生物制藥專業本科生《基因工程綜合性實驗》的改革與探索

邵紅偉，黃樹林

（廣東藥學院 生命科學與生物制藥學院/生物制藥研究所，廣東 廣州 510006）

生物制藥專業本科生《基因工程綜合性實驗》的改革與探索

邵紅偉，黃樹林

（廣東藥學院 生命科學與生物制藥學院/生物制藥研究所，廣東 廣州 510006）

為了幫助學生更全面深入地理解和掌握基因工程技術，進一步深化實驗教學改革，將《基因工程》、《發酵工藝原理》和《生物技術藥物藥劑與藥代動力學》這三門課程中相互聯系比較密切的實驗部分進行有機的整合，同時結合我們自己的科研項目，圍繞基因工程這一中心，設計了一套較為完善的綜合性實驗流程，同時對實驗的考核方式進行了改革.調查結果表明這一改革取得了較好的效果，為我們在其他實驗課程中開展改革提供了有益的借鑒.

基因工程；綜合性實驗；教學改革

基因工程技術自從在上個世紀70年代誕生以來，如今已經被廣泛地應用在生命科學的各個領域，特別是近年來在醫藥科學方面的應用更是顯示出這項技術巨大的應用前景.因此，基因工程技術成為生物學、醫學、制藥學以及相關專業最重要的課程之一，特別是對于生物制藥專業的學生來說，基因工程技術是他們學習的核心內容之一，在本科階段培養他們對這門課程的興趣，使他們掌握基因工程基本的操作技能和方法，熟悉基因工程的操作流程，并對他們的動手能力和科學思維進行鍛煉，對于他們今后的工作和進一步的學習具有非常重要的意義.在這一思想的指導下，并結合實際情況我們對基因工程實驗課進行了一些改革.

1 整合實驗內容，完善實驗流程

基因工程技術從上游技術到下游技術，涉及的實驗內容較多，同其他課程存在著不同程度的重疊，以前這些實驗被分散在不同的課程范圍內，如《分子生物學》、《基因工程》、《發酵工藝學》、《生物技術藥物藥劑與藥動學》等.這樣使得學生對整個基因工程技術缺少一種系統連貫的認識，只見樹木不見森林，這對于他們進一步的學習和今后的發展是一種不容忽視的制約.為了改變這一現狀，有必要對相關的實驗內容進行有機的整合，形成一個從上游到下游完整統一的綜合性實驗，使學生能夠系統連貫地學習這一技術.同時，通過這樣的整合也使他們能夠對基因工程技術有一個更深入的認識和理解，便于他們更好的掌握相關的技能，從而在今后的科研和工作中能夠更全面地考慮問題.

我們從本院的課程設置、實驗室和儀器配備以及師資力量等實際情況出發，在校級本科教學改革項目的支持下，以我院教師的科研成果為依托，對基因工程技術實驗課程教學方面進行了一些探索性的改革.我們將《基因工程》、《發酵工藝原理》和《生物技術藥物藥劑與藥代動力學》等課程中涉及到基因工程技術的實驗部分整合在一起，并結合《生物信息學》、《分子生物學》的相關內容，以單獨授課的方式，利用108個學時的時間集中開展了基因工程綜合性實驗，該實驗基本涵蓋了基因工程從上游到下游的關鍵技術，如，基因克隆、載體連接、感受態轉化，質粒提取、細胞培養、基因轉染、流式細胞技術檢測基因表達和細胞凋亡、重組蛋白的誘導表達和發酵條件優化、實驗動物常規操作等.我們希望通過這種系統的實驗教學方式能夠克服分散開設實驗的某些不足之處，幫助學生更好的理解和掌握基因工程的基本操作技能.

