第32卷第4期 2015年8月 生物学杂志 JOURNAL OF BIOLOGY V_0l_32 No.4 Aug,2015 doi:10.3969/j.issn.2095-1736.2015.04.110 基于创新型人才培养的研究性教学策略 在基因工程课程中的应用 韩立敏 (陕西学前师范学院生物科学与技术系,西安710061) 摘要研究性学习是培养学生创新精神和实践能力的一种重要途径和载体,研究性教学策略的应用为学生提供 了主动、开放且多元化的学习环境,有利于培养学生学习的主观能动性与积极性,有利于培养学生的实践能力和创 新精神,有利于促进学生的全面发展,这对提升教学质量、培养创新型高质量人才、提高高校服务社会的能力具有重 要意义。就如何在基因工程教学中运用研究性教学策略培养具有创新精神和能力的高素质人才进行了研究与实 践,取得了很好的教学效果。 关键词研究性学习;研究性教学策略;基因工程;创新型人才 文献标识码C 文章编号2095—1736(2015)04—0110—04 中图分类号G642.0 Application of research teaching strategy based on the cultivation of innovative talents in the course of gene engineering HAN Li-min (Department ofBiological Sciences and Biotechnology,Shaanxi Xueqian Normal University,Xi’an 710061,China) Abstract Research learning is an important way and carrier to cultivate students’innovative spirit and practical ability.Application of research teaching strategy provides active,open and diversified learning environment for students.It is beneficial to cultivate students’ subjective initiative,learning enthusiasm,practical ability and innovative spirit.Application of this teaching strategy is also conducive to promoting the overall development of students,and it has an important signiifcance for improving the teaching quality,cultivating the high—quality innovative talents,and enhancing the ability of college social services.This article is about how to use this teaching strate— gy in the course of gene engineering to promote students’research learning and to cultivate high—quality talents with innovative spirit and ability. Keywords research learning;research teaching strategy;gene engineering;innovative talents 创新型人才作为新知识的创造者、新技术的发明 的高素质创新型人才。在以创新型人才培养为目的 者、新学科的创始者、新路径的引领者,是提高自主创 新能力,建设创新型国家,提高综合国力竞争力的重 要支撑和保障。中国《高等教育法》明确规定“培养具 有创新精神和实践能力的高级专门人才”是高等教育 的培养目标,要求高校培养具有创新精神和创造能力 的现代教学体系中,如何培养创新型人才?研究性学 习,作为培养学生创新精神和实践能力的一种重要途 径和载体,备受关注,是当今高等教育改革中的研究 热点 ]。