“科研項目”引導的《基因工程》課程教學改革初探

房 偉， 袁 璟， 肖亞中

(安徽大學生命科學學院，合肥 230601)

基因工程是一門應用酶學的方法在體外構建重組DNA分子，并將其轉化或轉染至宿主細胞，大量制備重組DNA分子拷貝或表達基因產物的科學。自20世紀70年代誕生以來，基因工程帶動了相關生物技術的發(fā)展?；蚬こ碳夹g已經滲透到醫(yī)藥、輕工、農業(yè)、化工、環(huán)境、能源等相關領域，極大地促進了傳統產品的改造和新產品的形成[1]?！痘蚬こ獭方淌趯W生如何從事基因操作及其應用，該課程具有較強的理論性和技術性，并且隨著新技術的不斷涌現，課程內容得以豐富，更新速度較快。因而解決教學時間的有限性和知識增長之間的矛盾，合理構筑學生理論和實驗的知識結構，有效提高學習效率，培養(yǎng)學生綜合素質成為課程教學的難點和重點。本文對《基因工程》課程的理論和實驗教學在教學方法和手段方面進行了探索，希望能夠充分利用有限的授課時間，提高教學效率。

1 將“科研項目”引入理論課堂

集中注意力是高效學習、工作的前提，可以是由外界客觀事物引起，也可以由學習者內部心理過程引起[2]。在課程學習的開始抓住同學的興趣點，引起同學的“注意”是驅動同學主動學習的有效手段。傳統的本科生教學方式依然是教師根據教學內容，分章節(jié)講授；學生以聽為主，很少有機會參與課堂教學?！痘蚬こ獭氛n程教學團隊在教學過程中，根據課程教學的主要內容，結合團隊科研課題，設計適合本科生的“科研項目”，將基因工程的研究思路和技術方法融入其中，變“單項交流”的灌輸式課堂教學，為“師生互動”的課堂學習。在《基因工程》的課堂上，學生不能僅按照書本內容進行學習，而是需要帶著完成“科研項目”的目的，學習各個知識點，融會貫通，最終樹立基本的研究思路，掌握重要的技術方法。

將“科研項目”引入課堂，可以很好地啟發(fā)學生思考，對學生的主動學習起到了有效的引導作用。綜合考慮到本科生同學的知識儲備、學習能力，教學團隊根據實際情況在第一堂理論課時，提出了一個適合本科生的小型“科研項目”，通過生物信息學分析可知一個功能酶L廣泛存在于細菌中，本研究項目擬將來自細菌B的功能酶L的基因進行重組表達，并分離純化重組蛋白，研究其酶學性質。項目要求學生利用課堂學習以及課后自學，掌握基因工程的技術方法，逐步設計完善研究項目的“技術路線”。在“科研項目”的引導下，學生不僅需要完成知識點的學習，而且要求能夠系統、綜合的運用基因工程技術以完成研究項目。例如，在教授“聚合酶鏈式反應(PCR)”內容時，首先通過多媒體課件及生動、形象的動畫模擬，對較抽象的PCR技術原理進行詳細的介紹，使學生對PCR技術有全面清晰的認識和理解。在理論學習的基礎上，教學團隊講授實際科研工作中應用PCR技術獲得新基因的案例，以幫助同學系統地掌握技術理論及應用方法。接下來，教學團隊引導學生將PCR技術應用到“研究項目”中，掌握如何通過PCR技術獲得感興趣的目的基因。協助學生對GenBank已公布的功能酶L的基因序列進行搜索，進一步應用分子生物學軟件進行分析，合理設計上、下游引物，計算Tm值，完成PCR程序及反應體系的設計。利用這個方法，學生一方面掌握了PCR技術的原理，另一方面，能夠將PCR技術應用到項目研究中，完成研究項目的部分技術路線的設計。利用“研究項目”引導理論教學，學生不僅掌握了基因工程技術原理，而且綜合運用能力有了較大提高，取得了令人滿意的教學效果。

將“科研項目”引入教學，變被動聽課為主動參與，有利于調動同學的積極性和主動性。經過《基因工程》理論課的學習，學生能夠系統掌握基因工程重要技術原理，并認真思考、學以致用，設計出合理的“科研項目”技術路線。在理論學習的同時，幫助學生理清“科研”思路，提高學生“科學研究”的基本素養(yǎng)。

