食品基因工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

沐萬孟 張濤繆 銘光翠 娥江波

摘 要：食品基因工程在現(xiàn)代食品生物技術(shù)領(lǐng)域中占有舉足輕重的地位。研究食品科學(xué)專業(yè)背景本科生的基因工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，設(shè)計(jì)與構(gòu)建適用于食品專業(yè)本科生的基因工程綜合實(shí)驗(yàn)體系，是迫在眉睫的事情。通過對食品基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題進(jìn)行分析，可以從五個(gè)方面對教學(xué)進(jìn)行改革，即優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、引進(jìn)開放式實(shí)驗(yàn)或教學(xué)與科研相結(jié)合、轉(zhuǎn)變學(xué)生參與教學(xué)方式、革新實(shí)驗(yàn)報(bào)告、改進(jìn)學(xué)生成績考核方式。這種創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)改革措施的實(shí)施可以達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：食品基因工程 綜合實(shí)驗(yàn) 創(chuàng)新性 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）06（c）-0158-03

The Reform of Comprehensive Experiment Teachingof the Genetic Engineering of Food

Mu Wanmeng Zhang Taomiao Ming GuangCui E Jiangbo

（State Key Laboratory of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi Jiangsu，214122，China）

Abstract：The genetic engineering of food plays a decisive role in the field of modern food biotechnology. Research the genetic engineering comprehensive experiment teaching method of undergraduate of food science professional background and design the comprehensive experiment system of gene engineering for major in food are urgent things.The present article analyzed the problems existing in the experiment teaching of genetic engineering of food，and the teaching reformation can carry on from the following five aspects，namely，optimizing experiment teaching contents，introducing the open experiment or combining the teaching and scientific research，transforming the way students participate in teaching， innovating the experiment report， improving student performance evaluation methods.The implementation of the teaching reform of the innovative practice can achieve the goal of training innovative talent.

Key words：Food；Genetic engineering； Comprehensive experiment； Innovativeness；Teaching reform

基因工程作為一門獨(dú)立的學(xué)科誕生于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過40年的發(fā)展已經(jīng)是現(xiàn)代生物技術(shù)中的核心學(xué)科和四大工程技術(shù)之一，其廣泛應(yīng)用于食品、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域[1]?；蚬こ淌且婚T集理論與實(shí)踐與一體的學(xué)科，其研究方法與技術(shù)貫穿現(xiàn)代生命科學(xué)的每個(gè)領(lǐng)域。食品科學(xué)是整合和應(yīng)用多個(gè)學(xué)科（化學(xué)、物理、生物、機(jī)械等）的基礎(chǔ)知識(shí)來研究食品的理化、生化以及食品加工原理和工藝的一門交叉學(xué)科。食品生物技術(shù)是食品加工領(lǐng)域的前沿交叉學(xué)科技術(shù)，其包括四大工程技術(shù)[2]，即食品基因工程、食品細(xì)胞工程、食品發(fā)酵工程和食品酶工程。而食品基因工程作為食品生物技術(shù)上游的關(guān)鍵學(xué)科，對現(xiàn)代食品生物技術(shù)的發(fā)展具有舉足輕重的支撐作用。食品基因工程綜合實(shí)驗(yàn)作為食品基因工程理論課的實(shí)踐課程，是一門非常重要的課程，根據(jù)食品專業(yè)的課程特點(diǎn)研究食品科學(xué)專業(yè)背景本科生的基因工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法以及設(shè)計(jì)與構(gòu)建適用于食品專業(yè)本科生的基因工程綜合實(shí)驗(yàn)體系是值得研究的課題。

