生物制藥專業(yè)本科生《基因工程綜合性實(shí)驗(yàn)》的改革與探索

邵紅偉，黃樹林

（廣東藥學(xué)院 生命科學(xué)與生物制藥學(xué)院/生物制藥研究所，廣東 廣州 510006）

生物制藥專業(yè)本科生《基因工程綜合性實(shí)驗(yàn)》的改革與探索

邵紅偉，黃樹林

（廣東藥學(xué)院 生命科學(xué)與生物制藥學(xué)院/生物制藥研究所，廣東 廣州 510006）

為了幫助學(xué)生更全面深入地理解和掌握基因工程技術(shù)，進(jìn)一步深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，將《基因工程》、《發(fā)酵工藝原理》和《生物技術(shù)藥物藥劑與藥代動力學(xué)》這三門課程中相互聯(lián)系比較密切的實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行有機(jī)的整合，同時結(jié)合我們自己的科研項(xiàng)目，圍繞基因工程這一中心，設(shè)計(jì)了一套較為完善的綜合性實(shí)驗(yàn)流程，同時對實(shí)驗(yàn)的考核方式進(jìn)行了改革.調(diào)查結(jié)果表明這一改革取得了較好的效果，為我們在其他實(shí)驗(yàn)課程中開展改革提供了有益的借鑒.

基因工程；綜合性實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革

基因工程技術(shù)自從在上個世紀(jì)70年代誕生以來，如今已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在生命科學(xué)的各個領(lǐng)域，特別是近年來在醫(yī)藥科學(xué)方面的應(yīng)用更是顯示出這項(xiàng)技術(shù)巨大的應(yīng)用前景.因此，基因工程技術(shù)成為生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、制藥學(xué)以及相關(guān)專業(yè)最重要的課程之一，特別是對于生物制藥專業(yè)的學(xué)生來說，基因工程技術(shù)是他們學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容之一，在本科階段培養(yǎng)他們對這門課程的興趣，使他們掌握基因工程基本的操作技能和方法，熟悉基因工程的操作流程，并對他們的動手能力和科學(xué)思維進(jìn)行鍛煉，對于他們今后的工作和進(jìn)一步的學(xué)習(xí)具有非常重要的意義.在這一思想的指導(dǎo)下，并結(jié)合實(shí)際情況我們對基因工程實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行了一些改革.

1 整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，完善實(shí)驗(yàn)流程

基因工程技術(shù)從上游技術(shù)到下游技術(shù)，涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，同其他課程存在著不同程度的重疊，以前這些實(shí)驗(yàn)被分散在不同的課程范圍內(nèi)，如《分子生物學(xué)》、《基因工程》、《發(fā)酵工藝學(xué)》、《生物技術(shù)藥物藥劑與藥動學(xué)》等.這樣使得學(xué)生對整個基因工程技術(shù)缺少一種系統(tǒng)連貫的認(rèn)識，只見樹木不見森林，這對于他們進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和今后的發(fā)展是一種不容忽視的制約.為了改變這一現(xiàn)狀，有必要對相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)的整合，形成一個從上游到下游完整統(tǒng)一的綜合性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠系統(tǒng)連貫地學(xué)習(xí)這一技術(shù).同時，通過這樣的整合也使他們能夠?qū)蚬こ碳夹g(shù)有一個更深入的認(rèn)識和理解，便于他們更好的掌握相關(guān)的技能，從而在今后的科研和工作中能夠更全面地考慮問題.

