基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的基因工程課程建設(shè)與教學(xué)改革

許崇波， 彭 凌， 劉博婷

(韶關(guān)學(xué)院 英東生命科學(xué)學(xué)院， 韶關(guān) 512005)

基因工程技術(shù)誕生至今已有40余年，取得了前所未有的成就，成為當(dāng)今生命科學(xué)諸多研究領(lǐng)域中發(fā)展速度快、應(yīng)用領(lǐng)域廣、取得經(jīng)濟(jì)效益顯著的前沿學(xué)科之一[1-3]。基因工程技術(shù)引發(fā)的現(xiàn)代生物技術(shù)革新，直接關(guān)系到醫(yī)藥、農(nóng)牧、環(huán)保、能源等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的更新?lián)Q代，彰顯其強(qiáng)大的生命力和實(shí)用性，已經(jīng)在生物工程諸多研究領(lǐng)域中占有主導(dǎo)核心地位[4-6]?；蚬こ陶n程是生物工程專業(yè)和生物技術(shù)專業(yè)的主干課程之一，主要內(nèi)容包括：基因工程常用技術(shù)、基因工程工具酶、基因載體構(gòu)建與選擇、目的基因制備與DNA體外重組、重組體的篩選與鑒定、基因文庫(kù)構(gòu)建、基因表達(dá)條件優(yōu)化策略及其表達(dá)產(chǎn)物純化、基因工程及其產(chǎn)品安全管理等[7-9]。課程要求學(xué)生掌握基因工程的基本原理和實(shí)驗(yàn)操作技能，為日后熟練駕馭這項(xiàng)技術(shù)服務(wù)于科學(xué)研究及國(guó)民經(jīng)濟(jì)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此，加強(qiáng)基因工程課程建設(shè)，進(jìn)一步深化教學(xué)改革，探索適合應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法，注重培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和解決問(wèn)題的能力，提高課程建設(shè)的整體水平，才能實(shí)現(xiàn)韶關(guān)學(xué)院提出的“應(yīng)用型、創(chuàng)新型、創(chuàng)業(yè)型”人才培養(yǎng)目標(biāo)，滿足生物工程專業(yè)和生物技術(shù)專業(yè)高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求[10-12]。

1 課程建設(shè)目標(biāo)

基因工程課程建設(shè)與教學(xué)改革主要是探索培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識(shí)的應(yīng)用型人才為重點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方式等方面的教學(xué)改革與研究，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高課程建設(shè)的整體水平[2]。課程建設(shè)主要目標(biāo)是構(gòu)建“基因工程亞單位疫苗研發(fā)技術(shù)路線”為主線的教學(xué)內(nèi)容體系，掌握基因工程亞單位疫苗的研發(fā)方案、生產(chǎn)工藝流程和實(shí)際操作技能等，具備從事基因工程疫苗研發(fā)需要的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作能力，畢業(yè)后可以從事基因工程領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)工作。同時(shí)使學(xué)生得到基本的科研訓(xùn)練，強(qiáng)化基因操作技能培訓(xùn)，具備獲取學(xué)科前沿知識(shí)的能力。因此，在基因工程教學(xué)設(shè)計(jì)和組織形式中，既注重課程的經(jīng)典性、先進(jìn)性與研究性，又注重將課堂教學(xué)和參與科學(xué)研究有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)課程建設(shè)目標(biāo)[2]。

2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建“基因工程亞單位疫苗研發(fā)技術(shù)路線”為主線的教學(xué)內(nèi)容體系

