基因工程課程教學(xué)模式優(yōu)化與實踐探討

孔芳 薛正蓮 楊超英

【摘要】基因工程是生命科學(xué)與生物工程的的主干學(xué)科。本文從基因工程理論教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與方式、教師業(yè)務(wù)素質(zhì)等方面存在的問題提出優(yōu)化組合教學(xué)內(nèi)容，改善教學(xué)方法，提高教師業(yè)務(wù)素質(zhì)的教學(xué)模式，進行了探討與改進。探索式的教學(xué)模式可激發(fā)學(xué)生對基因工程學(xué)習(xí)的積極性與主動性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力，從而進一步提高基因工程教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】基因工程；教學(xué)模式；教學(xué)改革

20 世紀(jì)70 年代誕生的基因工程是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)、以微生物學(xué)和分子生物學(xué)的現(xiàn)代技術(shù)方法為手段發(fā)展起來的新興交叉學(xué)科，它是對不同生物的基因，在體外進行切割、拼接和重新組合，再轉(zhuǎn)入生物體內(nèi)，產(chǎn)生出人們所期望的基因產(chǎn)物，或創(chuàng)造出具有新的遺傳特征的生物類型，開創(chuàng)了人們按照自己意愿在體外操縱生命的新紀(jì)元[1]。歷經(jīng)近40年的歷程，該學(xué)科發(fā)展十分迅速，隨著新知識、新概念、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，已取得了質(zhì)的飛躍，成為21世紀(jì)生命科學(xué)的核心學(xué)科，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等各個領(lǐng)域。

基因工程課程是全國高等院校生物工程和生物技術(shù)等專業(yè)的一門前沿性重要專業(yè)必修課。其理論覆蓋面廣，內(nèi)容豐富、高新技術(shù)較多，且實驗操作條件要求較高，需要學(xué)生系統(tǒng)熟練的掌握基因操作技術(shù)、細(xì)胞操作技術(shù)、遺傳學(xué)技術(shù)等基礎(chǔ)學(xué)科的理論知識，給理論及實驗教學(xué)帶來了一定的困難。目前采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法已無法滿足學(xué)生的求知欲，難以取得令人滿意的教學(xué)效果。為了順應(yīng)科學(xué)的發(fā)展，讓學(xué)生在實踐課堂中更好地認(rèn)識和體會前沿科學(xué)的探索方法，在過去兩年的基因工程課程教學(xué)中，筆者積極參與基因工程課程的探索式改革，根據(jù)需要調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生能夠深入理解本課程的基本概念、原理及操作方法，啟發(fā)學(xué)生思考，深入學(xué)習(xí)新時代背景下的遺傳工程技術(shù)，為培養(yǎng)生物技術(shù)高素質(zhì)人才提供理論支持。

1教學(xué)內(nèi)容改革

1.1以科學(xué)發(fā)展為向標(biāo)，精簡教學(xué)內(nèi)容

《基因工程》是一門系統(tǒng)性的課程，內(nèi)容多且抽象難懂，涉及面廣，每一章節(jié)的內(nèi)容緊密連接、環(huán)環(huán)相扣，需記憶的知識點較多。例如基因工程工具酶的內(nèi)容是基因修飾、基因改造的基礎(chǔ)，載體的內(nèi)容是學(xué)習(xí)基因轉(zhuǎn)化、篩選的前提等，因此，各部分內(nèi)容之間有很強的邏輯性和連貫性，如果前一部分沒有打下良好的基礎(chǔ)，那么學(xué)習(xí)后邊的內(nèi)容就很困難。因此，要以全局觀重新構(gòu)建本課程的教學(xué)內(nèi)容體系。

目前，國內(nèi)外出版的《基因工程》教材版本較多，編寫內(nèi)容各有側(cè)重，編排體系各有特色。因此在選擇教材時應(yīng)全面比較、慎重考慮，所選教材應(yīng)具有新意，能展示近年來基因工程領(lǐng)域所取得的理論成果。但我校生物技術(shù)專業(yè)的基因工程課程所安排的學(xué)時數(shù)僅48學(xué)時，因此，要求教師適當(dāng)精簡部分內(nèi)容，根據(jù)科研和生產(chǎn)實際工作中對基因工程知識和技能的要求，對課程內(nèi)容進行取舍，按照酶切、連接、轉(zhuǎn)化、擴增、鑒定等操作單元一根線將全部知識串起來，構(gòu)建合理的授課內(nèi)容體系，以期達到最佳的教學(xué)效果。

