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混合式教学模式在基因工程教学改革中的应用初探

2024-03-18 55 上传者：管理员

摘要：基因工程是高等院校生物类专业的一门重要专业课程，该课程内容广泛、新生概念多、理论和实践性强，学生学习过程中存在较多问题。为了提高基因工程教学质量，青岛农业大学海都学院教学团队采取混合式教学模式开展了教学创新的探索，通过超星慕课、专家访谈、国家虚拟仿真实验软件等公共教学资源，同时利用信息技术与情景式教学、案例式教学和翻转课堂等多元化教学创新活动相结合，取得了较好的效果。

关键词：
信息化
创新
基因工程
混合式教学
滞后性
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基因工程技术自1973年诞生以来，发展迅速，其中目的基因的分离重组、遗传转化、表达调控和基因组改造等均具有极高的利用价值，应用范围涵盖工业、农业、医学、畜牧业、能源和国防等领域[1,2]。基因工程是高等院校生物类专业的一门重要专业课程，该课程内容广泛、新生概念多、理论和实践性强，学生学习过程中存在教学内容原理抽象复杂，学生不易理解，课堂参与度低；教材内容的更新具有滞后性，学生不能及时了解科技的进步；“课程+实验”模式，缺乏应用背景不能对独立实验形成系统的认识，实验的效果大打折扣；考核办法不完善，不能全面反映学生能力等问题[3,4,5,6,7]。教育部《教育信息化2.0行动计划》和《关于一流本科课程建设的实施意见》推动信息技术与理论教学深度融合、线上线下多种混合式教学模式不断涌现[8,9]。为了提高基因工程教学质量，青岛农业大学海都学院教学团队采取混合式教学模式开展了教学创新的探索，通过超星慕课、专家访谈、国家虚拟仿真实验软件等公共教学资源，同时利用信息技术与情景式教学、案例式教学和翻转课堂等多元化教学创新活动相结合，取得了较好的效果。

1、教学内容的优化

1.1 精选教材，重点突出

2019年之前学院动物医学和动物科学专业，选取的是何水林主编（2008）科学出版社的普通高等教育“十一五”规划教材《基因工程》，由于这本教材出版已有十余年，缺少近十年来新兴技术和应用等内容，学院选择袁婺洲编著（2019）化学工业出版社的《基因工程》作为参考教材。该教材首先为普通高等教育“十三五”规划教材，同时为国家精品课程建设和国家精品资源共享课教材，配套有国家精品资源共享课，在中国大学慕课、智慧树和爱课程网在线开放，有利于学生自主学习。基因工程课程内容单调、知识点繁多，为了在规定课时内完成教学目标，教师对课程内容合理优化，做到重点突出，脉络清晰。首先研究专业教学大纲，避免教学内容的交叉重叠。其次对于知识点比较简单但内容繁琐的章节，分析整合形成思维导图，便于学生梳理和记忆。最后，系列访谈节目《基因的故事》，从不同角度阐释转基因技术及其产品，解答老百姓关心的关于转基因技术问题。课题组将访谈链接推送给同学，聆听权威的声音，讲述基因的故事，使公众关注的焦点问题更加科学性和权威化，引导学生形成正确的价值观。

1.2 与时俱进，突出应用价值

基因工程技术新科技成果如雨后春笋般不断涌现，因此课堂教学必须紧跟学科前沿，突出应用价值[10]。如将课程与我国科技发展实例相结合，使学生充分了解我国科学家在科技创新等方面做出的贡献[10]。同时利用疫情防控三角，核酸检测-疫苗研发-病毒变异，发掘战“疫”元素，重塑教学内容[11]，使学生树立爱国情怀、培养专业素养；介绍酶制剂，载体和DNA测序的生物公司，如上海生工生物工程技术服务有限公司，宝生物工程（大连）有限公司、华大基因等，为同学提供就业点。在课堂教学中补充CRISPR/Cas9基因编辑技术、新冠病毒核酸检测技术、基因治疗等前沿内容，引导学生解读经典科研案例，引发学生的科研探索精神，培养学生的科研思维。

