基因工程實驗教學改革探析

賈桂康 蘇仕林

摘要基因工程是生物技術專業的主干課程,而基因工程實驗課是基因工程的重要內容之一。針對當前基因工程實驗教學的現狀,結合作者多年在基因工程實驗教學中的體會,就基因工程實驗教學的改革問題進行了探討。

關鍵詞基因工程實驗;教學現狀;存在問題;教學改革;指導思想;基本原則

中圖分類號G642.0文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)21-0300-02

20世紀70年代誕生的基因工程是生命科學的前沿,基因工程技術是一種新興的現代生物技術。基因工程是一門以實驗為基礎、實踐性很強的基礎必修課程,通過實驗能激發學生的學習興趣,幫助學生通過實驗探究形成概念、理解基礎理論、掌握知識和技能,培養學生的科學態度和價值觀;幫助學生發展思維能力和訓練實驗技能,有助于學生更深刻地認識實驗在學科中的地位,提高學生的基因工程知識水平和實驗技能,掌握基本的實驗方法和技能,培養學生的創新精神和實踐能力。與經濟社會發展緊密結合的面向21世紀的教育和改革,要求高等院校轉變教育思想和觀念,改革傳統的教學方法和教學模式,大力提倡啟發式、討論式教育,推行研究性、探索性學習,重視培養學生的創新精神和實踐能力,努力培養高素質創新人才[1]。為加強百色學院本科生物技術專業的建設,在迎接本科教學水平評估的推動下,嘗試對基因工程實驗課程進行了教學改革,在原有驗證性實驗的基礎上,增設了綜合設計性實驗,希望通過該實驗課程教學改革的探索,使該課程的教學水平上到一個新的臺階,對生物技術專業本科生的創新思維和獨立實踐能力的培養起到添磚加瓦的作用。筆者結合當前基因工程實驗教學的現狀以及多年在基因工程實驗教學中的體會,對實驗教學的改革問題作一探討。

1基因工程實驗教學的現狀及存在的問題

在基因工程實驗教學上,許多教育工作者教學觀念落后,對實驗課只抓開出率,不問質量,實驗教學處于從屬于理論教學的位置,少數教師不具備熟練的實驗技能。現有的實驗教學內容、實驗項目陳舊,演示性、驗證性實驗項目偏多,綜合性、設計性實驗很少,且實驗教學的內容、目的與當今高新科技相距較遠,造成實驗教學與社會服務、科研、生產第一線脫節[2]。實驗經費嚴重不足,無法購置新的儀器,舊的設備也不能及時更新,因此有許多新的實驗不能開設,儀器配套數量不足,學生多人共用一套,得不到動手操作的機會,極大地影響了實驗教學的質量。

2基因工程實驗教學模式改革的必要性

2006年起基因工程實驗課成為生物技術及應用專業專科生的必修課。筆者承擔的基因工程實驗課程的教學模式,主要是以實驗技術人員課前準備實驗材料、試劑和儀器;任課教師在課堂上講述實驗原理、步驟、注意事項后,學生按實驗指導書進行操作,教師巡視指導學生完成實驗;學生課后寫出實驗報告。具體實驗內容包括細菌DNA的分離提取、動物全血樣品DNA的分離提取、植物組織中DNA的分離提取、植物葉綠體DNA的分離提取、植物組織樣品總RNA的分離提取、DNA濃度的分光光度計測定、DNA質量與濃度的凝膠電泳法測定、核酸的瓊脂糖凝膠電泳、核酸聚丙烯酰胺凝膠電泳、蛋白質電泳、PCR技術與分析[3],這些實驗內容使學生在DNA抽提與純化、DNA定量分析、電泳技術、細菌轉化和PCR技術等基因工程最基本的實驗技能上得到了訓練,同時對基因工程DNA體外重組的理論和原理有了更具體和深入的認識。但是這只是一些驗證性的實驗,從學生的實驗報告及后續畢業論文等具體實踐中學生所表現出的獨立實驗能力較低的現象,顯示了這種傳統的“保姆式”教學模式明顯不足。在這樣的教學模式下,學生學習的主觀能動性得不到充分發揮,學生分析問題和解決實際問題的能力得不到充分的鍛煉與提高,學習完基因工程實驗課還是不能獨立開展相關的實驗,更談不上進行實驗方法和思路的創新。上述傳統的教學模式雖然在培養學生基本實驗操作技能及加深對相關理論知識的理解上有不可忽視的作用,但是它明顯不適應新形勢下培養具有創新和獨立實踐能力的高素質人才的需要。