基因工程教學(xué)內(nèi)容豐富，涉及的基因工程技術(shù)原理較多，部分內(nèi)容比較抽象且難以理解，為了方便學(xué)生系統(tǒng)地掌握和理解這些知識(shí)點(diǎn)，要注重把科研成果引入到課堂教學(xué)中[2]。另外，目前出版的基因工程教材種類較多，諸多教材各有側(cè)重且內(nèi)容前后連貫性和系統(tǒng)性相對(duì)較差，尚無(wú)一本完全適合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的基因工程教材。我們采用的教材是何水林主編的《基因工程》，由科學(xué)出版社出版的普通高等教育規(guī)劃教材，相對(duì)來(lái)講更合適于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。為此，根據(jù)專業(yè)制定應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)和選用的教材，在保證完成基因工程教學(xué)任務(wù)基礎(chǔ)上，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建了“基因工程亞單位疫苗研發(fā)技術(shù)路線”為主線的教學(xué)內(nèi)容體系，把基因工程亞單位疫苗研發(fā)全過(guò)程的關(guān)鍵步驟直接對(duì)應(yīng)基因工程課程的主要章節(jié)，然后對(duì)應(yīng)基因工程課程的實(shí)驗(yàn)操作技能和實(shí)踐能力(見(jiàn)圖1)，再對(duì)應(yīng)基因工程課程的主要知識(shí)點(diǎn)。根據(jù)上述教學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)教材部分章節(jié)順序和內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，最后形成了基因工程課程的8大模塊化的教學(xué)內(nèi)容體系，共32學(xué)時(shí)。8大模塊化的教學(xué)內(nèi)容包括：模塊一基因工程概述(2學(xué)時(shí))；模塊二基因工程主要技術(shù)及其原理(6學(xué)時(shí))；模塊三基因工程工具酶(4學(xué)時(shí))；模塊四基因工程載體(6學(xué)時(shí))；模塊五目的基因的制備與DNA體外重組(6學(xué)時(shí))；模塊六外源基因的表達(dá)優(yōu)化策略及其表達(dá)產(chǎn)物的分離純化(4學(xué)時(shí))；模塊七基因工程應(yīng)用(2學(xué)時(shí))；模塊八基因工程及其產(chǎn)品安全性管理(2學(xué)時(shí))。模塊一至模塊六教學(xué)內(nèi)容主要以課堂教學(xué)為主，模塊七和模塊八教學(xué)內(nèi)容主要以學(xué)生自學(xué)和小組討論為主。另外，在圖1所列的基因工程實(shí)驗(yàn)操作和能力培養(yǎng)中，除基因突變技術(shù)與方法、重組基因的核酸序列分析方法、重組蛋白Western blotting技術(shù)與操作、基因工程疫苗免疫方法外是選做內(nèi)容，其余部分都是必做內(nèi)容。具體安排如下：一是基因工程實(shí)驗(yàn)(32學(xué)時(shí))；二是綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(64學(xué)時(shí)，基因工程開(kāi)課的下個(gè)學(xué)期)；三是課余時(shí)間開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室(選做)。通過(guò)這樣的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，不僅使學(xué)生能夠掌握基因工程的理論知識(shí)，而且也能夠使學(xué)生具備從事基因工程亞單位疫苗及其相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)的能力。

圖1 基因工程亞單位疫苗的研發(fā)技術(shù)路線對(duì)應(yīng)基因工程課程章節(jié)、實(shí)驗(yàn)操作和能力培養(yǎng)Figure 1 The technological route of research and development of gene engineering subunit vaccine is corresponding to the chapter and part of gene engineering course and experimental operation and ability culture

