“雙一流”背景下地方高?；蚬こ虒?shí)踐教學(xué)改革探索

周維成，魏得良，姚飛虹，劉奕禎，鄧 斌

(湘南學(xué)院 化學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 郴州 423000)

基因工程的快速發(fā)展對(duì)生命科學(xué)和生物技術(shù)的興起起著巨大的推動(dòng)作用，其研究技術(shù)與方法已經(jīng)滲透到現(xiàn)代生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，成為生命科學(xué)的一門核心技術(shù)[1]。作為生物技術(shù)專業(yè)的核心主干課程之一，基因工程實(shí)驗(yàn)課具有非常重要的意義，如何根據(jù)課程特點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力并提高創(chuàng)新思維的教學(xué)方法值得每一個(gè)教育者思考。不僅如此，基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高也是基因工程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)[2]。因此如何利用基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，以及幫助學(xué)生更好理解和掌握基因工程理論成為實(shí)踐教學(xué)改革的熱點(diǎn)問題。

何燕等為了完善基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程安排、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)形式等進(jìn)行了改革，建立合理的實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)估體系，調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，取得良好實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果[3]。文義凱等針對(duì)植物基因工程傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中存在的主要問題，通過整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以及建立全新的教學(xué)模式和考核制度，將科研融入實(shí)踐教學(xué)體系中去，同樣取得了顯著的教學(xué)效果[4]。不僅如此，邢萬金、呂立堂分別在實(shí)踐教學(xué)中，利用綜合性實(shí)驗(yàn)代替分散性實(shí)驗(yàn)，吸收本科生參加科研課題[5-6]。張英等通過對(duì)更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備、轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念、改革實(shí)驗(yàn)考核方法。使得基因工程實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)形式得到極大豐富[7]。為了使學(xué)生及時(shí)跟蹤學(xué)科前沿，任世英等提出選取合理雙語教材，通過多媒體、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)延伸以及討論式教學(xué)等方法改進(jìn)教學(xué)方法，采用綜合考核的辦法進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定[8]。許崇波等通過構(gòu)建基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)-校內(nèi)專業(yè)實(shí)習(xí)-研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)“三層次”實(shí)踐教學(xué)體系，對(duì)實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節(jié)與內(nèi)容、組織與實(shí)施、考核等進(jìn)行改革[9]。在實(shí)驗(yàn)課程安排方面，段永波等針對(duì)基因工程實(shí)驗(yàn)課程難以獲得較好教學(xué)效果的問題，利用報(bào)告基因、啟動(dòng)子和目的基因?yàn)榍腥朦c(diǎn)，成功實(shí)現(xiàn)了報(bào)告基因在真核細(xì)胞中的表達(dá)[10]。

然而，湘南學(xué)院作為一所新建的地方高校，無論是資源還是平臺(tái)都不具有優(yōu)勢(shì)，這種情況下如何利用自身及地方特色，因地制宜地開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高基因工程實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量和增強(qiáng)課程特色是地方高?；蚬こ探逃ぷ髡邞?yīng)該思考的問題。不僅如此，有效的實(shí)踐課程改革，對(duì)構(gòu)建一個(gè)相對(duì)完整的、科學(xué)合理的實(shí)踐教學(xué)體系，對(duì)“雙一流”建設(shè)及其自身長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展都具有重要意義。

1 基因工程實(shí)踐教學(xué)改革對(duì)策

1.1 實(shí)驗(yàn)安排與理論教學(xué)緊密聯(lián)系

由于基因工程的內(nèi)容非常廣泛、深?yuàn)W，許多內(nèi)容涉及生命科學(xué)前言，過多的講解理論基礎(chǔ)對(duì)學(xué)生而言不僅枯燥無味也很難理解。目前我院基因工程課時(shí)總計(jì)32學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)課占總課程課時(shí)的一半，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的設(shè)置及實(shí)驗(yàn)安排的要求很高，這需要我們?cè)黾訉?shí)驗(yàn)內(nèi)容，合理安排實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。因此我們緊密圍繞基因工程理論所提出的“切、接、轉(zhuǎn)、增、檢”開設(shè)16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程，完整的包括了理論教學(xué)所涉及的重要知識(shí)點(diǎn)。為此我們開設(shè)了酶切制備DNA片段、感受態(tài)細(xì)胞的制備、目的基因片段和載體片段的回收與連接、重組載體轉(zhuǎn)化感受態(tài)細(xì)胞以及鑒定四個(gè)實(shí)驗(yàn)。不僅如此在實(shí)驗(yàn)課安排上，摒棄了之前的集中教學(xué)的方式，通過理論與是實(shí)踐相結(jié)合的方式，實(shí)踐課貫穿整個(gè)理論課程。同時(shí)，我們改變了實(shí)驗(yàn)課程和理論課程授教師不一致的現(xiàn)象。安排同一個(gè)老師講授，這有助于教師根據(jù)理論課的進(jìn)度合理安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)。使學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)前，對(duì)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)有所了解，充分掌握實(shí)驗(yàn)原理，以達(dá)到更好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

