基因工程課程在樂山師范學(xué)院的改革探索與實(shí)踐*

范晶（樂山師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，四川 樂山 614000）

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基因工程課程在樂山師范學(xué)院的改革探索與實(shí)踐*

范晶
（樂山師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，四川 樂山 614000）

摘要：基因工程已成為當(dāng)今社會(huì)迅速發(fā)展的高新技術(shù)之一，基因工程課程是高校為了培養(yǎng)現(xiàn)代生物人才而開設(shè)的一門重要專業(yè)課程。然而，地方本科師范院校的資源和平臺(tái)不具有優(yōu)勢(shì)，在這種情況下如何因地制宜地開展相應(yīng)的課程改革，做到提高基因工程課程教學(xué)質(zhì)量和增強(qiáng)課程特色是地方本科師范院?；蚬こ探逃ぷ髡邞?yīng)該思考的問題。近年來(lái)，作者在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上對(duì)基因工程課程進(jìn)行了改革探索，對(duì)于切實(shí)地方本科師范院?；蚬こ陶n程的教學(xué)效果有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：地方本科師范院校；基因工程；教學(xué)改革

戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)指的是出現(xiàn)時(shí)間短、發(fā)展速度快、市場(chǎng)前景好的高新技術(shù)主導(dǎo)和支柱產(chǎn)業(yè)，可推動(dòng)其它產(chǎn)業(yè)興起并對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展具有戰(zhàn)略支撐作用［1］。生物產(chǎn)業(yè)已被我國(guó)國(guó)家發(fā)改委確定為七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一?；蚬こ炭筛淖兩镞z傳物質(zhì)，賦予生物新的表型特征，在生物技術(shù)產(chǎn)品的開發(fā)利用及服務(wù)人類社會(huì)方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值?；蚬こ陶歉叩葘W(xué)校為培養(yǎng)高素質(zhì)現(xiàn)代生物技術(shù)人才而開設(shè)的專業(yè)主干課程，其教學(xué)目標(biāo)是讓本科生初步了解基因工程的有關(guān)理論知識(shí)和掌握基因工程實(shí)驗(yàn)的基本操作，為今后從事基因工程相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。為提高基因工程課程的教學(xué)效果，培養(yǎng)適合社會(huì)需求的創(chuàng)新性應(yīng)用人才，國(guó)內(nèi)生命科學(xué)領(lǐng)域教育工作者對(duì)基因工程課程的教學(xué)做了許多有意義的改革并取得了良好成效［2，3］。然而，不同層次高校對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)條件和培養(yǎng)目標(biāo)存在差異，因此一所高校摸索出來(lái)的基因工程課程教學(xué)改革方法不一定能較好地適用于另一所高校。樂山師范學(xué)院是一所四川省屬普通二本師范性院校，基因工程是該校生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)課程，為提高該門課程的教學(xué)質(zhì)量，近年來(lái)作者根據(jù)自身特點(diǎn)對(duì)基因工程課程的教學(xué)嘗試進(jìn)行了改革并取得了一些成效，現(xiàn)總結(jié)如下。

