應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

張業(yè)尼　樊秀花　范志華　劉金福

摘要：為了培養(yǎng)應(yīng)用型生物技術(shù)人才，結(jié)合我校生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)，調(diào)整了生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的基本思路。根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)和生物技術(shù)特點(diǎn)，從更改原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、結(jié)合多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和建立健全實(shí)驗(yàn)考核方式等方面對(duì)《生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)進(jìn)行探索與實(shí)踐，旨在通過(guò)生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作提高學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的精神，滿足科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展需要。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型人才；生物技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）06-0105-03

目前，我國(guó)生物技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)正處于飛速發(fā)展時(shí)期，但與國(guó)際先進(jìn)水平相比仍存在一定差距，而高校中生物技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)學(xué)生的訓(xùn)練并不能夠很好地滿足企業(yè)及科研單位的需求，這導(dǎo)致生物技術(shù)本科畢業(yè)生，特別是農(nóng)林類高等院校本科畢業(yè)生的就業(yè)率較低[1]。隨著實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教育觀念的不斷更新，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行改革以適應(yīng)新時(shí)代培養(yǎng)學(xué)生的要求是十分必要的，尤其在以企業(yè)需求為導(dǎo)向培養(yǎng)人才的今天，必須打破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以適應(yīng)時(shí)代和社會(huì)發(fā)展對(duì)于應(yīng)用性人才的需要[2，3]。

生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課是一門涉及領(lǐng)域?qū)?、基礎(chǔ)性實(shí)用性強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)要求高的課程，包括蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程、基因工程、發(fā)酵工程等[4]。生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)踐性教學(xué)的重要環(huán)節(jié)之一，不僅是補(bǔ)充和驗(yàn)證理論的關(guān)鍵方法，也是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手、應(yīng)變、創(chuàng)新等能力的重要手段。如何發(fā)揮好實(shí)驗(yàn)教學(xué)作用，培養(yǎng)具備動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的人才，是目前生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革的重要內(nèi)容。

隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的飛速發(fā)展和科學(xué)研究的不斷進(jìn)步，要緊跟當(dāng)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展前沿，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，從增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容等幾個(gè)方面對(duì)生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革探索。

一、更改生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)盡管很早就已經(jīng)開(kāi)設(shè)，但近年來(lái)生物技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，原有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目已不能適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)對(duì)理論和技能并重的全面人才的需要，增加生物技術(shù)行業(yè)相關(guān)性和實(shí)用性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是非常有必要的，以學(xué)生為出發(fā)點(diǎn)開(kāi)展不同層次、可供學(xué)生選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生形成獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。

生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程是我們學(xué)院生物工程專業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)容，它包括了細(xì)胞工程、酶工程、基因工程專業(yè)課的實(shí)驗(yàn)部分。細(xì)胞工程部分原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：黃豆芽線粒體的分離與觀察、蘆薈植物愈傷組織的誘導(dǎo)、韭菜葉肉原生質(zhì)體的分離及活力的檢查?；蚬こ滩糠郑簤A法提取質(zhì)粒、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)——PCR、核酸的瓊脂糖凝膠電泳。酶工程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：酸性磷酸酯酶的提取實(shí)驗(yàn)、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)定、影響酶促反應(yīng)的因素。細(xì)胞工程部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要為植物細(xì)胞相關(guān)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，基因工程部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)較少，無(wú)法讓學(xué)生系統(tǒng)全面地理解基因工程實(shí)驗(yàn)，各部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較分散，學(xué)生只能單純學(xué)習(xí)某一實(shí)驗(yàn)技術(shù)，因此，我們將細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改為基因工程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。酶作為一種蛋白質(zhì)可以進(jìn)行重組與表達(dá)，因此，可以與前面的細(xì)胞工程和基因工程部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)合起來(lái)。

