基因工程實驗啟發(fā)式教學的探索與實踐

董平 杜亞楠 王富龍 鞠磊 孟祥紅

摘 要：為加強專業(yè)實驗課程在學生綜合實踐能力和專業(yè)素養(yǎng)提升中的支撐作用，針對基因工程學科前沿性強、研究對象抽象的特點，在本科《基因工程實驗》課中展開啟發(fā)式教學的探索和實踐。在課程設(shè)計、課堂打造、授課形式、考核模式、課后延伸各個環(huán)節(jié)采用具有“啟發(fā)性、開放式、趣味性”特征的教學改革和創(chuàng)新，包括“層進式”實驗內(nèi)容、“開放式”課堂、“生動化”教學資源、“三位一體式”實驗課程考察方式、國際化授課、與課外科研活動對接、熱點科學問題引入等。從多角度、多層面切實提升學生科學思維、綜合實踐和創(chuàng)新能力，在實際教學中獲得師生認可。

關(guān)鍵詞：基因工程；實驗課程；啟發(fā)式教學；本科

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）01-0062-03

Abstract： The specialized experimental course is the supporter to enhance students' comprehensive practice ability and professional attainment. Genetic engineering is a frontier discipline who has abstract study objects. Based on these features， this paper explores the application and practice of heuristic education in course of gene engineering experiment. Heuristic， open and interesting teaching reform and innovation adopted in curriculum design， lecture form， assessment mode and after-class extension are discussed in this paper. The teaching reform and innovation includes clearly arranged experimental content， open classroom， vivified teaching resources， trinity course examining method， internationalization teaching， teaching and scientific integration， popular scientific topic lead-in and other respects. The aim of this paper is to improve students' scientific thinking， comprehensive practice and innovative ability from various perspectives and levels so as to earn approbation of teachers and students.

Keywords： genetic engineering； experimental course； heuristic method of teaching； undergraduate course

隨著國家對人才素質(zhì)要求的提高和教育理念的發(fā)展，啟發(fā)式教學作為一種科學、先進的方式在多學科、各層次人才的培養(yǎng)中獲得推廣和應(yīng)用[1-3]。啟發(fā)式教學“以學生為主體、教師為主導(dǎo)”，教師的主要任務(wù)是喚起學生的積極思維和主動學習，引導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題，學生在整個學習過程中始終興趣十足，處于一種對知識的追求狀態(tài)，學習特別強調(diào)理解、運用、發(fā)揮、創(chuàng)造，學生在其中能夠有效的提高獨立分析問題和解決問題的能力[3，4]。新形勢下，“基礎(chǔ)扎實、能力突出、素質(zhì)綜合、主動創(chuàng)新”成為對各個高校對人才培養(yǎng)的普遍共識[5]，因此，啟發(fā)式教學成為復(fù)合型人才培養(yǎng)應(yīng)該進行的教學改革有益嘗試。特別是對學生參與度高、綜合實踐性強的實驗課程，啟發(fā)式教學將有更大的發(fā)揮空間并產(chǎn)生更為顯著的效果。

《基因工程實驗》在引導(dǎo)學生鞏固和深化基礎(chǔ)知識理解的基礎(chǔ)上，向?qū)W生傳授DNA重組涉及的各項技術(shù)、方法，使學生形成基因工程系統(tǒng)操作的概念?；蚬こ陶Q生于上世紀70年代，是當今生物科學研究諸領(lǐng)域中最具有生命力、最引人注目的前沿學科之一[6]，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學、藥學、農(nóng)業(yè)、食品、農(nóng)業(yè)、生物、軍事等各個領(lǐng)域，是生物技術(shù)、生物工程等專業(yè)的主干專業(yè)課程[7，8]?；诨蚬こ虒W科前沿性強、發(fā)展迅速、知識更新快、技術(shù)設(shè)備先進、研究對象抽象等顯著特征，如何使學生系統(tǒng)掌握相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，如何將書本上的抽象知識活現(xiàn)在實驗中，如何使學生切實融匯各理論和實踐知識點，并真正能夠在實際科研和工作中活學活用，如何使實驗課程緊隨學科發(fā)展的前沿，使學生感知“基因”科學的魅力和潛力，成為我們在教學中一直努力探索和不斷改進的方向。經(jīng)過多年的探索，梳理教學思路，改進和多樣化教學方式，逐漸形成了一些針對基因工程實驗課的啟發(fā)式教學的實踐和經(jīng)驗，在實際運用中獲得師生的認可。

一、精心課程設(shè)計，引導(dǎo)學生形成系統(tǒng)科學思維

基因工程是一門邏輯性、系統(tǒng)性較強的前沿學科，涵蓋“切、接、轉(zhuǎn)、檢、增”幾個緊密聯(lián)系的典型過程，切實提高學生的綜合實踐能力、使其形成科學思維和系統(tǒng)操作概念是課程的基本目標，因此一直以來我們著力于系統(tǒng)、科學的“啟發(fā)式”課程內(nèi)容設(shè)計。

