基因工程实验教学改革的实践探析

魏 麟, 刘胜贵, 付 明, 邹 娟, 向孙军, 牛友芽

(怀化学院生命科学系,湖南怀化 418008)

基因工程自20世纪70年代诞生以来,就得到了迅猛发展,取得了许多令人瞩目的成就,其方法与技术已经渗透到现代生命科学的各个分支领域,目前已成为生命科学四大工程领域中最具发展潜力的前沿学科之一[1].基因工程实验技术是生物技术和生物工程领域的主导性技术,熟练掌握该技术已成为现代生物科学工作者的首要任务之一[2].基因工程实验是加强学生的感性认识、提高学生的学习兴趣、培养理论与实践相结合、提高科学思维能力和独立操作能力的最佳途径及必不可少的教学环节[3].通过实验,可以训练和培养学生查阅科学文献、设计实验过程、观察和记录实验现象、分析和解释实验结果、富有逻辑地将结果表达出来的能力.

基因工程实验是生物工程专业的一门专业必修课程,在高年级中开设.因此,这门课程也是学生进入科学研究或其他专业工作岗位前的一种职业培训,在培养学生能力和素质方面具有特殊重要的意义.

1 基因工程实验教学中存在的问题

1.1 课程安排的间断性和教学内容的片面性

以往的基因工程实验教学内容包括动物、植物、微生物DNA的分离提取,DNA浓度测定,琼脂糖凝胶电泳,核酸聚丙烯酰胺凝胶电泳,蛋白质SDS-PAGE电泳,PCR技术等,这些内容不能较全面的体现基因工程所涉及的提、切、接、转、检等基本实验技能,表现出教学内容的片面性.而且,在时间的安排上,实验课紧跟理论课每周开设一次.这样的安排,对学生理解和掌握基因工程原理,提高基因工程实验操作技能有一定的帮助.但是,基因工程实验是一个连贯的操作程序,其过程连续性强、步骤多、延续的时间长,传统的教学安排,打破了实验过程的内在联系,隔断了原来具有系统性的知识,使本身连贯的实验过程变成了一个个相互孤立的小实验,学生获得的是一些零星的概念,缺乏对基因工程实验过程的整体印象,难以获得对基因工程实验整体的操作技术能力,从而达不到基因工程产品产业化开发与应用的技术要求.

1.2 实验报告的局限性和不适应性

常规教学中实验报告是学生完成一个实验项目,写一个实验报告,且实验报告只有实验目的、实验原理、实验仪器设备与材料、实验步骤等实验内容.这种实验报告对于低年级学生掌握常规实验要求和方法发挥了重要的作用,但对已经积累一定实验操作经验的高年级学生则不适应.受传统实验报告要求的影响,学生在实验时思维被束缚在规定的项目要求上,只就问题解决问题,没有创造性地提出问题、分析问题、更不可能创造性地解决问题.因而很难激发学生主动获取知识的热情,也严重地制约了学生创造性思维能力的发展.这种传统的实验教学,不利于创新型人才培养,也与当今社会发展所需人才必须具备的能力素质很不适应.

1.3 教学方式的单一性和机械性

每一堂课均由教师首先介绍实验目的与要求,讲述实验原理、实验材料、实验步骤方法,分析及讨论实验结果,最后布置作业,这是传统的实验教学方式.这种方式可以说自初中开设实验课以来,一直沿用的“经典”教学方法.诚然这种方式在培养学生的操作能力、观察能力等方面确实发挥了重要作用.认真细致的学生在听懂教师的讲述之后,动手操作实验时认为知其然,也知其所以然,在整个实验过程中学生的思维都是以原理为准绳,限制了思维的活跃性,而且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,显示了这种传统的教学模式明显不足[4].在培养学生独立创造性思维能力方面存在严重缺陷,无法激发学生浓厚的学习兴趣和求知欲,也不利于培养适应当今社会发展所需的创新应用型人才.

2 基因工程实验教学改革的具体措施

案,独立完成实验过程,如试剂的配制、实验材料的准备、实验操作步骤的完成、实验结果的分析;教师在实验过程中不断纠正学生不正确操作,查看学生的实验结果,指导分析实验结果.在开放性实验教学中,在学生选择实验项目后,指导学生查阅相关的文献资料,由学生独立设计实验方案,经教师批阅后可在开放实验室中独立完成全部实验程序,教师主要引导同学们借助文献进行设计实验方案和结果分析.由于实验过程是一个连续性整体,前面每一个操作步骤都会影响后面的结果,因此同学们在实验过程中都力求设计正确,操作规范、减少误差.这样的教学方法可以充分调动学生学习自主性和积极性,有效地培养了学生的实验操作能力,使学生逐步形成了严谨的治学态度和科学研究习惯.