此外，《基因工程》是本校學(xué)生在修完《分子生物學(xué)》、《微生物學(xué)》、《細(xì)胞工程》等課程后才學(xué)習(xí)的課程，因此其教學(xué)內(nèi)容可精簡，避免與已學(xué)課程重復(fù)，可對教學(xué)內(nèi)容進行刪減，對重復(fù)的部分內(nèi)容提醒學(xué)生復(fù)習(xí)，課堂教學(xué)時以提問的方式回顧或以課外作業(yè)形式進行，這樣就可留出充裕時間講解新的知識點，使得教學(xué)內(nèi)容不只局限于教材，而以教材為依托向課外延伸，拓寬學(xué)習(xí)的內(nèi)容，鼓勵學(xué)生閱讀多種課外資料，增加知識的積累。這樣可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，避免理論講解過于晦澀難懂，提高教學(xué)效果。

1.2結(jié)合國內(nèi)外基因工程新動態(tài)，引進新知識新內(nèi)容

在教學(xué)過程中引進國內(nèi)外基因工程最新科研成果的研究動態(tài)，使得學(xué)生接受目前基因工程相關(guān)的新觀念，鼓勵學(xué)生利用課余時間查閱和檢索中外文文獻，讓他們了解基因工程的新動向，領(lǐng)悟基因工程在動植物遺傳改良、基因治療、環(huán)保應(yīng)用等方面的研究正處于不斷發(fā)展中，正是由于科研工作者共同努力的結(jié)果，其應(yīng)用前景十分廣闊，從而喚起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及對未知領(lǐng)域求知的欲望，增強生物技術(shù)專業(yè)自信心。

1.3理論與實踐有機結(jié)合，雙管齊下

基因工程是一門實踐性、技術(shù)性較強的課程，一方面扎實的理論基礎(chǔ)是學(xué)習(xí)和研究基因工程的重要前提，另一方面基因工程又要通過具體的技術(shù)環(huán)節(jié)來完成，技術(shù)性和實踐性很強。但在傳統(tǒng)理論授課過程中，教師普遍采用“先理論，后實驗”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，筆者常感到學(xué)生們對于分子遺傳的許多實驗設(shè)計和方法興趣濃厚，但缺少實踐體會，學(xué)習(xí)效果不理想。因此，如何在理論知識中整合實驗課程一直是筆者思考的問題。只有通過不斷實踐，才能深化有關(guān)理論和掌握基因工程的具體技術(shù)。對于初學(xué)者來說，首先要注意學(xué)習(xí)和掌握有關(guān)技術(shù)的基本原理和儀器設(shè)備的規(guī)范操作技術(shù)，培養(yǎng)規(guī)范的操作技能，比如加樣槍（pipette）的規(guī)范使用和質(zhì)粒DNA提取純化、電泳鑒定等基本技能，如實記錄實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力及發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，并在撰寫實驗總結(jié)報告中提高學(xué)生的歸納總結(jié)能力。

如在講述基因工程中“分子克隆載體”理論章節(jié)時，載體的構(gòu)建與改造中以pUC18/19載體為例，利用菌落的藍白顏色進行重組子篩選的原理，教師可將科研中的重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化β-半乳糖苷酶缺陷型工程菌（大腸桿菌）后的藍白斑篩選的實驗圖片，在課堂上通過多媒體展示，對藍白斑篩選的機制原理進行闡釋，以及在轉(zhuǎn)化與藍白斑篩選操作中受體細(xì)胞的狀態(tài)、載體的空間構(gòu)象、重組載體轉(zhuǎn)化后是否有一定形成白斑，在實驗室4℃冰箱擱置一兩天為何白斑會變藍色等現(xiàn)象，解釋外源DNA片段與質(zhì)粒載體的連接以及轉(zhuǎn)化都存在一定的效率，最后生長出來的菌落并不都是陽性克隆，需要采用特殊的方法篩選出可能含有目的基因的重組體克隆[2]。通過理論知識的講解，加強學(xué)生對實驗每個操作環(huán)節(jié)的關(guān)注，讓學(xué)生明白每個環(huán)節(jié)都可能影響最后的實驗結(jié)果，使學(xué)生在實驗操作中要具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究的態(tài)度。

因此在觀念上，應(yīng)強調(diào)基因工程“實驗同理論課同等重要”的教學(xué)理念，徹底改變“重上課，輕實驗”的觀念。通過這樣的過程培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識的能力，加強學(xué)生對文獻資料的查詢能力，拓寬知識面，可系統(tǒng)地梳理所學(xué)的理論知識。這樣在《基因工程》教學(xué)實習(xí)中組織學(xué)生進行基因工程的“切、接、轉(zhuǎn)、增、檢”五大步驟中的目的基因及載體的切割及連接、重組質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化及擴增、重組子的篩選與鑒定，較為完備地將《基因工程》的上游技術(shù)緊密銜接綜合成為一體。

