方澤民， 劉娟娟， 房 偉， 肖亞中

(安徽大學 生命科學學院， 合肥 230601)

在分子生物學和分子遺傳學等學科綜合發(fā)展的基礎上，1972年，Paul Berg等人創(chuàng)立了定向改造生物的新科學——基因工程，其原理是應用人工方法把生物的遺傳物質(zhì)分離出來，在體外進行切割、連接和重組，構(gòu)成遺傳物質(zhì)的新組合，然后將重組的DNA轉(zhuǎn)化或?qū)氲皆葲]有這類分子的宿主細胞內(nèi)穩(wěn)定繁殖，從而改變其遺傳特性，或者使新的遺傳物質(zhì)在新的宿主中實現(xiàn)大量表達，以得到基因產(chǎn)物，包括藥物、酶蛋白等[1]。基因工程的誕生使得生命科學發(fā)生了革命性的變化，并逐漸成為現(xiàn)代生物技術的核心，廣泛地應用于工農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥等領域。近年來，隨著科學技術的快速發(fā)展、國家對生命科學人才素質(zhì)要求的逐漸提高，基因工程已成為生命科學相關專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課程[2]。它具有專業(yè)性強、內(nèi)容抽象、知識點多、技術發(fā)展更新迅速等特點[3]。因此，傳統(tǒng)的注入式教學，已不能滿足啟發(fā)和引導學生學習課程的積極性和主動性[2,4]。

多元化的教學設計是指根據(jù)多元化的教學內(nèi)容，通過探究、啟發(fā)、翻轉(zhuǎn)課堂等策略或其組合開展課程內(nèi)容的教學和講授。為了提高教學質(zhì)量，更好地喚起學生主動學習的積極性，系統(tǒng)掌握基因工程技術的理論、方法和技術，最終培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題的能力，安徽大學生命科學學院基因工程課程組多年來積極開展課程教學改革，通過梳理教學思路，在既往傳統(tǒng)課堂教學基礎上，增強多元化教學方式，形成了以課堂教學為基礎、結(jié)合多媒體、“線上”素材及參與實踐等教學手段的多元化教學模式，逐漸形成了一些實踐與經(jīng)驗。

1 理論聯(lián)系應用，精選并合理安排教學內(nèi)容

基因工程是集理論性與應用性為一體的學科。通過課程的學習，預期讓學生掌握基因工程的基本原理、基本研究手段和研究方法，了解基因工程操作的基本流程；在此基礎上，逐步形成綜合思維能力，并運用學到的知識分析身邊存在的某些實際問題[5]。因此，課程教學安排中，我們以基因工程原理為邏輯起點，以實際應用中的典型案例為線索，采取“逐步分解滲透”的方法，將原理、技術和應用進行有效整合，讓學生在理解細節(jié)原理的同時，掌握技術的應用環(huán)節(jié)[4-5]。例如，我們在教學過程中，以環(huán)境樣品中特定基因的篩選及表達為案例，首先向?qū)W生展示整體框架思路，然后針對具體的每一個單獨環(huán)節(jié)，詳細講解涉及的每一種技術及原理，最終將這些單獨環(huán)節(jié)集成為一個完整的體系(圖1)。在基因工程的54個教學學時中，我們安排了36個學時的課程按照該種模式進行講授。講授的內(nèi)容包括基因工程的基本技術原理、基因工程載體及基因克隆策略等。

圖1 環(huán)境微生物樣品中特定基因的篩選及表達策略示意圖

因本課程以大學三年級的生物技術、生物工程及生物科學等專業(yè)學生為講授對象，在此之前，他們已系統(tǒng)學習過微生物學、分子生物學以及遺傳學等課程，掌握了分子生物學和遺傳學的基本背景。為了有效地將有限的教學學時用于新知識的教學與實踐，我們在教學過程中，通過與不同課程組之間的協(xié)調(diào)，有效使本門課程與其他課程的知識進行銜接，避免知識的重疊和交叉。

2 充分發(fā)揮多媒體功能，輔助“線上”素材，深化原理與技術銜接

多媒體教學具有圖、聲、文并茂，信息量大，教學效率高等優(yōu)勢[6]。另一方面，隨著網(wǎng)絡的普及，可移動設備例如筆記本電腦和手機已成為學習的重要陣地。充分利用網(wǎng)絡“線上”信息可以為基因工程教學提供豐富的資源，有效地將枯燥的教學內(nèi)容“化難為易、化靜為動”[7]。為此，我們以教學大綱為總體框架，查閱國內(nèi)外相關資料，并針對相關的實驗如質(zhì)粒的抽提、DNA電泳、基因的PCR擴增等實驗項目拍攝成視頻短片；將收集的文字、視頻等資源通過Microsoft PowerPoint、Microsoft word、photoshop、Flash等軟件進行整合、加工，制作了基因工程教學多媒體課件，通過大量的圖片、視頻等素材向?qū)W生展示最新的國內(nèi)外相關研究進展及案例。

我們依托手機App，建立了師生的學習QQ群和微信群，方便老師和同學、以及同學與同學之間及時溝通學習中遇到的問題。為了充分利用課堂時間講授關鍵內(nèi)容，我們還將不需要在教學時間展示的內(nèi)容制作成了輔助教學多媒體課件，內(nèi)容主要包括各種技術的補充案例、每一種技術的拓展操作視頻等。例如，在講解DNA測序原理時，我們會將測序技術的發(fā)展歷史及每個關鍵階段的經(jīng)典論文和設備按照時間順序進行總結(jié)，作為輔助學習材料，通過QQ群和微信群發(fā)送給同學作為自主學習和拓展知識材料。