一、深化教學(xué)內(nèi)容改革

（一）教材理論內(nèi)容的優(yōu)化

基因工程課程知識(shí)面廣，包含較多的基因工程原理和實(shí)驗(yàn)方法，合理規(guī)劃安排課程的教學(xué)內(nèi)容可使課程教學(xué)更為科學(xué)和規(guī)范。課程教學(xué)內(nèi)容的總體規(guī)劃應(yīng)當(dāng)建立在先進(jìn)的教學(xué)理念、合理的教學(xué)計(jì)劃和充實(shí)的教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上［4］。基因工程可分為上游技術(shù)和下游技術(shù)兩部分，上游技術(shù)主要是基因克隆、重組和表達(dá)的設(shè)計(jì)與執(zhí)行，下游技術(shù)主要是裝載有重組質(zhì)粒的細(xì)胞培養(yǎng)和基因工程產(chǎn)物的分離純化［5］。作者單位近2年來(lái)所選用的基因工程教材是孫明主編的基因工程（北京：高等教育出版社，2011年重印版），本教材內(nèi)容分為上下2篇，第一篇內(nèi)容為以基因工程上游技術(shù)所涉及的基因克隆、序列分析、DNA重組和轉(zhuǎn)化等相關(guān)知識(shí)為主線，包含分子工具酶、克隆和表達(dá)載體、DNA和RNA的分離和檢測(cè)、分子雜交技術(shù)、大腸桿菌轉(zhuǎn)化、基因芯片、PCR技術(shù)、DNA序列分析、DNA誘變、DNA文庫(kù)的構(gòu)建、目的基因的篩選和基因組研究技術(shù)等內(nèi)容。第二篇內(nèi)容以基因工程下游技術(shù)所涉及的外源基因的表達(dá)和產(chǎn)物的分離純化為主線，包含植物基因工程、動(dòng)物基因工程、酵母基因工程、細(xì)菌基因工程、病毒基因工程、醫(yī)藥基因工程等內(nèi)容。該教材內(nèi)容覆蓋面廣，知識(shí)點(diǎn)多，作者在授課時(shí)注重對(duì)章節(jié)內(nèi)容背景知識(shí)、基本概念和原理的講解，課時(shí)的分配適當(dāng)向?qū)嵱眯詮?qiáng)的知識(shí)和重點(diǎn)知識(shí)傾斜。如在講解分子克隆工具酶章節(jié)時(shí)，該部分內(nèi)容涉及的酶種類繁多，作者在教學(xué)時(shí)重點(diǎn)選取限制性內(nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、反轉(zhuǎn)錄酶、核苷酸激酶和堿性磷酸酶等本科生接觸機(jī)率相對(duì)較大的幾種酶進(jìn)行重點(diǎn)講解，而其它種類酶的講解課時(shí)則相對(duì)縮短。在講解限制性內(nèi)切酶章節(jié)時(shí)，作者還針對(duì)性地向?qū)W生介紹一些目前世界上生產(chǎn)規(guī)模較大、產(chǎn)品質(zhì)量信譽(yù)較高的限制性內(nèi)切酶生產(chǎn)廠家信息，如瑞士Roche公司、日本Takara公司，加拿大Fermentas公司和美國(guó)NEB公司和Promega公司，這些課外知識(shí)的引入，加深了學(xué)生對(duì)限制性內(nèi)切酶了解的印象。另外在基因工程課程教學(xué)時(shí)，作者還注重將自身科研成果作為教學(xué)案列引入課堂。如在講授植物基因工程章節(jié)時(shí)，作者將科研項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)基因水稻在課堂上向?qū)W生展示，詳細(xì)介紹當(dāng)初為什么要進(jìn)行水稻轉(zhuǎn)基因，水稻轉(zhuǎn)基因的過(guò)程如何，并讓同學(xué)區(qū)別所展示的轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因水稻材料在哪些性狀上出現(xiàn)區(qū)別。上述教學(xué)改革，對(duì)提高基因工程課程教學(xué)效果起到了較好的作用。

（二）重視綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)

