“基因工程實(shí)驗(yàn)”教學(xué)改革實(shí)踐與體會(huì)

曾馳

摘 要 分析了以往“基因工程實(shí)驗(yàn)”教學(xué)中存在的問題，并從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)組織形式、實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式、成績評價(jià)方式等方面介紹了“基因工程實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)改革的實(shí)踐與體會(huì)。

關(guān)鍵詞 基因工程實(shí)驗(yàn) 教學(xué)改革 綜合性實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2020.01.059

Reform and Achievement of "Genetic Engineering Experiment" Teaching

ZENG Chi

（School of Biology and Pharmaceutical Engineering， Wuhan Polytechnic University， Wuhan， Hubei 430023）

Abstract The existing problems of genetic engineering experiment teaching were analyzed. The reform and achievement of genetic engineering experiment teaching were introduced from the aspects of experimental teaching content， organization form of teaching， form of experimental report and evaluation mode.

Keywords genetic engineering experiment; teaching reform; comprehensive experiment

基因工程是20世紀(jì)70年代誕生的，以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，對生物進(jìn)行分子遺傳改造的高新技術(shù)?；蚬こ虒?shí)驗(yàn)技術(shù)是生物領(lǐng)域最重要的實(shí)驗(yàn)技術(shù)之一。掌握基因工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)是當(dāng)代生物工程和生物技術(shù)領(lǐng)域從業(yè)者的基本要求。[1]

“基因工程實(shí)驗(yàn)”是我校生物工程和生物技術(shù)專業(yè)的主干課程。為了提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，武漢輕工大學(xué)“基因工程實(shí)驗(yàn)”教學(xué)團(tuán)隊(duì)對“基因工程實(shí)驗(yàn)”課程進(jìn)行了教改探索，對“基因工程實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)組織形式、實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式、成績評價(jià)方式等方面進(jìn)行了深入的改革，推進(jìn)學(xué)生自主式、合作式、研究式的教學(xué)模式，取得了較好的效果。

1 以往“基因工程實(shí)驗(yàn)”教學(xué)中存在的問題

1.1 教學(xué)時(shí)間安排不科學(xué)

以往“基因工程實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)內(nèi)容包括DNA的分離和凝膠電泳檢測、PCR技術(shù)、大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞的制備和轉(zhuǎn)化等，每周開設(shè)一次。但是，基因工程實(shí)驗(yàn)是一個(gè)涉及提、切、接、轉(zhuǎn)、檢等操作程序的連貫過程。傳統(tǒng)的“基因工程實(shí)驗(yàn)”教學(xué)安排將連貫的基因工程實(shí)驗(yàn)過程割裂成若干個(gè)孤立的小實(shí)驗(yàn)，割裂了基因工程實(shí)驗(yàn)過程的內(nèi)在邏輯聯(lián)系。學(xué)生對基因工程實(shí)驗(yàn)過程難以形成整體的印象。

1.2 教學(xué)模式不以學(xué)生為中心

以往“基因工程實(shí)驗(yàn)”采用以教師為中心的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。在這種教學(xué)模式中，學(xué)生不需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，也無需深入的思考，只需要很機(jī)械的模仿和驗(yàn)證。學(xué)生不是學(xué)習(xí)的主體，不僅不能理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理，甚至無法獨(dú)立分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)成敗的原因。這種教學(xué)模式扼殺了學(xué)生的能動(dòng)性，限制了學(xué)生的創(chuàng)造性思維，違背了以學(xué)生為本的教育目標(biāo)。學(xué)生的后續(xù)基因工程實(shí)驗(yàn)實(shí)踐（例如畢業(yè)論文）反映學(xué)生的基因工程實(shí)驗(yàn)?zāi)芰^差，表明“基因工程實(shí)驗(yàn)”的傳統(tǒng)教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思維方面存在嚴(yán)重缺陷，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲，也不利于培養(yǎng)當(dāng)代生物工程和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)需要的創(chuàng)新型人才。

1.3 實(shí)驗(yàn)報(bào)告相互割裂

以往“基因工程實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式是每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目寫一份獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這樣的實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式只適用于沒有連續(xù)性的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生加深對實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和方法的印象。但基因工程?shí)驗(yàn)的連貫過程在這樣的割裂性的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中無法得到體現(xiàn)。在這樣的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫過程中，學(xué)生的思維被束縛在單一的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，無意探求該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與“基因工程實(shí)驗(yàn)”其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的邏輯聯(lián)系，以及該該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的結(jié)果對“基因工程實(shí)驗(yàn)”其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的影響，難以對“基因工程實(shí)驗(yàn)”的各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目形成整體的理解。

