分子生物學(xué)與基因工程實踐教學(xué)改革探討

王赟+柯飛+趙安芳

摘要：分子生物學(xué)和基因工程是高等院校生物工程和生物技術(shù)專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。分子生物學(xué)是基因工程的理論基礎(chǔ)?；蚬こ逃质菍Ψ肿由飳W(xué)理論的實踐，這兩門課程的實踐教學(xué)相輔相成。傳統(tǒng)的實踐教學(xué)，這兩門課程分別設(shè)立各自的課內(nèi)小實驗，不僅分散重復(fù)，而且教學(xué)效果較差。筆者結(jié)合多年理論教學(xué)和實踐教學(xué)的經(jīng)驗，探討了提高這兩門課程實踐教學(xué)效果的方法。

關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)；基因工程；實踐教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.42 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）46-0145-02

國家和社會的發(fā)展離不開創(chuàng)新性科研人才，大學(xué)生的科學(xué)實踐是培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的有效途徑。國家高度重視大學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力的培養(yǎng)，發(fā)布了一系列文件強調(diào)高等院校實踐教學(xué)的重要性，要求深化實踐教學(xué)改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實踐能力和創(chuàng)新能力[1]。

生命科學(xué)發(fā)展到今天已經(jīng)達到由以往的被動改造世界到主動的有目的地改造世界，分子生物學(xué)和基因工程是主動改造世界有力的工具，是生命科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)科前沿，任何一門生物學(xué)科的發(fā)展都離不開分子生物學(xué)和基因工程。因此，分子生物學(xué)和基因工程的實踐教學(xué)就顯得尤為重要。分子生物學(xué)是一門研究生物大分子，主要是核酸和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的學(xué)科[2]?；蚬こ淘诜肿由飳W(xué)的理論基礎(chǔ)之上，對生物大分子，尤其是DNA分子進行重組、改造[3]。這兩門課程相輔相成，密不可分。傳統(tǒng)的實踐教學(xué)中，這兩門課程各自設(shè)立兩到三個課內(nèi)小實驗，實驗分散、重復(fù)，學(xué)生積極性不高，教學(xué)效果差。針對這些問題，筆者結(jié)合多年理論教學(xué)和實踐教學(xué)的經(jīng)驗，探討了提高這兩門課程實踐教學(xué)效果的方法。

一、傳統(tǒng)分子生物學(xué)和基因工程實踐教學(xué)中存在的問題

1.實驗分散，缺乏系統(tǒng)性。傳統(tǒng)的分子生物學(xué)和基因課程的實踐教學(xué)，設(shè)立了植物總DNA的提取、瓊脂糖凝膠電泳檢測或者加上動物總RNA提取檢測等兩到三個課內(nèi)小實驗，大約8—10個學(xué)時。由于課內(nèi)時間有限和課時的限制，實驗進行的較為分散，學(xué)生也只能進行簡單的基本操作，缺乏系統(tǒng)性。

2.實驗材料固定，方案固定。傳統(tǒng)的實踐教學(xué)采取所有的學(xué)生使用相同的實驗材料，相同的實驗方案。例如所有學(xué)生都利用液氮研磨相同的植物材料，CTAB抽提總DNA。實驗操作步驟一模一樣，學(xué)生根據(jù)操作步驟操作了一遍，雖然提取到了總DNA，卻不知道為什么這樣操作，這樣操作的目的是為了什么。完全就是跟著老師走過場，操作過了，也很快忘記了，實驗的目的性不強，沒有應(yīng)用價值。

3.組員依賴，自己不動手。傳統(tǒng)實踐教學(xué)往往4—6人一組，小組長負(fù)責(zé)，共同操作一個實驗。這樣組員依賴就比較嚴(yán)重，組員依賴組長，有的學(xué)生積極性不高，干脆讓別的同學(xué)幫忙操作甚至不操作。不關(guān)心最終的實驗結(jié)果，實驗報告的撰寫就直接抄襲組長的。實驗結(jié)果和分析高度雷同。學(xué)生在實踐操作中沒有深度體驗，也就對實踐教學(xué)過程沒有反思，也就沒有收獲。

