基于OBE理念的“基因工程”課程教學體系與評價方式改革

姜 成，繆國鵬，張科貴

（淮南師范學院 生物工程學院，安徽 淮南 232038）

基因工程（genetic engineering）又稱DNA重組技術，是以分子遺傳學為理論基礎，通過對生物遺傳物質的改造，從而使某種生物或細胞具備新的形狀的現代生物技術。自1978 年，美國Genentech 公司研發出首個DNA重組產品——胰島素后，基因工程技術被廣泛應用于農業、工業、環保及醫藥等行業。[1]尤其在新型冠狀病毒肆虐的幾年中，人們愈加體會到基因工程對藥物生產行業的重要作用，各類重組疫苗、免疫檢測試劑的開發，不但助力于我國全面抗擊疫情的勝利，也凸顯了我國生物行業對基因工程相關技術人才的渴求。

為了響應國家建設地方應用型高水平大學的號召，助力長三角地區生物行業的蓬勃發展，我校積極推動課程體系改革，不但把“基因工程”調整為生物制藥專業的核心課程，而且根據成果導向性教育（outcomebased education，OBE）理念改革教育體系與評價方式，其目的在于培養一批掌握重組DNA技術設計與分析能力的人才，滿足國家和企業高速發展的需要。[2]本文總結了基于OBE 理念改革“基因工程”課程教學體系與考核方式一些經驗，以期為進一步完善后續課程教學體系、提高本科教學質量提供借鑒和參考，為實現地方應用型高水平大學建設目標奠定基礎。

1 當前“基因工程”教學中存在的不足

“基因工程”是一門應用性學科，其以分子生物學、生物化學、微生物學、細胞生物學等學科為理論基礎，重點研究利用DNA 重組技術使細胞/生物產生新的性狀或產物。長期以來，在基因工程的教學中存在以下不足[3]：

1.1 缺乏教學主線

知識點過于龐雜，大多數參考書單純的通過知識點分章節，導致任課教師在教學時沒有課程主線，無法讓學生通過課程的學習掌握設計、完成、分析實驗的能力，沒有充分發揮出一門應用性學科該有的作用。

1.2 學生重視程度不夠

長期以來，學生基于考研、學位畢業要求等原因，更多精力放在分子生物學、細胞生物學、微生物學、生物化學等基礎理論學科上，而基因工程的重要性則被忽略，未能成為學生能力培養中的重要一環。

1.3 理論與實踐割裂

通常各大院校不會以基因工程為名義單獨開設實驗課，但是又會開設分子生物學實驗或是包含基因工程內容的綜合大實驗。因缺乏統籌安排，這些實驗課往往與基因工程理論課的開設時間相距甚遠，導致學生沒有辦法第一時間通過實踐手段印證所學的理論知識，造成了理論與實踐之間的割裂。

2 課程教學體系與考核方式改革

2.1 培養目標的設定

成果導向性教育的核心思想是反向設計，即首先預設最終教學目標，再一步步進行反向的課程設計，最后開展教學活動。其出發點并非教師的教學目的或單純的書本知識，而是以學生為中心，以培養什么樣的人作為最終的教學目的。因此在構建課程體系時要按照“內外需求→培養目標→課程體系”的順序進行[4]。根據目前的國際國內形勢以及實際走訪獲得的企業招聘需求，發現大多數生物相關企業希望學生能夠掌握“構建重組蛋白生產微生物/細胞，并完成蛋白類產品的生產和純化”的能力。這一能力與基因工程相關知識點高度契合，可以直接作為構建課程體系的最終目標?；谄髽I需求，該課程最終把培養目標設定為以下幾點：

2.1.1 以“利用某一特定宿主表達某一特定蛋白”為課程主線，掌握基因工程的工具酶、基因擴增與改造技術、載體、重組體構建與篩選和蛋白的表達與純化等知識點。

2.1.2 了解基因工程的學科前沿發展動態，理解基因工程在科技進步和社會發展中的重要作用，能夠運用基因工程基本原理結合各學科相關知識，解決科學研究和教學等實踐問題。

