产教研融合助力应用型人才培养

摘 要 基因组DNA的提取与PCR鉴定是分子生物学中最基础的技术之一，传统实验教学模式下，学生主体意识缺乏，教学效果不佳。教学团队从教学内容重构、教学方法创新、实验环境创建、教学评价规范化这四个方面对“基因组DNA的提取与PCR鉴定”项目进行重组和创新，以培养学生的创新能力，提高学生学习自主性和分析解决问题的能力。

关键词 基因组DNA的提取；PCR鉴定；分子生物学；课程评价体系

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.20.007

Integration of Production， Education， and Research to Support the

Cultivation of Applied Talents

——Taking the project of "Extraction and PCR Identification of Genomic DNA" as an example

XU Jiehao

（College of Biological & Environmental Sciences， Zhejiang Wanli University， Ningbo， Zhejiang 315100）

Abstract The extraction and PCR identification of genomic DNA is one of the most fundamental technologies in molecular biology. Under the traditional experimental teaching mode， students lack subjectivity and the teaching effect is not satisfactory. The teaching team restructured and innovated the "Genomic DNA Extraction and PCR Identification" project from four aspects： reconstruction of teaching content， innovation of teaching methods， creation of experimental environment， and standardization of teaching evaluation. To cultivate students' innovation ability， enhance their autonomy and ability to analyze and solve problems.

Keywords extraction of genomic DNA; PCR identification; molecular biology; curriculum evaluation system

基因组脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA）的提取是分子生物学中基础核心的技术之一，广泛应用于基因组测序、分析突变体、转基因株系、质量鉴定和指纹图谱构建等[1-6]。有学者研究发现，不同的DNA提取方法会明显影响肠道微生物样本中DNA的提取量、完整性、肠道菌群丰度和多样性指数[7]，因此样品基因组DNA提取方法的选择和质量鉴定是保证后续研究顺利完成的前提。

“基因组DNA的提取与PCR鉴定”属于“生化实验技术”课程综合应用模块，该课程面临实验教学体系构建缺乏个性化、层次性和系统性，实验内容缺乏综合性和设计性，产学研衔接不够紧密等一系列亟待解决的问题。实验课程是深化课堂教学改革的重要载体，也是人才培养方案的组成环节[8]。在创建应用型地方本科院校和培养应用型人才的大背景下，确立以学生为中心、行业需求为导向的产教融合发展理念，教学团队对该实验项目进行重组和创新，推行以学生自我训练为主的“全程参与、自主设计、合作研讨、开放实施”的实验教学方法，培养学生综合运用知识、技术，发现并解决专业问题的能力。以下将从教学内容、教学方法、教学环境创设、教学评价等方面，以该综合实验项目为例介绍实验课程的改革创新情况。

1 重构与优化教学内容，实验项目设计产教研融合

改革传统的实验内容，设计以动植物、微生物基因组DNA的提取分离纯化、检测检验为主线的实验项目，突出专业技能与解决实际问题相结合，构建由综合应用设计实验、项目化研究实验相结合的实验课程训练体系[9]。

1.1 以体现先进技术综合应用为目的设计实验项目，侧重实验知识和技术综合运用能力的培养

教学内容以行业为导向、以技能为主线，旨在训练学生综合运用生化技术的能力。“基因组DNA的提取与PCR鉴定”是以核酸的提取和鉴定为训练目标设计的一个主题项目，通过12学时的训练，旨在让学生熟练掌握并运用基因组DNA提取纯化技术、DNA含量和纯度测定技术、琼脂糖凝胶电泳检测技术和PCR技术等一系列实验操作训练，通过对技术路线的自由选择和设计，学生在完成实验任务的同时也提升了自主学习能力，为今后专业学习和科研工作打下实验基础。

1.2 以培养创新能力为目的项目式实验，侧重解决社会产业实际问题

实验项目设计以达成教学目标为主线，紧跟行业需求、链接科研热点，设计供学生自行选择的实验项目库。 “基因组DNA的提取与PCR鉴定”模块，针对“转基因”这个科研热点话题，指导学生检测市场中某些食品是否为转基因；此外根据教师科研项目的转化，提供“火龙果DNA基因组提取及ISSR指纹图谱绘制”一题，培养学生综合应用生化技术设计实验项目、解决实际问题的能力，同时熟练掌握核酸相关的实验操作及仪器使用，培养学生的探索精神和创新能力。

2 线上线下齐头并进，新型教学方式助力实现教学目标

自2019年9月起，“生化实验技术”结合中国大学MOOC国家精品课程进行线上、线下混合式教学实践，搭建“学生主体，教师引导”“全程参与，合作研讨式”的实验教学组织形式，采用项目式、任务式、自主式的教学方式，带给学生更大的开放学习探索空间（图1）。

2.1 实行项目式、任务式、自主式的实验教学方式

在综合应用设计型实验中，教师以案例引导，布置任务，学生自主选择项目、自主查阅资料完成实验方案设计、自主完成实验项目任务和数据分析、结果展示、论文写作等。鼓励学生对于同一个实验项目设计不同的技术路线，选择不同的实验方法，如学生可根据实验对象自主选用CTAB法及其改良法、SDS法及其改良法或试剂盒法等提取基因组DNA；可选取不同的目的基因进行PCR，实现对提取DNA样品的性质鉴定。着力创造学生自主性学习的条件，实行开放式实验教学模式，学生可通过预约自由安排实验，保证了实验的连续性，同时也使实验教学时空得以有效拓展。