4.實驗基本技能差，實驗習(xí)慣不好。分子生物學(xué)和基因工程實踐的對象是微觀的肉眼無法識別的抽象的DNA分子和蛋白質(zhì)，任何實驗細(xì)節(jié)的失誤都有可能導(dǎo)致實驗的失敗，因此對學(xué)生的基本實驗技能和儀器操作要求比較高。由于學(xué)生之前沒有接受相關(guān)的培訓(xùn)，所以基本技能很差。例如不知道移液器的使用方法，對于不同量程的移液器吸取的液體體積沒有概念，不會設(shè)置PCR儀器程序，不會操作凝膠成像系統(tǒng)，甚至不會配置一些較復(fù)雜的化學(xué)試劑。

學(xué)生的實驗習(xí)慣不好，如槍頭隨處打，槍頭盒沒有蓋上，試劑使用前不知道要完全溶解和混勻，使用完畢不蓋蓋子，超低溫離心機使用后沒有及時擦去水珠，帶著EB污染的手套到處亂摸等等，這些不好的實驗習(xí)慣嚴(yán)重影響了實驗教學(xué)的效果，不利于培養(yǎng)有素養(yǎng)的創(chuàng)新性科研人才。

二、實踐教學(xué)改革

1.設(shè)置專門的實驗課程，明確實驗的目標(biāo)。通過實踐教學(xué)改革，將傳統(tǒng)的分?jǐn)?shù)的單個課內(nèi)實驗變成系統(tǒng)的分子生物學(xué)和基因工程大實驗課程。實驗學(xué)時由原來的每門課8—10學(xué)時改為36學(xué)時。實驗的時間段也由原來的分?jǐn)?shù)的課內(nèi)時間改為為期兩周連續(xù)的大實驗。實驗?zāi)康挠稍瓉淼膯渭兊幕蚪MDNA鑒定改為物種的分子鑒定。物種的分子鑒定是隨著分子生物學(xué)和基因工程發(fā)展誕生的新興的鑒定物種的方法，相對于傳統(tǒng)的生理生化鑒定方法更準(zhǔn)確，因此應(yīng)用非常廣泛。相應(yīng)的實驗內(nèi)容由原來的基因組DNA的提取和電泳檢測，改為基因組DNA的提取鑒定、PCR擴增物種特異的保守序列，回收目的片段，與載體重組，制備感受態(tài)細(xì)胞，轉(zhuǎn)化感受態(tài)細(xì)胞，藍(lán)白斑篩選，重組子的鑒定。每一個實驗的結(jié)果是下一個實驗的基礎(chǔ)，上一個實驗的失敗，下一個實驗就無法操作，系統(tǒng)性強，目標(biāo)明確，具有較強的應(yīng)用價值。相應(yīng)的成績評定不再是以最終結(jié)果和分析評定，而是與每一個小實驗的結(jié)果掛鉤，最終匯總為總成績，極大地調(diào)動了學(xué)生的積極性。

2.個性化定制個人的實驗材料和方案。傳統(tǒng)的實踐教學(xué)學(xué)生采用相同的實驗材料，采用相同的實驗方案，學(xué)生積極性不高。實踐教學(xué)的目標(biāo)改革后，學(xué)生首先理解了物種分子鑒定的原理和方法后，每個學(xué)生均可鑒定自己感興趣的物種，根據(jù)物種的不同選擇不同的基因組DNA提取方法，不同PCR擴增程序，不同的DNA回收方法，選擇不同的感受態(tài)制備方案，設(shè)計不同的重組子鑒定方案。學(xué)生提交方案后，由指導(dǎo)老師對其進行輔助指導(dǎo)。要求學(xué)生修繕方案，使其切實可行。這種研究性的實踐教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生探究性思維和自主學(xué)習(xí)的能力，給予學(xué)生深度的體驗[4]。在方案的設(shè)計過程中，學(xué)生不僅增強了對理論知識的理解，更重要的是學(xué)會了如何查閱文獻，梳理思路，根據(jù)實驗室的現(xiàn)有條件，設(shè)計出合理可行的方案，培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。