2.1.3 培養學生良好的自學能力，掌握文獻檢索、資料查詢及運用現代信息技術獲取基因工程相關信息的能力。

2.1.4 提高學生的學習主動性、反思研究技能、教學組織能力和合作交流的能力。

2.2 課程體系的改革

在確立了“讓學生掌握構建重組蛋白生產微生物/細胞，并完成蛋白類產品的生產和純化的能力”這一最終教學成果后，在保留原本教學大綱和參考教材的全部知識點的情況下，對“基因工程”的課程教學體系做出了全面的調整[5]。新版教學體系以“利用某一特定宿主表達某一特定蛋白”為課程主線，圍繞著基因工程一般操作流程進行知識點的逐一展開，力求讓學生明白每一個知識點在DNA重組技術中發揮的作用，詳細具體章節、課時及核心知識點設計如圖1所示。

圖1 基于OBE理念的“基因工程”課程體系

2.3 線上線下混合式教學

為了進一步體現以學生為中心的思想，同時避免因學生基礎不同導致的無法跟上課堂授課進度，本課程引入了“線上線下混合”的教學模式?！盎蚬こ獭苯虒W采用“線上課前預習—線下課堂講授—課后線上檢驗成果”的機制，旨在培養學生自主學習能力并加強學習效果。[6]具體流程如下：

2.3.1 課前通過“學習通”網絡平臺發布預習任務，讓學生提前熟悉課程知識，并在線留下疑問。力求讓學生帶著疑問走入課堂，提高學習效率。目前本課程已建設完整的網絡課程內容，分知識點上傳課程視頻46個，累計時長1120分鐘，另有非視頻資源50個，可充分滿足學生的學習需求（課程門戶鏈接：https：//mooc1.chaoxing.com/course/214636468.html）。

2.3.2 線下課堂主要對重、難點進行解析，總結學生預習中的疑問，進行針對性解答。還可利用智慧教學工具，利用隨堂測試、隨機點名、搶答等方式，檢驗學生對知識的掌握情況的同時，也可充分調動學生的積極性。

2.3.3 利用網絡平臺發布課后作業，并實時發布作業解析視頻，引導學生課后復習，鞏固學習成果。

2.4 思政元素挖掘

“基因工程”并不單純是一項現代技術，更是一把雙刃劍，對該課程的學習不單要求學生掌握一定的理論知識，還要明確該技術的重要性及濫用的危害。因此我們在授課期間，結合每個章節的具體內容，積極挖掘思政元素，其目的一是利用正面案例鞏固知識點，二是利用反面案例讓學生產生敬畏之心[6]。如緒論中，可以講述轉基因作物的由來以及西方對我國發起的糧食戰爭，既可以加強學生的學習興趣，也可以激發學生的愛國熱情。又如載體構建章節中，在進行愛國主義教育的同時，可形象地解釋α互補的運行機制，還可以在講述轉化技術時，組織大家討論“基因編輯嬰兒”需要哪些技術?？傊?，要緊跟時事，積極挖掘課程相關的思政元素，讓學生明白科研人員應當具有的社會責任和擔當，幫助學生塑造正確的科學倫理價值觀。

2.5 考核方式改革

為滿足OBE理念教育模式對教學成果的可量化要求，在原來“30%平時成績+70%期末考核成績”的基礎上，我們分別按照其對課程目標的支撐程度，對各考核項目進行了進一步的細分[7]，表1展示的就是平時成績與課程目標的對應關系。

表1 平時成績與課程目標的對應關系

平時作業內容最為復雜，不但考核基礎知識，還考核學生的擴展學習能力及自學能力，因此主要考核培養目標1、2、3的達成度。小組作業主要考核學生自學及團隊協作能力，涉及目標3、4。平時測試主要考查基礎知識掌握情況，只對應課程目標1?？记诤突又饕獧z查學生學習態度，只對應課程目標4。課程分目標達成度根據公式（1）進行計算：

式中：Di—編號為i的課程目標的達成度；

Sk—支撐編號為i的課程目標有k個考核環節，Sk為編號為k的考核環節的平均得分；

Tk—支撐編號為i的課程目標有k個考核環節，Tk為編號為k的考核環節的總分；

Wk—編號為i的課程目標對應第k個考核環節的權重。

另外，期末考試為閉卷形式，主要支撐課程目標1和課程目標2，其中第一、二、四大題分別為名詞解釋、選擇題和簡答題，用于支撐課程目標1所要求的基礎知識掌握情況，第三、五大題分別為辨析題和綜合論述題，用于支撐課程目標2所要求的分析、解決科學問題能力。課程總目標達成度根據公式（2）進行計算：