运用研究性学习教学策略,促进学生的研究 性学习,培养学生的创新精神和能力一直是高校教师 收稿日期:2014一l1—12;修回日期:2014—11-28 基金项目:陕西省教育科学“十二五”规划课题(SGH140710、SGH140723);陕西学前师范学院校级教改项目(14JG007Z、14JG005Q) 作者简介:韩立敏,在读博士,讲师,研究方向为植物生物技术,E-mail:hdd_1981@163.con。 l10 第32卷第4期 2015年8月 生物学杂志 JOURNAL 0F B10L0GY 、b1.32 NO.4 Aug,2015 致力于探索的课题。 基因工程是现代生物技术的核心,广泛应用于农 业、化工、医药、食品、环境保护、新能源开发与应用等 领域,发展日新月异,基因工程课程的质量直接关系到 生物科学与生物技术专业学生的专业素质和创新能力 的培养。为提升教学质量,培养符合社会需求的创新 型人才,吴杨等对基因工程教学改革进行了探索和实 践 。 在基因工程教学中运用研究性教学策略,改变传 统的学习方式和教学模式,有利于培养学生的实践能 力和创新精神,对提升教学质量、培养创新型高质量人 才、提高高校服务社会的能力具有重要意义。本文就 如何在基因工程教学中运用研究性教学策略培养具有 创新精神和能力的高素质人才进行了研究与实践。 1基因工程的教学理念 生物学的研究与发展已深入到分子水平,基因工 程是生物科学与生物技术专业的主干课程,其教学质 量影响到学生的知识框架与体系,进而影响人才的培 养质量。基因工程课程的教学理念是从学校生物科学 与生物技术专业学生的特点出发,体现“教学为中心、 育人为根本”的指导思想,以基因工程第一课堂为主结 合第二课堂,通过研究性教学策略在基因工程课程中 的应用,培养学生的研究性学习能力、提出问题、分析 问题以及解决问题的实践能力,培养其科学思维、创新 意识和创新能力,提高学生的团队协作精神、人际交往 能力和综合素质,使其成为适合社会发展需求的创新 型、应用型高素质人才,提升学生的核心竞争力,促进 学生的就业。 2研究性教学策略在基因工程课程中的应用 2.1在教学内容的选择和设计上促进学生的研究性学 习,培养创新型人才 生物技术发展迅速,基因工程最新研究成果不断 涌现。在教学中以教材为依托并与时俱进,时刻关注 本学科发展的前沿、动态与热点并汲取到教学内容中 来 ]。使学生及时了解新概念、新技术和新成果,紧 跟学科发展潮流,培养学生科学的研究思维 ]。如在 讲授转基因食品时引入关于“黄金大米”的新闻调查视 频、“黄金大米”的研究资料和背后的故事;在介绍PCR 技术时通过该技术在亲子鉴定、身份鉴定及法医鉴定 等领域的应用来导人教学内容,激发学生的学习兴趣, 使学生主动想去探究PCR的基本原理和方法,最后以 引导学生思考如何准确诊断H7N9禽流感感染、埃博 拉病毒感染为结尾,使学生认识到学习该技术的目的 及用处。 基因工程应用广泛,有许多应用事例可作为案例 引入教学,采用案例教学法可以极大地启发学生思考, 有利于调动学生的积极性和主观能动性能,激发学生 的创造潜能。如向学生展示创造世界吉尼斯纪录最矮 的人的照片,引导学生了解其所患疾病是脑垂体分泌 生长激素缺少引起的侏儒症现象,用数据说明传统用 药生长激素的产量难以满足众多患者的需求,从而引 出如何利用基因工程生产生长激素。这样的导人方式 能激发学生学习兴趣和求知欲望 ]。重组乙肝疫苗, 几乎每个学生一出生就注射过,在成长过程中又加强 免疫。将与生活密切相关的事例作为教学案例能使课 堂教学更为生动、丰富,不再是空洞、乏味的理论讲解, 让学生切身感受到科学发展与技术应用结合得如此紧 密、协调,感受到基因工程给生命科学、人类健康乃至 整个社会带来的巨大影响,从而唤起学生学习的兴趣 和探索未知领域的欲望 ]。 另外,注重榜样的力量,将基因工程研究领域的年 度诺贝尔奖研究成果与故事引入到教学内容中,在以 往的教学过程中由教师查阅资料,制作成课件,讲授给 学生,经过改革,让学生自主查阅年度诺贝尔奖获奖成 果的资料和背后的科学研究故事,对资料信息进行分 析、整理后做成课件在课堂上展示、交流,这种教学策 略能够充分发挥学生的学习积极性,学生获得信息的 渠道更广,信息来源更丰富,学生在查阅资料、整理资 料及汇报交流的过程中,不但开拓了视野,培养了科学 素养及研究性学习能力,更促使他们以发展的眼光看 待科学研究问题n 。推荐学生阅读感兴趣的有关基因 工程在动植物育种、微生物检测、食品、环境保护、制药 等领域应用的前沿文献,每位学生选一个应用案例,进 行信息分享,从而达到开阔视野、活跃思维、培养学生 学术交流能力的目的,提高学生综合素质。 基因工程的研究对象特别微观,研究技术原理与 过程抽象,学起来难于理解、枯燥和乏味。