2 整合教學人員，發揮專業特長

由于本綜合實驗涉及的實驗內容較多，上課的學生也較多，為了保證教學質量，需要多個教師共同參與實驗教學任務.我們按照從上游到下游的順序將整個實驗分為數個單元：分子生物學單元，其中包括基因克隆、載體連接、感受態轉化，質粒提取等實驗內容；細胞生物學單元，包括PBMC分離、細胞培養、基因轉染、流式細胞技術檢測基因表達和細胞凋亡等實驗內容；實驗動物單元，包括實驗動物的常規操作、荷瘤小鼠模型構建流程等實驗內容；藥劑與藥代動力學單元，包括基因藥物的體內分布、作用靶點觀察等實驗內容；重組蛋白質發酵單元，包括誘導時間、誘導溫度、通氣狀況、pH值、還原糖含量等條件的優化實驗.根據上述每個實驗單元的教學內容需要，我們選擇相應專業的骨干教師擔任該部分實驗的帶教人員，通過這樣的整合，一方面能夠有效利用本院的教師資源，另一方面又能充分發揮各帶教老師的專業特長，同時對學生來說，他們也能更好地學到相關的實驗知識和技能.通過這樣的整合，也使得各位主講教師能夠優勢互補，相互學習，既利于培養大家的團隊協作精神，也有助于形成一個具有較強實驗教學能力的教師團隊.

3 研教結合，以科研促教學

本二級學院前身為生物制藥研究所，目前屬于院所合一的建制，以科研促教學、提高本科生實驗教學水平是本院一貫堅持的教學傳統.從實驗教學需要出發，我們從以往的科研項目中選取了部分研究內容用于學生的綜合性實驗教學.為了使學生對基因工程在制藥方面的應用有一個更加全面的了解，我們將整個實驗劃分為兩大部分，一部分為基因藥物的制備和功能研究，包括上述的分子生物學單元、細胞生物學單元、實驗動物單元、藥劑與藥代動力學單元的實驗內容，主要是基于TCR基因的抗腫瘤研究，另一部分為基因工程藥物的發酵實驗，即上述的重組蛋白質發酵單元的實驗內容，主要是重組人IL-18的誘導表達條件的優化研究.我們以這兩部分研究內容為例，給學生們展示了基因工程技術在生物制藥方面的應用情況.前一部分實驗內容著重于訓練學生的一些基因工程上游操作技術和基因功能研究技術，后一部分實驗著重于訓練學生的基因工程下游操作技術.

將本院教師的科研項目同學生的實驗教學相結合，這樣不僅能夠保證實驗順利進行，又能使學生更真實真切地了解基因工程技術在制藥上的應用，同時還體現了自身的實驗教學特色.在實驗過程中我們還以自己在科研工作中的親身經歷向學生介紹了相關研究內容的設計思路、當初研究工作中遇到的問題以及考慮解決問題時的出發點和采用的方法等.我們希望通過這樣的方式使學生能夠對基因工程技術有一個更生動、更全面的認識，同時培養他們獨立思考問題的能力和創新精神.

4 整體教學結合小組指導，保證實驗教學質量

為了強化學生對基因工程綜合性實驗的整體認識，使學生能夠充分理解實驗設計思路和整體流程，在實驗開始之初，我們首先開展了互動式的實驗介紹課，對相關基礎知識、實驗思路和實驗的整體流程進行了詳細的講解和介紹，然后由學生自由提問，在充分解答學生的各種問題之后，最后再由老師進行總結.通過我們課后對學生的調查訪問表明，經過這樣的互動式介紹課，學生對于我們的基因工程綜合實驗有了一個比較清晰的認識和理解，這對于隨后實驗的順利開展非常重要.

在此后實驗的具體實施的過程中，每個實驗單元由兩位帶教老師總體負責，每個單元的實驗課開始前首先由主講教師對實驗原理、實驗內容、操作要點等進行詳細的講解，點明需要特別注意的地方，并承上啟下地點明本次實驗在整個綜合實驗中的位置，這樣的集體授課保證了學生知識的統一性.在實驗的具體實施過程中，學生分組進行操作，每組由一位帶教老師具體負責，針對學生實驗過程中出現的各種問題進行及時的糾正和指導，回答學生的提問，并負責組織學生對實驗結果進行討論.這樣的分組教學不僅可以保證學生能夠得到及時、正確的指導，同時也加深了學生們對實驗內容的理解和掌握，對于提高他們的操作技能、鍛煉他們分析問題解決問題的能力都很有幫助.