2教學(xué)方法改革

2.1發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，交流親身體會

多媒體輔助教學(xué)在教學(xué)中的優(yōu)勢雖然比較明顯，但運用不當(dāng)將喪失其優(yōu)勢，在課堂教學(xué)中老師若只扮演播放幻燈者角色，不注意面對學(xué)生調(diào)整授課節(jié)奏，這將直接影響雙方互動式交流，而交流減少必將疏遠(yuǎn)教學(xué)者與學(xué)習(xí)者的距離，弱化教師在教學(xué)中的主導(dǎo)地位，以及學(xué)生的主動性思考。筆者結(jié)合自己的經(jīng)驗，在教授基因工程這門具有很強操作性的課程時，在涉及實驗操作等相關(guān)知識點上講授自己的實驗體會，把自己的成功經(jīng)驗與同學(xué)們分享，失敗體會則告知同學(xué)們以提高警惕，避免在實踐中出現(xiàn)類似的錯誤。

再譬如講到“基因工程發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用”章節(jié)時，向?qū)W生介紹我國歷史上在基因工程領(lǐng)域所取得的成就，介紹我國的生物科學(xué)家如何為科學(xué)事業(yè)做出貢獻的事例，激發(fā)他們的民族自豪感，從而增強了他們的危機感和責(zé)任心，增強他們學(xué)習(xí)基因工程的熱情。因此，在教學(xué)過程中，教師要循循善誘，激發(fā)學(xué)生的參與興趣，我們的做法是在教學(xué)過程中闡明基因工程的應(yīng)用成果，開闊學(xué)生的視野，驅(qū)使他們積極主動思考、主動探究，使其產(chǎn)生強烈的參與意識，使教學(xué)過程成為教師與學(xué)生互動和協(xié)作的過程，打破傳統(tǒng)的“啟而不發(fā)”、“無動于衷”等模式[3]。

2.2激發(fā)學(xué)生興趣，參與研討式教學(xué)

愛因斯坦說過，“只要把學(xué)生的熱情激發(fā)起來，那么學(xué)校規(guī)定的功課就會被當(dāng)作一種禮物來接受。”傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)容易讓學(xué)生產(chǎn)生惰性，也不利于教師對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的及時把握?；蚬こ陶n程本身抽象理論較多，因此在教學(xué)過程中，我們預(yù)留一定比例的課時，引導(dǎo)學(xué)生走上講臺參與教學(xué)討論，營造活躍的課堂氣氛，極大地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和興趣，有助于學(xué)生對課堂知識的掌握，例如在講解“基因工程產(chǎn)品安全性評價爭議”的章節(jié)時[4]，我們預(yù)留出互動環(huán)節(jié)，讓學(xué)生分析影響轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品安全性因素有哪些，如何站在科學(xué)的立場辯證地看待和分析這起爭論，這不僅關(guān)系到基因工程技術(shù)的深入研究，而且直接影響到生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。學(xué)生在查閱相關(guān)方面最新文獻和動態(tài)資料的基礎(chǔ)上結(jié)合自己的理解各抒己見，分組討論，最后再由老師進行點評、歸納，安排他們登上講臺講解，這樣既可以鍛煉他們的表達能力，同時也增強他們看待科學(xué)問題的綜合能力。這種教學(xué)方式調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和興趣，同時使學(xué)生在閱讀能力、自學(xué)能力、口頭表達能力等方面受到實際鍛煉，達到事半功倍的教學(xué)效果。

2.3增加投入，完善多媒體教學(xué)

基因工程課程中涉及的信息量比較大，概念抽象、理論性強，如果使用傳統(tǒng)的教學(xué)手段，學(xué)生只能得到一些感知的內(nèi)容，無法使其得到直接的體驗，從而加大了學(xué)習(xí)和理解的難度。而多媒體、影像資料、電視錄像、電影、CAI課件等現(xiàn)代化教學(xué)手段，可以使學(xué)習(xí)內(nèi)容圖文并茂、有聲有色、栩栩如生，便于學(xué)生理解記憶。例如，利用FLASH 動畫演示聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程中DNA聚合酶是如何在模板鏈和引物的引導(dǎo)下，以指數(shù)倍數(shù)迅速擴增的過程，使得原來抽象難以理解的內(nèi)容變得形象直觀，既激發(fā)了學(xué)生的興趣，又加深了學(xué)生的理解。改變了以往一支粉筆、一塊黑板的傳統(tǒng)教學(xué)方法，可以在有限的時間內(nèi)提供給學(xué)生最大的知識信息量。為此，我們以科學(xué)性、教育性與技術(shù)性為標(biāo)準(zhǔn)，精心制作了基因工程多媒體課件，將教學(xué)內(nèi)容多層次、多角度地呈現(xiàn)給學(xué)生。