1 食品基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題及改革的必要性分析

食品基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不能緊跟學(xué)科發(fā)展的步伐，內(nèi)容古板陳舊[3-5]。目前的實(shí)驗(yàn)課大綱包含的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按授課順序?yàn)椋耗康幕虻腜CR擴(kuò)增、核酸電泳檢測、大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞的制備、質(zhì)粒轉(zhuǎn)化、質(zhì)粒DNA的抽提、重組質(zhì)粒的酶譜鑒定、重組細(xì)胞的誘導(dǎo)表達(dá)、重組酶的親和層析純化、SDS-PAGE蛋白電泳鑒定，共9個(gè)實(shí)驗(yàn)，即80個(gè)學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為基礎(chǔ)性的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，即用課題組里碩士或博士已經(jīng)成功的實(shí)驗(yàn)中的主要實(shí)驗(yàn)材料（例如目的基因或質(zhì)粒等）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。做這種驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如果操作步驟不出大的問題，基本上就能夠得到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ皆谝欢ǔ潭壬夏軌蚴箤W(xué)生溫習(xí)在理論課堂上學(xué)的知識(shí)，且能夠鍛煉同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，可以從實(shí)驗(yàn)中學(xué)到一定的實(shí)驗(yàn)技能，但是對學(xué)生的創(chuàng)新性思維訓(xùn)練不能起到明顯的作用，學(xué)生無法體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的失敗，也就不能分析失敗的原因，對實(shí)驗(yàn)的理解也就有了局限性。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的另一個(gè)突出問題就是實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一[4，5]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用的是傳統(tǒng)的教學(xué)方式，老師在實(shí)驗(yàn)前會(huì)先把講義上的內(nèi)容（包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、步驟）講解一遍，然后就讓同學(xué)們照著講義上的實(shí)驗(yàn)步驟一步一步去做，學(xué)生只是參與了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的輸出，沒有深入思考實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生大部分時(shí)間都是處于被動(dòng)學(xué)習(xí)接受的狀態(tài)，獨(dú)立思考問題的時(shí)間很少。學(xué)生只是在實(shí)驗(yàn)操作技能上有些許提升，而比較重要的分析問題和解決問題的能力沒有任何鍛煉和提高。掌握的這些基礎(chǔ)的具有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的食品基因工程實(shí)驗(yàn)室還是不能獨(dú)立開展創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)研究。

還有一個(gè)問題就是考核方式不合理[5，6]。學(xué)生成績考核的方式影響著他們的學(xué)習(xí)態(tài)度，良好的評價(jià)方法能夠激發(fā)他們主動(dòng)學(xué)習(xí)和探索知識(shí)的欲望，如何突出學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，成績考核方式顯得特別重要。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課成績評定方式是老師通過學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫情況來給定一個(gè)分?jǐn)?shù)，這種評定方式只能反應(yīng)學(xué)生課下寫作業(yè)的認(rèn)真程度，無法判斷學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上的表現(xiàn)，而作為實(shí)驗(yàn)課，要靠動(dòng)手去操作才能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生的動(dòng)手能力這個(gè)評判實(shí)驗(yàn)課的重要因素給忽略掉了。從這里可以看出實(shí)驗(yàn)課成績的傳統(tǒng)評定方式的局限性。

鑒于在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的種種問題，這種模式已經(jīng)不再適應(yīng)我國培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的需要，必須對這種教學(xué)方式進(jìn)行改革。改革的重點(diǎn)是向以“知識(shí)構(gòu)建和問題求解”為特點(diǎn)的“創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)”模式發(fā)展。這種綜合型的教學(xué)模式與以往的那種“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)”模式相比涉及的知識(shí)面和深度要高的多，更能夠激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)新思維。這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ揭詣?chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究學(xué)習(xí)為主，不斷提高人的主動(dòng)求知的欲望，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

2 食品基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的具體實(shí)施

2.1 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

對食品基因工程實(shí)驗(yàn)課程大綱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[2，6]。食品基因工程實(shí)驗(yàn)是一門系統(tǒng)性和綜合性很強(qiáng)的課程，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容時(shí)不僅應(yīng)強(qiáng)調(diào)其基礎(chǔ)性也應(yīng)該強(qiáng)調(diào)其綜合性?；蚬こ虒?shí)驗(yàn)是由不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)K組成的一個(gè)系統(tǒng)性的綜合實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K之間都存在著緊密的聯(lián)系，是環(huán)環(huán)相扣的一個(gè)過程，前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果通常作為下一步實(shí)驗(yàn)的原材料。因此，只有在上一個(gè)實(shí)驗(yàn)取得可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果后才能進(jìn)入下一步實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生至始至終都樹立完整的科學(xué)研究概念。

基因工程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富多彩，考慮到食品學(xué)科的發(fā)展，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室在微生物酶研究方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，我們應(yīng)選擇一個(gè)與食品生物技術(shù)密切相關(guān)的食品酶為研究對象，設(shè)立一個(gè)綜合性研究課題，如D-阿洛酮糖3-差向異構(gòu)酶的克隆、表達(dá)及性質(zhì)鑒定，實(shí)驗(yàn)應(yīng)該包含上面提到的九個(gè)實(shí)驗(yàn)的全部內(nèi)容。基因工程綜合實(shí)驗(yàn)中每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的連續(xù)性特點(diǎn)就要求該實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)該在一個(gè)完整的時(shí)間段內(nèi)有條不紊的全部做完，按照實(shí)驗(yàn)大綱的安排，可以安排一兩周的整塊時(shí)間來做這個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。食品基因工程實(shí)驗(yàn)的綜合性和復(fù)雜性對學(xué)生們來說是最大的考驗(yàn)，但是這也是培養(yǎng)學(xué)生良好的科研理念及思維方式的很好機(jī)遇。通過實(shí)驗(yàn)不僅使學(xué)生能夠了解基本的實(shí)驗(yàn)原理及熟練掌握實(shí)驗(yàn)操作過程，而且還能幫助他們建立好的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)及培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2.2 引進(jìn)開放式實(shí)驗(yàn)或教學(xué)與科研相結(jié)合