（一）對接相關(guān)課程

深入理解先導(dǎo)和后續(xù)相關(guān)課程設(shè)置，努力做到課程間的相互補充和配合，在課程中穿插其它相關(guān)課程的知識點，如“核酸結(jié)構(gòu)與其表征方式的關(guān)系”、“核酸與其它生物分子電泳比較”等，使學生融會貫通，深化理論知識的理解，以此支持實踐技能和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力的提高。

（二）“層進式”課程內(nèi)容

設(shè)置“層層推進、環(huán)環(huán)相扣”的實驗內(nèi)容，以某一特征基因的重組全過程為主線，涵蓋感受態(tài)細胞制備、DNA重組→轉(zhuǎn)化、陽性克隆篩選→濃度、純度測定→酶切→產(chǎn)物PAGE電泳檢測→PCR擴增→RT-PCR定量→Agarose電泳檢測，典型的32學時課程內(nèi)容設(shè)置如圖1所示。學生在整個學習過程中能夠循序漸進的掌握各項關(guān)鍵技能，并且綜合思考，自覺的掌握基因工程系統(tǒng)實驗過程。

（三）啟發(fā)式思考題

結(jié)合課程內(nèi)容設(shè)計啟發(fā)性強的思考題，如“轉(zhuǎn)化后如去掉大腸桿菌在37oC的復(fù)蘇過程將會發(fā)生何種現(xiàn)象”、“結(jié)合不同核酸分子結(jié)構(gòu)分析紫外分光光度法測定其濃度時系數(shù)不同的原因”等，引發(fā)了學生課后的更深層次的思考，促進了學生獨立思考和自主學習能力的提高。

（四）追蹤學科前沿

密切追蹤基因工程發(fā)展前沿，注重教師的專業(yè)知識持續(xù)提高，并將科研與教學進行結(jié)合，每年調(diào)整更新實驗課程內(nèi)容，避免實驗課程與學科發(fā)展脫節(jié)。采用應(yīng)用性和前沿性強的技術(shù)和實驗材料，如引入廣泛使用的專門針對PCR擴增產(chǎn)物的T載體、使用實際中更多使用的Nanodrop作為核酸濃度和純度測定的先進儀器，使學生親身接觸課程前沿，切實掌握先進的新技術(shù)。

二、打造“開放式”課堂，凸顯學生在教學中的主體地位，提高學生自主持續(xù)學習能力

從課程效果和安全的角度實驗課程需要學生更高的參與度和專注力，因此，遵循“啟發(fā)式”教學的特點和優(yōu)勢，我們嘗試打造“開放式”課堂，以此拉近教與學的關(guān)系，使學生真正成為學習的主人，從而自覺提高自身綜合實踐素質(zhì)和自主學習能力。

采取有效措施，為“開放式”課堂作保障。采用小班授課，每次上課人數(shù)<20人，每組實驗人數(shù)1-2人，保證教師對所有學生的關(guān)注覆蓋，每個學生的學習效果不打折扣；完善實驗卡片、預(yù)習資料等，在其中為每個實驗小組有條理的列出材料、儀器、試劑、耗材等信息，為學生獨立開展實驗提供支持。

著力于課堂的“開放性”，主張實驗課堂“手腦齊動，想到說到”，鼓勵學生參與授課討論，學習過程中隨時提問、質(zhì)疑、討論，使老師及時了解學生學習效果或糾正錯誤，打造熱烈、高效的課堂學習氣氛，形成人人都是課堂主人的良好氛圍，成為學生們一致推崇的課堂形式。

以課外學習延伸教學課堂，豐富“開放式”課堂的形式和內(nèi)涵。鼓勵學生將課外延伸學習帶入課堂，如部分學生在參與本科生研究發(fā)展項目（SRDP）、科學競賽等課外科研活動中遇到的問題，查閱文獻遇到的新技術(shù)新發(fā)現(xiàn)等皆被鼓勵帶入課堂，在實驗間隙與老師和同學進行討論。這種做法延伸了課堂學習到實際科研中，增強了學生的實際學習效果。

三、豐富授課形式，穿插趣味化細節(jié)，激發(fā)學生學習熱情和求知欲

實驗課程往往具有操作時間長的特點，學生容易產(chǎn)生疲倦，影響課堂學習效果。因此，我們采用多種授課形式、著力于細微環(huán)節(jié)的設(shè)計，提升學生的學習興趣，激發(fā)學生的求知欲。

（一）“生動化”教學資源

制作簡潔明快的ppt，不忽視實驗課程的“講解”，注重講解的易懂和生動。務(wù)必使學生在操作前明確理解原理、各試劑作用、各步驟如此操作的原因等。學生“理解了”自然操作起來有的放矢，邊做邊思考，最大化的吸收課程內(nèi)容。

