生物技術(shù)專業(yè)基因工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

趙梅，齊向輝

（江蘇大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013）

生物技術(shù)是基于生命科學(xué)的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)人類預(yù)想產(chǎn)品的技術(shù)，其專業(yè)旨在培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展，掌握分子生物學(xué)、微生物學(xué)、基因工程等基本知識(shí)，獲得應(yīng)用基礎(chǔ)研究和科技開發(fā)研究的實(shí)踐技能，具有良好的科學(xué)素質(zhì)、較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)的綜合型人才[1-2]。

生物技術(shù)的核心專業(yè)課基因工程是以分子生物學(xué)為基礎(chǔ)的復(fù)雜學(xué)科，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性、技術(shù)性[3-6]?；蚬こ叹C合實(shí)驗(yàn)技術(shù)是生物技術(shù)專業(yè)最重要的實(shí)驗(yàn)技術(shù)之一，掌握基因工程綜合實(shí)驗(yàn)技術(shù)是走向生物技術(shù)領(lǐng)域從業(yè)的關(guān)鍵[4]。因此，基因工程綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)至關(guān)重要，是銜接高校學(xué)生與社會(huì)的紐帶，在學(xué)習(xí)過程中將會(huì)不斷提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力[7-9]。

1 基因工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，教學(xué)體制改革也隨之不斷完善，對(duì)于生物技術(shù)專業(yè)培育的人才有了更高的要求。但是目前的基因工程綜合實(shí)驗(yàn)在教學(xué)的過程中仍存在以下問題。

1.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間安排不科學(xué)

以往的基因工程綜合實(shí)驗(yàn)課通常被安排在基因工程課程開展的過程中，且每周開設(shè)一次，存在開展實(shí)驗(yàn)課時(shí)，部分理論課程內(nèi)容還沒有開展，學(xué)生不能及時(shí)將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到基因工程實(shí)驗(yàn)中的問題。此外，基因工程綜合實(shí)驗(yàn)是一個(gè)需要連貫操作的實(shí)驗(yàn)過程，將連貫的基因工程實(shí)驗(yàn)分割成若干獨(dú)立的小實(shí)驗(yàn)，割裂了每個(gè)實(shí)驗(yàn)之間的內(nèi)部邏輯關(guān)系，使學(xué)生難以對(duì)基因工程綜合實(shí)驗(yàn)過程形成整體的印象。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容缺乏創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能緊跟時(shí)代發(fā)展的腳步，缺乏創(chuàng)新，且存在一定的重復(fù)。為節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)材料，教師提前準(zhǔn)備了實(shí)驗(yàn)所用試劑、引物、構(gòu)建成功的質(zhì)粒和基因工程菌等，導(dǎo)致學(xué)生無法體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)等過程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容均為基礎(chǔ)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只要按照步驟實(shí)施最終均會(huì)成功，這會(huì)使學(xué)生在今后的實(shí)驗(yàn)中缺乏面對(duì)失敗的勇氣，無法從失敗中汲取經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)生的成長(zhǎng)極其不利。此外，所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，很容易出現(xiàn)“抄襲”現(xiàn)象，不僅無法激發(fā)學(xué)生的積極性，還會(huì)導(dǎo)致學(xué)生無法充分融入實(shí)驗(yàn)過程，對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解有著一定的局限性。

除此之外，基因工程綜合實(shí)驗(yàn)課程是一門非常重要的、前沿性的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課。該課程的設(shè)置是在大三的第2學(xué)期，繼分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、酶工程實(shí)驗(yàn)之后進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)上與其他實(shí)驗(yàn)課程存在一定的重復(fù)性，對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)有一定的局限性。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式單一