式中：D—課程總目標達成度;

Di—編號為i的課程分目標對應的達成度；

Qi—編號為i的課程目標的權重。

此外，為了更好評價教學效果，我們還引入了學生問卷自評模式，并根據自評結果計算學生心目中的課程達成度，旨在提高教學效果評價的可信性。

3 改革實施效果

經過三個學期的課程教學，我們發現相比改革前，課上氣氛明顯更加活躍，課前和課后學生的學習主動性也顯著提高。帶來的結果就是學生對基因工程的知識基礎掌握得更加扎實，對相關領域內的新成果展現出濃厚的興趣。在線課程建設以來，累計選課人數達到315人，頁面瀏覽量達254318次，累計師生在線互動104次，發布公告61次，很好地達到了輔助線下教學效果的目的。

3.1 教學效果分析

根據OBE理念，我們對考核評價的指標進行了細分并分別作出了達成度分析，以2020級生物制藥專業為例，結果如表2所示。

表2 2020級生物制藥專業基因工程課程目標達成度評價結果

表中數據顯示，學生能夠很好地完成各項平時任務，平時成績對四個課程目標的達成度均較高，遠高于預設的期望值0.7，課程的總體達成度為0.850。但是仍暴露出一些問題：（1）分項計算時發現互動的單項達成度只有0.771，說明師生互動中學生仍然處于較為被動的局面；（2）小組作業得分呈兩極化趨勢，高分段與低分段差值較為明顯，說明有部分小組組內成員團結協作能力還有進一步提升的空間；（3）針對課程目標2設置的辨析題和綜合論述題得分率較低（達成度0.731），分析原因為學生在對應用知識解決實際問題的能力上，仍有所欠缺?？偟膩碚f，基于OBE理念的分項達成度分析的方法，有助于對教學中的各個環節進行精準地把控，有助于及時發現教學中的不足并針對性進行改進。

為了凸顯學生的主體作用，我們還利用調查問卷的方式，讓學生針對四個課程目標進行自我評價，評價分為優、良、中、及格、不及格五個級別。如下圖2是2020級生物制藥專業的自評結果，全班共計59人，絕大多數人（約95%）認為自己對四個課程目標的掌握程度達到了良好以上的級別。綜合問卷法得到數據進行計算，課程達成度為0.843，該結果與課程考核得到的達成度數值十分接近，說明該算法具備較高的可信度?？偟膩碚f，學生對改革后的“基因工程”課程體系評價較高，部分同學甚至表示在學習該課程后能夠在學院的科研團隊或生命科學競賽中，獨立完成試驗方案的設計和分析，顯著提高了自身的科研能力?；贠BE理念的“基因工程”的教學體系和評價方式改革對于生物學科人才的培養具有良好的促進作用。

圖2 課程達成度學生自評問卷調查結果

3.2 存在的不足

3.2.1 學生的學習主動性仍有較大提升空間，表現為課程視頻的學生觀看平均時長只有50%左右，說明仍有很多同學在課前預習或課后復習時視頻只看了較少的一部分或者干脆沒看，需要進一步加強引導。

3.2.2 學生對于知識的靈活應用仍有欠缺，表現為與課程目標2相關的辨析題和綜合論述題得分率偏低，需要在后期的改革中加強理論與實踐的結合力度，爭取將理論課和實驗課的內容一一對應，從而更好地做到學以致用。

3.2.3 部分同學的團結協作意識還有待增強，變現為小組作業得分呈兩極化，配合默契的小組團結協作能交出滿意作品，而磨合得不好的小組互相推諉只能給出敷衍的結果。在以后的教學中要充分考慮到學生的特點，優化小組構成，細化組內分工，個性化考核每個組員，充分調動每位同學的積極性。

4 結語

基于OBE理念的“基因工程”課程的學習，有助于學生快速完成與企業的對接，加強崗位競爭力。但是教育改革并非一勞永逸，而是需要根據國家社會的需要，持續性地進行改進更新。因此，今后的“基因工程”課程還需要繼續以培養學生創新精神和實踐能力為核心，以開發、利用與整合多種教學資源為手段，重點培養學生綜合素質和能力，為培養更多合格的科研人才貢獻力量。