基因工程与蛋白质工程实验技术综合实验教学改进探讨

唐 敏，王咸寿，郑 琳，冯秋芳，王小英，黄东爱，蔡望伟，颜冬菁

（海南医学院基础医学与生命科学学院，海南 海口 571199）

基因工程与蛋白质工程实验技术是生物技术专业的核心课程之一，理论知识涉及生化与分子生物学、发酵工程与细胞生物学等多门学科，实验内容包括目的片段的获取、片段与载体的连接、转化、重组蛋白的表达、分离纯化与鉴定等。在当前实验课程的教改背景下，国内各高校生物技术专业的实验课由基础性验证实验与综合性实验或设计性实验组成，旨在结合基础知识和基本实验技能，提高实验教学的质量，培养学生的综合应用能力[1-2]。我校自2007年生物技术招生以来，已连续培养9届毕业生，在基因工程与蛋白质工程实验技术实验课的设置与实践中积累了一些经验，现将该课程的综合实验教学改进经验进行探讨。

1 教学现状

基因工程与蛋白质工程实验技术课程总共90学时，其中综合性实验40学时，每周10学时，连续4周，占总课时的44.4%。尽管已经建立过程性评价体系[3-4]，但依然存在以下问题：（1）实验案例内容单一，仅有1个案例，学生分组后容易互相抄袭实验方案，不利于培养学生的综合分析与解决问题能力，且实验设计的蛋白表达没有活性，没有形成完整的原核表达体系。（2）过程性考核内容[3]虽然细化，但忽略分子克隆重在设计的重要性，如实验开始前应对目的片段与载体的序列以及酶切位点进行设计，且手写的实验报告不利于学生将设计思路与结果在报告中展示出来。

2 教学改进的措施

2.1 优化现有实验案例，增加新的实验案例

参考文献的方法[5]，在原来实验案例（人G6PD基因的原核表达载体构建、表达与纯化）基础上优化设计，表达有活性的G6PD蛋白；同时增加1个新的实验案例（人碱性磷酸酶的原核构建与表达）。

2.2 优化课程教学方法

鉴于往年教师在指导学生的过程中，仅注重实验操作与结果，在优化教学过程中我们更侧重教师分阶段进行点评与指导，侧重培养学生获取信息能力、动手能力和分析解决问题能力，特别是使用软件分析基因序列、设计引物、分析产物大小等前期工作，因为分子克隆实验能否成功，取决于前期准备工作。

2.3 优化考核方式

从实验方案准备与实验操作（30分）、实验记录（25分）、PPT汇报（15分）、实验报告（15分）、组内互评（5分）、知识点测评（10分）共6个方面对学生进行考核。除注重过程性评价，还增加方案准备的分数比例与实验记录，考查学生是否具备尊重原始实验记录，不篡改数据的严谨精神。另外，增加对知识点的测评一项，考查学生是否能理论联系实际。

3 教学改进的实践

我们在2014级、2015级与2016级生物技术学生中进行教学实践。使用两个优化后的综合实验案例：野生型、突变型人G6PD基因的原核表达载体构建、纯化与活性比较；人碱性磷酸酶基因的原核表达载体构建与表达。以6～10名学生为一组完成综合性实验。以人G6PD基因的原核表达载体构建与纯化为例，采用传统的实验流程：获得基因、酶切、连接、转化、鉴定重组质粒、表达，在40学时内一组学生很难完成整个实验，可由两组学生分工完成，一组构建重组质粒，另一组直接从重组质粒转化表达菌开始，诱导表达并测定酶活。加上增加的案例，不同组学生之间实验不一样，减小大家互相抄袭的范围。

4 教学改进的效果与反思

4.1 学生的基础知识需要加强和巩固

在教学过程中发现学生的基础知识对综合实验操作非常重要，早进实验室跟着教师做课题的学生动手能力强，建议鼓励学生早进入实验室学习，或积极参加大学生创新项目，有利于培养科学思维与动手能力，避免出现一些很低级的错误，如琼脂糖凝胶没有煮透就灌胶，导致电泳条带不清晰等。再如很多学生没有看说明书的习惯，对英文说明有恐惧，而中文说明书也懒得看，导致实验过程中酶与buffer拿错，例如pyrobest酶的buffer与rTag酶一起用，扩增无条带，可在专业英语课程中引入对实验步骤英文说明书的解读。

4.2 实验案例及设计有待优化

新增的实验案例优选活性容易测定的酶蛋白，例如碱性磷酸酶的活性测定是生物化学课程的一个基础性实验，简单易操作。该案例与人G6PD基因的原核载体构建与表达的区别在于基因序列的查找，可考查学生生物信息学查找序列与分子设计的能力以及建立体系测定酶活的能力。除了教学实验室增加的案例外，可借鉴科研成果，让科研成果反哺教学，引入哺乳动物的表达体系等实验内容。

目前综合实验的克隆都采用传统的分别酶切PCR产物与载体后连接、转化，筛选阳性克隆的设计，传统方法比较耗时，在教学经费充裕的前提下，可考虑用无缝连接的方法做克隆，该方法1天之内可完成传统方法3天的实验，即PCR、胶回收、酶切、连接。使用新的方法，跟上科技发展的脚步，有助于扩大学生的知识面。

4.3 各教学部门之间需要努力协调

该课程的综合实验前安排35学时的分子克隆实验，即人β珠蛋白基因片段的克隆，初衷是让学生掌握基因克隆的操作，有利于综合实验的进行，但在综合实验的教学过程中发现学生依然没有办法独自完成实验，甚至需要教师手把手教，说明没有达到教学效果，可能是因为验证性实验都是实验室的教师准备好试剂，而综合实验中是学生自己配置试剂，很多学生不清楚如何配置溶液。将这35学时的内容换成综合实验，让学生从一开始就做综合实验的克隆（35学时），接着做综合实验的诱导表达与酶活的测定（40学时），让参与综合实验的学生能完成构建到表达的全过程。再如在课时的安排上，基因克隆实验需要过夜培养菌，实验的学时应连续，而不是每周一次课，且学生在实验课的前一天和后一天都在上别的课程，其无法分身，也无法一气呵成，所以一个组的学生在40学时内无法完成所有实验内容。由于授课计划的更改需要涉及课程负责人、专业负责人与教务之间的沟通，过程比较复杂，不是任课教师能决定的，而授课时间的安排是由教务处来安排，这些都需要互相协调。