實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式大多采用講授法，老師在實(shí)驗(yàn)課開始前一周會(huì)將所有的實(shí)驗(yàn)安排、實(shí)驗(yàn)講義發(fā)給學(xué)生預(yù)習(xí)。實(shí)驗(yàn)前，教師利用黑板詳細(xì)向?qū)W生描述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)等，然后學(xué)生按照黑板上的步驟去操作，最終獲得相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在這個(gè)過程中，學(xué)生只是機(jī)械的參與了實(shí)驗(yàn)的過程，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)一知半解，更沒有深入思考過實(shí)驗(yàn)成功與失敗的關(guān)鍵點(diǎn)，完全處于一種被動(dòng)接受的狀態(tài)，學(xué)習(xí)的效率非常低。在這種方式的教學(xué)模式下，只能提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，但對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中最重要的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，遇到問題時(shí)分析問題、解決問題的能力沒有任何的提高，學(xué)生仍然無法獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)研究。

1.4 實(shí)驗(yàn)考核方式不合理

實(shí)驗(yàn)的考核方式影響著學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)又會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，而學(xué)習(xí)態(tài)度主要表現(xiàn)在學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)課的積極性。以往的實(shí)驗(yàn)考核主要是以學(xué)生最終提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告為評(píng)分基礎(chǔ)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書完成的更加工整，內(nèi)容更加全面，結(jié)果分析更加合理，可能獲得的分?jǐn)?shù)就會(huì)越高。這種評(píng)價(jià)方式會(huì)使學(xué)生更多的去關(guān)注實(shí)驗(yàn)的結(jié)果、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫，而忽略實(shí)驗(yàn)課上實(shí)驗(yàn)知識(shí)與操作技能的學(xué)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性不高。

上述基因工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的“重報(bào)告，輕實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)象，說明這種教學(xué)方式已無法滿足目前科技快速發(fā)展時(shí)代對(duì)綜合人才的培養(yǎng)需求，必須要對(duì)該實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，改革的方向應(yīng)更加科學(xué)，還應(yīng)具有一定的創(chuàng)新性。

2 基因工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間合理化

基因工程綜合實(shí)驗(yàn)是一個(gè)有機(jī)的整體，每個(gè)模塊需要連續(xù)操作，才能達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。這就要求在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中要設(shè)置一個(gè)連續(xù)、完整的時(shí)間段以便學(xué)生有充足的時(shí)間去實(shí)踐操作。本研究將基因工程綜合實(shí)驗(yàn)安排在基因工程課程結(jié)束后的2個(gè)整周（如18～19周），整體、連續(xù)的實(shí)驗(yàn)課程有助于培養(yǎng)學(xué)生的整體意識(shí)。

2.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

基因工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容包括基因工程菌的復(fù)活培養(yǎng)、外源基因在大腸桿菌中誘導(dǎo)表達(dá)重組蛋白、SDS-PAGE檢測(cè)重組蛋白、重組蛋白的分離純化、重組蛋白的活性檢測(cè)、頭發(fā)中DNA的提取與檢測(cè)以及DNA分子標(biāo)記技術(shù)7個(gè)實(shí)驗(yàn)，即32個(gè)學(xué)時(shí)。其中實(shí)驗(yàn)第1～5個(gè)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)整體實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)6～7需要提取學(xué)生自身的DNA進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到的結(jié)果會(huì)有一定的差異性。

