突出應(yīng)用型人才培養(yǎng)的微生物遺傳育種實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建

成 堃，王小霞，高 星，蔡曉明，張明軒

(齊魯理工學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250200)

2018年，全國(guó)第一個(gè)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換綜合試驗(yàn)區(qū)在山東設(shè)立，綜合試驗(yàn)區(qū)的設(shè)立為全面增強(qiáng)山東省的科技創(chuàng)新力和競(jìng)爭(zhēng)力提供了重大機(jī)遇，也對(duì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的創(chuàng)新能力、專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)提出了更高的要求[1]。我校是應(yīng)用型本科院校，我校開(kāi)設(shè)的生物工程專(zhuān)業(yè)立足山東，面向全國(guó)，旨在培養(yǎng)生物工程專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用型學(xué)生，更好的從事生物工程領(lǐng)域的新興產(chǎn)業(yè)，為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力的人才支撐。

微生物是生物工程的重要組成部分，優(yōu)良的微生物在釀酒、酶制劑、制藥、化工污水處理等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用[2-5]。因此，對(duì)微生物、尤其是工業(yè)微生物進(jìn)行誘變選育，以篩選出符合規(guī)?；a(chǎn)要求、性能優(yōu)良的菌種，對(duì)行業(yè)發(fā)展具有重要意義。微生物遺傳育種是研究微生物遺傳學(xué)原理、育種方法的一門(mén)學(xué)科，是生物工程、生物技術(shù)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的必修課程之一，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是重要的組成部分，是學(xué)生強(qiáng)化所學(xué)理論知識(shí)、掌握微生物遺傳育種的思路、基本實(shí)驗(yàn)方法和操作技能的重要途徑[6]，為今后在工作崗位中能夠獨(dú)立開(kāi)展微生物選育工作奠定基礎(chǔ)。

但是，由于微生物遺傳育種的實(shí)驗(yàn)成功率偏低，實(shí)驗(yàn)條件有限，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新慢、與生產(chǎn)實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重，而且不同實(shí)驗(yàn)課程之間存在實(shí)驗(yàn)重復(fù)的現(xiàn)象，造成學(xué)生對(duì)微生物遺傳育種實(shí)驗(yàn)的重視度不高，學(xué)習(xí)積極性差，雖然課堂出勤率高，但是對(duì)待實(shí)驗(yàn)態(tài)度消極，敷衍了事。根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中暴露出來(lái)的問(wèn)題，結(jié)合近幾年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，我們從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面進(jìn)行了改革，努力提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力強(qiáng)、思路活躍、獨(dú)立思考能力強(qiáng)的學(xué)生。

1 修訂實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

我校生物工程專(zhuān)業(yè)微生物遺傳育種實(shí)驗(yàn)共計(jì)24學(xué)時(shí)，改革之前的教學(xué)大綱，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目偏多(表1)，主要針對(duì)學(xué)生基本技能的培養(yǎng)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間都是孤立的，缺少連貫性和應(yīng)用性；少數(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與其他實(shí)驗(yàn)課程的有重復(fù)。因此，我們認(rèn)真學(xué)習(xí)、研究了《微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》、《分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》等相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱；并對(duì)山東省內(nèi)的一些生物發(fā)酵類(lèi)、環(huán)保類(lèi)企業(yè)開(kāi)展調(diào)研，了解企業(yè)對(duì)生產(chǎn)、技術(shù)人員的知識(shí)儲(chǔ)備需求和現(xiàn)狀；通過(guò)對(duì)課堂教學(xué)、企業(yè)的深入了解，重新構(gòu)建了微生物遺傳育種實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容體系，修改完善教學(xué)大綱。