3 科研成果轉(zhuǎn)化為基因工程綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

課程負(fù)責(zé)人自1994年至今，一直從事動(dòng)物細(xì)菌基因工程亞單位疫苗的研究，主持過(guò)多項(xiàng)國(guó)家和省部級(jí)科研項(xiàng)目，先后完成了3項(xiàng)動(dòng)物細(xì)菌基因工程亞單位疫苗的研究，其中新生仔豬大腸桿菌K88ac-ST1-LTB三價(jià)基因工程亞單位疫苗、犢牛和羔羊產(chǎn)氣莢膜梭菌-大腸桿菌基因工程亞單位獲國(guó)家新獸藥注冊(cè)證書。為了更好地把科研成果融入教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量,筆者把前期取得的科研成果，開(kāi)發(fā)了綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“大腸桿菌K88ac-ST1-LTB三價(jià)基因工程亞單位疫苗的實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)與檢驗(yàn)”(64學(xué)時(shí))。要求學(xué)生模擬企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)疫苗的過(guò)程，在實(shí)驗(yàn)里完成疫苗的生產(chǎn)和檢驗(yàn)，只不過(guò)企業(yè)是流水線自動(dòng)化完成疫苗的生產(chǎn)，而學(xué)生是在實(shí)驗(yàn)室里手動(dòng)完成疫苗的生產(chǎn)，但是學(xué)生同樣能夠了解疫苗生產(chǎn)的全過(guò)程和掌握主要的實(shí)際操作技能。綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容主要包括：大腸桿菌K88ac-ST1-LTB三價(jià)基因工程亞單位疫苗生產(chǎn)菌株的鑒定、生產(chǎn)種子繁殖與生產(chǎn)菌液發(fā)酵培養(yǎng)、生產(chǎn)菌液滅活與鋁膠佐劑制備、疫苗配制和分裝、疫苗質(zhì)量檢驗(yàn)。要求每名學(xué)生生產(chǎn)出10～20瓶且檢驗(yàn)合格的大腸桿菌K88ac-ST1-LTB三價(jià)基因工程亞單位疫苗，學(xué)生通過(guò)完成大腸桿菌K88ac-ST1-LTB三價(jià)基因工程亞單位疫苗的實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)與檢驗(yàn)，提高了學(xué)生對(duì)基因工程課程的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)基因工程的應(yīng)用有了更加直觀和深入地了解，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)際操作能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，也為部分學(xué)生畢業(yè)后從事基因工程相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)工作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[2]。

4 改進(jìn)教學(xué)方法，提高課堂教學(xué)質(zhì)量

教學(xué)方法是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的有效手段之一，為此采用了研究啟發(fā)式教學(xué)、講座討論式教學(xué)、課程總結(jié)式教學(xué)等教學(xué)方法，目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，取得了良好的教學(xué)效果。

4.1 研究啟發(fā)式教學(xué)

通過(guò)把科研成果和基因工程重大科學(xué)事件、科研經(jīng)歷和科研經(jīng)驗(yàn)以及科研項(xiàng)目引入到課堂，引起學(xué)生思考和討論，開(kāi)展研究啟發(fā)式教學(xué)，一方面讓學(xué)生體會(huì)到基因工程理論與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合非常緊密，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另一方面也讓學(xué)生體會(huì)到基因工程研究并非高不可攀，只要通過(guò)刻苦學(xué)習(xí)和自身努力，都能夠大有作為，增強(qiáng)了學(xué)生的自信心，收到了良好的教學(xué)效果。

4.2 講座討論式教學(xué)

講座討論式教學(xué)可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，因此在教學(xué)設(shè)計(jì)上，精心準(zhǔn)備了一些基因工程方面的討論題，組織學(xué)生針對(duì)這些問(wèn)題開(kāi)展討論，發(fā)表自己的觀點(diǎn)，這樣有利于學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和拓展[2]。另外，主講教師還結(jié)合自己開(kāi)展的科研項(xiàng)目和取得的科研成果，或者結(jié)合學(xué)科前沿，為學(xué)生作學(xué)術(shù)講座和進(jìn)展類講座，如課程負(fù)責(zé)人主講的“大腸桿菌基因工程亞單位疫苗研究的現(xiàn)狀與展望”“基因工程藥物的研究現(xiàn)狀與展望”“基因工程抗體研究現(xiàn)狀與展望”等，拓寬了學(xué)生的視野，加深了對(duì)基因工程前沿知識(shí)的了解。

4.3 課程總結(jié)式教學(xué)