2、教学设计及创新

2.1 基因工程线上线下混合式教学模式

基因工程混合式教学采用“课前线上预习-课中线下学习-课后线上提升”三重策略，充分培养自主学习能力，具体教学模式见图1。第一：课前线上学习。课前通过学院的超星平台发布视频、PPT课件及相关的教学资讯等预习任务，设置简单的闯关题防止同学刷视频，让学生自主预习线上资源。第二：课中线下学习。教师通过课中约前5 min利用学习通智慧教学工具检验学生线上学习效果，课堂讲授主要针对的是教学目标中重、难点知识的解析，尤其是线上自学环节掌握薄弱的知识点，线下教学中通过超星平台随时插入“课堂测验、选人、投票或抢答”等随堂练习调动学生积极性；还可开启“弹幕”或“投稿”功能让课堂不爱表现的同学讨论交流，教师通过“词云”掌握和反馈学生回答情况。第三：课后线上提升。课后通过教学反思个别辅导、实践案例拓展、专题讨论或者章节测验提高学生的知识面和技能。

图1 基因工程混合式教学模式表

2.2 聚焦单元：基因工程的基本技术混合式教学设计

基因工程共介绍5种基本技术，包括核酸提取、琼脂糖凝胶电泳、聚合酶链式反应、分子杂交技术和DNA序列分析，学时为4学时。本部分知识目标注重学生对不同技术的记忆，理解和应用；能力目标注重对技术的评价和创新，素质目标注重使学生专业自信心，增进学生的时代责任感与使命感。

(1）课前：发布线上学习资源。本校团队录制的基因工程在线课程，目前已在学银在线上线。包括理论、实践视频、课堂学习活动、课外拓展等资料，学生自主学习。

(2）课中：线下教学设计。发布随堂练习检测基本知识掌握情况。按照疫情防控三角重塑教学内容，按照核酸检测、疫苗研制和病毒变异三项内容，通过视频引导、启发思考、交流讨论等多种方式介绍基因工程技术，同时发掘战“疫”元素，感悟中华民族以人为本、同心抗疫的仁爱精神；科研人员奋勇拼搏的研发精神和抗疫一线工作人员不惧困难的拼搏精神；使学生树立爱国情怀、培养专业素养[11]。

(3）课后：资料拓展，能力提升。学生在课后通过查阅全球流感序列数据库和世界卫生组织官网，持续关注新冠病毒变异的最新情况；目前各地甲型流感肆虐，启发大家思考医院流感检测原理；提醒同学及时接种疫苗并做好安全防护。

3、项目教学法实践教学

基因工程实践性和系统性很强，以往“课程+实验”模式，学生由于缺乏应用背景不能对独立实验形成系统的认识，实验效果大打折扣，课题组对大三年级学生采用项目教学法进行实践教学设计，学生完成项目的过程实现了课程教学目标，积累知识、掌握技能和综合能力的提升，具体内容已撰写《项目教学法在高校本科实验教学中的应用》一文发表在中文核心期刊《中国兽医杂志》上[7]。通过动物干扰素基因克隆和生物信息学分析，使学生掌握了基因工程切、接、转、增、检的技术流程和基本的操作技术；疫情期间，利用浙江理工大学“基因工程方法制备Sc Fv抗体大实验虚拟仿真软件”虚拟仿真试验项目，使学生熟练掌握了基因工程原理和操作技术；动物孵化实验室招聘动医和动物科学专业小助手，与教师共同承担对外检测服务项目。教师使用项目教学法进行实践教学，既提高了学生的科研素养，又能使产学研高度结合，有利于服务地方经济[7]。

4、多元化考核

坚持过程性评价、终结性评价和成果评价相结合，综合考虑学生在各环节的表现；将教师评价、小组成员评价、生生互评、校内外专家评价等相结合；除考查学生对知识的掌握程度外，还突出对学生学习能力、学习态度、实践能力、科技论文写作等综合能力的考察。

4.1 网站监管，线上学习评价

以学生的学习全过程和效果为评价对象，利用网络手段记录，跟踪学生学习的全过程，在教学目标与学习效果之间，对学生进行反馈、激励和改进，建立以形成性评价为主，多元评价相结合的评价方式，形成“以评促学”的动力机制，满足自主学习过程中对学习反馈信息的需要。