5 合理分配差異化實驗，培養學生團隊合作精神

在實驗過程中，除了保證實驗整體流程的完整性和一致性，我們還在不同小組間安排了一些差異化的實驗內容.比如，在重組蛋白發酵實驗中，我們安排不同的小組分別對載體不同的兩個重組蛋白進行發酵條件的摸索，實驗結果放在一起比較.這無形中在學生們中間形成了一種競爭，每個小組都爭取把自己的結果做得更好，更能說明問題，而這樣就需要整個組的成員相互協作、共同努力.不僅如此，我們還將每個組細分為五對搭檔，將要優化的幾個發酵條件，如，起始誘導OD濃度、誘導時間、誘導溫度、還原糖含量、通氧狀況等分別交由每組不同的搭檔組合輪流負責，其他同學為他們做一些輔助工作，這樣又進一步地培養了學生的相互合作精神.通過這樣的實驗，學生的競爭意識和團隊協作精神都得到了鍛煉和提高，我們希望傳授給學生的不僅僅是專業知識和操作技能，同時還有非?？少F的團隊合作精神，因為這這對于他們今后的工作和學習是大有裨益的.

6 改變考核方式，激發學習興趣

在實驗結束之后，為了檢驗學生對實驗內容的掌握情況，我們對他們進行了實驗考核，這種考核與以往不同的是考核內容和形式上的一些嘗試性改變.

首先，我們組織學生開展了一次知識競賽，競賽的內容就是關于基因工程的重要的基礎知識、關鍵技術以及試驗操作中需要注意的一些重要環節.我們將學生按照實驗中的分組情況分成幾個競賽隊，在必答題環節，各隊的每位同學都要回答一個問題，這樣就保證了每個學生都能夠參與到競賽中來.為了繼續發揚他們的團隊精神，我們規定某個同學若答不上來，這個問題可以由同隊的其他同學代為回答，答對者同樣可以得到加分.為了使學生在競賽的同時能夠學到知識，我們還規定每個問題務必得到解答，本隊同學都答不上來的話其他隊同學可以代答，若大家都答不上來就由老師進行講解.同時，為了保持活動的吸引力和競爭性我們還設立了搶答題，為了獲得優勝隊和優勝個人的榮譽，學生們回答問題時都很踴躍，場面非常熱烈.經過這種形式的考核，有效地激發了學生的學習興趣，同時也使他們的知識和技能在不知不覺中得到了進一步的鞏固和提高.

另外，為了使學生能夠對基因工程綜合性實驗進行總結和提煉，同時也為了鍛煉他們的科研寫作能力，我們要求學生按照科研論文的格式撰寫實驗報告.我們從科學期刊中選取一些代表性的范文，給學生們詳細講解了撰寫科技論文的要素和一些需要注意的一些問題.通過這樣的模擬訓練，學生們對科研工作有了更加深刻的了解和體會，這種訓練對于學生以后畢業論文的撰寫以及進一步的學習與深造也是一種很好的鍛煉.

課程結束后，我們就實驗課改革的效果及時地聽取了老師和學生們的意見.學生們普遍反應，通過這樣的綜合性實驗使他們得到了很大的鍛煉和提高，不僅增長了知識，強化了實驗操作技能，而且培養了團隊協作精神，對科學問題的思考能力也有了明顯的提高，他們還希望今后學院能夠多開展一些這樣的實驗.各帶教老師也都表示自己從其他老師身上學到了不少東西，積累了有益的教學經驗，自己的實驗教學能力也得到改進和提高.經過這次基因工程綜合性實驗改革的探索，我們也獲得了寶貴的教改經驗，以此為契機，今后我們將在本院其他課程的教學中因“課”制宜地逐步推廣教學改革，為我院教學水平的與時俱進、不斷提高奠定堅實的基礎.

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G642.4

A

1673-260X（2010）03-0162-03

項目資助：教育部“生物醫藥類專業創新人才培養實驗區”（2007-185）

黃樹林，廣東藥學院生命科學學院院長、生物制藥研究所所長、教授 郵編：510006