生物技术专业基因工程综合实验教学改革

赵梅，齐向辉

（江苏大学 食品与生物工程学院，江苏镇江 212013）

生物技术是基于生命科学的技术手段实现人类预想产品的技术，其专业旨在培养适应时代发展，掌握分子生物学、微生物学、基因工程等基本知识，获得应用基础研究和科技开发研究的实践技能，具有良好的科学素质、较强的创新意识的综合型人才[1-2]。

生物技术的核心专业课基因工程是以分子生物学为基础的复杂学科，具有较强的实践性、技术性[3-6]。基因工程综合实验技术是生物技术专业最重要的实验技术之一，掌握基因工程综合实验技术是走向生物技术领域从业的关键[4]。因此，基因工程综合实验的教学至关重要，是衔接高校学生与社会的纽带，在学习过程中将会不断提高学生自主学习与创新能力[7-9]。

1 基因工程综合实验教学中存在的问题

随着生物技术的快速发展，教学体制改革也随之不断完善，对于生物技术专业培育的人才有了更高的要求。但是目前的基因工程综合实验在教学的过程中仍存在以下问题。

1.1 实验教学时间安排不科学

以往的基因工程综合实验课通常被安排在基因工程课程开展的过程中，且每周开设一次，存在开展实验课时，部分理论课程内容还没有开展，学生不能及时将所学知识应用到基因工程实验中的问题。此外，基因工程综合实验是一个需要连贯操作的实验过程，将连贯的基因工程实验分割成若干独立的小实验，割裂了每个实验之间的内部逻辑关系，使学生难以对基因工程综合实验过程形成整体的印象。

1.2 实验教学内容缺乏创新

实验教学不能紧跟时代发展的脚步，缺乏创新，且存在一定的重复。为节省实验时间和实验材料，教师提前准备了实验所用试剂、引物、构建成功的质粒和基因工程菌等，导致学生无法体验实验的准备、设计等过程。实验教学内容均为基础性验证实验，学生只要按照步骤实施最终均会成功，这会使学生在今后的实验中缺乏面对失败的勇气，无法从失败中汲取经验，对于学生的成长极其不利。此外，所有学生的实验结果一致，很容易出现“抄袭”现象，不仅无法激发学生的积极性，还会导致学生无法充分融入实验过程，对实验的理解有着一定的局限性。

除此之外，基因工程综合实验课程是一门非常重要的、前沿性的专业基础实验课。该课程的设置是在大三的第2学期，继分子生物学实验、酶工程实验之后进行，在实验内容的设计上与其他实验课程存在一定的重复性，对于学生创新性思维的培养有一定的局限性。

1.3 实验教学方式单一

实验教学方式大多采用讲授法，老师在实验课开始前一周会将所有的实验安排、实验讲义发给学生预习。实验前，教师利用黑板详细向学生描述实验目的、实验原理、实验步骤、注意事项等，然后学生按照黑板上的步骤去操作，最终获得相应的实验结果。在这个过程中，学生只是机械的参与了实验的过程，验证了实验的结果，对实验的设计一知半解，更没有深入思考过实验成功与失败的关键点，完全处于一种被动接受的状态，学习的效率非常低。在这种方式的教学模式下，只能提高学生的实验操作技能，但对实验过程中最重要的设计实验，遇到问题时分析问题、解决问题的能力没有任何的提高，学生仍然无法独立设计实验，进行创新性的实验研究。

1.4 实验考核方式不合理

实验的考核方式影响着学生的实验成绩，学生的实验成绩又会影响学生的学习态度，而学习态度主要表现在学生对于实验课的积极性。以往的实验考核主要是以学生最终提交的实验报告为评分基础，学生的实验报告书完成的更加工整，内容更加全面，结果分析更加合理，可能获得的分数就会越高。这种评价方式会使学生更多的去关注实验的结果、实验报告的书写，而忽略实验课上实验知识与操作技能的学习，导致学生做实验的积极性不高。

上述基因工程综合实验教学中存在的“重报告，轻实验”的现象，说明这种教学方式已无法满足目前科技快速发展时代对综合人才的培养需求，必须要对该实验教学进行改革，改革的方向应更加科学，还应具有一定的创新性。

2 基因工程综合实验教学改革措施

2.1 实验教学时间合理化

基因工程综合实验是一个有机的整体，每个模块需要连续操作，才能达到预期的实验效果。这就要求在实验教学的过程中要设置一个连续、完整的时间段以便学生有充足的时间去实践操作。本研究将基因工程综合实验安排在基因工程课程结束后的2个整周（如18～19周），整体、连续的实验课程有助于培养学生的整体意识。

2.2 优化教学内容

基因工程综合实验教学内容包括基因工程菌的复活培养、外源基因在大肠杆菌中诱导表达重组蛋白、SDS-PAGE检测重组蛋白、重组蛋白的分离纯化、重组蛋白的活性检测、头发中DNA的提取与检测以及DNA分子标记技术7个实验，即32个学时。其中实验第1～5个实验是一个整体实验，实验6～7需要提取学生自身的DNA进行实验，得到的结果会有一定的差异性。