4.2 实践项目教学法评价

教师在各个实验项目实施过程中跟踪测评，从实验设计，实验操作，实验报告和研究论文方面进行考核，具体评价指标和考核能力见田伟等《项目教学法在高校本科实验教学中的应用》一文[7]。

5、实施效果

基因工程课程实施混合式教学改革后，学习通后台统计数据显示绝大部分学生能按时观看在线视频，并完成章节测验和作业；课堂上积极与老师互动，不再做单纯的“低头族”，手机的有效利用率大幅提升。学生小组汇报准备认真，思路开阔，PPT格式规范，团结合作能力很强。项目教学法实践教学，提高了学生的实验积极性、培养了学生的科研思维、增强了就业信心和研究生面试信心[7]。混合式教学模式实施后，学生们的基因工程课程成绩也有明显提升，优秀率突破20%，学生和督导的评教成绩逐年上升。学生根据实验设计和结果整理科研论文，目前以第1作者发表核心论文3篇，打破了本科生难发表核心论文的瓶颈；获得实用新型专利5项，第十六届“挑战杯”山东省大学生课外学术科技作品竞赛三等奖1项，省创国创项目各2项。此外，教师的教学水平也有大幅提升，申请省级和院级教学研究课题各1项，院级一流课程1项，获第三届全国高校混合式教学设计创新大赛优胜奖1项，第二届“智慧树杯”课程思政示范案例教学大赛二等奖1项，对20家养殖公司的近千个病样进行检测，增强了社会服务能力。

6、结语

信息化时代积极进行优质在线课程建设，同时充分利用国家优质在线教育资源，聚焦教学改革创新，积极探索混合式教学、翻转课堂、案例式教学等多样化的课堂教学模式，以促进教育信息化与课堂教学深入融合[8,9]。“学无止境，推陈出新”，“源头活水”，要与时俱进了解学科的发展前沿和最新科研成果，不断更新自己的知识与观念，重视“以生为本”的教育理念，着力推动教学模式从以“教”为中心到以“学”为中心的转换。在未来的基因工程教学中，青岛农业大学海都学院将继续采用混合式教学模式不断进行改革和完善，力争将本院基因工程课程打造成“线上线下混合式金课”。

参考文献:

[1]赵志娟.“基因工程”课程的教学现状与教学思考[J].教育教学论坛, 2020(24):279-280.

[2] 张文峰,李黄金,吴凤麟,等.翻转课堂教学模式在“基因工程”课程中的设计与实践[J].教育教学论坛, 2021(33):109-112.

[3]袁婺洲.“基因工程”课程多种教学方法改革的探索与实践[J].高校生物学教学研究(电子版), 2015, 5(2):38-41.

[4]吴丹,史嘉翊,宋旭东,等.基于创新型人才培养的基因工程课程教学实践与思考[J].牡丹江医学院学报, 2022, 43(1):166-167,165.

[5]张会图,张艺,郭艳,等.生物化工专业中基因工程课程的教学改革与思考[J].山东化工, 2021, 50(11):213-214, 216.

[6]娄慧玲,杨熙,尚凌月,等.以“学”为中心的基因工程实验混合式教学设计与实施[J].生物工程学报, 2021, 37(8):2956-2966.

[7]田伟,邹本革,宋伊真,等.项目教学法在高校本科实验教学中的应用[J].中国兽医杂志, 2021, 57(12):119-122.

[8]郑燕,何培新,胡晓龙.信息技术下《基因工程》教学改革探索与实践[J].轻工科技, 2017, 2(2):181-182.

[9]王丽,李忠浩,秦睿玲,等.微课在动物解剖学教学中的应用[J].中国兽医杂志, 2022, 58(12):128-130.

[10]符丹丹,宫强,孙晓菲,等.混合式教学在新工科背景下“基因工程”教学改革中的应用[J].生物化工, 2022, 8(5):134-136.

[11]王占军,辛淑静,刘锦轩,等.基于“抗疫精神”的“基因工程”课程思政教学设计与实践[J].微生物学通报, 2021, 48(6):2259-2269.