3教學改革的基本指導思想與原則

面對21世紀社會政治、經濟、科技、文化的深刻變化和迅猛發展,高等教育正面臨重大的變革,必須培養應用型的科技人才。結合我國高等生物學教育存在的問題,明確全面貫徹黨的教育方針,教書育人,勇于探索,突出個性,學會學習,并借鑒國內外優秀教學成果,優化課程內容,改進教學方法和手段的基本指導思想。及時更新課程內容,拓寬知識范圍,注重理論聯系實際,改進教學方法和手段,重啟發思考,更重視運用理論知識解決現實生產實際的能力培養作為課程教學改革的基本原則。

3.1制定好教學大綱,選擇好教材

教學大綱是實現教學目標而進行的教育內容要求,規定學生必須掌握的基礎知識和基本技能等實質性內容,是實現人才培養目標的重要保證。結合學科發展現狀和趨勢以及我國人才市場需求,根據制定的生物技術專業培養計劃和教育部生物工程專業教學指導委員會制定的生物技術專業規范,重新修訂了基因工程實驗教學大綱。此次修訂的教學大綱體現了如下特點:增加了部分內容,使教學大綱的內容更加完整,如增加了制定教學大綱的依據、選擇課程內容的基本原則、教學方法與手段、考核方式與成績評定。目前,國內外出版社出版的《基因工程實驗》教材版本較多,其編排體系各有特色,所編寫的內容也各自有所側重。根據生物技術專業學生應該掌握的知識體系和要使用21世紀或國家十五規劃教材的規定,選用由陳宏主編、中國農業出版社出版的《基因工程實驗技術》一書。

3.2轉變教學觀念,改進教學方法

要建立一個由校、系領導專項負責的管理體制,在實驗人員的配置和資金使用上給予積極支持,對實驗計劃、開出率、教學質量和實驗室建設等問題有明確的要求和檢查。同時,要鼓勵和支持教師更多地進行實驗教學改革,與實驗員相互配合,參與并指導實驗室建設、實驗的準備[3]。

改革教學方法是教育教學改革的重要內容,在實踐中,越來越體會到教學方法的重要性,將以往的“填鴨式”教學轉向“提問式、啟發式、討論式”教學是非常必要的;而且在傳授學生知識的同時,更注重教會學生學習的方法,即學會“學習”,這些都是提高教學效果的有效措施。

3.3引入綜合性、設計性實驗及自選性實驗

基因工程實驗課程的教學模式需要進行改革,通過增加綜合設計性實驗,給學生提供更多提高綜合和創新能力的實踐平臺。綜合性實驗是指實驗內容涉及本課程的綜合知識或與本課程相關課程知識的實驗。設計性實驗是指給定實驗目的要求和實驗條件,由學生自行設計實驗方案并加以實現的實驗。根據上述要求,將基因工程實驗課程內容分為基本實驗、提高和設計研究3個階段,綜合性和設計性實驗在提高和設計研究階段完成。引入設計性實驗可以培養學生對基因工程知識的融會貫通的能力、查尋文獻的能力、實驗方案的制定能力、動手能力及實驗技能、獨立解決問題的能力、組織協調能力和合作精神。2007年在2006級生物技術及應用專業的學生進行了上述綜合設計性實驗的首次改革實踐后,搜集了學生們的意見和建議。教師在審閱設計性實驗方案后,在小組內分別進行點評,再根據實驗條件和可行性,建議小組討論后具體實施其中一個方案。實驗完成后,每個同學寫一份實驗總結報告,實驗方案的優點和不足及最后實施方案的實驗結果在班上進行匯報和交流,班上其他同學和指導老師分別對其進行評分。