3 基于“生物技術科學史”，增強學生學習興趣

生命科學史揭示了科學家思考和解決生物學問題的整個思路歷程[8]。在教學中，穿插介紹部分基因工程技術發(fā)現(xiàn)及發(fā)展過程中的科學史故事，不僅可以增強教學的趣味性，也可以讓學生體會到部分“偶然中的必然”。例如，在穆利斯(Kary Banks Mullis)“開車回家的路上的突發(fā)奇想”，發(fā)明了聚合酶鏈式反應(Polymerase chain reaction, PCR)技術，并因此成為諾貝爾獎獲得者的背后，是其天馬行空、突破常規(guī)的學術思想和扎實的學術積累[9]。另外，同學們可以從這些鮮活的例子中，逐漸發(fā)現(xiàn)科學的魅力，細細品味和感受科學家在探究科學問題過程中的思維方式、交流合作以及不同觀點之間的激烈碰撞和爭論，理解科學家嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、求真務實的科學精神和矢志追求真理的科學世界觀。例如，遺傳學家麥克林托克(Barbara McClintock)在20世紀50年代即發(fā)現(xiàn)并報道了“跳躍基因”的存在[1]。在當時的科學界，無人能夠理解“跳躍基因”的奧秘，麥克林托克因此一直被科學界所排斥，其在學術界的地位也因此一落千丈，并被人認為是“瘋子”。然而，麥克林托克并沒有因此而氣餒，而是繼續(xù)潛心自己的科學研究。直到1980年代，“跳躍基因”的概念才最終被科學界所接受，麥克林托克于1984年獲得諾貝爾獎[9]。

近年來，國際科學教育領域已充分認識到科學史在科學教育過程中對培養(yǎng)學生科學興趣、提高學生科學素養(yǎng)、引導學生創(chuàng)新思維方面的重要性，大力提倡將科學史教育納入大學生課程教育之中[8]。我們在基因工程教學過程中，對若干技術背后的科學史故事進行了整理，對有用的素材進行了提取，包括科學家探索某一問題的過程、在研究過程中的態(tài)度、觀點及與他人的爭議、采用的實驗方法及技術，以及在研究過程中表現(xiàn)出的人格魅力故事等，并以適當?shù)男问揭氲浇虒W過程中，讓學生感受和體驗與“學術大咖”相似的科學探究過程，培養(yǎng)他們的學習興趣。

4 拓展前沿知識，增強學生互動性和主動性

作為一門前沿性科學技術，基因工程教學內(nèi)容的更新速度需要跟上現(xiàn)實技術發(fā)展的速度[10-11]。我們在設計教學計劃和教學內(nèi)容、以及在教學過程中，預留了3～6學時的教學實踐，用于最新的前沿動態(tài)的引導性講授；同時，我們給學生預留足夠的時間查閱相關資料，并在教學期限內(nèi)規(guī)劃一定學時，為基因工程前沿技術討論學時，增強學生的參與度和主動性，翻轉(zhuǎn)學生的學習習慣，變被動學習為主動學習，進而培養(yǎng)學生解決問題、表達觀點等綜合能力。

另外，在教學過程中，我們以熱點爭議問題為切入點，引發(fā)學生從專業(yè)角度來思考問題。例如，我們會在學期的第6周左右，向?qū)W生發(fā)布不同的討論話題，如“轉(zhuǎn)基因食品”“基因編輯嬰兒”“黃金大米”等典型的基因工程科學問題[12]，鼓勵學生自由組合成小組，查閱相關資料。在學期末，我們會安排3個教學學時左右的時間，鼓勵學生通過PPT等形式將查閱的資料進行總結(jié)，面向全班表達自己的觀點，引導學生從專業(yè)的角度思考問題，樹立不盲從、不瞎猜、科學解決問題的正確態(tài)度；同時，學生可以通過在主動闡述和互相辯論中了解最新的基因工程技術的原理、應用及利弊等知識。

5 結(jié)語

為了提高學生的綜合素質(zhì)，讓學生系統(tǒng)掌握基因工程的基本原理、技術和方法，我們不斷改革和創(chuàng)新基因工程教學模式，從教學實踐中遇到的實際問題出發(fā)，逐一分析解決問題，力圖為學生提供一個積極、開放、多樣化的學習氛圍，轉(zhuǎn)換學生傳統(tǒng)思維和學習方式，培養(yǎng)學生學習的興趣和積極性。從近5年的探索和實踐來看，多元化的基因工程教學有效地提高了學生的學習興趣，學生的課堂參與度和積極性也明顯提高。反映在學生的學期末考試答卷上，我們也明顯地發(fā)現(xiàn)，學生能夠較為靈活地運用學習的基因工程原理設計實驗，解釋常見的基因工程操作過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，達到了預期的教學目標。

然而，基因工程教學改革是一個系統(tǒng)工程，通過過去幾年的教學探索和實踐，雖然取得了較好的教學效果，但基因工程技術的發(fā)展和應用均異常迅速，因此，在未來的教學和實踐中，還需要通過不斷探索和整合，及時地將最新的基因工程技術及原理進行設計并融入課堂教學中，讓學生及時地掌握學科的最新動態(tài)并將學習的知識應用于今后的工作和學習中。