為消除基因工程綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重復(fù)和脫節(jié)的現(xiàn)象，打破課程封閉、凌亂、僵化的狀態(tài)，給學(xué)生更多學(xué)習(xí)、接觸新技術(shù)的時(shí)間和空間，教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化至關(guān)重要。（1）本課題組在內(nèi)容設(shè)計(jì)上聯(lián)系分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、酶工程實(shí)驗(yàn)老師商量同一類型實(shí)驗(yàn)采用不同方法去操作。例如，酶工程實(shí)驗(yàn)親和層析純化蛋白中利用重力法分離純化蛋白，而基因工程綜合實(shí)驗(yàn)采用離心法分離純化蛋白；分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中已學(xué)會(huì)構(gòu)建質(zhì)粒，基因工程則可以直接從重組質(zhì)粒開始實(shí)驗(yàn)，質(zhì)粒構(gòu)建部分可以作為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)寫入學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。（2）為開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維，應(yīng)設(shè)計(jì)靈活、多變的探究性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生發(fā)揮想象力，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程的現(xiàn)象、思考等增加其對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解。例如，純化蛋白時(shí)，設(shè)置不同的咪唑濃度，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究找尋最佳咪唑洗脫濃度；不同的熒光蛋白混合時(shí)，通過不同的咪唑濃度分別洗脫出單一熒光蛋白；DNA分子標(biāo)記實(shí)驗(yàn)中每位同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異性有助于培養(yǎng)其分析能力等。（3）基因工程綜合實(shí)驗(yàn)材料的選擇上，可選擇一個(gè)既與生物技術(shù)密切相關(guān)又能使學(xué)生直接觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的研究對(duì)象。例如，選擇不同熒光蛋白克隆、構(gòu)建，表達(dá)及活性測(cè)定，學(xué)生可以通過觀察熒光蛋白的顏色判斷重組質(zhì)粒的構(gòu)建是否成功、熒光蛋白在誘導(dǎo)后是否表達(dá)、熒光蛋白的純化是否成功等，給學(xué)生緊張的實(shí)驗(yàn)增添了趣味性。

基因工程綜合實(shí)驗(yàn)具有一定的復(fù)雜性，在實(shí)驗(yàn)過程中每2位同學(xué)為一組，通過合作形式共同操作能夠有效提高實(shí)驗(yàn)的成功率，遇到問題時(shí)可以相互討論解決，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)也會(huì)考慮的比較全面。

2.3 學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)與準(zhǔn)備

轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)以老師為主導(dǎo)的教學(xué)方法，讓學(xué)生參與基因工程綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中。（1）鼓勵(lì)學(xué)生分批進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室參與實(shí)驗(yàn)的前期準(zhǔn)備，主要包括實(shí)驗(yàn)過程中試劑的配制與分裝、材料的滅菌、引物設(shè)計(jì)等，這不僅有利于學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)流程，還可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)pH計(jì)、PCR儀、DNA濃度檢測(cè)儀、凝膠成像儀以及高壓滅菌鍋等儀器的使用，對(duì)于后期畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)有著重要的作用。（2）由于基因工程綜合實(shí)驗(yàn)具有周期長(zhǎng)、步驟煩瑣等特點(diǎn)，為節(jié)省時(shí)間，可加強(qiáng)同學(xué)之間的交流、合作，在實(shí)驗(yàn)過程中每2位學(xué)生一組，自主安排時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，建議采用合理的穿插實(shí)驗(yàn)。例如，在進(jìn)行外源基因在大腸桿菌中誘導(dǎo)表達(dá)重組蛋白實(shí)驗(yàn)時(shí)即可接種重組菌，為后續(xù)蛋白的分離純化做準(zhǔn)備。實(shí)驗(yàn)過程中，教師可在現(xiàn)場(chǎng)來回巡視檢查學(xué)生的操作規(guī)范情況。（3）每天安排1 h進(jìn)行自由討論，由學(xué)生分享實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，老師提出問題，學(xué)生解答，在討論中實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)；此外教師還應(yīng)對(duì)操作技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行講解，示范操作。

2.4 健全考核制度，提升教學(xué)效果

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)考核主要根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫情況進(jìn)行打分，這種評(píng)定方式比較單一，嚴(yán)重影響學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，容易出現(xiàn)“重報(bào)告輕實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)象，有悖于實(shí)驗(yàn)課鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力的初衷。鑒于參加基因工程綜合實(shí)驗(yàn)的學(xué)生即將步入大四，將面臨著畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)、寫作等難題，本課程采用多樣化的考核方式，以期能為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)，與此同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考、動(dòng)手操作能力等。