2.1 优化实验教学内容

在实验教学内容上,应打破实验项目自身的封闭性和不连续性,加强和完善实验内容的系统性、完整性,体现教学的综合性与整体性,使实验教学内容突出基础厚、重心低、知识全等特点.我们将实验内容分为必修和选修两部分,必修部分为基础性实验,包括质粒DNA的提取、PCR扩增目的基因、DNA的回收与纯化、DNA重组、重组子筛选与鉴定、目的基因在大肠杆菌中的表达等内容;选修部分为开放性实验,学生可根据自己的学习兴趣,按照开放实验要求,选择其中一个与教师科研课题紧密相关的实验项目,设计实验方案,独立完成实验过程.内容可根据学生兴趣和发展方向选择,如PHOQ基因在大肠杆菌中的表达、查尔酮合成酶在真核细胞中的表达、猪BPI基因在大肠杆菌中的表达等.基础性实验涵盖了基因工程的基本实验技术 (提、切、接、转、检等),主要突出学生操作能力、观察能力等基础能力培养;开放实验强调设计方案与设计思路,突出专业能力培养.

2.2 改进实验教学方法

在教学方法的运用上,应突出学生的主体性和教师的主导性.在基础性实验教学中,实行教师讲解、示范与学生独立操作有机结合.首先由教师讲解、示范实验室仪器操作规范、药品和试剂的安全使用,实验室的制度与规定,实验过程中记录的登记与填写(包括仪器使用记录、试剂及耗材的使用记录及实验操作过程的记录等).在此基础之上,实验室实行24小时全面开放,由学生自己安排实验时间,书写实验方

2.3 按论文要求书写实验报告

按传统的要求,学生提交的实验报告包括实验目的、实验材料与试剂、实验步骤、实验结果、分析与讨论.这种实验报告在大学低年级中成了一种固定的形式,突出培养学生掌握每一个实验项目的各个步骤和方法,对学生了解实验基本要求发挥了重要作用.但对于高年级学生而言,经过一、二年级系统的基础训练,学生对实验目的了解、在实验器材的使用、实验步骤的完成等方面得到了充分的锻炼,他们最需要解决问题是对基因工程研究方法和程序进行全面系统的了解.

我们认为实验报告应体现系统性、综合性、突出性和独创性的特征,把基因工程实验技术涉及的提、切、接、转、检融于一体,包括前言、实验材料与方法、实验结果、分析和讨论.前言主要介绍研究背景,技术特点和研究意义;实验材料与方法介绍材料样品来源,采集处理方法,试剂配制及具体的实验步骤,统计方法等;实验结果要求客观,实事求是;分析和讨论主要分析实验过程中产生的一些现象和问题并讨论其产生的原因.如果把一份传统实验报告比作一个点,那么新的实验报告形式是由点连成的线,并由线组成面,通俗地说,一份实验报告就是一篇实验论文.这样的实验报告,能充分活跃学生思维,挖掘学生潜能,突出专业基础,容易形成科学研究思维能力,为今后从事科研或与专业相关的工作打下良好的基础,能培养适应当今社会发展需要的人才.

2.4 改变学生成绩的评定方式

学生的实验课成绩评定方式,在很大程度上引导着学生的学习态度.好的评价方式能激发学生主动学习,主动探索.如何突出学生综合素质和能力的培养,评价与考核方法就显得尤为重要.目前实验课成绩一般都采用平时成绩加期末考试的卷面成绩相结合的方式进行.笔者认为对于基因工程综合性实验成绩的评价,更应该注重实验过程,注重学生分析与解决问题的能力,评价学生的实验成绩可以将其实验原始记录,仪器设备使用情况,并综合其独立操作能力、分析问题能力、解决问题能力、创新思维能力、实验报告撰写能力等几个方面进行评价,而这些能力已经很好地体现在综合实验报告上.一份综合实验报告或者说一篇实验论文,就是一份很好的考试答卷.

3 基因工程实验教学改革的效果

实验教学改革经过几个学年的实践,取得了较好的教学效果.笔者对2004、2005、2006、2007级生物工程专业的学生进行了问卷调查,结果见表1.结果反映了本实验教学改革能有效地培养学生的创新思维能力、独立操作能力、团队合作能力、分析问题能力、解决问题能力、论文写作能力等等.

表1 基因工程实验效果问卷调查结果

由于学生亲自设计和实践操作每一个实验步骤,改革的基因工程实验教学更能激发学生的科研兴趣,提高学生的综合能力素质,将在培养创新应用型人才方面发挥重要作用.

[1]朱旭芬,赵小立,张铭.基因工程实验课程的建设与实践 [J].中国大学教学,2006,(3)：44-45.

[2]梁桂英,王春晓.开放实验教学提高学生创新能力[J].高师理科学刊,2007,27(1)：91-93.

[3]刘晓灿,陈燕珍,林万华,等.基因工程实验教学改革的探索与实践 [J].教育探索与实践,2005,(8)：45.

[4]贾桂康,苏仕林.基因工程实验教学改革探析 [J].现代农业科技,2009,(21)：300-301.