基因工程與蛋白質(zhì)工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)探討

唐 敏，王咸壽，鄭 琳，馮秋芳，王小英，黃東愛，蔡望偉，顏冬菁

（海南醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，海南 ?？?571199）

基因工程與蛋白質(zhì)工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)是生物技術(shù)專業(yè)的核心課程之一，理論知識涉及生化與分子生物學(xué)、發(fā)酵工程與細(xì)胞生物學(xué)等多門學(xué)科，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括目的片段的獲取、片段與載體的連接、轉(zhuǎn)化、重組蛋白的表達(dá)、分離純化與鑒定等。在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)課程的教改背景下，國內(nèi)各高校生物技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課由基礎(chǔ)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)與綜合性實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)組成，旨在結(jié)合基礎(chǔ)知識和基本實(shí)驗(yàn)技能，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力[1-2]。我校自2007年生物技術(shù)招生以來，已連續(xù)培養(yǎng)9屆畢業(yè)生，在基因工程與蛋白質(zhì)工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)課的設(shè)置與實(shí)踐中積累了一些經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)將該課程的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行探討。

1 教學(xué)現(xiàn)狀

基因工程與蛋白質(zhì)工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)課程總共90學(xué)時(shí)，其中綜合性實(shí)驗(yàn)40學(xué)時(shí)，每周10學(xué)時(shí)，連續(xù)4周，占總課時(shí)的44.4%。盡管已經(jīng)建立過程性評價(jià)體系[3-4]，但依然存在以下問題：（1）實(shí)驗(yàn)案例內(nèi)容單一，僅有1個(gè)案例，學(xué)生分組后容易互相抄襲實(shí)驗(yàn)方案，不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析與解決問題能力，且實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的蛋白表達(dá)沒有活性，沒有形成完整的原核表達(dá)體系。（2）過程性考核內(nèi)容[3]雖然細(xì)化，但忽略分子克隆重在設(shè)計(jì)的重要性，如實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)對目的片段與載體的序列以及酶切位點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，且手寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告不利于學(xué)生將設(shè)計(jì)思路與結(jié)果在報(bào)告中展示出來。

2 教學(xué)改進(jìn)的措施

2.1 優(yōu)化現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)案例，增加新的實(shí)驗(yàn)案例

參考文獻(xiàn)的方法[5]，在原來實(shí)驗(yàn)案例（人G6PD基因的原核表達(dá)載體構(gòu)建、表達(dá)與純化）基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)，表達(dá)有活性的G6PD蛋白；同時(shí)增加1個(gè)新的實(shí)驗(yàn)案例（人堿性磷酸酶的原核構(gòu)建與表達(dá)）。

2.2 優(yōu)化課程教學(xué)方法

鑒于往年教師在指導(dǎo)學(xué)生的過程中，僅注重實(shí)驗(yàn)操作與結(jié)果，在優(yōu)化教學(xué)過程中我們更側(cè)重教師分階段進(jìn)行點(diǎn)評與指導(dǎo)，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生獲取信息能力、動(dòng)手能力和分析解決問題能力，特別是使用軟件分析基因序列、設(shè)計(jì)引物、分析產(chǎn)物大小等前期工作，因?yàn)榉肿涌寺?shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒?，取決于前期準(zhǔn)備工作。

2.3 優(yōu)化考核方式

從實(shí)驗(yàn)方案準(zhǔn)備與實(shí)驗(yàn)操作（30分）、實(shí)驗(yàn)記錄（25分）、PPT匯報(bào)（15分）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（15分）、組內(nèi)互評（5分）、知識點(diǎn)測評（10分）共6個(gè)方面對學(xué)生進(jìn)行考核。除注重過程性評價(jià)，還增加方案準(zhǔn)備的分?jǐn)?shù)比例與實(shí)驗(yàn)記錄，考查學(xué)生是否具備尊重原始實(shí)驗(yàn)記錄，不篡改數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)精神。另外，增加對知識點(diǎn)的測評一項(xiàng)，考查學(xué)生是否能理論聯(lián)系實(shí)際。

3 教學(xué)改進(jìn)的實(shí)踐

我們在2014級、2015級與2016級生物技術(shù)學(xué)生中進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。使用兩個(gè)優(yōu)化后的綜合實(shí)驗(yàn)案例：野生型、突變型人G6PD基因的原核表達(dá)載體構(gòu)建、純化與活性比較；人堿性磷酸酶基因的原核表達(dá)載體構(gòu)建與表達(dá)。以6～10名學(xué)生為一組完成綜合性實(shí)驗(yàn)。以人G6PD基因的原核表達(dá)載體構(gòu)建與純化為例，采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)流程：獲得基因、酶切、連接、轉(zhuǎn)化、鑒定重組質(zhì)粒、表達(dá)，在40學(xué)時(shí)內(nèi)一組學(xué)生很難完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，可由兩組學(xué)生分工完成，一組構(gòu)建重組質(zhì)粒，另一組直接從重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化表達(dá)菌開始，誘導(dǎo)表達(dá)并測定酶活。加上增加的案例，不同組學(xué)生之間實(shí)驗(yàn)不一樣，減小大家互相抄襲的范圍。

