“科研项目”引导的《基因工程》课程教学改革初探

房 伟， 袁 璟， 肖亚中

(安徽大学生命科学学院，合肥 230601)

基因工程是一门应用酶学的方法在体外构建重组DNA分子，并将其转化或转染至宿主细胞，大量制备重组DNA分子拷贝或表达基因产物的科学。自20世纪70年代诞生以来，基因工程带动了相关生物技术的发展。基因工程技术已经渗透到医药、轻工、农业、化工、环境、能源等相关领域，极大地促进了传统产品的改造和新产品的形成[1]。《基因工程》教授学生如何从事基因操作及其应用，该课程具有较强的理论性和技术性，并且随着新技术的不断涌现，课程内容得以丰富，更新速度较快。因而解决教学时间的有限性和知识增长之间的矛盾，合理构筑学生理论和实验的知识结构，有效提高学习效率，培养学生综合素质成为课程教学的难点和重点。本文对《基因工程》课程的理论和实验教学在教学方法和手段方面进行了探索，希望能够充分利用有限的授课时间，提高教学效率。

1 将“科研项目”引入理论课堂

集中注意力是高效学习、工作的前提，可以是由外界客观事物引起，也可以由学习者内部心理过程引起[2]。在课程学习的开始抓住同学的兴趣点，引起同学的“注意”是驱动同学主动学习的有效手段。传统的本科生教学方式依然是教师根据教学内容，分章节讲授；学生以听为主，很少有机会参与课堂教学。《基因工程》课程教学团队在教学过程中，根据课程教学的主要内容，结合团队科研课题，设计适合本科生的“科研项目”，将基因工程的研究思路和技术方法融入其中，变“单项交流”的灌输式课堂教学，为“师生互动”的课堂学习。在《基因工程》的课堂上，学生不能仅按照书本内容进行学习，而是需要带着完成“科研项目”的目的，学习各个知识点，融会贯通，最终树立基本的研究思路，掌握重要的技术方法。

将“科研项目”引入课堂，可以很好地启发学生思考，对学生的主动学习起到了有效的引导作用。综合考虑到本科生同学的知识储备、学习能力，教学团队根据实际情况在第一堂理论课时，提出了一个适合本科生的小型“科研项目”，通过生物信息学分析可知一个功能酶L广泛存在于细菌中，本研究项目拟将来自细菌B的功能酶L的基因进行重组表达，并分离纯化重组蛋白，研究其酶学性质。项目要求学生利用课堂学习以及课后自学，掌握基因工程的技术方法，逐步设计完善研究项目的“技术路线”。在“科研项目”的引导下，学生不仅需要完成知识点的学习，而且要求能够系统、综合的运用基因工程技术以完成研究项目。例如，在教授“聚合酶链式反应(PCR)”内容时，首先通过多媒体课件及生动、形象的动画模拟，对较抽象的PCR技术原理进行详细的介绍，使学生对PCR技术有全面清晰的认识和理解。在理论学习的基础上，教学团队讲授实际科研工作中应用PCR技术获得新基因的案例，以帮助同学系统地掌握技术理论及应用方法。接下来，教学团队引导学生将PCR技术应用到“研究项目”中，掌握如何通过PCR技术获得感兴趣的目的基因。协助学生对GenBank已公布的功能酶L的基因序列进行搜索，进一步应用分子生物学软件进行分析，合理设计上、下游引物，计算Tm值，完成PCR程序及反应体系的设计。利用这个方法，学生一方面掌握了PCR技术的原理，另一方面，能够将PCR技术应用到项目研究中，完成研究项目的部分技术路线的设计。利用“研究项目”引导理论教学，学生不仅掌握了基因工程技术原理，而且综合运用能力有了较大提高，取得了令人满意的教学效果。

将“科研项目”引入教学，变被动听课为主动参与，有利于调动同学的积极性和主动性。经过《基因工程》理论课的学习，学生能够系统掌握基因工程重要技术原理，并认真思考、学以致用，设计出合理的“科研项目”技术路线。在理论学习的同时，帮助学生理清“科研”思路，提高学生“科学研究”的基本素养。