2 將“科研筆記”引入實驗教學

基因工程是生命科學領域中實驗性和應用性很強的學科，在理論學習的同時，熟練掌握基因工程實驗技術和操作規(guī)范是《基因工程》課程的重要任務[3]。以往的實驗課將完整的實驗體系拆分成各個實驗項目，學生難以把各個獨立的實驗項目連貫起來，全面掌握基因工程的操作流程。實驗教學多以教師講授、學生聽課為主[4]；學生課前很少預習，僅僅在實驗課上完成實驗步驟，很少深入思考?！氨粍訉W習”造成學生之間以及老師同學之間很少進行深入地探討和交流[5,6]。

教學團隊在整合理論教學和實驗教學方面進行了適當的改革，改變了理論教學與實驗教學相互獨立的教學模式，將實驗教學和基本理論的教授緊密聯系起來。在實驗教學中，同樣貫穿了“科研項目”這條主線，帶領學生將理論課設計的項目研究方案在實驗課上得以實施，真正完成一個“科研項目”。首先，教學團隊將2到3名同學分為一個實驗小組，理論課學習的同時自學基因工程技術的“實驗原理及步驟”，認真分析“科研項目”的技術路線，設計具體的操作步驟，并完整記錄，形成“科研筆記”。選出2至3篇質量較好的“科研筆記”在課堂上由學生報告，大家積極參與討論，進一步修改完善。將“科研筆記”引入課堂，幫助學生依靠自學完成基因工程實驗技術的學習，培養(yǎng)了學生的自學能力，鍛煉了進行科研交流、溝通的素質，活躍了課堂學習氣氛。

另一方面，教學團隊依據基因工程的技術流程，結合學生完成的“科研筆記”，將各實驗項目進行了有機的整合。在實驗教學過程中，以“科研項目”中功能酶基因重組表達以及分離純化為主題，將基因工程基礎實驗技術串聯起來，包括質粒載體的制備、聚合酶鏈式反應(PCR)、限制性內切酶酶切及電泳鑒定、感受態(tài)細胞制備及轉化、DNA體外重組、蛋白質體外誘導表達及分離純化等一系列實驗。前一個實驗項目的產物成為第二個實驗所需的材料，一環(huán)扣一環(huán)，使實驗過程充滿懸念和期望。通過實驗學習，學生既熟練地掌握了DNA克隆技術，又系統地了解了基因工程下游蛋白質分離純化方法。在基因工程實驗室里，學生不再是單純完成各個實驗項目，而是獨立進行一個研究性的綜合基因工程實驗?！翱蒲许椖俊币龑У膶嶒灲虒W充分調動了學生的學習熱情，培養(yǎng)了科研能力，并且為開展畢業(yè)論文的研究工作打下良好的基因工程實驗操作基礎。

3 “研究項目”引導學生走進科研

《基因工程》是一門理論和實踐緊密聯系的課程，在合理構筑學生理論和實驗知識結構的基礎上，引領部分學有余力的學生進入科研實驗室，從事基因工程研究課題，對于培養(yǎng)學生“科研能力”具有重要意義[7]。

《基因工程》的教學團隊也是一支科研團隊，每位專業(yè)教師既承擔專業(yè)課程教學任務，又承擔各類科研項目，擁有特色的科研方向。教學團隊根據本科生實際學習及動手能力，將科研課題分解為若干子課題，作為“科研訓練計劃”以及“大學生創(chuàng)新實驗”申報的課題。這些子課題一方面符合三、四年級本科生的《基因工程》課程理論知識及實驗技能儲備；另一方面，能夠引領學生進入生物學研究的前沿領域。研究過程以學生為主體，項目實施前，學生通過查閱相關文獻，確立合理的實驗方案；實施過程中，對于實驗出現的問題，能夠認真思考，提出解決方案。在教師指導下，學生獨立完成從項目申請到結題全過程，對于培養(yǎng)科研能力、實驗操作能力起到了良好的效果[8]。

引導學生從課堂進入科研實驗室，能夠有效地增加學生對《基因工程》課程理論知識的感性認識，掌握如何根據所學知識，結合項目要求，開展基因工程科學研究。很好地調動了學生自主學習的積極性，同時培養(yǎng)了學生吃苦耐勞的精神和團隊協作能力。

4 結語

基因工程技術的發(fā)展日新月異，要求講授《基因工程》課程的教師必須與時俱進，不斷學習和掌握學科研究的前沿和動態(tài)，充實教學內容；努力改進教學方法和手段，提高教學質量[9,10]。教學團隊以“科研項目”為主線，有效地整合理論和實驗教學內容，合理構筑學生理論和實驗知識結構，取得了較好的教學效果。通過科研課題研究和專業(yè)課程教學相互滲透，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力和動手能力，為今后從事基因工程科學研究奠定基礎。

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