建立任务导 向的教学单元,学生自主选择一个知识点,如PCR技 术的原理与技术、DNA测序技术原理、cDNA文库的构 建、载体的构建、植物DNA的转化、显微注射过程等, 将其做一个精短视频、动画或微电影,交流分享成果, 给予优秀成果以适当奖励。在设计并完成任务的过程 中,学生需充分理解基本知识并成功内化,为提高作品 的认可度,积极思考如何将知识科学、准确、动态、形象 及直观地体现出来,怎样让大家感受到设计的作品有 创意、有新意。整个教学活动的开展有利于培养学生 第32卷第4期 2015年8月 生物学杂志 JOURNAL OF BIOLOGY V_0I.32 No.4 Aug,2015 的研究性学习能力,适当的激励措施能够激发、调动学 生的创新潜能并提升学生的成就感。 2.2优化基因工程实验教学体系,培养创新型人才 实验教学是将理论知识与实践相结合的重要实践 教学环节,通过实验课,学生可把理论知识与实验实践 紧密结合起来,既加深了对所学基本理论的认识和理 解,又提高了动手操作能力。对于操作性、实践性极强 的基因工程课来讲,实验教学显得尤为重要。 基因工程实验课一般为18个课时,实验项目有质 粒DNA的提取、植物基因组DNA的提取、DNA的琼脂 糖凝胶电泳、RNA的提取、目的基因的PCR扩增、DNA 的酶切与连接、DNA的胶回收等,均为基础性和验证 性实验,且实验之间衔接性不强,这不利于学生创新能 力的培养。经过几年的实验教学改革与实践,以探究 未知问题为基础,设计性、综合性、创新性实验为载体, 构建具有开放性、主动性的研究性教学模式,不断加强 优化基础性实验、设计性实验、综合性实验以及创新实 验的设计与实践,构建从基础到拓展、再升华的多层次 实验体系,渐进式培养学生的研究性学习能力,促进创 新型人才的培养。在整个教学中以学生为主体,教师 为辅导。学生在查阅文献、搜集资料的基础上,提出问 题,并围绕未知问题进行学习、探讨,通过设计实验方 案、进行实验研究、记录实验现象、分析实验结果和撰 写实验报告等训练解决问题,逐渐形成批判性的研究 思维和探究未知世界的意识及创新能力。 综合性实验有利于培养学生全盘考虑、统筹安 排、数据处理、分析总结、报告呈现和与人合作等综合 能力 。例如学生在完成综合性实验“菘蓝查尔酮合 成酶基因(IiCHS)的功能研究”、“菘蓝铁型超氧化物歧 化酶基因( 0D)在毕赤酵母x一33中的表达”的过程 中,掌握了很多的相关实验技术:菘蓝DNA和RNA的 提取、目的基因的PCR扩增、表达载体的构建(涉及到 质粒的提取、DNA的酶切、酶连)、转化、检测、蛋白提 取与纯化等,不仅提高了职业技能,而且整个实验是一 个完整的体系,有利于培养学生科学的思维和分析问 题、解决问题的能力 。在接下来的实验教学中,将逐 渐加大综合性、创新性实验在实验教学内容中所占的 比例,进一步优化基因工程实验教学体系。 2.3将科研与教学相结合,培养创新型人才“们 教学是科研的基础,科研是教学发展与提高的依 托,两者相辅相成,密不可分。科研成果的取得离不开 长期教学实践和丰富的知识积累,同时融入了科学研 究的教学更具有生命力和活力。 l12 在授课过程中,结合授课内容将科研工作内容融 入到课堂教学,促进教学内容更新,提高学生学习积极 性,让学生真正感受到学以致用。如在讲述“微生物基 因工程”、“植物基因工程”等章节内容时结合研究课题 “产丹酚酸类化合物酵母工程菌的构建与筛选”给学生 分析、讲解,介绍研究目的(将中药材丹参水溶性有效 成分酚酸类化合物合成途径上的关键酶基因导人到酵 母中,构建并筛选出能够产丹酚酸类化合物的酵母,以 期望通过酵母菌的大规模培养来生产酚酸类化合物, 这样可解决丹酚酸的药源问题),讲述具体技术与方 法、遇到的问题及解决办法,使学生认识到现代中药业 的发展与基因工程密切相关,领略到植物学、微生物 学、分子生物学与基因工程等多学科交叉研究的魅力, 将枯燥、抽象的理论融于实践,教学效果得以提高,学 生的学术视野得以扩大。 校级和省级大学生创新创业训练项目给科研与教 学相结合提供了有效途径,为学生创新精神和能力的 培养提供了平台。利用课题和项目驱动学生对一个未 知问题进行自主探索和研究并通过实验设计、实验研 究、实验结果分析与处理、论文撰写等基本学习环节与 过程,培养学生批判性思维和探究未知世界的意识及 创新能力。在基因工程教学中,根据培养目标设计课 题方向,学生自由组合成课题小组,查阅大量国内外参 考文献后自主设计题目,撰写申请书。通过方案的创 新性与可行性论证分析,评出优秀方案推荐申请校级、 省级大学生创新创业训练项目。