2.4以科研項目為依托，促進基因工程的課堂與實驗教學(xué)

本科教學(xué)過程具有很強的探索性，它不僅要傳授知識，還擔(dān)負(fù)著發(fā)現(xiàn)未知和培養(yǎng)學(xué)生探求新知能力的任務(wù)。在過去的兩年中，筆者做了幾個方面的嘗試，一方面借鑒教學(xué)團隊成員們多年的科研工作的積累，將多種成熟的分子實驗技術(shù)和實驗材料提供應(yīng)用到實驗教學(xué)中，比如，根據(jù)目的基因設(shè)計引物進行PCR鑒定，利用切口平移法標(biāo)記探針進行DNA分子雜交等分子遺傳研究領(lǐng)域的常用實驗技術(shù)。另外，依托教師所在的科研團隊和研究項目，教師們把科研成果轉(zhuǎn)化為實驗課程內(nèi)容，借助科研項目小組的實驗材料，學(xué)生們才可以嘗試更多的實驗技術(shù)與方法，利用科研平臺和項目背景促進實驗教學(xué)的發(fā)展，開闊學(xué)生的學(xué)術(shù)眼光和視野、進行學(xué)術(shù)熏陶，這是一條行之有效、立竿見影的改革途徑。

把教師正在從事的科研課題新知識貫穿到教學(xué)之中，使課堂內(nèi)容更為具體、親切、富于實際感受，從而激發(fā)學(xué)生科學(xué)研究的興趣和靈感，鼓勵學(xué)生申請一些研究生課題參與到研究工作中。實踐表明，通過啟發(fā)式的案例教學(xué)，不僅使同學(xué)們深刻領(lǐng)會到學(xué)習(xí)該門專業(yè)課的真正目的和用途，而且還大大提高學(xué)生培養(yǎng)和樹立辯證的思維與系統(tǒng)的方法來綜合運用專業(yè)理論知識去分析及解決復(fù)雜實際問題。由于基因工程具體操作中涉及基因的選擇、技術(shù)路線的制訂和實施，面對的都是系統(tǒng)問題，充滿著局部與整體、微觀與宏觀對立統(tǒng)一的辯證關(guān)系，只有應(yīng)用辯證的思維和系統(tǒng)的分析方法，才能客觀地分析生物代謝環(huán)節(jié)、生理過程、發(fā)育階段等在性狀決定中的作用，從而制定出動態(tài)優(yōu)化、高效的技術(shù)方案，這樣有利于學(xué)生學(xué)以致用的應(yīng)用型人才培養(yǎng)和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，收到了良好的教學(xué)效果[5]。

長期的實踐告訴我們：教學(xué)是科研的基礎(chǔ)，科研是教學(xué)的發(fā)展與提高的依托。《基因工程》是現(xiàn)代生物技術(shù)專業(yè)典型的專業(yè)基礎(chǔ)課，其發(fā)展迅速，教學(xué)效果好壞直接影響高校生物技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)，進而影響高校人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。通過對《基因工程》教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的改革，不僅改變了在教學(xué)中只能教死書的狀況，而且把在科研工作中積累的經(jīng)驗帶到了課堂，豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容，提高了課程質(zhì)量，促進學(xué)生跟上學(xué)科的發(fā)展進程，為國家培養(yǎng)更多高素質(zhì)的21世紀(jì)合格人才。

參考文獻：

[1] 吳燕華, 郭濱, 婁慧玲, 崔玉良, 顧惠娟, 喬守怡.從基因克隆到表達分析——改革基因工程實驗課程的實踐與體會. 遺傳,2012 ,4(2): 248-252.

[2] 魏群.分子生物學(xué)實驗指導(dǎo)(第2版)[M].北京:高等教育出版社，2007:7

[3] 康培安. 《基因工程》教學(xué)方法改革的探索.安徽農(nóng)學(xué)通報.2011,17(23):179-180

[4] 孫明. 基因工程[M]. 北京: 高等教育出版社,2006

[5] 裔傳燈.基因工程課程教學(xué)改革的幾點體會[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2008(30) : 104 -105

此項目由安徽工程大學(xué)引進人才科研啟動基金（項目編號：2010YQQOO7）支助。