基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)與問(wèn)題剖析

趙春梅 薛仁鎬 郭寶太

摘要：本文對(duì)基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所進(jìn)行的改革進(jìn)行了總結(jié)，分析了師資隊(duì)伍、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和考核方式等因素對(duì)學(xué)生科研能力和興趣培養(yǎng)的影響，對(duì)本課程教學(xué)中依然存在的問(wèn)題也進(jìn)行了剖析。

關(guān)鍵詞：基因工程；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改進(jìn)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）50-0256-02

青島農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的《基因工程實(shí)驗(yàn)》課程是校級(jí)精品課程“基因工程”的實(shí)踐教學(xué)部分。依托我院的“山東省高校植物生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，本課程組設(shè)計(jì)了“抓基礎(chǔ)，重應(yīng)用，促培養(yǎng)”的教學(xué)思想，建立了“以基本操作技能為基礎(chǔ)，以綜合科研能力培養(yǎng)為目標(biāo)”的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系，取得了一定的成效。

一、目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況

1.實(shí)踐教學(xué)體系創(chuàng)新。首先將以前分屬于分子遺傳學(xué)、分子生物學(xué)和基因工程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分進(jìn)行綜合調(diào)整，開(kāi)出主要針對(duì)基因工程的課程要求而設(shè)的基因工程實(shí)驗(yàn)這門綜合型的實(shí)驗(yàn)課程，總學(xué)時(shí)由原來(lái)的36學(xué)時(shí)增加到64學(xué)時(shí)。其次，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)“基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、高效性、實(shí)用性、科學(xué)性”原則。

2.師資隊(duì)伍優(yōu)化?；蚬こ虒?shí)驗(yàn)課程要求授課教師必須同時(shí)具備扎實(shí)的理論知識(shí)功底和豐富的實(shí)驗(yàn)操作經(jīng)驗(yàn)。教師需要積累豐富的教學(xué)、科研經(jīng)驗(yàn)，才能真正做到準(zhǔn)確、及時(shí)地引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。目前本課程組的教師都具有博士學(xué)位，且目前大都承擔(dān)科研課題，在一線科研崗位奮斗多年，有著豐富的科研閱歷。課程組老師在承擔(dān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的同時(shí)也擔(dān)任理論教學(xué)任務(wù)，這樣對(duì)于學(xué)生情況的了解和知識(shí)的傳授就是連續(xù)性的，不會(huì)因?yàn)槔碚撜n教師和實(shí)驗(yàn)課教師的不同授課進(jìn)程，造成知識(shí)傳授出現(xiàn)斷層。教師在授課過(guò)程中可以提出問(wèn)題，埋下伏筆，巧妙地將理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析聯(lián)系起來(lái)，將理論課上的知識(shí)在實(shí)驗(yàn)課中得以驗(yàn)證，或?qū)?shí)驗(yàn)課的疑問(wèn)在理論課進(jìn)行解答，師生之間的互動(dòng)增加，課堂氣氛活躍，大大提高了學(xué)習(xí)效率。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化。根據(jù)我院生物技術(shù)和生命科學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)和培養(yǎng)應(yīng)用型人才的需要，我們分別開(kāi)設(shè)了基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（見(jiàn)表1）?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共24學(xué)時(shí)，主要是涵蓋基因工程“切、接、轉(zhuǎn)、檢、增”基本流程的常用技術(shù)，是學(xué)生必須掌握的基因工程基本實(shí)驗(yàn)技能。通過(guò)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，學(xué)生熟悉基因工程操作過(guò)程中的每項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)原理和操作要求，能夠保證在后期的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中具備清晰的科研思路和熟練的操作技能，保證實(shí)驗(yàn)的順利完成。綜合性實(shí)驗(yàn)共設(shè)定了40學(xué)時(shí)，我們將教師科研項(xiàng)目中研究的比較成熟的部分“逆境脅迫啟動(dòng)子調(diào)控功能研究”改造成了符合實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)定以最終獲得轉(zhuǎn)“幾丁質(zhì)酶啟動(dòng)子+GUS報(bào)告基因”的煙草為實(shí)驗(yàn)?zāi)康模麄€(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以靶基因（幾丁質(zhì)酶啟動(dòng)子）的克隆、載體構(gòu)建和宿主轉(zhuǎn)化為技術(shù)路線，由幾個(gè)連續(xù)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程組成，包括：（1）植物基因組的提取：使用液氮法，提取大豆葉片基因組；（2）目的基因的PCR克隆：利用PCR特異性引物，將幾丁質(zhì)酶啟動(dòng)子從大豆葉片基因組中克隆出來(lái)，使用試劑盒對(duì)PCR產(chǎn)物進(jìn)行分離純化，并完成T載體的構(gòu)建；（3）重組載體原核宿主的轉(zhuǎn)化：制備大腸桿菌感受態(tài)，將構(gòu)建的T-載體連接體系導(dǎo)入宿主菌，篩選鑒定轉(zhuǎn)化克?。唬?）表達(dá)載體構(gòu)建和農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化：將幾丁質(zhì)酶啟動(dòng)子片段從T載體切下，再與表達(dá)載體連接，插入GUS報(bào)告基因上游，經(jīng)大腸桿菌轉(zhuǎn)化鑒定后，提取正確重組表達(dá)載體質(zhì)粒轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌，鑒定克??；（5）植物遺傳轉(zhuǎn)化：利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的葉盤轉(zhuǎn)化法，對(duì)煙草無(wú)菌葉片進(jìn)行重組表達(dá)載體的瞬時(shí)轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定轉(zhuǎn)化；（6）轉(zhuǎn)基因煙草的鑒定：對(duì)瞬時(shí)轉(zhuǎn)化煙草進(jìn)行GUS報(bào)告基因的組織化學(xué)染色，進(jìn)行檢測(cè)，穩(wěn)定轉(zhuǎn)化的煙草通過(guò)幾周的繼代培養(yǎng)，直到獲得轉(zhuǎn)基因小苗。整個(gè)大實(shí)驗(yàn)將載體的酶切、連接、構(gòu)建、原核宿主轉(zhuǎn)化和鑒定、植物的轉(zhuǎn)化和鑒定等相關(guān)實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，前后內(nèi)容緊密銜接，環(huán)環(huán)相扣。前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是后一個(gè)實(shí)驗(yàn)的材料，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的失敗都可能造成實(shí)驗(yàn)鏈條的中斷，直接影響到最后的結(jié)果，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須全身心投入，小心謹(jǐn)慎，這樣促使他們對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作和結(jié)果更加關(guān)注，也就具有更深的印象（朱旭芬等，2011）。