首先刪減了與微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)等重復(fù)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將部分基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)整合，修訂后的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目全部為應(yīng)用性、綜合性實(shí)驗(yàn)(表2)。例如，大腸桿菌質(zhì)粒的提取、感受態(tài)的制備與轉(zhuǎn)化在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)開(kāi)設(shè)過(guò)，而生產(chǎn)上以芽孢桿菌屬細(xì)菌為生產(chǎn)菌種的生物產(chǎn)品不在少數(shù)，如堿性蛋白酶[3]、核黃素[4]等，但是芽孢桿菌屬細(xì)菌感受態(tài)的制備、轉(zhuǎn)化與大腸桿菌差別很大，因此，我們將大腸桿菌基因重組育種的內(nèi)容調(diào)整為枯草芽孢桿菌的基因重組育種。修訂后的微生物遺傳育種實(shí)驗(yàn)大綱中還增加了選做實(shí)驗(yàn)，供任課教師靈活選用，避免每個(gè)開(kāi)課班級(jí)、學(xué)期實(shí)驗(yàn)重復(fù)率高。

表1 微生物遺傳育種實(shí)驗(yàn)改革前的教學(xué)內(nèi)容

表2 修訂后的微生物遺傳育種實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

2 合理利用翻轉(zhuǎn)課堂，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法體系

翻轉(zhuǎn)課堂是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新的教學(xué)模式，除了在理論課教學(xué)中被廣泛使用，越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)課程也將翻轉(zhuǎn)課堂引入到教學(xué)中[7-9]。利用翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生可以在線(xiàn)上學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理，預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)流程，大大減少了教師在課堂上的講解時(shí)間，將課堂時(shí)間最大限度的用于實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展。

在教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，由學(xué)生替代教師講解某個(gè)知識(shí)點(diǎn)，更能吸引學(xué)生的注意力，教學(xué)效果比教師講解更好。因此，我們嘗試安排每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組負(fù)責(zé)將一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)原理錄制成視頻，每個(gè)視頻時(shí)長(zhǎng)5～10 min。通過(guò)安排學(xué)生錄制視頻，激勵(lì)了學(xué)生課下認(rèn)真準(zhǔn)備，只有自己把實(shí)驗(yàn)原理吃透，才能在錄制視頻時(shí)表現(xiàn)的駕輕就熟。同時(shí)，鼓勵(lì)各個(gè)小組從網(wǎng)上搜集與實(shí)驗(yàn)主題有關(guān)的素材，不斷豐富完善線(xiàn)上內(nèi)容。授課教師負(fù)責(zé)將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的關(guān)鍵操作技術(shù)錄制成視頻供學(xué)生觀(guān)看，以幫助學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)流程，了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)。

3 完善實(shí)踐教學(xué)的考核方法，建立科學(xué)合理的考核評(píng)分體系

考核是反映教學(xué)效果、檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的重要手段。通過(guò)考核，能夠發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)流程中相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，同時(shí)也能了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作情況，對(duì)儀器設(shè)備的操作使用掌握情況，并且提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性、主動(dòng)性，更好的促進(jìn)對(duì)理論課程的學(xué)習(xí)。因此，制定一套科學(xué)合理、相對(duì)公平公正、能夠反映學(xué)生真實(shí)學(xué)習(xí)情況的考核評(píng)分體系是十分重要的。改革前的微生物遺傳育種實(shí)驗(yàn)考核包括預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告四部分，對(duì)學(xué)生的考核仍不夠全面。對(duì)此，我們結(jié)合實(shí)際，對(duì)考核方法進(jìn)行細(xì)化、改革。

新的考核評(píng)分體系分為平時(shí)成績(jī)、操作考試和筆試三部分，其中平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的50%，包括實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備階段、實(shí)驗(yàn)中、實(shí)驗(yàn)后三部分；操作考試、筆試分別占總成績(jī)的30%、20%。

3.1 平時(shí)成績(jī)

