基因工程實驗教學的改進與問題剖析

趙春梅 薛仁鎬 郭寶太

摘要：本文對基因工程實驗教學中所進行的改革進行了總結，分析了師資隊伍、實驗教學內容和考核方式等因素對學生科研能力和興趣培養的影響，對本課程教學中依然存在的問題也進行了剖析。

關鍵詞：基因工程；實驗教學；改進

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）50-0256-02

青島農業大學生命科學學院的《基因工程實驗》課程是校級精品課程“基因工程”的實踐教學部分。依托我院的“山東省高校植物生物技術重點實驗室”，本課程組設計了“抓基礎，重應用，促培養”的教學思想，建立了“以基本操作技能為基礎，以綜合科研能力培養為目標”的實驗實踐教學體系，取得了一定的成效。

一、目前實驗教學情況

1.實踐教學體系創新。首先將以前分屬于分子遺傳學、分子生物學和基因工程的實驗教學部分進行綜合調整，開出主要針對基因工程的課程要求而設的基因工程實驗這門綜合型的實驗課程，總學時由原來的36學時增加到64學時。其次，減少驗證性實驗，增加綜合性實驗，體現“基礎性、系統性、高效性、實用性、科學性”原則。

2.師資隊伍優化。基因工程實驗課程要求授課教師必須同時具備扎實的理論知識功底和豐富的實驗操作經驗。教師需要積累豐富的教學、科研經驗，才能真正做到準確、及時地引導學生分析問題、解決問題。目前本課程組的教師都具有博士學位，且目前大都承擔科研課題，在一線科研崗位奮斗多年，有著豐富的科研閱歷。課程組老師在承擔實驗教學任務的同時也擔任理論教學任務，這樣對于學生情況的了解和知識的傳授就是連續性的，不會因為理論課教師和實驗課教師的不同授課進程，造成知識傳授出現斷層。教師在授課過程中可以提出問題，埋下伏筆，巧妙地將理論知識和實驗結果及分析聯系起來，將理論課上的知識在實驗課中得以驗證，或將實驗課的疑問在理論課進行解答，師生之間的互動增加，課堂氣氛活躍，大大提高了學習效率。

3.實驗教學內容優化。根據我院生物技術和生命科學專業學生學習的特點和培養應用型人才的需要，我們分別開設了基礎性實驗和綜合性實驗項目（見表1）。基礎性實驗項目共24學時，主要是涵蓋基因工程“切、接、轉、檢、增”基本流程的常用技術，是學生必須掌握的基因工程基本實驗技能。通過基礎性實驗訓練，學生熟悉基因工程操作過程中的每項基礎技術的實驗原理和操作要求，能夠保證在后期的綜合性實驗項目中具備清晰的科研思路和熟練的操作技能，保證實驗的順利完成。綜合性實驗共設定了40學時，我們將教師科研項目中研究的比較成熟的部分“逆境脅迫啟動子調控功能研究”改造成了符合實驗教學要求的綜合性實驗項目，設定以最終獲得轉“幾丁質酶啟動子+GUS報告基因”的煙草為實驗目的，整個實驗設計以靶基因（幾丁質酶啟動子）的克隆、載體構建和宿主轉化為技術路線，由幾個連續的實驗過程組成，包括：（1）植物基因組的提取：使用液氮法，提取大豆葉片基因組；（2）目的基因的PCR克隆：利用PCR特異性引物，將幾丁質酶啟動子從大豆葉片基因組中克隆出來，使用試劑盒對PCR產物進行分離純化，并完成T載體的構建；（3）重組載體原核宿主的轉化：制備大腸桿菌感受態，將構建的T-載體連接體系導入宿主菌，篩選鑒定轉化克隆；（4）表達載體構建和農桿菌轉化：將幾丁質酶啟動子片段從T載體切下，再與表達載體連接，插入GUS報告基因上游，經大腸桿菌轉化鑒定后，提取正確重組表達載體質粒轉化農桿菌，鑒定克隆；（5）植物遺傳轉化：利用農桿菌介導的葉盤轉化法，對煙草無菌葉片進行重組表達載體的瞬時轉化和穩定轉化；（6）轉基因煙草的鑒定：對瞬時轉化煙草進行GUS報告基因的組織化學染色，進行檢測，穩定轉化的煙草通過幾周的繼代培養，直到獲得轉基因小苗。整個大實驗將載體的酶切、連接、構建、原核宿主轉化和鑒定、植物的轉化和鑒定等相關實驗有機地結合起來，是一個連續的過程，前后內容緊密銜接，環環相扣。前一個實驗的結果是后一個實驗的材料，每個實驗的失敗都可能造成實驗鏈條的中斷，直接影響到最后的結果，學生在實驗過程中必須全身心投入，小心謹慎，這樣促使他們對每個實驗的操作和結果更加關注，也就具有更深的印象（朱旭芬等，2011）。