根據(jù)生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)目的和特點(diǎn)，我們將以核酸重組與蛋白表達(dá)技術(shù)為主線，將生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)分為上游蛋白重組表達(dá)和下游重組蛋白分離純化與性質(zhì)研究?jī)刹糠謨?nèi)容，蛋白我們可以選擇工業(yè)中常用的酶類蛋白質(zhì)，同時(shí)把目前科研領(lǐng)域的常用先進(jìn)技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，從整體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，將實(shí)驗(yàn)技術(shù)按目的基因制備、基因與載體連接、感受態(tài)細(xì)胞的制備與轉(zhuǎn)化、重組質(zhì)粒鑒定、重組蛋白表達(dá)及純化等有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完整性、針對(duì)性和先進(jìn)性。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如表1。通過(guò)從基因克隆到蛋白表達(dá)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生在關(guān)鍵生物技術(shù)方面受到良好訓(xùn)練的同時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)又有了整體性認(rèn)識(shí)，有利于學(xué)生掌握生命科學(xué)的新知識(shí)、新技術(shù)和新方法[5]。

二、增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生處于主導(dǎo)地位，需要學(xué)生自己設(shè)計(jì)并動(dòng)手操作才能得出最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，避免了學(xué)生投機(jī)取巧、所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論都千篇一律的現(xiàn)象?？梢哉f(shuō)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驑O大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的探索精神和求知欲，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

對(duì)于綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行效果，也是調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的關(guān)鍵。我們將不同酶的表達(dá)與純化及酶學(xué)性質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)引入到實(shí)驗(yàn)課中來(lái)。例如，堿性蛋白酶、α-高溫淀粉酶、酸性淀粉酶、脂肪酶、磷脂酶等蛋白的表達(dá)純化技術(shù)作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這些不同酶類蛋白的選擇及特性都充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓實(shí)驗(yàn)更加有趣。

實(shí)驗(yàn)中還可以將不同的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模塊化分組。學(xué)生可根據(jù)自身興趣及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰闹刑暨x模塊組合，最后由指導(dǎo)老師匯總，指導(dǎo)老師可根據(jù)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備情況進(jìn)行調(diào)整確定。作為補(bǔ)充，對(duì)于那些參加了許多科研訓(xùn)練的學(xué)生，可以讓他們自擬感興趣的實(shí)驗(yàn)題目。在實(shí)驗(yàn)組織上，可以讓他們組建團(tuán)隊(duì)，完成開(kāi)題和結(jié)題報(bào)告，小組討論完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等。此外，優(yōu)秀學(xué)生自選課題還可為下次實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)[6]。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康募叭蝿?wù)的前提下，學(xué)生通過(guò)查閱資料，首先提出實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，列出所需儀器耗材及試劑，然后在與指導(dǎo)教師的討論下確定實(shí)驗(yàn)方案，最后學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。例如，設(shè)定重組大腸桿菌不同的誘導(dǎo)溫度、誘導(dǎo)時(shí)間等，獲得不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而加以分析討論。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作過(guò)程中，我們鼓勵(lì)學(xué)生勇于探索，允許實(shí)驗(yàn)結(jié)果不盡人意，但需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行論證。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)具有周期長(zhǎng)、連續(xù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，需要合理安排時(shí)間確保實(shí)驗(yàn)效果。以前一個(gè)實(shí)驗(yàn)單元兩學(xué)時(shí)，不利于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。因此可以集中在每天下午開(kāi)實(shí)驗(yàn)課或者選擇在期末學(xué)生大部分課程結(jié)束后連續(xù)全天進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以保證實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性和完整性。

三、結(jié)合多媒體和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

采用現(xiàn)代教育信息技術(shù)，將圖片、視頻、文字等有機(jī)結(jié)合起來(lái)，直觀地、有計(jì)劃地展示給學(xué)生，特別適用于生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作、儀器使用、相關(guān)技術(shù)等均可拍成視頻，如常見(jiàn)的核酸蛋白電泳技術(shù)和蛋白分離純化實(shí)驗(yàn)涉及的離子交換層析或分子篩層析等。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建立課程網(wǎng)站，將教學(xué)內(nèi)容、參考書(shū)及資料、實(shí)驗(yàn)儀器與技術(shù)等展示給學(xué)生，使學(xué)生在課余時(shí)間了解本課程，拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間和空間[7]。