實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備占平時(shí)成績(jī)的30%，一般提前一周向?qū)W生發(fā)布新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，進(jìn)行文獻(xiàn)資料的查閱、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、儀器設(shè)備、藥品試劑等的準(zhǔn)備，并形成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，于實(shí)驗(yàn)前2天交上。實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備階段重在考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思路是否正確、新穎。例如，針對(duì)枯草芽孢桿菌的轉(zhuǎn)化，有的小組采用經(jīng)典的化學(xué)轉(zhuǎn)化法[10]，有的小組采用電轉(zhuǎn)化法[11]；對(duì)于化學(xué)轉(zhuǎn)化法所需儀器設(shè)備簡(jiǎn)單，但是轉(zhuǎn)化率低；電轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)化率高，但是需要使用較為精密昂貴的電轉(zhuǎn)儀進(jìn)行質(zhì)粒轉(zhuǎn)化。根據(jù)每個(gè)小組上交的實(shí)驗(yàn)方案，指導(dǎo)教師給予點(diǎn)評(píng)，對(duì)不合理的方案提出修改意見(jiàn)，這可以綜合體現(xiàn)出學(xué)生對(duì)中外文獻(xiàn)資料的查閱能力和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際科研問(wèn)題的能力。每個(gè)小組的成員分工合作，有的同學(xué)負(fù)責(zé)準(zhǔn)備藥品、試劑、各種實(shí)驗(yàn)耗材；有的同學(xué)負(fù)責(zé)配制試驗(yàn)用溶液；有的同學(xué)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、準(zhǔn)備、調(diào)試儀器設(shè)備。任何一位同學(xué)的工作都有可能影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此，通過(guò)這個(gè)過(guò)程很好的培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

實(shí)驗(yàn)中占平時(shí)成績(jī)的30%，考查學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，如出勤率、儀器設(shè)備使用的規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后實(shí)驗(yàn)室的清潔、儀器設(shè)備、藥品的歸位、小組成員之間的團(tuán)隊(duì)協(xié)作等。

實(shí)驗(yàn)后考核重點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成質(zhì)量，占平時(shí)成績(jī)的40%，要求學(xué)生如實(shí)報(bào)告實(shí)驗(yàn)結(jié)果并附上原始實(shí)驗(yàn)記錄，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的重點(diǎn)應(yīng)體現(xiàn)在分析、討論實(shí)驗(yàn)中的不足及改進(jìn)措施等。明確考核成績(jī)不以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為唯一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于未得出滿(mǎn)意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果、但是認(rèn)真分析討論的實(shí)驗(yàn)報(bào)告仍然判高分。例如，在“大腸桿菌營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的篩選”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，有的小組未能篩選出營(yíng)養(yǎng)缺陷型，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中進(jìn)行了詳盡的討論。有的小組選擇紫外線(xiàn)作為誘變劑，認(rèn)為在誘變過(guò)程中可能由于操作不當(dāng)，發(fā)生了光復(fù)活，導(dǎo)致突變率降低；有的小組采用亞硝酸鈉制備亞硝酸，用亞硝酸進(jìn)行誘變育種。亞硝酸不穩(wěn)定，易分解，也可能導(dǎo)致突變率降低。學(xué)生經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的深入分析、總結(jié)，既查漏補(bǔ)缺，夯實(shí)了理論知識(shí)，又促進(jìn)學(xué)生不斷完善實(shí)驗(yàn)方案，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的。

3.2 操作考試和筆試

操作考試為學(xué)生在現(xiàn)場(chǎng)抽簽確定實(shí)驗(yàn)考核內(nèi)容并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，所有考核內(nèi)容都制定了考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)并賦分，使考核盡可能客觀(guān)的評(píng)定學(xué)生的掌握情況。筆試采用閉卷形式，考試時(shí)間限定為60 min。筆試內(nèi)容主要以綜合題為主，考察學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的掌握、對(duì)所學(xué)知識(shí)的活學(xué)活用。

4 結(jié)語(yǔ)

改革后的微生物遺傳育種實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式三個(gè)方面綜合培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、運(yùn)用理論知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，同時(shí)還激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)態(tài)度、技能、對(duì)理論知識(shí)的掌握與靈活運(yùn)用比改革前發(fā)生了極大的改善與提高。微生物遺傳育種技能是生物工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生必須具備的專(zhuān)業(yè)技能，作為應(yīng)用型本科院校，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中還將不斷完善微生物遺傳育種實(shí)驗(yàn)的課程建設(shè)，努力提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)與能力。