4.實驗考核方式改進。參考其他院校同類課程的考核方式，我們實行“實驗綜合操作加筆試”的考試方法。實驗綜合考核是對學生的實驗設計能力和實際操作能力的檢查。比如給出題目：請依據給出的材料，設計并完成載體的構建過程。教師準備好目的基因、載體、限制性內切酶等試劑，要求學生根據所提供的實驗材料，先設計一個合理的實驗方案，然后根據方案，選用正確試劑，最終完成重組載體的構建。要完成這樣的題目光靠背課本，平時不認真做實驗，沒有扎實的理論和操作功底是不行的。在筆試考核中，主要側重于檢查學生對實驗原理、實驗操作應避免的事項的掌握情況以及對實驗失敗原因的分析能力。

5.傾心教育取得良好實效。改革后的基因工程大實驗培養了學生良好的科研素質及對科研的興趣，為他們的進一步深造打下了良好的基礎。多名考研成功的學生反映，綜合性實驗的開展，他們對于基因工程實驗的技術操作流程掌握得非常熟練，對實驗原理有著深刻的理解，較強的基因工程實驗操作技能使其在研究生面試時得到導師的深度認可。另外，在課程組教師指導下，近年有3名同學成功申請了國家大學生創新研究項目和青島農業大學校級大學生創新項目的立項支持，還有一名本科生撰寫的畢業論文被評為校級優秀學士論文。教師的辛勤付出也得到同學們的廣泛認可，在學校對教師的評教體系中，學生對教師的評教反映普遍較好，近2年學生評價成績均在94分以上，教學優良率達100%，優秀率達100%。

二、存在的主要問題

1.課程安排不合理。基因工程理論課程與實驗課程同步進行的授課安排不合理。這種課程安排不利于學生對基因工程理論知識及實驗操作原理的掌握，有時實驗課需要用到的知識點，理論課還沒有涉及到，造成知識鏈的斷裂，學生在有限的時間既要完成實驗操作，還要緊急補充理論知識，非常被動。

2.學生參與認知度不夠。仍存在少數學生對實驗課學習重要性的認識不足，參與實驗的積極性不高，混學分的現象仍然存在。他們對實驗沒有興趣，不參與，甚至存在上課玩手機、應付甚至抄襲實驗報告等情況。即使分成2人的實驗小組，也存在一個同學主打，另一個同學在旁邊觀看的情況。

3.對實驗教師重視程度不夠。如何讓學生通過實驗得到科研能力的鍛煉和培養，掌握到最新的科研技術和信息，需要教師在實驗教學工作中花費更多的時間和精力，來不斷地研究、更新實驗教學內容。但目前高校對教師的考核機制普遍存在重科研、輕教學，重理論、輕實踐的現象，實驗教學成果不被重視，實驗教學工作地位低，費時費力難出成果。上述情況都易導致任課教師本身對實驗課程不重視，不愿意在實驗教學改革中投入大量的精力和時間。

三、改進建議

1.優化課程安排。根據知識體系的銜接和連續性，建議在完成對分子生物學和基因工程等相關專業基礎課程的學習之后，再進行基因工程實驗課程的學習。學生在充分地理解和消化所學的基因工程理論知識之后，再開展實驗課程的學習，能夠有助于他們更好地掌握基因工程實驗的應用理論基礎。另外，鑒于基因工程實驗的連續性和整體性特點，應該利用周末或其他連續時間集中進行實驗教學，可以令學生更深刻體會科研實驗的嚴密性，體會到科研工作的辛苦和奉獻，培養良好的科研素養等，還可以避免實驗課教學占用太多的教學周數。

2.轉變考核思路。過去實驗課考核以筆試為主，對學習效果的檢查仍依賴實驗報告，這在一定程度上削弱了學生的學習積極性。建議構建立體化、多層次的考核體系，進一步細化對學生的考核。比如：（1）科研能力考核：根據學生（個人或小組）實驗操作成功情況、實驗報告分析情況（對實驗數據記錄和實驗結果分析的合理性、完整性和科學性），結合期末考試成績，對學生學習效果進行全方位評價。（2）科研素養考核：根據學生出勤率、課堂紀律情況、實驗小組參與情況及團隊整體表現、實驗結束后對實驗器具的整理情況等，建立個人考核和團隊考核相結合的考核體系，培養學生的團隊意識。

3.重視實驗教學考評。學校應該建立相應的獎勵機制和措施，來提高教師對實驗教學的積極性，鼓勵教師對實驗教學內容和方法進行探索、開發和創新。對教師在新實驗的設計、實驗講義的修訂、將科研成果融入實驗內容等方面進行評審，并進行獎勵，對實驗教學工作突出的教師給予支持和獎勵，在計算工作量和升職時有所體現。

參考文獻：

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