我們從本院的課程設(shè)置、實(shí)驗(yàn)室和儀器配備以及師資力量等實(shí)際情況出發(fā)，在校級本科教學(xué)改革項(xiàng)目的支持下，以我院教師的科研成果為依托，對基因工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方面進(jìn)行了一些探索性的改革.我們將《基因工程》、《發(fā)酵工藝原理》和《生物技術(shù)藥物藥劑與藥代動力學(xué)》等課程中涉及到基因工程技術(shù)的實(shí)驗(yàn)部分整合在一起，并結(jié)合《生物信息學(xué)》、《分子生物學(xué)》的相關(guān)內(nèi)容，以單獨(dú)授課的方式，利用108個學(xué)時的時間集中開展了基因工程綜合性實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)基本涵蓋了基因工程從上游到下游的關(guān)鍵技術(shù)，如，基因克隆、載體連接、感受態(tài)轉(zhuǎn)化，質(zhì)粒提取、細(xì)胞培養(yǎng)、基因轉(zhuǎn)染、流式細(xì)胞技術(shù)檢測基因表達(dá)和細(xì)胞凋亡、重組蛋白的誘導(dǎo)表達(dá)和發(fā)酵條件優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)動物常規(guī)操作等.我們希望通過這種系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式能夠克服分散開設(shè)實(shí)驗(yàn)的某些不足之處，幫助學(xué)生更好的理解和掌握基因工程的基本操作技能.

2 整合教學(xué)人員，發(fā)揮專業(yè)特長

由于本綜合實(shí)驗(yàn)涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，上課的學(xué)生也較多，為了保證教學(xué)質(zhì)量，需要多個教師共同參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù).我們按照從上游到下游的順序?qū)⒄麄€實(shí)驗(yàn)分為數(shù)個單元：分子生物學(xué)單元，其中包括基因克隆、載體連接、感受態(tài)轉(zhuǎn)化，質(zhì)粒提取等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；細(xì)胞生物學(xué)單元，包括PBMC分離、細(xì)胞培養(yǎng)、基因轉(zhuǎn)染、流式細(xì)胞技術(shù)檢測基因表達(dá)和細(xì)胞凋亡等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；實(shí)驗(yàn)動物單元，包括實(shí)驗(yàn)動物的常規(guī)操作、荷瘤小鼠模型構(gòu)建流程等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；藥劑與藥代動力學(xué)單元，包括基因藥物的體內(nèi)分布、作用靶點(diǎn)觀察等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；重組蛋白質(zhì)發(fā)酵單元，包括誘導(dǎo)時間、誘導(dǎo)溫度、通氣狀況、pH值、還原糖含量等條件的優(yōu)化實(shí)驗(yàn).根據(jù)上述每個實(shí)驗(yàn)單元的教學(xué)內(nèi)容需要，我們選擇相應(yīng)專業(yè)的骨干教師擔(dān)任該部分實(shí)驗(yàn)的帶教人員，通過這樣的整合，一方面能夠有效利用本院的教師資源，另一方面又能充分發(fā)揮各帶教老師的專業(yè)特長，同時對學(xué)生來說，他們也能更好地學(xué)到相關(guān)的實(shí)驗(yàn)知識和技能.通過這樣的整合，也使得各位主講教師能夠優(yōu)勢互補(bǔ)，相互學(xué)習(xí)，既利于培養(yǎng)大家的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，也有助于形成一個具有較強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力的教師團(tuán)隊(duì).

3 研教結(jié)合，以科研促教學(xué)

本二級學(xué)院前身為生物制藥研究所，目前屬于院所合一的建制，以科研促教學(xué)、提高本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平是本院一貫堅(jiān)持的教學(xué)傳統(tǒng).從實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要出發(fā)，我們從以往的科研項(xiàng)目中選取了部分研究內(nèi)容用于學(xué)生的綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué).為了使學(xué)生對基因工程在制藥方面的應(yīng)用有一個更加全面的了解，我們將整個實(shí)驗(yàn)劃分為兩大部分，一部分為基因藥物的制備和功能研究，包括上述的分子生物學(xué)單元、細(xì)胞生物學(xué)單元、實(shí)驗(yàn)動物單元、藥劑與藥代動力學(xué)單元的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，主要是基于TCR基因的抗腫瘤研究，另一部分為基因工程藥物的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，即上述的重組蛋白質(zhì)發(fā)酵單元的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，主要是重組人IL-18的誘導(dǎo)表達(dá)條件的優(yōu)化研究.我們以這兩部分研究內(nèi)容為例，給學(xué)生們展示了基因工程技術(shù)在生物制藥方面的應(yīng)用情況.前一部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容著重于訓(xùn)練學(xué)生的一些基因工程上游操作技術(shù)和基因功能研究技術(shù)，后一部分實(shí)驗(yàn)著重于訓(xùn)練學(xué)生的基因工程下游操作技術(shù).