食品基因工程實(shí)驗(yàn)采用開放性實(shí)驗(yàn)或者與科研相結(jié)合的方式，可以給學(xué)生的創(chuàng)新思維訓(xùn)練提供更廣闊的平臺(tái)[3，4，5，7]。開放性實(shí)驗(yàn)是指在老師規(guī)定的一個(gè)課題范圍內(nèi)，同學(xué)們可以自由選題，從課題方案的設(shè)計(jì)到課題的操作實(shí)施整個(gè)過程都是同學(xué)們掌控的。當(dāng)然在關(guān)系實(shí)驗(yàn)失敗與否的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)階段，老師會(huì)對學(xué)生的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行最后的確定，如果有不妥的地方會(huì)讓學(xué)生進(jìn)行修改，這樣以來學(xué)生可以在接下來的實(shí)驗(yàn)操作過程能夠順利進(jìn)行。把基因工程實(shí)驗(yàn)課和指導(dǎo)老師的科研項(xiàng)目相結(jié)合，這是個(gè)大膽的嘗試。在同學(xué)們參與任課老師的科研項(xiàng)目過程中，可以激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生把握課題研究方向的能力，有助于學(xué)生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。

2.3 轉(zhuǎn)變學(xué)生參與教學(xué)方式

讓學(xué)生參與食品基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的每個(gè)環(huán)節(jié)[8]。從實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備階段開始就讓學(xué)生參與進(jìn)來。以往的實(shí)驗(yàn)課程，不管是有機(jī)實(shí)驗(yàn)還是無機(jī)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前，所有實(shí)驗(yàn)過程中要用到的試劑和原材料都已準(zhǔn)備就緒。讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的每個(gè)環(huán)節(jié)有助于加深他們對實(shí)驗(yàn)的深刻理解?；蚬こ虒?shí)驗(yàn)一般都是按照一些成熟的操作步驟做的，操作起來不是很難，而實(shí)驗(yàn)的大部分時(shí)間都花費(fèi)在了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作上。基因工程實(shí)驗(yàn)不同于以往實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)之一就是一些原材料需要滅菌且部分操作要在無菌條件下進(jìn)行。通過參與實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備學(xué)生們能夠了解哪些需要事先滅菌，哪些需要在無菌條件下操作。培養(yǎng)基及種類繁多的試劑的配制也需要大量的人力參與。學(xué)生們也能熟悉實(shí)驗(yàn)中用到的基本儀器的使用，包括高壓滅菌鍋、PCR儀、蛋白和核酸電泳系統(tǒng)、凝膠成像系統(tǒng)、色譜柱的使用等等。通過讓同學(xué)們參與實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，使同學(xué)們更好的理解整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程。整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程做下來，可以使每個(gè)學(xué)生都能夠單獨(dú)的完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，要灌輸過程重于結(jié)果的思想，減輕學(xué)生們更看重結(jié)果的負(fù)重，使學(xué)生更有效地獲得知識(shí)和能力，從實(shí)驗(yàn)中得到更多的收獲，進(jìn)一步提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

積極推廣多種多樣的教學(xué)模式。所有的教學(xué)模式可以歸為兩類，第一類以老師為主導(dǎo)，第二類是把學(xué)生作為主導(dǎo)。首先說第一類，老師起主導(dǎo)作用，即老師主講，但在傳統(tǒng)教學(xué)模式上做些變動(dòng)，即變成互動(dòng)式教學(xué)。這種互動(dòng)式教學(xué)方法需要學(xué)生的積極配合。作為學(xué)生，應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)開始之前通過預(yù)習(xí)全部的實(shí)驗(yàn)講義掌握整個(gè)實(shí)驗(yàn)的流程，實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)的銜接以及基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)，如實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?、?shí)驗(yàn)操作步驟，通過查閱資料獲取實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，做出預(yù)案以防實(shí)驗(yàn)失敗，對整個(gè)實(shí)驗(yàn)有一個(gè)整體的深入理解。老師可以隨機(jī)提出一些問題讓同學(xué)們回答，學(xué)生們也可以就某些實(shí)驗(yàn)疑點(diǎn)向老師請教，活躍課堂氛圍，那些表現(xiàn)好的學(xué)生在評定成績時(shí)可以獲得額外的加分機(jī)會(huì)。這種方式能夠更積極的調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的熱情。另外一種教學(xué)方法就是采取角色互換的教學(xué)方式，第一種是老師講學(xué)生聽，而這一種是把老師和學(xué)生的角色互換，由學(xué)生在講臺(tái)上主講，然后大家補(bǔ)充和討論，最后由老師做出點(diǎn)評、總結(jié)。這是一種大膽的嘗試，對學(xué)生的要求很高，需要學(xué)生對實(shí)驗(yàn)有透徹的理解。