四、鼓勵(lì)學(xué)生加入課前實(shí)驗(yàn)期準(zhǔn)備工作

在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作包括實(shí)驗(yàn)試劑的配制、儀器設(shè)備的調(diào)試、實(shí)驗(yàn)樣品的準(zhǔn)備等，均由實(shí)驗(yàn)老師完成。這種教學(xué)方式不利于學(xué)生以后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立地工作，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力以及激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。因此，我們可以鼓勵(lì)一些優(yōu)秀學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，讓學(xué)生獨(dú)立地準(zhǔn)備各種緩沖液及所需耗材等。學(xué)生能夠主動(dòng)地去思考實(shí)驗(yàn)的每個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)一些關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)步驟做到心中有數(shù)。

五、建立健全生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)考核方法

目前，生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課考試成績(jī)主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為平時(shí)成績(jī)，閉卷考試為期末成績(jī)，以平時(shí)成績(jī)?yōu)橹?。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告多為抄寫(xiě)課本內(nèi)容，即便討論部分都可能出現(xiàn)相同現(xiàn)象，因此該考評(píng)方式不能全面客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，更不能反應(yīng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作技能的掌握程度。

因此，我們應(yīng)該從實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)出發(fā)，以基礎(chǔ)知識(shí)掌握為基礎(chǔ)，以學(xué)生能力考核為核心，制定相應(yīng)的考核方式和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)行全過(guò)程、多層面的有效考核。主要從平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)技能四個(gè)方面進(jìn)行考核，如表2所示。

我們的目的在于考察學(xué)生的創(chuàng)新思維能力：具體表現(xiàn)在如何解決遇到的問(wèn)題和制定相應(yīng)的實(shí)施措施。第一，要求學(xué)生具有文獻(xiàn)查閱、總結(jié)和歸納等能力。第二，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的思維能力、動(dòng)手能力以及解決具體問(wèn)題的能力。第三，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，小組成員之間互相溝通交流合作，不同小組之間相互取長(zhǎng)補(bǔ)短。最后，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能進(jìn)行分組現(xiàn)場(chǎng)考評(píng)，考評(píng)內(nèi)容可以為生物技術(shù)企業(yè)中常用到的分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如SDS-PAGE分析蛋白的分子量及純度或如何進(jìn)行重組大腸桿菌質(zhì)粒穩(wěn)定性分析等，對(duì)于這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，業(yè)內(nèi)技術(shù)人員日復(fù)一日地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)其有自己獨(dú)特的見(jiàn)解和經(jīng)驗(yàn)，可以邀請(qǐng)生物技術(shù)相關(guān)企業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交流，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)并提出寶貴意見(jiàn)，同時(shí)對(duì)于具體實(shí)踐操作進(jìn)行評(píng)分。

跟其他實(shí)驗(yàn)課程相比，生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)具有自身的特色，各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相對(duì)獨(dú)立，又前后關(guān)聯(lián)。將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為不同層次，每個(gè)層次包含若干個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間緊密銜接，構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。如原核表達(dá)不僅涵蓋了PCR獲取目的基因、構(gòu)建重組表達(dá)載體、重組菌的誘導(dǎo)表達(dá)于分離純化、重組蛋白的SDS-PAGE檢測(cè)、重組蛋白的活性分析等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，而且以點(diǎn)成線、以線成面，將孤立的知識(shí)點(diǎn)銜接起來(lái)，形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。

總之，生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革以培養(yǎng)具有綜合應(yīng)用能力、獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才為目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要具有設(shè)計(jì)性、連續(xù)性、綜合性等特點(diǎn)，可以緊密結(jié)合形成完整的課題，將科研中常用的思路和技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在引導(dǎo)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)研究方法的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

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