制作生動的教學視頻，提升演示和學習效果?；蚬こ讨猩婕耙恍┯幸欢夹g(shù)難度的操作，而且實驗的器械往往很小，如果僅僅在實驗室中為學生演示，學生容易看不清楚，學習的效果差、效率低。因此，我們針對每一個實驗制作了關(guān)鍵操作的教學視頻，配以字幕、講解，不僅提升了學生的學習效果，而且視頻的播放更容易引起學生的興趣，在學生中反響強烈。

（二）“趣味化”教學環(huán)節(jié)

穿插實驗競賽、互問互答、操作接龍等教學環(huán)節(jié)，活躍課堂氣氛。如在堿法提取重組質(zhì)粒環(huán)節(jié)進行質(zhì)粒純度和濃度競賽，果然，同學們在實驗過程中積極性倍增，學習更加用心，操作過程人人主動，為了保證自己的測定結(jié)果無誤，甚至反復(fù)進行測試，在此過程中實驗要點自動被同學們銘記于心。

四、創(chuàng)新實驗課程考核模式，檢驗學習效果，深化學生對實驗操作的理解

創(chuàng)新的設(shè)置“課程總結(jié)回顧→知識實際應(yīng)用→隨機考核”的“三位一體式”實驗課程考察方式。其中“課程總結(jié)回顧”每組總結(jié)課程的一部分，總結(jié)形式任選（操作演示、ppt、板書等），題目以抽簽?zāi)Ｊ竭x定；“實際應(yīng)用”環(huán)節(jié)將實驗課內(nèi)容與某一熱點基因工程問題（轉(zhuǎn)基因食品等）相聯(lián)系，學生進行問題的提出和解決方案的設(shè)計；“隨機考核”由老師、其他同學針對前兩部分的講解和操作提出1-2個有針對性的問題，受試組進行口頭或操作解答。通過該綜合考核，一方面可以較為系統(tǒng)全面的考察學生的學習效果，為教學評價和以后的改進提供依據(jù)，另一方面以實際熱點問題為依托，對學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力進行進一步的深化。

五、授人以漁，在課程中展現(xiàn)學科魅力，培養(yǎng)學生持續(xù)學習能力

實驗課程往往與學生未來工作相關(guān)性高，在引導(dǎo)學生加深專業(yè)理解、感染專業(yè)魅力方面有不可替代的優(yōu)勢，同時，基因工程實驗具有持續(xù)發(fā)展勢頭迅猛、技術(shù)更新快的突出特點，因此，教學中要注重培養(yǎng)學生追蹤學科前沿發(fā)展和持續(xù)學習的能力。

首先，注重實驗思想的傳授，而非孤立實驗技術(shù)的學習，使學生觸類旁通，能夠在未來的學習、研究和工作中運用今日所學，延伸到更深遠的未來。

其次，注重教學與國際接軌。作為前沿性學科，基因工程相關(guān)文獻和交流很多以英文形式呈現(xiàn)，在課堂中我們特別加入英文教學小視頻，課后布置學生查閱英文學習材料（如內(nèi)切酶的英文使用說明書），切實提高學生國際交流能力。學生普遍認同這種專業(yè)外語的學習方式，有的同學在期終考試的“課程總結(jié)回顧”中甚至主動要求使用英文。

另外，與教學內(nèi)容結(jié)合，展現(xiàn)“基因”魅力。如在實驗中將DNA與計算機類比，計算機僅用0和1兩個字符即可實現(xiàn)強大的功能，而DNA具有4個字符（AGCT），學生瞬間感受到了“基因”功能的強大，感染于基因工程學科的強大魅力，對學科深入探索的欲望倍增。

同時，通過熱點爭議問題，引發(fā)學生從專業(yè)角度在未來持續(xù)的學習和思考。如“轉(zhuǎn)基因食品”，這既是目前街頭巷尾熱議的話題，也是典型的基因工程科學問題。在期末促成學生從專業(yè)角度審視這個問題，引導(dǎo)學生在未來的學習、工作、生活中具備從專業(yè)角度對其進行持續(xù)關(guān)注和思考的能力，樹立不盲從、不瞎猜、科學解決問題的正確態(tài)度。

六、結(jié)束語

我們對《基因工程實驗》進行了一些啟發(fā)式教學的有益嘗試，收獲了來自專家、教師和學生的多方認可，獲得我校本科教育教學研究項目支持，在本科教學評估中獲得優(yōu)秀等級，是當年唯一獲得優(yōu)秀的實驗課程。

然而，在持續(xù)的教學改革中我們也發(fā)現(xiàn)仍有一些問題需要認真思考，進一步完善。如學生參加課外科研活動的情況不同，造成學生實驗水平參差不齊，如何更好地滿足各個層面學生學習的要求，需采用有一定區(qū)分度的改革措施；目前一次課程的時間較長（4課時），容易讓學生疲勞，如何合理劃分實驗內(nèi)容，盡量將一次實驗壓縮至2-3課時，需要在今后進一步改進。

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