2.4 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的創(chuàng)新

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告由實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑?、?shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、討論及思考題這幾部分構(gòu)成，這樣的寫法幾乎是一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)格式。由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課中的每個(gè)實(shí)驗(yàn)是獨(dú)立的，是互不影響的，而每個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容相對較少，采用標(biāo)準(zhǔn)格式書寫讓人對這個(gè)實(shí)驗(yàn)一目了然。但是食品基因工程實(shí)驗(yàn)是一個(gè)綜合性的大實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都是相互有聯(lián)系的，完全可以作為一個(gè)本科生的畢業(yè)課題來對待。所以，可以嘗試讓學(xué)生們按照畢業(yè)論文的格式書寫這個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，也就構(gòu)成了一個(gè)小論文[6]。按照論文的格式來寫，首先第一部分是緒論，寫這種食品酶的研究背景及研究目的和意義，然后第二部分就寫所做的實(shí)驗(yàn)部分，包括前言、材料與方法、主要試劑和儀器，接下來就是實(shí)驗(yàn)步驟，最后是實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論部分。在小論文的最后部分可以做個(gè)小結(jié)。這種寫法有助于開闊學(xué)生的視野，不只是把目光局限在一個(gè)個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)上面，而用開放的思維去思考整個(gè)實(shí)驗(yàn)。也可以讓學(xué)生們盡早接觸畢業(yè)論文的書寫格式，為學(xué)生真正的畢業(yè)論文寫作打下基礎(chǔ)。

2.5 改進(jìn)學(xué)生成績考核方式

以前的實(shí)驗(yàn)課成績評定方式是通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告的分?jǐn)?shù)給定的，這種評分方式過于單一化，有諸多弊端，所以我們要擯棄這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課成績評定方式。學(xué)生的成績是由多種因素共同決定的，這些因素可以歸納如下：實(shí)驗(yàn)小論文，實(shí)驗(yàn)操作測評，平時(shí)表現(xiàn)與出勤[7，9，10，11]。這三個(gè)部分應(yīng)該按照一定的比例分?jǐn)?shù)構(gòu)成一個(gè)學(xué)生的總成績。小論文的質(zhì)量應(yīng)該是這個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)的最重要評判指標(biāo)，反應(yīng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及對待實(shí)驗(yàn)的認(rèn)真態(tài)度。實(shí)驗(yàn)操作測評有老師在實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行期間的巡視觀察來判斷學(xué)生的操作實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手能力。平時(shí)表現(xiàn)與出勤則反應(yīng)了學(xué)生課堂上的積極性及參與度。這幾種因素的疊加對以前單一評判標(biāo)準(zhǔn)起到很好的平衡作用，能夠更有效的促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 結(jié)語

構(gòu)建針對食品專業(yè)本科生的食品基因工程綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系需要強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計(jì)性和實(shí)用性。隨著教育體制的改革、教學(xué)手段的不斷豐富、教學(xué)受體的更替，食品專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)也要跟上時(shí)代的步伐。隨著教學(xué)改革的深入，以“知識(shí)構(gòu)建和問題求解”為特點(diǎn)的“創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)”模式受到國內(nèi)外很多高校的關(guān)注[12]。這種模式的教學(xué)方法能夠讓學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)得到激發(fā)，在學(xué)習(xí)的過程中，以研究型學(xué)習(xí)為主，不斷提高人的主動(dòng)求知的欲望，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。在食品基因工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)立一個(gè)與食品生物技術(shù)有緊密聯(lián)系的食品基因工程研究課題，結(jié)合學(xué)生們的課堂知識(shí)，組織學(xué)生們進(jìn)行創(chuàng)新性的自主綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或從事教師的科研項(xiàng)目，能夠?qū)崿F(xiàn)多學(xué)科知識(shí)點(diǎn)的融合，在綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)中不斷改進(jìn)與提高，為學(xué)生們提供很好的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生們從事學(xué)術(shù)科研活動(dòng)的研究思路和科學(xué)方法，為其今后的研究生深造或參加工作加深基礎(chǔ)理論創(chuàng)新思維。

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