3.獨立完成實驗的準(zhǔn)備和操作。在實驗操作過程中不再以小組為單位，而是要求每個人獨立完成自己的實驗。特別是實驗的前期準(zhǔn)備工作。以往的實驗操作為了提高成功率往往使用試劑盒，雖然操作簡便，但是學(xué)生并沒有掌握實驗的原理和試劑的配置方法。而前期的方案設(shè)置和試劑準(zhǔn)備是實踐操作中的核心環(huán)節(jié)，后期只是按照實驗方案進行。因此要求學(xué)生根據(jù)自己的實驗設(shè)計，獨立準(zhǔn)備自己所需的試劑。為了減少浪費，學(xué)生必須精確計算自己所需的試劑量，不能過多配置。對于常用的試劑可以配置成母液，學(xué)生根據(jù)需要進行稀釋。學(xué)生對前期的準(zhǔn)備工作非常感興趣，積極地根據(jù)實驗方案，計算自己的所需的試劑，鍛煉了學(xué)生的動手能力和思考能力，同時也減少了試劑的浪費。實驗完成每個學(xué)生根據(jù)自己的結(jié)果獨立分析成功或失敗的原因，通過反思對實驗有了更深的理解

4.重視基本實驗技能的培養(yǎng)，養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣。為了培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗技能，要求學(xué)生在進行實驗操作之前，認(rèn)真閱讀各種儀器和試劑的使用說明書，并寫下注意事項。思考實驗方案中每個環(huán)節(jié)的注意事項和影響因素。此外，指導(dǎo)老師講解具體操作時的一些細(xì)節(jié)和方法。只有通過簡單考核的學(xué)生才能進行后繼的實驗操作。此外，使學(xué)生認(rèn)識到良好的實驗習(xí)慣的重要性，沒有好的習(xí)慣，實驗就有可能失敗。例如，移液器使用完畢如果沒有及時調(diào)回最大量程將導(dǎo)致移液器不準(zhǔn)確，加樣誤差太大，導(dǎo)致實驗失敗等。要求學(xué)生養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣。

三、展望

總之，分子生物學(xué)與基因工程的實踐教學(xué)的改革，不再是傳統(tǒng)的“假題真做”，而是基于實際應(yīng)用為目的——物種的分子鑒定，有效地激發(fā)了學(xué)生的興趣，較為全面地訓(xùn)練了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實踐能力和創(chuàng)新能力[5]。分子生物學(xué)與基因工程的實踐教學(xué)的改革，改變了以往老師的主體地位。老師開始扮演指導(dǎo)角色，學(xué)生處于主體地位，對問題深度思考，進行文獻查詢，方案設(shè)計，試劑準(zhǔn)備，對實驗結(jié)果反思。這些高智力的投入、創(chuàng)造性的實踐活動，給了學(xué)生深度的體驗，訓(xùn)練了科學(xué)的思維方式和實驗技能、實驗習(xí)慣，為培養(yǎng)創(chuàng)新性科研人才打下了基礎(chǔ)[1]。

參考文獻：

[1]時偉.論大學(xué)實踐教學(xué)體系[J].高等教育研究，2013，（34.）：61-64.

[2]朱玉賢，李毅，鄭曉峰，郭紅衛(wèi).現(xiàn)代分子生物學(xué)[M].第4版.北京：高等教育出版社，2013.

[3]孫明.基因工程[M].第2版.北京：高等教育出版社，2013.

[4]王金發(fā)，何炎明，戚康標(biāo)，張兆梁，馮冬茹，劉兵，王宏斌.“開放性，研究性”實驗教學(xué)模式的創(chuàng)立與實踐[J].高等理科教育，2006，（76）：97-100.

[5]劉勃，劉玉，鐘國輝，張建林.基于真實項目的實踐教學(xué)體系探索[J].高等工程教育研究，2012，（1）：116-121.