將本院教師的科研項(xiàng)目同學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，這樣不僅能夠保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，又能使學(xué)生更真實(shí)真切地了解基因工程技術(shù)在制藥上的應(yīng)用，同時還體現(xiàn)了自身的實(shí)驗(yàn)教學(xué)特色.在實(shí)驗(yàn)過程中我們還以自己在科研工作中的親身經(jīng)歷向?qū)W生介紹了相關(guān)研究內(nèi)容的設(shè)計(jì)思路、當(dāng)初研究工作中遇到的問題以及考慮解決問題時的出發(fā)點(diǎn)和采用的方法等.我們希望通過這樣的方式使學(xué)生能夠?qū)蚬こ碳夹g(shù)有一個更生動、更全面的認(rèn)識，同時培養(yǎng)他們獨(dú)立思考問題的能力和創(chuàng)新精神.

4 整體教學(xué)結(jié)合小組指導(dǎo)，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量

為了強(qiáng)化學(xué)生對基因工程綜合性實(shí)驗(yàn)的整體認(rèn)識，使學(xué)生能夠充分理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和整體流程，在實(shí)驗(yàn)開始之初，我們首先開展了互動式的實(shí)驗(yàn)介紹課，對相關(guān)基礎(chǔ)知識、實(shí)驗(yàn)思路和實(shí)驗(yàn)的整體流程進(jìn)行了詳細(xì)的講解和介紹，然后由學(xué)生自由提問，在充分解答學(xué)生的各種問題之后，最后再由老師進(jìn)行總結(jié).通過我們課后對學(xué)生的調(diào)查訪問表明，經(jīng)過這樣的互動式介紹課，學(xué)生對于我們的基因工程綜合實(shí)驗(yàn)有了一個比較清晰的認(rèn)識和理解，這對于隨后實(shí)驗(yàn)的順利開展非常重要.

在此后實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)施的過程中，每個實(shí)驗(yàn)單元由兩位帶教老師總體負(fù)責(zé)，每個單元的實(shí)驗(yàn)課開始前首先由主講教師對實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、操作要點(diǎn)等進(jìn)行詳細(xì)的講解，點(diǎn)明需要特別注意的地方，并承上啟下地點(diǎn)明本次實(shí)驗(yàn)在整個綜合實(shí)驗(yàn)中的位置，這樣的集體授課保證了學(xué)生知識的統(tǒng)一性.在實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)施過程中，學(xué)生分組進(jìn)行操作，每組由一位帶教老師具體負(fù)責(zé)，針對學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行及時的糾正和指導(dǎo)，回答學(xué)生的提問，并負(fù)責(zé)組織學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論.這樣的分組教學(xué)不僅可以保證學(xué)生能夠得到及時、正確的指導(dǎo)，同時也加深了學(xué)生們對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和掌握，對于提高他們的操作技能、鍛煉他們分析問題解決問題的能力都很有幫助.

5 合理分配差異化實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神

在實(shí)驗(yàn)過程中，除了保證實(shí)驗(yàn)整體流程的完整性和一致性，我們還在不同小組間安排了一些差異化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.比如，在重組蛋白發(fā)酵實(shí)驗(yàn)中，我們安排不同的小組分別對載體不同的兩個重組蛋白進(jìn)行發(fā)酵條件的摸索，實(shí)驗(yàn)結(jié)果放在一起比較.這無形中在學(xué)生們中間形成了一種競爭，每個小組都爭取把自己的結(jié)果做得更好，更能說明問題，而這樣就需要整個組的成員相互協(xié)作、共同努力.不僅如此，我們還將每個組細(xì)分為五對搭檔，將要優(yōu)化的幾個發(fā)酵條件，如，起始誘導(dǎo)OD濃度、誘導(dǎo)時間、誘導(dǎo)溫度、還原糖含量、通氧狀況等分別交由每組不同的搭檔組合輪流負(fù)責(zé)，其他同學(xué)為他們做一些輔助工作，這樣又進(jìn)一步地培養(yǎng)了學(xué)生的相互合作精神.通過這樣的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的競爭意識和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神都得到了鍛煉和提高，我們希望傳授給學(xué)生的不僅僅是專業(yè)知識和操作技能，同時還有非?？少F的團(tuán)隊(duì)合作精神，因?yàn)檫@這對于他們今后的工作和學(xué)習(xí)是大有裨益的.