基因工程是實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以對(duì)課堂中學(xué)到的理論知識(shí)進(jìn)行印證，還能鍛煉自身實(shí)驗(yàn)操作技能，提高解決問題和分析問題的能力。因此，選擇開設(shè)合理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是基因工程實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，作者在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，注重綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)。如在課程教學(xué)計(jì)劃中，作者設(shè)立了水稻晚期胚胎富余蛋白OsEm基因啟動(dòng)子的擴(kuò)增及克隆綜合性實(shí)驗(yàn)。該項(xiàng)目主要考察了水稻基因組DNA的提取、基因啟動(dòng)子特異擴(kuò)增引物的設(shè)計(jì)、PCR擴(kuò)增、DNA的瓊脂糖凝膠電泳、DNA片段的回收與純化、外源DNA片段與T載體連接、大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞的制備與遺傳轉(zhuǎn)化、陽(yáng)性重組子的菌落PCR快速鑒定以及質(zhì)粒的提取與檢測(cè)等知識(shí)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)路線基本覆蓋了基因工程的分（離）、（酶）切、連（接）、轉(zhuǎn)（化）、選（擇）等基本操作技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)在開展過(guò)程中，每下個(gè)操作環(huán)節(jié)所需要的產(chǎn)物均來(lái)自上次實(shí)驗(yàn)，因此，在任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤都將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的最終失敗。本次綜合性實(shí)驗(yàn)使學(xué)生充分意識(shí)到基因工程操作技術(shù)的系統(tǒng)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，對(duì)于養(yǎng)成他們良好的科學(xué)素養(yǎng)具有重要的意義，非常適合本科教學(xué)。

二、加強(qiáng)課程資源建設(shè)

基因工程發(fā)展迅速、各種技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但教材內(nèi)容往往存在篇幅的局限性和內(nèi)容的滯后性，對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)缺少闡述或者闡述的不是足夠詳細(xì)。當(dāng)今時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)資源已成為我們獲取有用教育資源的重要平臺(tái)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取課程資源最大的好處就是可以突破時(shí)空界限，快速實(shí)現(xiàn)信息傳遞和資源共享［6］。為了改善地方本科師范院校課程資源供給不足的矛盾，我們?cè)诮虒W(xué)改革過(guò)程中充分利用網(wǎng)絡(luò)博采眾長(zhǎng)，搜索并借鑒使用網(wǎng)絡(luò)基因工程課程有關(guān)的專題視頻、教學(xué)錄像、多媒體課件和其它課程資源，有效地改善了課程資源的供給。如基因工程教材中包含有cDNA文庫(kù)的構(gòu)建、Northern雜交、Western雜交、RNA干擾、植物基因工程農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化機(jī)制和基因工程抗體的制備等內(nèi)容，對(duì)于普通師范性院校學(xué)生而言，很少有機(jī)會(huì)親身參與實(shí)施上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)于相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的獲取，主要來(lái)源于老師課堂上傳遞的信息，但上述內(nèi)容抽象且復(fù)雜，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)涵理解不深刻。作者在課程教學(xué)改革過(guò)程中，播放所搜集到的課程視頻資源，通過(guò)相關(guān)的文字、聲像和動(dòng)畫，幫助學(xué)生在感性和理性上對(duì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的理解，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了基因工程課程的教學(xué)質(zhì)量。

三、教學(xué)方法改革

（一）增加社會(huì)調(diào)研實(shí)踐

基因工程課程教學(xué)的主要任務(wù)之一是要教會(huì)學(xué)生能將所學(xué)的基因工程知識(shí)與社會(huì)生產(chǎn)生活聯(lián)系起來(lái)。植物基因工程的發(fā)展，一方面加深了人類對(duì)植物的認(rèn)識(shí)，另一方面又可幫助人類更好地對(duì)植物進(jìn)行改良。作為現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品，轉(zhuǎn)基因食品已經(jīng)進(jìn)入了我們的生活。為了讓學(xué)生了解轉(zhuǎn)基因技術(shù)服務(wù)于人類社會(huì)的狀況，作者在植物基因工程章節(jié)的教學(xué)時(shí)，組織授課班級(jí)學(xué)生深入樂山市各大型超市，對(duì)市場(chǎng)上存在的轉(zhuǎn)基因食用油狀況進(jìn)行調(diào)研。作者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)此類形式的社會(huì)調(diào)研實(shí)踐活動(dòng)具有很高的熱情，經(jīng)過(guò)調(diào)查，學(xué)生了解到市場(chǎng)銷售的部分純香菜籽油、精煉一級(jí)菜籽油、食用調(diào)和油和大豆油中含有轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品原料的加工成份。通過(guò)此類課程改革活動(dòng)，學(xué)生更深刻地認(rèn)識(shí)到植物基因工程技術(shù)已經(jīng)與人類生活密切相關(guān)，并進(jìn)一步增強(qiáng)了他們理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)習(xí)意識(shí)。