4.實(shí)驗(yàn)考核方式改進(jìn)。參考其他院校同類課程的考核方式，我們實(shí)行“實(shí)驗(yàn)綜合操作加筆試”的考試方法。實(shí)驗(yàn)綜合考核是對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和實(shí)際操作能力的檢查。比如給出題目：請(qǐng)依據(jù)給出的材料，設(shè)計(jì)并完成載體的構(gòu)建過(guò)程。教師準(zhǔn)備好目的基因、載體、限制性內(nèi)切酶等試劑，要求學(xué)生根據(jù)所提供的實(shí)驗(yàn)材料，先設(shè)計(jì)一個(gè)合理的實(shí)驗(yàn)方案，然后根據(jù)方案，選用正確試劑，最終完成重組載體的構(gòu)建。要完成這樣的題目光靠背課本，平時(shí)不認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有扎實(shí)的理論和操作功底是不行的。在筆試考核中，主要側(cè)重于檢查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作應(yīng)避免的事項(xiàng)的掌握情況以及對(duì)實(shí)驗(yàn)失敗原因的分析能力。

5.傾心教育取得良好實(shí)效。改革后的基因工程大實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)了學(xué)生良好的科研素質(zhì)及對(duì)科研的興趣，為他們的進(jìn)一步深造打下了良好的基礎(chǔ)。多名考研成功的學(xué)生反映，綜合性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，他們對(duì)于基因工程實(shí)驗(yàn)的技術(shù)操作流程掌握得非常熟練，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理有著深刻的理解，較強(qiáng)的基因工程實(shí)驗(yàn)操作技能使其在研究生面試時(shí)得到導(dǎo)師的深度認(rèn)可。另外，在課程組教師指導(dǎo)下，近年有3名同學(xué)成功申請(qǐng)了國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新研究項(xiàng)目和青島農(nóng)業(yè)大學(xué)校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的立項(xiàng)支持，還有一名本科生撰寫的畢業(yè)論文被評(píng)為校級(jí)優(yōu)秀學(xué)士論文。教師的辛勤付出也得到同學(xué)們的廣泛認(rèn)可，在學(xué)校對(duì)教師的評(píng)教體系中，學(xué)生對(duì)教師的評(píng)教反映普遍較好，近2年學(xué)生評(píng)價(jià)成績(jī)均在94分以上，教學(xué)優(yōu)良率達(dá)100%，優(yōu)秀率達(dá)100%。

