“基因工程”課程建設(shè)及教學(xué)改革探討

張學(xué)文　趙燕　黃麗華　陳金軍　黃妤　張智勝

摘要：“基因工程”課程是生物類專業(yè)的主干課程，課程建設(shè)與教學(xué)改革從早期的更側(cè)重于理論知識(shí)傳授、強(qiáng)化技能訓(xùn)練，到近年來通過綜合改革建立課程教學(xué)新模式，經(jīng)歷了三個(gè)階段。課程綜合改革構(gòu)建了“課堂講授—實(shí)驗(yàn)操作—實(shí)習(xí)綜合”的“三位”結(jié)合式課程教學(xué)模式。通過精簡理論教學(xué)內(nèi)容、設(shè)立基本核心實(shí)驗(yàn)結(jié)合綜合實(shí)驗(yàn)（實(shí)習(xí)）對(duì)課程內(nèi)容體系進(jìn)行了重建，并合理安排了教學(xué)進(jìn)程和“三位”融合。

關(guān)鍵詞：基因工程；課程建設(shè)；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）50-0082-02

“基因工程”是隨著20世紀(jì)70年代初DNA重組技術(shù)興起而形成的一門新知識(shí)體系。1972年前后實(shí)行了對(duì)DNA的人工重組操作，以此為基礎(chǔ)誕生了現(xiàn)代生物技術(shù)，同時(shí)也造就了生物技術(shù)本科專業(yè)及“生物工程與技術(shù)”這一新的學(xué)科[1]。該學(xué)科自誕生以來就表現(xiàn)出巨大的生產(chǎn)力作用，以重組蛋白質(zhì)藥物為代表，表現(xiàn)出了不同于傳統(tǒng)發(fā)酵、分離等技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[2]。

我國在1987年3月組織實(shí)施的國家高新技術(shù)“863”計(jì)劃中就將生物技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域。在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中仍然把生物技術(shù)作為科技發(fā)展的五個(gè)戰(zhàn)略重點(diǎn)之一[3]。為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展對(duì)生物技術(shù)人才的需求，我國高校大多于上世紀(jì)90年代初設(shè)立了生物技術(shù)專業(yè)，“基因工程”課程是生物技術(shù)專業(yè)本科生人才培養(yǎng)方案中的主干和核心課程。上世紀(jì)90年代后期開展的專業(yè)調(diào)整，將生物類本科專業(yè)調(diào)整為“生物科學(xué)”和“生物技術(shù)”兩個(gè)專業(yè)，并設(shè)置了與生物學(xué)密切相關(guān)的工科類“生物工程”專業(yè)[4]。事實(shí)上這幾個(gè)專業(yè)的開設(shè)都與“基因工程”這一新的知識(shí)體系建立和技術(shù)發(fā)展密切相關(guān)?！盎蚬こ獭闭n程建設(shè)和發(fā)展已經(jīng)有了30余年的歷史。在高等學(xué)校生物科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)制訂的生物技術(shù)專業(yè)規(guī)范和生物工程專業(yè)規(guī)范中，“基因工程”都被納為其專業(yè)課程[5、6]。

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)于1987年建立“植物遺傳工程實(shí)驗(yàn)室”，承擔(dān)了研究生的“基因工程”課程教學(xué)。1993年建立生物技術(shù)系，1995年開始招收本科學(xué)生，同時(shí)建立了基因工程與遺傳學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，并為本科生開設(shè)“基因工程”課程，20余年來不斷開展課程的建設(shè)和教學(xué)改革。現(xiàn)將我們開展課程教學(xué)方法的改革探索情況做一個(gè)介紹，以與大家開展研討。

一、“基因工程”課程特點(diǎn)

“基因工程”課程的特點(diǎn)是其具有典型的實(shí)驗(yàn)技術(shù)性屬性。“基因工程”的知識(shí)體系都是圍繞DNA克隆和分子操作的具體實(shí)驗(yàn)操作而關(guān)聯(lián)起來的，將相關(guān)的基本實(shí)驗(yàn)方法原理、分子操作工具（酶）性質(zhì)、遺傳轉(zhuǎn)化的理論基礎(chǔ)等相關(guān)理論知識(shí)組合起來形成一門系統(tǒng)的課程。因而“基因工程”課程教學(xué)多由理論加實(shí)驗(yàn)構(gòu)成，而使學(xué)習(xí)者系統(tǒng)掌握實(shí)驗(yàn)技能是課程的主要目標(biāo)。

二、“基因工程”教學(xué)改革的歷程

如何合理化地布局理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)，提升教學(xué)效果，更有效地促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)掌握基因工程的知識(shí)體系和操作技能，是基因工程課程建設(shè)與教學(xué)改革一直努力的方向。我們的課程建設(shè)可以分為三個(gè)時(shí)期：

1.重視理論講授，突出知識(shí)學(xué)習(xí)。在課程建設(shè)早期，課程更側(cè)重于理論傳授，理論課時(shí)占比較高。理論課時(shí)為60課時(shí)，實(shí)驗(yàn)不單獨(dú)設(shè)課，課時(shí)為20課時(shí)，課程總課時(shí)80課時(shí)。這個(gè)時(shí)期主要是囿于實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)比較簡單，實(shí)驗(yàn)課時(shí)也安排較少。一些實(shí)驗(yàn)技術(shù)只能從原理上著重學(xué)習(xí)和掌握。

2.實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課，強(qiáng)化技能訓(xùn)練。為了強(qiáng)化技術(shù)訓(xùn)練，加強(qiáng)技能培養(yǎng)，根據(jù)“基因工程”的課程特點(diǎn)，將實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課。將理論教學(xué)的部分內(nèi)容融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。理論課時(shí)調(diào)整為50課時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)增加到30課時(shí)，總課時(shí)80課時(shí)。