（二）增加文獻(xiàn)閱讀和撰寫讀后感環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要是教師在課堂上對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行單向講授，學(xué)生在課堂上被動(dòng)接收，缺少對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行消化和吸收的環(huán)節(jié)。作者在教學(xué)過(guò)程中鼓勵(lì)學(xué)生在課后就相關(guān)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)文獻(xiàn)查閱并撰寫讀后感，作者曾要求授課學(xué)生閱讀文獻(xiàn)《鯉魚（Cyprinus carpio）生長(zhǎng)激素基因克隆及原核表達(dá)》，該論文主要采用反轉(zhuǎn)錄（RT-PCR）方法從鯉魚腦垂體中提取總RNA并擴(kuò)增生長(zhǎng)激素成熟肽基因，然后進(jìn)行DNA序列的測(cè)定、原核表達(dá)載體的構(gòu)建、基因表達(dá)、重組蛋白的SDS-PAGE檢測(cè)與純化［7］。在文獻(xiàn)閱讀起始過(guò)程中，有部分同學(xué)表示該文獻(xiàn)雖然篇幅精煉，但讀起來(lái)還是有點(diǎn)吃力，其原因主要是自己雖然在課堂上對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)已有所了解，但相關(guān)細(xì)節(jié)及其在實(shí)際案例中的應(yīng)用并沒有較好地掌握，經(jīng)過(guò)繼續(xù)查閱相關(guān)資料后終于對(duì)引物設(shè)計(jì)、RT-PCR、限制性內(nèi)切酶、質(zhì)粒構(gòu)建和基因表達(dá)等知識(shí)點(diǎn)有了全新的認(rèn)識(shí)。此類教學(xué)環(huán)節(jié)的增設(shè)，提高了學(xué)生閱讀和分析文獻(xiàn)信息的能力，為其今后獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

（三）嘗試個(gè)性化教育培養(yǎng)方式

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》提出創(chuàng)新教育教學(xué)方法和人才培養(yǎng)模式，對(duì)不同個(gè)體的學(xué)生應(yīng)該因材施教，把人才培養(yǎng)的全面發(fā)展與個(gè)性發(fā)展統(tǒng)一起來(lái)。個(gè)性化教育培養(yǎng)就是避免采用千遍一律的人才培養(yǎng)方式對(duì)不同學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)，充分挖掘?qū)W生個(gè)體的潛能。作者在授課時(shí)發(fā)現(xiàn)有少數(shù)學(xué)生對(duì)基因工程課程具有較高的學(xué)習(xí)熱情，于是吸納他們參加教師的科研項(xiàng)目研究。通過(guò)個(gè)性化教育培養(yǎng)，他們的科研能力和綜合素質(zhì)普遍得到一定程度的提高，如在2014至2015年期間，我們個(gè)性化培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生已連續(xù)2年獲得過(guò)四川省大學(xué)生生物學(xué)科競(jìng)賽省級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)。

