基因工程实验教学改革探析

贾桂康 苏仕林

摘要基因工程是生物技术专业的主干课程,而基因工程实验课是基因工程的重要内容之一。针对当前基因工程实验教学的现状,结合作者多年在基因工程实验教学中的体会,就基因工程实验教学的改革问题进行了探讨。

关键词基因工程实验;教学现状;存在问题;教学改革;指导思想;基本原则

中图分类号G642.0文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)21-0300-02

20世纪70年代诞生的基因工程是生命科学的前沿,基因工程技术是一种新兴的现代生物技术。基因工程是一门以实验为基础、实践性很强的基础必修课程,通过实验能激发学生的学习兴趣,帮助学生通过实验探究形成概念、理解基础理论、掌握知识和技能,培养学生的科学态度和价值观;帮助学生发展思维能力和训练实验技能,有助于学生更深刻地认识实验在学科中的地位,提高学生的基因工程知识水平和实验技能,掌握基本的实验方法和技能,培养学生的创新精神和实践能力。与经济社会发展紧密结合的面向21世纪的教育和改革,要求高等院校转变教育思想和观念,改革传统的教学方法和教学模式,大力提倡启发式、讨论式教育,推行研究性、探索性学习,重视培养学生的创新精神和实践能力,努力培养高素质创新人才[1]。为加强百色学院本科生物技术专业的建设,在迎接本科教学水平评估的推动下,尝试对基因工程实验课程进行了教学改革,在原有验证性实验的基础上,增设了综合设计性实验,希望通过该实验课程教学改革的探索,使该课程的教学水平上到一个新的台阶,对生物技术专业本科生的创新思维和独立实践能力的培养起到添砖加瓦的作用。笔者结合当前基因工程实验教学的现状以及多年在基因工程实验教学中的体会,对实验教学的改革问题作一探讨。

1基因工程实验教学的现状及存在的问题

在基因工程实验教学上,许多教育工作者教学观念落后,对实验课只抓开出率,不问质量,实验教学处于从属于理论教学的位置,少数教师不具备熟练的实验技能。现有的实验教学内容、实验项目陈旧,演示性、验证性实验项目偏多,综合性、设计性实验很少,且实验教学的内容、目的与当今高新科技相距较远,造成实验教学与社会服务、科研、生产第一线脱节[2]。实验经费严重不足,无法购置新的仪器,旧的设备也不能及时更新,因此有许多新的实验不能开设,仪器配套数量不足,学生多人共用一套,得不到动手操作的机会,极大地影响了实验教学的质量。

2基因工程实验教学模式改革的必要性

2006年起基因工程实验课成为生物技术及应用专业专科生的必修课。笔者承担的基因工程实验课程的教学模式,主要是以实验技术人员课前准备实验材料、试剂和仪器;任课教师在课堂上讲述实验原理、步骤、注意事项后,学生按实验指导书进行操作,教师巡视指导学生完成实验;学生课后写出实验报告。具体实验内容包括细菌DNA的分离提取、动物全血样品DNA的分离提取、植物组织中DNA的分离提取、植物叶绿体DNA的分离提取、植物组织样品总RNA的分离提取、DNA浓度的分光光度计测定、DNA质量与浓度的凝胶电泳法测定、核酸的琼脂糖凝胶电泳、核酸聚丙烯酰胺凝胶电泳、蛋白质电泳、PCR技术与分析[3],这些实验内容使学生在DNA抽提与纯化、DNA定量分析、电泳技术、细菌转化和PCR技术等基因工程最基本的实验技能上得到了训练,同时对基因工程DNA体外重组的理论和原理有了更具体和深入的认识。但是这只是一些验证性的实验,从学生的实验报告及后续毕业论文等具体实践中学生所表现出的独立实验能力较低的现象,显示了这种传统的“保姆式”教学模式明显不足。在这样的教学模式下,学生学习的主观能动性得不到充分发挥,学生分析问题和解决实际问题的能力得不到充分的锻炼与提高,学习完基因工程实验课还是不能独立开展相关的实验,更谈不上进行实验方法和思路的创新。上述传统的教学模式虽然在培养学生基本实验操作技能及加深对相关理论知识的理解上有不可忽视的作用,但是它明显不适应新形势下培养具有创新和独立实践能力的高素质人才的需要。

3教学改革的基本指导思想与原则

面对21世纪社会政治、经济、科技、文化的深刻变化和迅猛发展,高等教育正面临重大的变革,必须培养应用型的科技人才。结合我国高等生物学教育存在的问题,明确全面贯彻党的教育方针,教书育人,勇于探索,突出个性,学会学习,并借鉴国内外优秀教学成果,优化课程内容,改进教学方法和手段的基本指导思想。及时更新课程内容,拓宽知识范围,注重理论联系实际,改进教学方法和手段,重启发思考,更重视运用理论知识解决现实生产实际的能力培养作为课程教学改革的基本原则。

3.1制定好教学大纲,选择好教材

教学大纲是实现教学目标而进行的教育内容要求,规定学生必须掌握的基础知识和基本技能等实质性内容,是实现人才培养目标的重要保证。结合学科发展现状和趋势以及我国人才市场需求,根据制定的生物技术专业培养计划和教育部生物工程专业教学指导委员会制定的生物技术专业规范,重新修订了基因工程实验教学大纲。此次修订的教学大纲体现了如下特点:增加了部分内容,使教学大纲的内容更加完整,如增加了制定教学大纲的依据、选择课程内容的基本原则、教学方法与手段、考核方式与成绩评定。目前,国内外出版社出版的《基因工程实验》教材版本较多,其编排体系各有特色,所编写的内容也各自有所侧重。根据生物技术专业学生应该掌握的知识体系和要使用21世纪或国家十五规划教材的规定,选用由陈宏主编、中国农业出版社出版的《基因工程实验技术》一书。