学生通过搜集资料、 分析资料、提出科学研究问题、做出假设、设计研究方 案及相互协作完成大创项目科研工作等一系列活动, 不仅提高了其提出问题、分析问题、解决问题的能力以 及自主创新能力,而且还增强了成就感,激发出浓厚的 学习兴趣。 2.4以企业需求为导向,培养创新型应用人才 生物产业是知识、技术、人才密集的行业,随着生 物产业的加速发展,更需要具有创新意识和能力的高 素质人才,以企业需求为导向,培养创新型应用人才迫 在眉睫m 。 引导学生调查华大基因、天根生化科技(北京)有 限公司、上海生工生物工程有限公司、Envirologix公 司、Illumina公司、QIAGEN公司(中国)、OMEGA公司、 日本TAKARA等品牌企业的近3年基因工程相关人才 招聘情况,总结岗位需求(如有技术支持、销售代表、测 序分析师、产品经理、试剂盒研发人员等岗位),分析岗 位技术要求,组织模拟招聘,学生通过查资料、总结、分 第32卷第4期 2015年8月 生物学杂志 JOURNAL OF BIOLOGY Vl01.32 No.4 Aug,2015 析岗位需求、模拟招聘,不但对未来的就业行情有所了 解,对生物产业的需求有了充分的认识,而且引发他们 主动思考社会发展需要什么样的专业技术人才,如何 努力缩小自身专业积累与社会需求之间的差距。更重 要的是通过专业需求调查培养了其研究性学习的思维 和能力,提高了其独立分析问题、解决问题的能力,这 是创新型生物科学人才所必需的素质和能力。以此提 高学生的专业培养效果,培养学生的核心竞争力,提升 人才的就业竞争力。 2.5通过举办课程辩论赛促进学生的研究性学习,培 养创新型人才 兴趣是学生主动学习的内在驱动力,是创新思维 的营养,兴趣能够调动学生的个体潜能,如何让学生对 抽象、难懂、实践性强的基因工程理论课感兴趣是值得 教师思考和研究的课题。 将辩论赛引入课堂是提高学生学习兴趣的一种尝 试和探索,基因工程自诞生以来涌现了很多的研究成 果,同时在基因工程技术不断快速发展的过程中,也摆 在人们面前很多的问题,基因工程技术有利有弊。利 用基因工程技术的利弊两面性,组织基因工程辩论 赛。在辩前准备、辩中思考与应对、辩后总结的整个过 程中,学生通过查阅资料、分析资料寻找支持我方观点 的论据、与对手辩论、辩后总结提高了自身分析问题、 解决问题的能力,加深了对所学知识的理解,提升了自 身的团队协作能力和语言表达能力。学科辩论赛更能 激发学生对基因工程研究内容的兴趣,同时引导学生 学会用唯物的、辩证的、客观的、发展的眼光看待问题 和事物。 课堂辩论赛是基因工程新的授课方式的一种探 索,其采用使得教学方法与手段多样化,有利于创新型 人才的培养。在学科辩论赛的组织和实施过程中,教 师讲授该课程基本理论知识是前提,客观、科学、有效 的评价与激励措施是调动学生参与积极性的有利保 证,学生查阅资料进行有效准备是成功开展的关键,教 师对课堂的调控管理是有利保障,从而使课堂活跃有 序更有效。 3研究性教学策略在基因工程课程中的应用效果 评价 学生创新精神和能力的培养是现今教育界关注的 热点,在以传授知识为中心的传统授课型教学模式中, 学生处于被动的学习状态,这在一定程度上制约着学 生创新精神与能力的发展。为了解研究性教学策略在 基因工程教学中应用前后的教学效果的差异,通过问 卷调查的方式向学生分发调查问卷,通过三届157名 学生的反馈结果表明:学生非常欢迎以发现问题、分析 问题和解决问题为核心能力培养的研究性教学策略的 运用,研究性学习教学模式使他们的学习方式,由被动 的接受知识(接受学习)转为主动的获取养分(发现学 习),培养了其学习的主体意识和主观能动性;通过研 究性教学策略的实施,更能激发学生对基因工程课程 的兴趣,能够让学生在学习的过程中感受到自己是一 个发现者、探索者、研究者,这为学生的进一步深造从 事科学研究播下了心灵的种子,启开了智慧之门;此 外,研究性教学策略的研究与运用促进了教师向以学 生为主体这一现代教学理念的转变。 4结束语 研究性教学策略的应用为学生提供了主动、开放 且多元化的学习环境,有利于培养学生学习的主观能 动性与积极性,有利于促进学生的全面发展。在创新 型人才培养中,基础知识的培养是创新产生的根源,学 生发现问题、解决问题的能力培养是创新型人才培养 的核心,正确对待困难与挫折是核心价值观,科学的思 维培养是其精髓,团队协作精神的培养为其灵魂。 参考文献 [1]郭晓丽,张新松.卓越工程师背景下独立学院学生的研究性学 习研究fJ].成人教育,2014,1:37—39. 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