在每學(xué)期課程教學(xué)結(jié)束后，要求每位學(xué)生把需要掌握的重點(diǎn)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，撰寫一份基因工程課程總結(jié)[2]。學(xué)生在做課程總結(jié)時(shí)都能認(rèn)真思考，按照自己的思路和理解，完成課程總結(jié)，取得了預(yù)期效果。比如有的學(xué)生以樹(shù)圖分析法進(jìn)行總結(jié)，也有的學(xué)生以魚(yú)骨圖分析法進(jìn)行總結(jié)，還有的學(xué)生以技術(shù)路線圖法進(jìn)行總結(jié)。通過(guò)這樣的教學(xué)安排，學(xué)生不僅能夠系統(tǒng)地掌握了基因工程的重點(diǎn)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)，也起到了再學(xué)習(xí)目的和培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納的能力。

5 改革考核方式，綜合評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果

課程考核的重點(diǎn)是考查學(xué)生對(duì)基因工程基礎(chǔ)知識(shí)的理解和運(yùn)用理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力，因此科學(xué)地設(shè)計(jì)考核方式和內(nèi)容，給出每位學(xué)生的綜合成績(jī)?？己朔绞街饕ǎ浩綍r(shí)作業(yè)、課件制作與課堂小組討論、課程總結(jié)和閉卷考試等。特別是在期末試卷中增加了分析和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面的主觀題，比如期末試卷中出現(xiàn)的分析題和設(shè)計(jì)題：以大腸桿菌質(zhì)粒為載體，克隆和表達(dá)編碼14aa的生長(zhǎng)釋放抑制激素基因，簡(jiǎn)要說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題和解決的方法。又比如給出一段基因的核苷酸序列，利用PCR技術(shù)擴(kuò)增其中的部分特定片段，寫出擴(kuò)增該特定片段的PCR引物和實(shí)現(xiàn)其分泌表達(dá)的技術(shù)路線。另外，注重試題庫(kù)建設(shè)并附有參考答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，試卷題型包括名詞解釋、選擇題、填空題、判斷題、簡(jiǎn)答題、論述題、分析題和設(shè)計(jì)題等。

6 教學(xué)效果評(píng)價(jià)及教改成效分析

基因工程的教學(xué)得到了學(xué)生的廣泛認(rèn)可，對(duì)生物工程和生物技術(shù)專業(yè)3個(gè)年級(jí)524名學(xué)生的問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果顯示，基因工程課程在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法、教學(xué)手段、理論聯(lián)系實(shí)際、教師素質(zhì)、教學(xué)效果及對(duì)其他課程學(xué)習(xí)借鑒等方面，學(xué)生滿意度均達(dá)到90%以上。在學(xué)生評(píng)教中，基因工程課程受到了學(xué)生的一致好評(píng)，學(xué)生測(cè)評(píng)綜合得分近3年均為優(yōu)秀，一直居于學(xué)院前列。另外學(xué)校教學(xué)督導(dǎo)組聽(tīng)課評(píng)價(jià)結(jié)果亦為優(yōu)秀，其評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在教師在課堂教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)內(nèi)容闡述簡(jiǎn)練，邏輯性強(qiáng)，理論聯(lián)系實(shí)際，與專業(yè)內(nèi)容結(jié)合緊密，教學(xué)課件圖形和圖像多，使學(xué)生能夠直觀地了解和掌握教學(xué)內(nèi)容和要點(diǎn)，尤其是培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力方面比較好，能夠開(kāi)展研究啟發(fā)式與互動(dòng)式教學(xué)，課程氣氛好，教學(xué)效果顯著。

總之，經(jīng)過(guò)3年的努力，我們構(gòu)建了基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的“基因工程亞單位疫苗研發(fā)技術(shù)路線” 為主線的基因工程教學(xué)內(nèi)容體系，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和應(yīng)用能力，提高了基因工程課程建設(shè)的整體水平。但是基因工程課程建設(shè)與教學(xué)改革還處于探索和實(shí)踐階段，今后我們還要堅(jiān)持不懈地把課程建設(shè)與教學(xué)改革深入開(kāi)展下去，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)韶關(guān)學(xué)院提出的“應(yīng)用型、創(chuàng)新型、創(chuàng)業(yè)型”人才培養(yǎng)目標(biāo)，滿足生物工程專業(yè)和生物技術(shù)專業(yè)高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求[2]。