为消除基因工程综合实验内容重复和脱节的现象，打破课程封闭、凌乱、僵化的状态，给学生更多学习、接触新技术的时间和空间，教学内容的优化至关重要。（1）本课题组在内容设计上联系分子生物学实验、酶工程实验老师商量同一类型实验采用不同方法去操作。例如，酶工程实验亲和层析纯化蛋白中利用重力法分离纯化蛋白，而基因工程综合实验采用离心法分离纯化蛋白；分子生物学实验中已学会构建质粒，基因工程则可以直接从重组质粒开始实验，质粒构建部分可以作为实验设计写入学生的实验报告中。（2）为开拓学生的创新思维，应设计灵活、多变的探究性实验，使学生发挥想象力，并根据实验过程的现象、思考等增加其对实验原理的理解。例如，纯化蛋白时，设置不同的咪唑浓度，学生通过实验探究找寻最佳咪唑洗脱浓度；不同的荧光蛋白混合时，通过不同的咪唑浓度分别洗脱出单一荧光蛋白；DNA分子标记实验中每位同学实验结果的差异性有助于培养其分析能力等。（3）基因工程综合实验材料的选择上，可选择一个既与生物技术密切相关又能使学生直接观察到实验结果的研究对象。例如，选择不同荧光蛋白克隆、构建，表达及活性测定，学生可以通过观察荧光蛋白的颜色判断重组质粒的构建是否成功、荧光蛋白在诱导后是否表达、荧光蛋白的纯化是否成功等，给学生紧张的实验增添了趣味性。

基因工程综合实验具有一定的复杂性，在实验过程中每2位同学为一组，通过合作形式共同操作能够有效提高实验的成功率，遇到问题时可以相互讨论解决，实验设计时也会考虑的比较全面。

2.3 学生参与实验教学与准备

转变传统以老师为主导的教学方法，让学生参与基因工程综合实验的教学中。（1）鼓励学生分批进入实验室参与实验的前期准备，主要包括实验过程中试剂的配制与分装、材料的灭菌、引物设计等，这不仅有利于学生熟悉实验流程，还可加强学生对pH计、PCR仪、DNA浓度检测仪、凝胶成像仪以及高压灭菌锅等仪器的使用，对于后期毕业设计时的独立实验有着重要的作用。（2）由于基因工程综合实验具有周期长、步骤烦琐等特点，为节省时间，可加强同学之间的交流、合作，在实验过程中每2位学生一组，自主安排时间进行实验，建议采用合理的穿插实验。例如，在进行外源基因在大肠杆菌中诱导表达重组蛋白实验时即可接种重组菌，为后续蛋白的分离纯化做准备。实验过程中，教师可在现场来回巡视检查学生的操作规范情况。（3）每天安排1 h进行自由讨论，由学生分享实验现象，老师提出问题，学生解答，在讨论中实现教学相长；此外教师还应对操作技术难点进行讲解，示范操作。

2.4 健全考核制度，提升教学效果

传统实验考核主要根据学生的实验报告书写情况进行打分，这种评定方式比较单一，严重影响学生实验的积极性，容易出现“重报告轻实验”的现象，有悖于实验课锻炼学生实践能力的初衷。鉴于参加基因工程综合实验的学生即将步入大四，将面临着毕业论文的设计、写作等难题，本课程采用多样化的考核方式，以期能为学生的毕业设计打好基础，与此同时培养学生的独立思考、动手操作能力等。

（1）实验表现（40%）

实验表现包括考勤（10%）、课堂表现（30%）。考勤是学生对基因工程综合实验课程的态度表现，包括实验期间有无迟到、早退等现象。课堂表现主要由老师在巡察实验过程中通过学生的实验操作规范、技术的掌握程度、回答问题的表现等方面进行打分。如果学生缺勤或未做实验但使用其他学生实验结果者，实验表现记为0分。

（2）实验论文（50%）

实验论文包括开题报告（10%）、学生的实验设计（20%）以及实验结果分析（20%）内容。①实验开始前，老师将整个实验的最终目标告诉学生，让学生根据所学知识查阅文献、设计实验，形成开题报告。老师针对每位学生的开题报告提出相应的评阅意见，针对不合理的设计，积极引导学生修改。②学生在实验过程中需做好实验记录，遇到问题先尝试自己解决，解决不了再寻求同学或老师的帮助，培养学生的科研素养和团队合作精神。老师来回检查、指导学生的实验操作，遇到个别问题，进行单独指导；遇到共性问题，集中与学生讨论、讲解实验要点，使学生将课堂上学习到的理论知识与实践操作紧密结合，融会贯通。③实验结果的分析需与实验记录保持一致，分析实验过程中的现象、产生的原因等。经过一系列的培训，学生的逻辑思维能力、实验操作技能等均会有较大的进步。

（3）实验总结与感想（10%）

实验完成后，每个同学写一份实验总结与感想，作为实验成绩考核的一部分。学生可以从整个基因工程综合实验出发，论述自己的实验总结与感想，对其中的注意事项或实验的关键点进行分析，阐述自己的看法，也可以提出一些建设性的意见等。老师在批改这部分内容时可以从侧面了解学生的掌握和学习情况，从学生的意见反馈中找寻教学改革的建设点，实现教学相长。

2.5 利用科研平台巩固学习效果

在基因工程综合实验课程结束后，教师可鼓励学生积极加入学业导师的科研项目，将实验中学习的专业课知识及实验技能应用到真正的科研课题中，在新课题的冲击下，激发学生对新知识、新技术、新方法学习的积极性，推动教学相长的良性循环，增强学生对科研的兴趣，培养学生的科研逻辑思维，全面提高学生的科研能力。

3 结语

经过2年的基因工程综合实验教学改革，学生独立思考、设计实验、分析及解决问题的能力有所提升，学生能够主动参与到教学中，师生间互动增强，获得学生的一致好评。为紧跟生物技术前沿发展的要求，在今后的综合实验教学中还可以设置一些热点实验，如CRISPR Cas9、Western杂交、RT-PCR等技术激发学生的兴趣，让学生在学习中体会学术前沿的专业知识，提升学生的综合素养，逐步扩充和更新综合实验内容。