4 教學(xué)改進(jìn)的效果與反思

4.1 學(xué)生的基礎(chǔ)知識需要加強(qiáng)和鞏固

在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的基礎(chǔ)知識對綜合實(shí)驗(yàn)操作非常重要，早進(jìn)實(shí)驗(yàn)室跟著教師做課題的學(xué)生動(dòng)手能力強(qiáng)，建議鼓勵(lì)學(xué)生早進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)，或積極參加大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，有利于培養(yǎng)科學(xué)思維與動(dòng)手能力，避免出現(xiàn)一些很低級的錯(cuò)誤，如瓊脂糖凝膠沒有煮透就灌膠，導(dǎo)致電泳條帶不清晰等。再如很多學(xué)生沒有看說明書的習(xí)慣，對英文說明有恐懼，而中文說明書也懶得看，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過程中酶與buffer拿錯(cuò)，例如pyrobest酶的buffer與rTag酶一起用，擴(kuò)增無條帶，可在專業(yè)英語課程中引入對實(shí)驗(yàn)步驟英文說明書的解讀。

4.2 實(shí)驗(yàn)案例及設(shè)計(jì)有待優(yōu)化

新增的實(shí)驗(yàn)案例優(yōu)選活性容易測定的酶蛋白，例如堿性磷酸酶的活性測定是生物化學(xué)課程的一個(gè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，簡單易操作。該案例與人G6PD基因的原核載體構(gòu)建與表達(dá)的區(qū)別在于基因序列的查找，可考查學(xué)生生物信息學(xué)查找序列與分子設(shè)計(jì)的能力以及建立體系測定酶活的能力。除了教學(xué)實(shí)驗(yàn)室增加的案例外，可借鑒科研成果，讓科研成果反哺教學(xué)，引入哺乳動(dòng)物的表達(dá)體系等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

目前綜合實(shí)驗(yàn)的克隆都采用傳統(tǒng)的分別酶切PCR產(chǎn)物與載體后連接、轉(zhuǎn)化，篩選陽性克隆的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)方法比較耗時(shí)，在教學(xué)經(jīng)費(fèi)充裕的前提下，可考慮用無縫連接的方法做克隆，該方法1天之內(nèi)可完成傳統(tǒng)方法3天的實(shí)驗(yàn)，即PCR、膠回收、酶切、連接。使用新的方法，跟上科技發(fā)展的腳步，有助于擴(kuò)大學(xué)生的知識面。

4.3 各教學(xué)部門之間需要努力協(xié)調(diào)

該課程的綜合實(shí)驗(yàn)前安排35學(xué)時(shí)的分子克隆實(shí)驗(yàn)，即人β珠蛋白基因片段的克隆，初衷是讓學(xué)生掌握基因克隆的操作，有利于綜合實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，但在綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生依然沒有辦法獨(dú)自完成實(shí)驗(yàn)，甚至需要教師手把手教，說明沒有達(dá)到教學(xué)效果，可能是因?yàn)轵?yàn)證性實(shí)驗(yàn)都是實(shí)驗(yàn)室的教師準(zhǔn)備好試劑，而綜合實(shí)驗(yàn)中是學(xué)生自己配置試劑，很多學(xué)生不清楚如何配置溶液。將這35學(xué)時(shí)的內(nèi)容換成綜合實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生從一開始就做綜合實(shí)驗(yàn)的克?。?5學(xué)時(shí)），接著做綜合實(shí)驗(yàn)的誘導(dǎo)表達(dá)與酶活的測定（40學(xué)時(shí)），讓參與綜合實(shí)驗(yàn)的學(xué)生能完成構(gòu)建到表達(dá)的全過程。再如在課時(shí)的安排上，基因克隆實(shí)驗(yàn)需要過夜培養(yǎng)菌，實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)應(yīng)連續(xù)，而不是每周一次課，且學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課的前一天和后一天都在上別的課程，其無法分身，也無法一氣呵成，所以一個(gè)組的學(xué)生在40學(xué)時(shí)內(nèi)無法完成所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。由于授課計(jì)劃的更改需要涉及課程負(fù)責(zé)人、專業(yè)負(fù)責(zé)人與教務(wù)之間的溝通，過程比較復(fù)雜，不是任課教師能決定的，而授課時(shí)間的安排是由教務(wù)處來安排，這些都需要互相協(xié)調(diào)。