3.“三位結(jié)合式”課程教學(xué)，全面提升教學(xué)效果?！盎蚬こ獭闭n程加入了實(shí)習(xí)（綜合實(shí)驗(yàn)）環(huán)節(jié)，課程設(shè)計(jì)由理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)三位結(jié)合方式來進(jìn)行。因此課程形成了“課堂講授—實(shí)驗(yàn)操作—實(shí)習(xí)綜合”的“三位”結(jié)合式方案。理論教學(xué)課時(shí)進(jìn)一步壓縮，縮減到36課時(shí)，實(shí)驗(yàn)課20課時(shí)，增加實(shí)習(xí)課1周時(shí)間。

“基因工程”課程“三位”結(jié)合式的教學(xué)設(shè)計(jì)，無疑能更加利于基因工程的技能訓(xùn)練和實(shí)現(xiàn)課程設(shè)定的整體目標(biāo)。這種“三位”結(jié)合的教學(xué)必須對(duì)教學(xué)內(nèi)容、課時(shí)安排、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系及“三位”的融合進(jìn)行很好的設(shè)計(jì)，才能達(dá)到教學(xué)效果。

三、“三位結(jié)合式”教學(xué)的設(shè)計(jì)

1.理論教學(xué)先行。在課程教學(xué)安排上以理論教學(xué)先行，理論課程教學(xué)進(jìn)行三分之一后再啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)?！盎蚬こ獭闭n程的前部章節(jié)包括基因工程的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)、基因工程工具酶、基因工程載體等內(nèi)容，是開展實(shí)驗(yàn)操作務(wù)必先掌握的初步理論知識(shí)。因此在學(xué)生完成這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)后，開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一方面具有了一定的理論基礎(chǔ)，另一方面還可以促進(jìn)后續(xù)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。此后，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以在每周內(nèi)疊加循序進(jìn)行。

2.實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容優(yōu)化。在理論教學(xué)完成三分之一后，開始實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)了5次實(shí)驗(yàn)，每周1次教學(xué)，每次4課時(shí)。這些實(shí)驗(yàn)課程計(jì)劃的內(nèi)容是開展基因工程操作所需要掌握的基本實(shí)驗(yàn)。包括：

①質(zhì)粒載體DNA分離制備；②瓊脂糖凝膠電泳與DNA回收；③DNA限制性酶切分析與重組連接；④大腸桿菌轉(zhuǎn)化及鑒定；⑤PCR擴(kuò)增及目標(biāo)分子克隆。

經(jīng)過這些實(shí)驗(yàn)操作和學(xué)習(xí)過程，學(xué)習(xí)者可以了解DNA操作的一些基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束時(shí)，也能基本完成理論課程的教學(xué)，然后即可以進(jìn)入1周的實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。

3.通過實(shí)習(xí)進(jìn)行技能的綜合化、系統(tǒng)化。設(shè)立實(shí)習(xí)教學(xué)的目的是通過實(shí)習(xí)把理論知識(shí)和學(xué)生已掌握的單獨(dú)實(shí)驗(yàn)方法，加以系統(tǒng)化、綜合化。在實(shí)習(xí)開展中，我們對(duì)實(shí)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行方向性的設(shè)定，要求同學(xué)們利用生物信息學(xué)分析、自主選定克隆某一個(gè)目標(biāo)分子，然后對(duì)克隆化的分子或者進(jìn)行定點(diǎn)突變改造或者進(jìn)行可以調(diào)控的大腸桿菌表達(dá)。在實(shí)習(xí)過程中還融入了“三性”的要求，能體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)的“設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性”。學(xué)生先開展自主設(shè)計(jì)、提交實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行方案論證后進(jìn)入實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，完成實(shí)驗(yàn)后再交流和總結(jié)實(shí)習(xí)內(nèi)容。通過實(shí)習(xí)過程，學(xué)生可以較系統(tǒng)和獨(dú)立地參與“資料收集分析—實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)—具體實(shí)驗(yàn)”的全環(huán)節(jié)，系統(tǒng)地將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合，從而把握“基因工程”的核心技能。

四、課程教學(xué)改革的效果

“課堂講授—實(shí)驗(yàn)操作—實(shí)習(xí)綜合”的“三位結(jié)合式”課程教學(xué)自2010年開展以來，從2008級(jí)生物技術(shù)、生物工程本科生的課程教學(xué)中開始實(shí)行，經(jīng)過了7年實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。體現(xiàn)在：①學(xué)生對(duì)課程教學(xué)效果的評(píng)價(jià)提高，通過網(wǎng)上評(píng)教、學(xué)生座談，評(píng)價(jià)為優(yōu)秀等級(jí)的比例達(dá)到92%。②學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目選題結(jié)合基因工程課程內(nèi)容體系的比例增加，目前生物技術(shù)、生物工程本科生參與的各類大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目共52項(xiàng)，與分子克隆、重組和轉(zhuǎn)化相關(guān)的項(xiàng)目達(dá)到46%，比例較3年前顯著提升。③畢業(yè)論文的選題與“基因工程”課程內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性提升，分析近三年的畢業(yè)論文選題，有42%的選題與此相關(guān)。④升學(xué)和就業(yè)的本科畢業(yè)生反饋，在后續(xù)的研究和工作中運(yùn)用“基因工程”課程相關(guān)的知識(shí)和技能，能從課程所學(xué)中收益。

參考文獻(xiàn)：

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[6]教育部高等學(xué)校生物科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì).生物工程專業(yè)規(guī)范[J].高校生物學(xué)教學(xué)研究（電子版），2012，2（2）：3-10.