3.4加大實驗室建設和投入

實驗室是基因工程研究及應用中必備的基本設施,它在基因工程研究或應用中具有非常重要的作用,因為眾多的基因工程數據在實驗中獲得,眾多的基因工程理論在實驗中得以證實,從而產生新的理論推動基因工程的發展。可以說,實驗室的設施完善與否,將直接影響到基因工程研究與發展,因而熟練地掌握一套基因工程實驗操作技能是初學者的首要任務。此外,還需加大對實驗經費的投入,更新舊的設備,購買新儀器,配足、配夠實驗儀器和藥品,確保每一個小組有一套實驗儀器,如果條件允許,最好是每個人有一套實驗儀器。

4改革實踐后的思考

經過2年綜合設計性實驗教學實踐,這種介于基本教學實驗與實際科學研究實驗之間的新的實驗教學模式深受學生歡迎。通過綜合設計性實驗的實踐鍛煉,學生對科研有了實際的感覺,實驗思維和實驗能力都有了不同程度的提高,這對學生在大學四年級完成畢業論文,提高畢業論文的水平是頗有好處的。同時,綜合設計性實驗是一種教師啟發引導、學生主動參與的教學過程,師生間的互動較強對教師的知識面和實際科研能力要求比較高,需要教師和學生雙方共同努力才可以獲得“教學相長”的雙贏結果。但是在實踐中仍存在一些問題,如在實驗時間的安排上,基因工程的實驗課程與基因工程理論課安排在同一個學期,理論課上完才開始上實驗課。由于受學時和課程銜接的限制,綜合設計性實驗階段的時間只能安排在接近期末考試的時間進行,有不少學生為了準備其他課程的考試,而不能花更多的時間和精力更好地完成綜合設計性實驗。盡管由于時間關系,最后沒有完全獲得預期結果,但是目的基本達到。此外,1周的時間不夠充裕,缺乏時間進行實驗條件的改進,以獲得更理想的預期結果。因此,在課程安排和設置上還需做些調整,在設計性選題上也需進一步改良。

另外,進行綜合設計性實驗,實驗室必須全天開放,增加了實驗經費的支出,在藥品、水電的使用和儀器的正確操作等方面,學生還表現出節約意識薄弱,缺乏主人翁的態度和責任心。如有些實驗需要10h以上,雖然有助于培養學生堅忍不拔的精神,但是在操作上不好管理。因此,教師在指導學生實驗的同時,還需培養學生的責任心及自我管理的能力,以保障實驗室有限的資源能夠得到更好更充分的利用。

順應教學改革形勢的需要,不同院校都在根據自己的實際情況進行相應的教學內容和教學模式的改革,北京師范大學的分子生物學實驗國家精品課程是國內率先進行綜合設計性實驗改革的,還有其他院校的同類實驗課程教學改革的做法和經驗[4-7],都是值得在今后的基因工程實驗教學改革中進一步學習和借鑒的。

5結語

總之,教學改革是一項系統的改革,目前還處于摸索和實踐階段,教師的責任任重而道遠,教師自身要不斷地提高業務素質,不斷探索、實踐、總結,把教學工作開展得更有生氣、更有效果,為國家培養適應新時代要求、基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高、具有創新精神和創新能力的復合型、高素質的21世紀合格人才。

6參考文獻

[1] 陳至立.自覺更新教育觀念,積極實踐素質教育思想[J].人民教育,2002(1):1.

[2] 曾小飚,蔣才云,黃珂.高校生物實驗教學改革的探索[J].百色學院學報,2008,21(3):59-61.

[3] 陳宏.基因工程實驗技術[M].北京:中國農業出版社,2005.

[4] 朱旭芬,趙小立.基因工程實驗課程的建設與實踐[J].中國大學教學,2006(3):30-31.

[5] 陳思禮,袁媛.設計性分子生物學實驗教學研究[J].高等理科教育,2005(4):99-101.

[6] 盧亞萍,楊志敏.“基地班”分子生物學實驗課教學探討[J].中國農業教育,2005(4):50-51.

[7] 劉明,劉曉晴.碩士生分子生物學的實驗教學改革[J].實驗室研究與探索,2005,24(10):70-72.