引起學生学习障碍的主要原因之一[7，8]。

3.4 教学方法单一，学生参与意识薄弱

目前，安徽科技学院针对农学专业的教学方式还是以“课件讲授”为主，与学生互动少，未体现以学生为主体，也无法很好地激发学生自主学习的积极性。比如，教学内容未能完全充分反映现代生物技术学科的发展进展，教学素材如动画、图画、视频也不丰富，教学模式过于单一，依赖PPT较为严重，缺乏多样化的媒体教学，教学主要停留在把课本中的知识机械的讲授给学生，缺乏创新性教学。这就导致学生上课感觉虽然不错，但课后能长期记忆的东西偏少，不能真正理解生物技术导论的精髓，学习效果不佳，从而限制了学生的进一步自我发展，将来难以适应社会的要求。

4 教学思考与改革实践

4.1 优化教学内容，关注生物技术前沿

在之前的教学大纲中，安徽科技学院生物技术导论课程设置主要内容为生物技术的五大工程（基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和蛋白质工程）。本项目拟减少生物技术的原理性、技术性方面的学时量，大大提高生物技术与农业、食品、能源、人类健康、环境的关系和应用技术以及相关伦理安全和发明保护等方面的内容，将重点放在生物技术的前沿应用上，从而激发学生对生物技术的探索欲。生物技术的发展日新月异，仅参考某一本教材，无法满足生物技术导论课程教学的需要。为此，笔者以宋思扬、左正宏主编的《生物技术概论》（第5版）为教材，以程备久等主编的《现代生物技术概论》、翟礼嘉等主编的《现代生物技术概论》作为主要参考教材，同时查阅国内外最新研究资料，了解生物技术研究的最新进展，在拓宽和更新自身知识体系的过程中，不断给学生传授生物技术前沿信息。

4.2 结合传统教学与数字化教学，充分利用数字化教学手段

改变以课堂讲授为主的传统教学方法，借助学习通、雨课堂等平台，建设完善生物技术导论网络课程，课前将课程讲义及课后讨论相关问题上传至网络教学平台，学生可以提前下载并预习；将课程相关进度及参考文献、课堂辅助学习视频材料上传至网络教学平台，方便学生课后自学，并有利于学生对相关知识进行深入探讨。生物技术导论的网络课程中通常包含大量的链接、图片、动画、视频，学生通过浏览观看这些电子资源，可更直接、更具体、更深刻地建立对生物技术领域一些抽象科学理论的认知，从而缓解学生的学习压力。同时，利用数字化教学手段，在传统教学的基础上，设置线上提问、讨论，了解学生的整体学习效果；另外，通过设置抢答题，鼓励学生积极参与交互式教学，并对于积极参与的学生给予表扬，有助于提高学生主动思考学习的能力，减少传统灌输式教育产生的问题[9]。

4.3 紧密结合教学与科研，引入科研新成果

改变以往只注重传授基本理论的教学方式，将科研成果和先进的生物技术理论融入教学中，从最近的科研动态、最新科研成果入手，介绍与此相关的技术体系，进而引出与教学内容相关的理论知识，使教学内容与科研发展动态和前沿方向紧密结合，让书本上抽象枯燥的科研知识变得更加具象有趣、贴近生活，从而增强学生的好奇心，激发他们的求知欲，培养他们对科研的浓厚兴趣。

在讲授发酵工程部分时，教材中以经典的抗生素发酵、氨基酸发酵、维生素发酵为例，讲述了一些典型产品的发酵工艺。本项目拟保留最经典的青霉素发酵，适当地融合一些最新的发酵产品的发酵工艺。例如，在授课的时候，播放2021年9月份的一则新闻——我国科学家在人工合成淀粉领域取得的原创性、重大颠覆性突破。中国科学院天津工业生物技术研究所采用发酵工程用发酵罐实现了二氧化碳到淀粉的人工化学-生物合成，这是国际上首次在实验室完成淀粉的人工合成。据估算，如果在充足的能量供应下，1 t发酵罐理论上每年产生的淀粉产量相当于0.33 hm2玉米地的淀粉产量，可大大缓解土地资源紧张、粮食安全、温室效应等问题 [10]。

在讲授书本上的理论知识时，由于比较抽象且脱离实践，学生难免会觉得枯燥乏味。教师如果结合自身案例及科研经历，能大大方便学生理解，提高其科研兴趣。比如基因工程部分，讲到了3种最主要的报告基因——GUS、GFP、LUC。可以结合最新的研究成果，如和玉兵团队在2020年发表在Horticulture Research上的文章中，开发了一种新型的报告基因RUBY，红宝石报告基因，该报告基因可以弥补GFP、LUC需要特殊的荧光激发设备，GUS染色会破坏细胞结构，且需要特殊试剂配制染色剂，不能直接显示报告结果耗时耗财耗力等缺点，直观简单[11]。笔者利用该技术，构建了水稻转基因材料，结合自身实验过程中的照片及实验结果，给学生讲授基因工程中的报告基因、转基因操作等内容时，会更加生动形象。

4.4 突出学生主体地位、教师主导作用，提升学生的积极性和主动性

摒弃传统的灌输型课堂教学模式，强调学生的主体作用。针对热点问题，采取课堂讨论或辩论的形式，充分发挥学生的积极主动性，激发学生的学习兴趣和热情，活跃课堂氛围，学生的收获更大。利用启发式教学模式、翻转课堂相结合，培养学生独立思考及解决问题的能力[12]。例如在上个案例中，可以先不讲明新型报告基因RUBY相较于GUS、GFP、LUC的优点，提问学生新型报告基因RUBY的优点，启发学生思考，或者主动搜集文献的能力；也可以针对热点问题，采取课堂讨论或辩论的形式，充分发挥学生的主观能动性，激发学生独立思考问题的能力和运用所学知识解决问题的能力。

5 结语

综上所述，针对安徽科技学院农学专业生物技术导论现有的课程内容设置和教学方式，通过改善课程教学体系，优化课程内容设置，利用经典案例结合最新前沿案例教学方法、线上结合线下教学手段、启发式教学结合翻转课堂教学模式、理论结合實践教学策略等多种混合教育设计，可较好地解决生物技术导论课程教学中存在的关键问题，有效提升教学质量，为提高农学专业学生的学习效果提供了一条可行的改革途径。

参考文献

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[12] 关长飞，刘淑媛. “问题驱动法”在园艺植物生物技术实验课程教学中的应用[J]. 教育现代化，2019，6（48）：197-198，222.

（责编：张宏民）