1.4 成績評價(jià)不全面

以往“基因工程實(shí)驗(yàn)”課程的成績評價(jià)主要是根據(jù)實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)、出勤和實(shí)驗(yàn)報(bào)告這幾項(xiàng)進(jìn)行綜合，其中實(shí)驗(yàn)報(bào)告權(quán)重較大。部分教師甚至將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為成績評價(jià)的唯一依據(jù)。這種方式無法對學(xué)生的“實(shí)驗(yàn)過程”進(jìn)行準(zhǔn)確評價(jià)，導(dǎo)致學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)報(bào)告而輕視實(shí)驗(yàn)過程。部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中敷衍甚至根本不參與實(shí)驗(yàn)操作。有的學(xué)生甚至在課下編造或抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種評價(jià)方式不但難以反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)，而且會(huì)挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。為了解決這個(gè)問題，必須建立一個(gè)更客觀全面的學(xué)生成績評價(jià)體系。

“基因工程實(shí)驗(yàn)”是我校生物類專業(yè)學(xué)生必修的主干課。和微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)等學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)不同，“基因工程實(shí)驗(yàn)”重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。因此，?yīng)該將學(xué)生的綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Χ皇腔緦?shí)驗(yàn)技能的掌握情況作為成績評價(jià)的重點(diǎn)。此外，學(xué)生的創(chuàng)新能力也應(yīng)作為重要的評價(jià)指標(biāo)。

2 “基因工程實(shí)驗(yàn)”教改舉措

2.1 改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

完整的基因工程實(shí)驗(yàn)流程包括6 個(gè)步驟——“分離”、“酶切”、“酶連”、“轉(zhuǎn)化”、“篩選”、“表達(dá)”，最終將含有外源基因的重組DNA轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞并獲得外源基因的表達(dá)產(chǎn)物。以往的“基因工程實(shí)驗(yàn)”教學(xué)內(nèi)容僅僅包含“基因組DNA的提取”、“聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（Polymerase Chain Reaction）”、“瓊脂糖凝膠電泳”、“限制性內(nèi)切酶反應(yīng)”和“質(zhì)粒DNA的提取”，沒有體現(xiàn)基因工程操作完整流程。

“基因工程實(shí)驗(yàn)”課程內(nèi)容設(shè)計(jì)應(yīng)該擯棄驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，體現(xiàn)基因工程的“工程”概念，體現(xiàn)整體性和連貫性。[2]基于此，我們將“基因工程實(shí)驗(yàn)”的各個(gè)小實(shí)驗(yàn)綜合成一個(gè)大實(shí)驗(yàn)。整個(gè)大實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，不能分割，前一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K取得正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果后才能開展下一步實(shí)驗(yàn)。

我們設(shè)計(jì)的“基因工程實(shí)驗(yàn)”大實(shí)驗(yàn)包括6個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K“PCR擴(kuò)增制備目的基因和電泳檢測”、“質(zhì)粒DNA的小量制備”、“PCR產(chǎn)物與載體的酶切與凝膠回收純化”、“目的基因片段與載體連接”、“大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞的制備和轉(zhuǎn)化”、“工程菌的誘導(dǎo)和酶活性檢測”。由于表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)檢測所用的SDS-聚丙烯酰氨凝膠電泳（SDS-PAGE）已經(jīng)在“生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程中開設(shè)，為避免重復(fù)，本課程不安排相關(guān)內(nèi)容。我們設(shè)計(jì)的“基因工程實(shí)驗(yàn)”大實(shí)驗(yàn)?zāi)依税ā胺蛛x”、“酶切”、“酶連”、“轉(zhuǎn)化”、“篩選”、“表達(dá)”6 個(gè)步驟在內(nèi)的完整的基因工程實(shí)驗(yàn)流程，滿足了課程培養(yǎng)要求。

2.2 改革教學(xué)組織形式

我們對“基因工程實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)組織方式進(jìn)行了深入改革，讓學(xué)生自行主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)流程，自行操作，自行獲取和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

傳統(tǒng)的一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目約為3學(xué)時(shí)。但基因工程實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，多種因素導(dǎo)致3學(xué)時(shí)無法順利完成1個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。因此，我們將“基因工程實(shí)驗(yàn)”安排在周末開設(shè)。每4名學(xué)生編為一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組。實(shí)驗(yàn)室從早上8 ： 00到晚上7 ： 00向?qū)W生開放。學(xué)生需要認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，完成基因工程大實(shí)驗(yàn)“預(yù)習(xí)報(bào)告”，經(jīng)教師審閱同意后才能進(jìn)入基因工程實(shí)驗(yàn)室操作?！盎蚬こ虒?shí)驗(yàn)”“預(yù)習(xí)報(bào)告”的內(nèi)容包括：①實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ②實(shí)驗(yàn)方案;③指導(dǎo)教師意見。目的是讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真預(yù)習(xí)，為獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作奠定基礎(chǔ)。