3.2转变教学观念,改进教学方法

要建立一个由校、系领导专项负责的管理体制,在实验人员的配置和资金使用上给予积极支持,对实验计划、开出率、教学质量和实验室建设等问题有明确的要求和检查。同时,要鼓励和支持教师更多地进行实验教学改革,与实验员相互配合,参与并指导实验室建设、实验的准备[3]。

改革教学方法是教育教学改革的重要内容,在实践中,越来越体会到教学方法的重要性,将以往的“填鸭式”教学转向“提问式、启发式、讨论式”教学是非常必要的;而且在传授学生知识的同时,更注重教会学生学习的方法,即学会“学习”,这些都是提高教学效果的有效措施。

3.3引入综合性、设计性实验及自选性实验

基因工程实验课程的教学模式需要进行改革,通过增加综合设计性实验,给学生提供更多提高综合和创新能力的实践平台。综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件,由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。根据上述要求,将基因工程实验课程内容分为基本实验、提高和设计研究3个阶段,综合性和设计性实验在提高和设计研究阶段完成。引入设计性实验可以培养学生对基因工程知识的融会贯通的能力、查寻文献的能力、实验方案的制定能力、动手能力及实验技能、独立解决问题的能力、组织协调能力和合作精神。2007年在2006级生物技术及应用专业的学生进行了上述综合设计性实验的首次改革实践后,搜集了学生们的意见和建议。教师在审阅设计性实验方案后,在小组内分别进行点评,再根据实验条件和可行性,建议小组讨论后具体实施其中一个方案。实验完成后,每个同学写一份实验总结报告,实验方案的优点和不足及最后实施方案的实验结果在班上进行汇报和交流,班上其他同学和指导老师分别对其进行评分。

3.4加大实验室建设和投入

实验室是基因工程研究及应用中必备的基本设施,它在基因工程研究或应用中具有非常重要的作用,因为众多的基因工程数据在实验中获得,众多的基因工程理论在实验中得以证实,从而产生新的理论推动基因工程的发展。可以说,实验室的设施完善与否,将直接影响到基因工程研究与发展,因而熟练地掌握一套基因工程实验操作技能是初学者的首要任务。此外,还需加大对实验经费的投入,更新旧的设备,购买新仪器,配足、配够实验仪器和药品,确保每一个小组有一套实验仪器,如果条件允许,最好是每个人有一套实验仪器。

4改革实践后的思考

经过2年综合设计性实验教学实践,这种介于基本教学实验与实际科学研究实验之间的新的实验教学模式深受学生欢迎。通过综合设计性实验的实践锻炼,学生对科研有了实际的感觉,实验思维和实验能力都有了不同程度的提高,这对学生在大学四年级完成毕业论文,提高毕业论文的水平是颇有好处的。同时,综合设计性实验是一种教师启发引导、学生主动参与的教学过程,师生间的互动较强对教师的知识面和实际科研能力要求比较高,需要教师和学生双方共同努力才可以获得“教学相长”的双赢结果。但是在实践中仍存在一些问题,如在实验时间的安排上,基因工程的实验课程与基因工程理论课安排在同一个学期,理论课上完才开始上实验课。由于受学时和课程衔接的限制,综合设计性实验阶段的时间只能安排在接近期末考试的时间进行,有不少学生为了准备其他课程的考试,而不能花更多的时间和精力更好地完成综合设计性实验。尽管由于时间关系,最后没有完全获得预期结果,但是目的基本达到。此外,1周的时间不够充裕,缺乏时间进行实验条件的改进,以获得更理想的预期结果。因此,在课程安排和设置上还需做些调整,在设计性选题上也需进一步改良。

另外,进行综合设计性实验,实验室必须全天开放,增加了实验经费的支出,在药品、水电的使用和仪器的正确操作等方面,学生还表现出节约意识薄弱,缺乏主人翁的态度和责任心。如有些实验需要10h以上,虽然有助于培养学生坚忍不拔的精神,但是在操作上不好管理。因此,教师在指导学生实验的同时,还需培养学生的责任心及自我管理的能力,以保障实验室有限的资源能够得到更好更充分的利用。

顺应教学改革形势的需要,不同院校都在根据自己的实际情况进行相应的教学内容和教学模式的改革,北京师范大学的分子生物学实验国家精品课程是国内率先进行综合设计性实验改革的,还有其他院校的同类实验课程教学改革的做法和经验[4-7],都是值得在今后的基因工程实验教学改革中进一步学习和借鉴的。

5结语

总之,教学改革是一项系统的改革,目前还处于摸索和实践阶段,教师的责任任重而道远,教师自身要不断地提高业务素质,不断探索、实践、总结,把教学工作开展得更有生气、更有效果,为国家培养适应新时代要求、基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、具有创新精神和创新能力的复合型、高素质的21世纪合格人才。

6参考文献

[1] 陈至立.自觉更新教育观念,积极实践素质教育思想[J].人民教育,2002(1):1.

[2] 曾小飚,蒋才云,黄珂.高校生物实验教学改革的探索[J].百色学院学报,2008,21(3):59-61.

[3] 陈宏.基因工程实验技术[M].北京:中国农业出版社,2005.

[4] 朱旭芬,赵小立.基因工程实验课程的建设与实践[J].中国大学教学,2006(3):30-31.

[5] 陈思礼,袁媛.设计性分子生物学实验教学研究[J].高等理科教育,2005(4):99-101.

[6] 卢亚萍,杨志敏.“基地班”分子生物学实验课教学探讨[J].中国农业教育,2005(4):50-51.

[7] 刘明,刘晓晴.硕士生分子生物学的实验教学改革[J].实验室研究与探索,2005,24(10):70-72.