二、存在的主要問(wèn)題

1.課程安排不合理?；蚬こ汤碚撜n程與實(shí)驗(yàn)課程同步進(jìn)行的授課安排不合理。這種課程安排不利于學(xué)生對(duì)基因工程理論知識(shí)及實(shí)驗(yàn)操作原理的掌握，有時(shí)實(shí)驗(yàn)課需要用到的知識(shí)點(diǎn)，理論課還沒(méi)有涉及到，造成知識(shí)鏈的斷裂，學(xué)生在有限的時(shí)間既要完成實(shí)驗(yàn)操作，還要緊急補(bǔ)充理論知識(shí)，非常被動(dòng)。

2.學(xué)生參與認(rèn)知度不夠。仍存在少數(shù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)重要性的認(rèn)識(shí)不足，參與實(shí)驗(yàn)的積極性不高，混學(xué)分的現(xiàn)象仍然存在。他們對(duì)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有興趣，不參與，甚至存在上課玩手機(jī)、應(yīng)付甚至抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告等情況。即使分成2人的實(shí)驗(yàn)小組，也存在一個(gè)同學(xué)主打，另一個(gè)同學(xué)在旁邊觀看的情況。

3.對(duì)實(shí)驗(yàn)教師重視程度不夠。如何讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到科研能力的鍛煉和培養(yǎng)，掌握到最新的科研技術(shù)和信息，需要教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中花費(fèi)更多的時(shí)間和精力，來(lái)不斷地研究、更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。但目前高校對(duì)教師的考核機(jī)制普遍存在重科研、輕教學(xué)，重理論、輕實(shí)踐的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果不被重視，實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作地位低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力難出成果。上述情況都易導(dǎo)致任課教師本身對(duì)實(shí)驗(yàn)課程不重視，不愿意在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中投入大量的精力和時(shí)間。

三、改進(jìn)建議

1.優(yōu)化課程安排。根據(jù)知識(shí)體系的銜接和連續(xù)性，建議在完成對(duì)分子生物學(xué)和基因工程等相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)之后，再進(jìn)行基因工程實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)。學(xué)生在充分地理解和消化所學(xué)的基因工程理論知識(shí)之后，再開(kāi)展實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，能夠有助于他們更好地掌握基因工程實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用理論基礎(chǔ)。另外，鑒于基因工程實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性和整體性特點(diǎn)，應(yīng)該利用周末或其他連續(xù)時(shí)間集中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以令學(xué)生更深刻體會(huì)科研實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)密性，體會(huì)到科研工作的辛苦和奉獻(xiàn)，培養(yǎng)良好的科研素養(yǎng)等，還可以避免實(shí)驗(yàn)課教學(xué)占用太多的教學(xué)周數(shù)。

2.轉(zhuǎn)變考核思路。過(guò)去實(shí)驗(yàn)課考核以筆試為主，對(duì)學(xué)習(xí)效果的檢查仍依賴實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這在一定程度上削弱了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。建議構(gòu)建立體化、多層次的考核體系，進(jìn)一步細(xì)化對(duì)學(xué)生的考核。比如：（1）科研能力考核：根據(jù)學(xué)生（個(gè)人或小組）實(shí)驗(yàn)操作成功情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析情況（對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的合理性、完整性和科學(xué)性），結(jié)合期末考試成績(jī)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行全方位評(píng)價(jià)。（2）科研素養(yǎng)考核：根據(jù)學(xué)生出勤率、課堂紀(jì)律情況、實(shí)驗(yàn)小組參與情況及團(tuán)隊(duì)整體表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)實(shí)驗(yàn)器具的整理情況等，建立個(gè)人考核和團(tuán)隊(duì)考核相結(jié)合的考核體系，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

3.重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)考評(píng)。學(xué)校應(yīng)該建立相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制和措施，來(lái)提高教師對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性，鼓勵(lì)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行探索、開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新。對(duì)教師在新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)講義的修訂、將科研成果融入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等方面進(jìn)行評(píng)審，并進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作突出的教師給予支持和獎(jiǎng)勵(lì)，在計(jì)算工作量和升職時(shí)有所體現(xiàn)。

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