四、改革考核方式

考試的主要目的是檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度，科學(xué)合理的考試方式和成績(jī)?cè)u(píng)定方法能夠較為真實(shí)和全面地考察學(xué)生學(xué)習(xí)課程的效果。作者對(duì)基因工程課程的考核及成績(jī)?cè)u(píng)定方式進(jìn)行了改革，將基因工程課程的考核設(shè)立理論考試和實(shí)驗(yàn)考試兩大模塊，均采用百分制進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定。理論模塊的考核規(guī)則為期末卷面成績(jī)占70%，考勤、課堂提問和平時(shí)作業(yè)占30%。鑒于基因工程屬于實(shí)踐操作性質(zhì)的課程，為了避免部分學(xué)生純粹通過(guò)死記硬背拿到高分，我們?cè)谠嚲砻}時(shí)注意添加適量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主觀題。如針對(duì)植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)已被廣泛應(yīng)用、全世界農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因作物的比例日益增多的狀況，我們假定某種轉(zhuǎn)基因植物在遺傳轉(zhuǎn)化過(guò)程中使用了序列已知的花椰菜花葉病毒CaMV 35S啟動(dòng)子，我們要求學(xué)生根據(jù)這一前提設(shè)計(jì)一種快速靈敏的檢測(cè)轉(zhuǎn)基因植物的實(shí)驗(yàn)程序。作者在閱卷時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在答題時(shí)出現(xiàn)了PCR鑒定、Southern雜交和Northern雜交等多種答案。實(shí)際上，我們?cè)诒绢}中主要考察學(xué)生能否靈活運(yùn)用已學(xué)的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)PCR知識(shí)，通過(guò)PCR擴(kuò)增35S啟動(dòng)子的基因片段來(lái)快速進(jìn)行轉(zhuǎn)基因植物的鑒定，檢驗(yàn)了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，充分體現(xiàn)了素質(zhì)教育的要求。實(shí)驗(yàn)考試模塊中，我們?cè)O(shè)立了實(shí)驗(yàn)理論面試和實(shí)驗(yàn)操作2個(gè)模塊（各占50%成績(jī)），實(shí)驗(yàn)理論模塊考核時(shí)由學(xué)生在試題庫(kù)中隨機(jī)抽取一道題，再口述其實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和大致技術(shù)路線。實(shí)驗(yàn)操作模塊考核時(shí)，重點(diǎn)考察學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作時(shí)的動(dòng)作規(guī)范和熟練程度。通過(guò)上述考核方式，我們能夠較全面地判斷學(xué)生對(duì)基因課程的掌握程度。

五、結(jié)束語(yǔ)

課程改革是一個(gè)涉及課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)目標(biāo)的系統(tǒng)工程。基因工程實(shí)踐性強(qiáng)、技術(shù)含量高，同時(shí)兼有發(fā)展迅速的特點(diǎn)，在地方本科師范院?；蚬こ陶n程的授課過(guò)程中如何進(jìn)行教育改革以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的興趣，培養(yǎng)理論基礎(chǔ)扎實(shí)、創(chuàng)新和應(yīng)用能力強(qiáng)的基因工程人才是值得廣大生命科學(xué)領(lǐng)域教育工作者永恒探索的主題。近年來(lái)，作者在不斷提高自身專業(yè)水平的同時(shí)，從深化教學(xué)內(nèi)容改革、加強(qiáng)課程資源建設(shè)、嘗試教學(xué)方法和考核方式改革等角度入手探索基因工程課程教學(xué)的改革，雖然取得了一些成效，但仍然有更多的其它工作值得進(jìn)一步探索。

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中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-000X（2016）13-0059-03

*基金項(xiàng)目：樂山師范學(xué)院2014年校級(jí)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號(hào)：JG14-YB14）和2015年校級(jí)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號(hào)：JG2015-YB23）資助

作者簡(jiǎn)介：范晶（1977-），男，江西豐城人，博士，樂山師范學(xué)院副教授，研究方向：分子遺傳學(xué)。

Abstract：Genetic Engineering has become a fast-growing high-technology in today's society，and is an important professional course for cultivating modern talents in universities.However，the local undergraduate normal university has no advantage because of the absence of resources and platforms，in such a case，how to carry out teaching reform，improve the teaching quality and enhance course features of the genetic engineering course in local undergraduate normal university is worth considering for the education workers engaged in genetic engineering.In recent years，some reforms have been explored in the areas of teaching contents and methods for the genetic engineering course，having a certain reference value for the improving of teaching effect for the course.

Keywords：local undergraduate normal university；Genetic Engineering；teaching reform