（1）實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)（40%）

實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)包括考勤（10%）、課堂表現(xiàn)（30%）?？记谑菍W(xué)生對(duì)基因工程綜合實(shí)驗(yàn)課程的態(tài)度表現(xiàn)，包括實(shí)驗(yàn)期間有無遲到、早退等現(xiàn)象。課堂表現(xiàn)主要由老師在巡察實(shí)驗(yàn)過程中通過學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范、技術(shù)的掌握程度、回答問題的表現(xiàn)等方面進(jìn)行打分。如果學(xué)生缺勤或未做實(shí)驗(yàn)但使用其他學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果者，實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)記為0分。

（2）實(shí)驗(yàn)論文（50%）

實(shí)驗(yàn)論文包括開題報(bào)告（10%）、學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（20%）以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（20%）內(nèi)容。①實(shí)驗(yàn)開始前，老師將整個(gè)實(shí)驗(yàn)的最終目標(biāo)告訴學(xué)生，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，形成開題報(bào)告。老師針對(duì)每位學(xué)生的開題報(bào)告提出相應(yīng)的評(píng)閱意見，針對(duì)不合理的設(shè)計(jì)，積極引導(dǎo)學(xué)生修改。②學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中需做好實(shí)驗(yàn)記錄，遇到問題先嘗試自己解決，解決不了再尋求同學(xué)或老師的幫助，培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)合作精神。老師來回檢查、指導(dǎo)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，遇到個(gè)別問題，進(jìn)行單獨(dú)指導(dǎo)；遇到共性問題，集中與學(xué)生討論、講解實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)，使學(xué)生將課堂上學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)與實(shí)踐操作緊密結(jié)合，融會(huì)貫通。③實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析需與實(shí)驗(yàn)記錄保持一致，分析實(shí)驗(yàn)過程中的現(xiàn)象、產(chǎn)生的原因等。經(jīng)過一系列的培訓(xùn)，學(xué)生的邏輯思維能力、實(shí)驗(yàn)操作技能等均會(huì)有較大的進(jìn)步。

（3）實(shí)驗(yàn)總結(jié)與感想（10%）

實(shí)驗(yàn)完成后，每個(gè)同學(xué)寫一份實(shí)驗(yàn)總結(jié)與感想，作為實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核的一部分。學(xué)生可以從整個(gè)基因工程綜合實(shí)驗(yàn)出發(fā)，論述自己的實(shí)驗(yàn)總結(jié)與感想，對(duì)其中的注意事項(xiàng)或?qū)嶒?yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行分析，闡述自己的看法，也可以提出一些建設(shè)性的意見等。老師在批改這部分內(nèi)容時(shí)可以從側(cè)面了解學(xué)生的掌握和學(xué)習(xí)情況，從學(xué)生的意見反饋中找尋教學(xué)改革的建設(shè)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。

2.5 利用科研平臺(tái)鞏固學(xué)習(xí)效果

在基因工程綜合實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后，教師可鼓勵(lì)學(xué)生積極加入學(xué)業(yè)導(dǎo)師的科研項(xiàng)目，將實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)的專業(yè)課知識(shí)及實(shí)驗(yàn)技能應(yīng)用到真正的科研課題中，在新課題的沖擊下，激發(fā)學(xué)生對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)、新方法學(xué)習(xí)的積極性，推動(dòng)教學(xué)相長(zhǎng)的良性循環(huán)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科研的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科研邏輯思維，全面提高學(xué)生的科研能力。

3 結(jié)語

經(jīng)過2年的基因工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，學(xué)生獨(dú)立思考、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析及解決問題的能力有所提升，學(xué)生能夠主動(dòng)參與到教學(xué)中，師生間互動(dòng)增強(qiáng)，獲得學(xué)生的一致好評(píng)。為緊跟生物技術(shù)前沿發(fā)展的要求，在今后的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還可以設(shè)置一些熱點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，如CRISPR Cas9、Western雜交、RT-PCR等技術(shù)激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中體會(huì)學(xué)術(shù)前沿的專業(yè)知識(shí)，提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，逐步擴(kuò)充和更新綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。