2 将“科研笔记”引入实验教学

基因工程是生命科学领域中实验性和应用性很强的学科，在理论学习的同时，熟练掌握基因工程实验技术和操作规范是《基因工程》课程的重要任务[3]。以往的实验课将完整的实验体系拆分成各个实验项目，学生难以把各个独立的实验项目连贯起来，全面掌握基因工程的操作流程。实验教学多以教师讲授、学生听课为主[4]；学生课前很少预习，仅仅在实验课上完成实验步骤，很少深入思考。“被动学习”造成学生之间以及老师同学之间很少进行深入地探讨和交流[5,6]。

教学团队在整合理论教学和实验教学方面进行了适当的改革，改变了理论教学与实验教学相互独立的教学模式，将实验教学和基本理论的教授紧密联系起来。在实验教学中，同样贯穿了“科研项目”这条主线，带领学生将理论课设计的项目研究方案在实验课上得以实施，真正完成一个“科研项目”。首先，教学团队将2到3名同学分为一个实验小组，理论课学习的同时自学基因工程技术的“实验原理及步骤”，认真分析“科研项目”的技术路线，设计具体的操作步骤，并完整记录，形成“科研笔记”。选出2至3篇质量较好的“科研笔记”在课堂上由学生报告，大家积极参与讨论，进一步修改完善。将“科研笔记”引入课堂，帮助学生依靠自学完成基因工程实验技术的学习，培养了学生的自学能力，锻炼了进行科研交流、沟通的素质，活跃了课堂学习气氛。

另一方面，教学团队依据基因工程的技术流程，结合学生完成的“科研笔记”，将各实验项目进行了有机的整合。在实验教学过程中，以“科研项目”中功能酶基因重组表达以及分离纯化为主题，将基因工程基础实验技术串联起来，包括质粒载体的制备、聚合酶链式反应(PCR)、限制性内切酶酶切及电泳鉴定、感受态细胞制备及转化、DNA体外重组、蛋白质体外诱导表达及分离纯化等一系列实验。前一个实验项目的产物成为第二个实验所需的材料，一环扣一环，使实验过程充满悬念和期望。通过实验学习，学生既熟练地掌握了DNA克隆技术，又系统地了解了基因工程下游蛋白质分离纯化方法。在基因工程实验室里，学生不再是单纯完成各个实验项目，而是独立进行一个研究性的综合基因工程实验。“科研项目”引导的实验教学充分调动了学生的学习热情，培养了科研能力，并且为开展毕业论文的研究工作打下良好的基因工程实验操作基础。

3 “研究项目”引导学生走进科研

《基因工程》是一门理论和实践紧密联系的课程，在合理构筑学生理论和实验知识结构的基础上，引领部分学有余力的学生进入科研实验室，从事基因工程研究课题，对于培养学生“科研能力”具有重要意义[7]。

《基因工程》的教学团队也是一支科研团队，每位专业教师既承担专业课程教学任务，又承担各类科研项目，拥有特色的科研方向。教学团队根据本科生实际学习及动手能力，将科研课题分解为若干子课题，作为“科研训练计划”以及“大学生创新实验”申报的课题。这些子课题一方面符合三、四年级本科生的《基因工程》课程理论知识及实验技能储备；另一方面，能够引领学生进入生物学研究的前沿领域。研究过程以学生为主体，项目实施前，学生通过查阅相关文献，确立合理的实验方案；实施过程中，对于实验出现的问题，能够认真思考，提出解决方案。在教师指导下，学生独立完成从项目申请到结题全过程，对于培养科研能力、实验操作能力起到了良好的效果[8]。

引导学生从课堂进入科研实验室，能够有效地增加学生对《基因工程》课程理论知识的感性认识，掌握如何根据所学知识，结合项目要求，开展基因工程科学研究。很好地调动了学生自主学习的积极性，同时培养了学生吃苦耐劳的精神和团队协作能力。

4 结语

基因工程技术的发展日新月异，要求讲授《基因工程》课程的教师必须与时俱进，不断学习和掌握学科研究的前沿和动态，充实教学内容；努力改进教学方法和手段，提高教学质量[9,10]。教学团队以“科研项目”为主线，有效地整合理论和实验教学内容，合理构筑学生理论和实验知识结构，取得了较好的教学效果。通过科研课题研究和专业课程教学相互渗透，培养了学生的创新能力和动手能力，为今后从事基因工程科学研究奠定基础。

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