6 改變考核方式，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，為了檢驗(yàn)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握情況，我們對他們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)考核，這種考核與以往不同的是考核內(nèi)容和形式上的一些嘗試性改變.

首先，我們組織學(xué)生開展了一次知識競賽，競賽的內(nèi)容就是關(guān)于基因工程的重要的基礎(chǔ)知識、關(guān)鍵技術(shù)以及試驗(yàn)操作中需要注意的一些重要環(huán)節(jié).我們將學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)中的分組情況分成幾個競賽隊(duì)，在必答題環(huán)節(jié)，各隊(duì)的每位同學(xué)都要回答一個問題，這樣就保證了每個學(xué)生都能夠參與到競賽中來.為了繼續(xù)發(fā)揚(yáng)他們的團(tuán)隊(duì)精神，我們規(guī)定某個同學(xué)若答不上來，這個問題可以由同隊(duì)的其他同學(xué)代為回答，答對者同樣可以得到加分.為了使學(xué)生在競賽的同時能夠?qū)W到知識，我們還規(guī)定每個問題務(wù)必得到解答，本隊(duì)同學(xué)都答不上來的話其他隊(duì)同學(xué)可以代答，若大家都答不上來就由老師進(jìn)行講解.同時，為了保持活動的吸引力和競爭性我們還設(shè)立了搶答題，為了獲得優(yōu)勝隊(duì)和優(yōu)勝個人的榮譽(yù)，學(xué)生們回答問題時都很踴躍，場面非常熱烈.經(jīng)過這種形式的考核，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時也使他們的知識和技能在不知不覺中得到了進(jìn)一步的鞏固和提高.

另外，為了使學(xué)生能夠?qū)蚬こ叹C合性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和提煉，同時也為了鍛煉他們的科研寫作能力，我們要求學(xué)生按照科研論文的格式撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告.我們從科學(xué)期刊中選取一些代表性的范文，給學(xué)生們詳細(xì)講解了撰寫科技論文的要素和一些需要注意的一些問題.通過這樣的模擬訓(xùn)練，學(xué)生們對科研工作有了更加深刻的了解和體會，這種訓(xùn)練對于學(xué)生以后畢業(yè)論文的撰寫以及進(jìn)一步的學(xué)習(xí)與深造也是一種很好的鍛煉.

課程結(jié)束后，我們就實(shí)驗(yàn)課改革的效果及時地聽取了老師和學(xué)生們的意見.學(xué)生們普遍反應(yīng)，通過這樣的綜合性實(shí)驗(yàn)使他們得到了很大的鍛煉和提高，不僅增長了知識，強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)操作技能，而且培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，對科學(xué)問題的思考能力也有了明顯的提高，他們還希望今后學(xué)院能夠多開展一些這樣的實(shí)驗(yàn).各帶教老師也都表示自己從其他老師身上學(xué)到了不少東西，積累了有益的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，自己的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力也得到改進(jìn)和提高.經(jīng)過這次基因工程綜合性實(shí)驗(yàn)改革的探索，我們也獲得了寶貴的教改經(jīng)驗(yàn)，以此為契機(jī)，今后我們將在本院其他課程的教學(xué)中因“課”制宜地逐步推廣教學(xué)改革，為我院教學(xué)水平的與時俱進(jìn)、不斷提高奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

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G642.4

A

1673-260X（2010）03-0162-03

項(xiàng)目資助：教育部“生物醫(yī)藥類專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)區(qū)”（2007-185）

黃樹林，廣東藥學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院院長、生物制藥研究所所長、教授 郵編：510006