2.2 以合作研讨方式推进分析问题与研究能力的提高

合作研讨方式以学生实验结果的成因、影响因素与改进方法的思考为主，培养学生自主学习的能力。小组成员确定实验课题，分工合作，逐步训练学生的团队合作能力；通过对样品组织破碎、基因组DNA提取等不同方法的文献收集、整理、对比、分析，制作可行的实验研究方案，培养学生的行文与表达能力；研讨课堂上各组学生对研究方案、基因组DNA质量、PCR反应条件等相互提问，训练学生对科研问题的探究能力和知识的掌握程度；通过对转基因食品安全性、转基因生物和转基因食品的概念、DNA指纹图谱构建方法等现实案例的深入研究和讨论，进一步引导学生学会获取与创造知识的方法。

2.3 以学生自我训练为主、全程参与式的实验教学法

改变传统一言堂、照单式实验方法，让学生成为整个实验活动的实施主体，完成文献资料查阅、实验方案设计、实验材料准备以及实验操作、结果分析、论文撰写等整个环节，充分培养学生独立分析问题、解决问题的能力和综合表达能力。教师先介绍基因组DNA巨大的应用价值，并提出实验设计的要求，学生线下分组设计实验方案，与教师交流讨论确定方案，并完成线下的实验操作。通过这种全程参与式实验教学方法，学生对实验原理与实验理论的理解及实验技能的掌握更加深入，自学能力、分析问题与解决问题的能力得到进一步的锻炼。

3 教学环境多维提升，实验氛围沉浸活跃

3.1 力求多样化、实用型保障体系，满足全方位教学需求

依托一流学科建设、本科生实验平台建设等，生化实验课程教学平台采购了高速离心机、PCR仪、核酸电泳槽仪等一系列仪器，基本满足本实验师生的教学需求。实验试剂采购及时更新，如为学生提供了植物、真菌等特定的基因组DNA提取试剂盒，提高学生实验的成功率；采购蛋白凝胶快染试剂盒，让学生课上就能观察到实验结果。经过数年建设，目前本课程线上资源完整，包括总时长为990分钟的66个授课视频及实验操作视频；测验题库9套，考试试卷5套，虚拟仿真或动画17个。

3.2 实验空间从校内走向企业，凸显应用型导向

基于应用型人才培养的目标，实验课程的教学并不拘泥于校园、课堂。借助科研项目和校地合作的模式，学生进入企业参观、调研，了解产业需求。目前与本课程建立联系的企业包括宁波绿苑农业有限公司、象山雅岛果蔬专业合作社和宁波传奇农业科技有限公司等。这种实验空间上的延伸能够极大地开阔学生眼界，建立对行业的认可度和学习的自驱力。

4 规范课程评价体系，引导学生关注自我能力的发展

设计线上线下相结合，过程性、多元化的教学评价方式，多层次、多角色、全过程的评价体系（表1）。这种多元化、过程性的成绩评定方法更加关注对学生实验参与过程、技能提高、实验结果与分析能力的评价，真实反映学生的实际水平和能力，不仅可以督促学生学习，还能够让学生看到自己的学习成效，调动学生学习的主动性和积极性。

5 教学效果稳步提升，课程教改评价积极

生化实验技术课程团队通过以上四个方面对综合实验项目进行了一系列的改革，并取得了一些成效。本课程先后获得国家精品资源共享课认证（2016年）、浙江省在线开放课程上线（2017年）、国家线上线下混合式一流课程（2020年）等认定。这些创新举措将课程的开放性、学生的主动性和实践性相结合，旨在培养学生成为应用型和技术技能型人才，推动实验课程的标准化建设，具有一定的推广价值。

基金项目：生物技术国家级实验教学示范中心（SF012151080001）和浙江省“十四五”研究生课程思政教学示范团队项目“高级生物化学与实验技术课程思政教学示范团队”（20241）。

参考文献

[1] Nurk S，Koren S，Rhie A，et al.The complete sequence of a human genome[J].Science，2022（376）：44-53.

[2] Qu P，Wang J，Wen W，et al.Construction of consensus genetic map with applications in gene mapping of wheat（Triticum aestivum L.）Using 90K SNP array[J].Frontiers in Plant Science，2021（12）：1777-1786.

[3] Ye Ting，Meng Fang，Tan Karsoon，et al.Construction of genetic map and QTL analysis of carotenoid-related trait based on EST markers in noble scallop Chlamys nobilis[J].Aquaculture，2021，541（1）：736775.

[4] Wang Y，Cheng X，Shan Q，et al.Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaploid bread wheat confers heritable resistance to powdery mildew[J].Nature Biotechnology，2014，32（9）：947-951.

[5] 彭勃，赵晓雷，付从贵，等.玉米胚乳DNA的快速提取方法及其在WX基因分子标记辅助选择中的应用[J].分子植物育种，2014，12（5）：992-999.

[6] Zhou Z，Jiang Y，Wang Z，et al.Resequencing 302 wild and cultivated accessions identifies genes related to domestication and improvement in soybean[J].Nature Biotechnology，2015，33（4）：408-414.

[7] Costea P I，Zeller G，Sunagawa S，et al.Towards standards for human fecal sample processing in metagenomic studies[J].Nature Biotechnology，2017，35（11）：1069-1076.

[8] 史晋绒，徐丹丹，袁登越，等.基于应用型人才培养的地方高校分子生物学实验教学改革与探索[J].教育教学论坛，2019，398（4）：282-284.

[9] 汪财生，谭志文，钱国英，等.基于网络化管理的生化实验技术创新教学模式研究与实践[J].右江民族医学院学报，2014，36（4）：663-665.