在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程中， 教師不過度干涉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)安排，而是主要進(jìn)行巡回指導(dǎo)和答疑，提供昂貴試劑（如酶）等，并對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行把關(guān)和評價(jià)。有的小組在個(gè)別實(shí)驗(yàn)?zāi)K中實(shí)驗(yàn)失敗，則需要與教師討論失敗的原因， 方可向其他成功小組索取實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)入下一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

2.3 改革實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式

基因工程實(shí)驗(yàn)是一套繁雜的流程，其中一些步驟如細(xì)菌培養(yǎng)、質(zhì)粒提取、凝膠電泳等需要多次重復(fù)。傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”不適于這種綜合性大實(shí)驗(yàn)。[3]因此指導(dǎo)教師要求學(xué)生認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)過程中的每一步操作和結(jié)果，整理成“實(shí)驗(yàn)記錄”交教師查閱，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)、撰寫出題為“地衣芽孢桿菌 -淀粉酶基因在大腸桿菌中的表達(dá)研究”的基因工程“實(shí)驗(yàn)論文”?！皩?shí)驗(yàn)論文”的格式與碩士學(xué)位論文的格式類似，包括摘要、前言、材料與方法、結(jié)果與討論和參考文獻(xiàn)等。

為較好完成基因工程“實(shí)驗(yàn)論文”，要求學(xué)生查閱“基因工程實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)文獻(xiàn)。以往的“基因工程實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖片一般是由教師采集、軟件處理，學(xué)生貼入實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。改革后，由學(xué)生自己拍照、精修，以合適的方式呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此外，針對“實(shí)驗(yàn)論文”的討論部分，鼓勵(lì)學(xué)生將自己的結(jié)果與其他實(shí)驗(yàn)組結(jié)果、文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果進(jìn)行深入比較和討論，從而培養(yǎng)學(xué)生分析結(jié)果和撰寫論文的能力。

2.4 改革成績評價(jià)方式

我們通過摸索，建立了一套涵蓋“考勤”、“課堂表現(xiàn)”、“實(shí)驗(yàn)記錄”和“實(shí)驗(yàn)論文”4個(gè)方面的成績評價(jià)方式?！翱记凇?、“課堂表現(xiàn)”、“實(shí)驗(yàn)記錄”和“實(shí)驗(yàn)論文”分別占“基因工程實(shí)驗(yàn)”最終成績的15%、20%、15%和50%。 “考勤”項(xiàng)100分，缺勤1次扣15分?！翱记凇钡陀?0分，直接取消“基因工程實(shí)驗(yàn)”最終成績。沒有自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作的，該次實(shí)驗(yàn)“課堂表現(xiàn)”為0分。絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為以上成績評價(jià)方式比較全面、公正。

3 教改效果與反思

我們的“基因工程實(shí)驗(yàn)”教改經(jīng)過幾個(gè)學(xué)年的實(shí)踐，取得了較好的效果，受到學(xué)生的廣泛歡迎。接受教改“基因工程實(shí)驗(yàn)”學(xué)生的基因工程實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ο啾韧鶎脤W(xué)生大為提高，這一點(diǎn)在學(xué)生本科畢業(yè)論文中體現(xiàn)得尤為明顯。

“基因工程實(shí)驗(yàn)”教改實(shí)踐也發(fā)現(xiàn)了一些難題。首先，大多數(shù)高校實(shí)驗(yàn)課程經(jīng)費(fèi)有限。學(xué)生自主開展的“基因工程實(shí)驗(yàn)”綜合性大實(shí)驗(yàn)耗資較大，一般大學(xué)難以承受。其次，教改后“基因工程實(shí)驗(yàn)”大實(shí)驗(yàn)過程復(fù)雜，耗時(shí)較長，實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間難以固定，教師工作壓力較大，而且還伴隨儀器設(shè)備和有毒有害藥品難于管理、貴重藥品浪費(fèi)等問題。最后，由于實(shí)驗(yàn)條件有限，“基因工程實(shí)驗(yàn)”是以小組的形式完成的。如何對每個(gè)小組成員進(jìn)行公正、合理的成績評價(jià)也是一個(gè)重要的問題，有待在今后的實(shí)踐中探索。

基金項(xiàng)目：2017年武漢輕工大學(xué)校級教學(xué)研究項(xiàng)目（XM2017002）

參考文獻(xiàn)

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