1.2 結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

一個(gè)完整的基因工程流程一般包括目的基因的獲得、載體的制備、重組體的制備、目的基因的轉(zhuǎn)化、基因的表達(dá)、基因工程產(chǎn)品的分離提純等過程。在基因工程研究中，在很大程度上，研究者要完成的是一個(gè)完整的流程，但是在實(shí)際教學(xué)中，很多基因工程實(shí)驗(yàn)室不具備完成整套流程的實(shí)驗(yàn)條件。因此，我們將一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)體系拆分成若干個(gè)小的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以方便進(jìn)行教學(xué)?；蚬こ贪l(fā)展日新月異，新知識(shí)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，導(dǎo)致基因工程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材很多，但合適本科生教學(xué)的很少。為此，我們努力收集了最新的教材和資料，結(jié)合我院實(shí)際情況編寫了實(shí)驗(yàn)講義。例如在重組載體轉(zhuǎn)化感受態(tài)細(xì)胞以及鑒定這一實(shí)驗(yàn)中，我們改變了目的基因與載體的雙酶切方法，采用相對(duì)簡(jiǎn)單的TA克隆技術(shù)，讓實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更容易展現(xiàn)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)將以知識(shí)體系編排教學(xué)過程，對(duì)一些無法開展的實(shí)驗(yàn)，我們采用課外思考題的形式給予展現(xiàn)。通過這樣的方式彌補(bǔ)部分教材知識(shí)老化，內(nèi)容陳舊的不足，同時(shí)在我們自己編寫的講義中突出介紹了各實(shí)驗(yàn)的原理，并且著重列出每個(gè)實(shí)驗(yàn)在實(shí)際操作中需要注意的事項(xiàng)，不僅可以加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的認(rèn)識(shí)和理解，而且可以作為理論教學(xué)的輔助資料。

1.3 注重實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練

實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的關(guān)鍵，直接影響著學(xué)生以后的科研能力[11]?；蚬こ虒?shí)驗(yàn)是生物專業(yè)過程中難度最大的實(shí)驗(yàn)課之一。基因工程實(shí)驗(yàn)幾乎所有的變化都是分子水平的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果肉眼很難觀察。像我們開設(shè)的酶切制備DNA片段、感受態(tài)細(xì)胞的制備等實(shí)驗(yàn)，我們只有通過最終的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)才能觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。同時(shí)，基因工程實(shí)驗(yàn)的步驟多，連續(xù)性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)的周期都很長(zhǎng)。如果前期實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)失誤，后面的實(shí)驗(yàn)就無法開展。另外，基因工程實(shí)驗(yàn)所研究的物質(zhì)含量極微，都是毫克、微克數(shù)量級(jí)，加量或配錯(cuò)有出入，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。因此，我們把基因工程實(shí)驗(yàn)安排在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)后開展，有了分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，學(xué)生對(duì)無菌操作、微量操作和高速離心等有了一定了解。另外將實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告納入實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)的一部分，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前充分理解實(shí)驗(yàn)的原理，并了解實(shí)驗(yàn)需要注意的有關(guān)事項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)行小組負(fù)責(zé)制，讓實(shí)驗(yàn)操作準(zhǔn)確的學(xué)生任組長(zhǎng)，在實(shí)驗(yàn)過程中嚴(yán)格要求每個(gè)組員操作，狠抓標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)操作。最后，基因工程實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)操作表現(xiàn)四個(gè)方面。

1.4 學(xué)生參與科研活動(dòng)，培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力

提高學(xué)生參與科研活動(dòng)的熱情，促進(jìn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。目前湘南學(xué)院設(shè)有“開放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目”、“大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目”等。這給學(xué)生自主創(chuàng)新、自主研究提供了新的途徑，另外通過這些項(xiàng)目的鍛煉，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、文獻(xiàn)閱讀及論文寫作方面有較大提高。讓學(xué)生在自主實(shí)驗(yàn)中會(huì)更加深入掌握基因工程實(shí)驗(yàn)原理和基本技術(shù)理論，促進(jìn)其科學(xué)思維能力的發(fā)展。如結(jié)合當(dāng)?shù)靥厣珜W(xué)生申請(qǐng)了“剁辣椒中微生物的分離鑒定”這一研究課題，利用基因文庫(kù)的方法對(duì)剁辣椒中微生物進(jìn)行鑒定分析。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程同學(xué)們自己配制試劑、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，在老師的指導(dǎo)下，全過程獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，從中領(lǐng)會(huì)基因工程實(shí)驗(yàn)的操作要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，避免以往實(shí)驗(yàn)中大部分準(zhǔn)備工作由實(shí)驗(yàn)老師完成的弊端，確保在今后的科研中能獨(dú)立運(yùn)用。同時(shí)，學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中一絲不茍地做好原始結(jié)果記錄，對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題加以分析，真正的讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)

中思考，在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)步。

1.5 利用虛擬教學(xué)手段，拓展強(qiáng)化理論知識(shí)

基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在很多受實(shí)驗(yàn)儀器、藥劑的限制不能開設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以通過虛擬演示和操作讓學(xué)生對(duì)知識(shí)有系統(tǒng)全面的了解。例如，實(shí)踐教學(xué)過程中可以利用分子生物學(xué)軟件對(duì)目的基因進(jìn)行分析，設(shè)計(jì) PCR 的上、下游引物，相應(yīng) Tm 值的計(jì)算，目的基因酶切的模擬，在線序列比對(duì)等大大提升了學(xué)生的參與感，提高學(xué)習(xí)興趣。計(jì)算機(jī)的虛擬模擬化操作對(duì)條件欠缺的地方高校本科生實(shí)驗(yàn)課堂具有重要的作用，非常值得我們?nèi)ラ_發(fā)和探索。為此，我們學(xué)校設(shè)有VR教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，目前我們也正在著手基因工程VR系列實(shí)驗(yàn)的開發(fā)及應(yīng)用。

2 總結(jié)

基因工程學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域中一門實(shí)驗(yàn)性和應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，如何向?qū)W生講授基因工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)原理，訓(xùn)練其熟練掌握基因工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)和操作規(guī)范是基因工程課程的首要任務(wù)。筆者對(duì)基因工程課程實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的改革進(jìn)行了初步探索，通多對(duì)以上傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生能力的培養(yǎng)，努力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)學(xué)生實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中的參與度，真正的將高素質(zhì)復(fù)合型人才作為“雙一流”建設(shè)背景下的首要目標(biāo)。