分子生物學與基因工程實踐教學改革探討

王赟+柯飛+趙安芳

摘要：分子生物學和基因工程是高等院校生物工程和生物技術專業的重要專業基礎課。分子生物學是基因工程的理論基礎。基因工程又是對分子生物學理論的實踐，這兩門課程的實踐教學相輔相成。傳統的實踐教學，這兩門課程分別設立各自的課內小實驗，不僅分散重復，而且教學效果較差。筆者結合多年理論教學和實踐教學的經驗，探討了提高這兩門課程實踐教學效果的方法。

關鍵詞：分子生物學；基因工程；實踐教學；教學改革

中圖分類號：G642.42 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）46-0145-02

國家和社會的發展離不開創新性科研人才，大學生的科學實踐是培養創新性人才的有效途徑。國家高度重視大學生創新精神與實踐能力的培養，發布了一系列文件強調高等院校實踐教學的重要性，要求深化實踐教學改革，提高學生的學習能力、實踐能力和創新能力[1]。

生命科學發展到今天已經達到由以往的被動改造世界到主動的有目的地改造世界，分子生物學和基因工程是主動改造世界有力的工具，是生命科學領域的學科前沿，任何一門生物學科的發展都離不開分子生物學和基因工程。因此，分子生物學和基因工程的實踐教學就顯得尤為重要。分子生物學是一門研究生物大分子，主要是核酸和蛋白質結構和功能的學科[2]。基因工程在分子生物學的理論基礎之上，對生物大分子，尤其是DNA分子進行重組、改造[3]。這兩門課程相輔相成，密不可分。傳統的實踐教學中，這兩門課程各自設立兩到三個課內小實驗，實驗分散、重復，學生積極性不高，教學效果差。針對這些問題，筆者結合多年理論教學和實踐教學的經驗，探討了提高這兩門課程實踐教學效果的方法。

一、傳統分子生物學和基因工程實踐教學中存在的問題

1.實驗分散，缺乏系統性。傳統的分子生物學和基因課程的實踐教學，設立了植物總DNA的提取、瓊脂糖凝膠電泳檢測或者加上動物總RNA提取檢測等兩到三個課內小實驗，大約8—10個學時。由于課內時間有限和課時的限制，實驗進行的較為分散，學生也只能進行簡單的基本操作，缺乏系統性。

2.實驗材料固定，方案固定。傳統的實踐教學采取所有的學生使用相同的實驗材料，相同的實驗方案。例如所有學生都利用液氮研磨相同的植物材料，CTAB抽提總DNA。實驗操作步驟一模一樣，學生根據操作步驟操作了一遍，雖然提取到了總DNA，卻不知道為什么這樣操作，這樣操作的目的是為了什么。完全就是跟著老師走過場，操作過了，也很快忘記了，實驗的目的性不強，沒有應用價值。

3.組員依賴，自己不動手。傳統實踐教學往往4—6人一組，小組長負責，共同操作一個實驗。這樣組員依賴就比較嚴重，組員依賴組長，有的學生積極性不高，干脆讓別的同學幫忙操作甚至不操作。不關心最終的實驗結果，實驗報告的撰寫就直接抄襲組長的。實驗結果和分析高度雷同。學生在實踐操作中沒有深度體驗，也就對實踐教學過程沒有反思，也就沒有收獲。

4.實驗基本技能差，實驗習慣不好。分子生物學和基因工程實踐的對象是微觀的肉眼無法識別的抽象的DNA分子和蛋白質，任何實驗細節的失誤都有可能導致實驗的失敗，因此對學生的基本實驗技能和儀器操作要求比較高。由于學生之前沒有接受相關的培訓，所以基本技能很差。例如不知道移液器的使用方法，對于不同量程的移液器吸取的液體體積沒有概念，不會設置PCR儀器程序，不會操作凝膠成像系統，甚至不會配置一些較復雜的化學試劑。

學生的實驗習慣不好，如槍頭隨處打，槍頭盒沒有蓋上，試劑使用前不知道要完全溶解和混勻，使用完畢不蓋蓋子，超低溫離心機使用后沒有及時擦去水珠，帶著EB污染的手套到處亂摸等等，這些不好的實驗習慣嚴重影響了實驗教學的效果，不利于培養有素養的創新性科研人才。

二、實踐教學改革

1.設置專門的實驗課程，明確實驗的目標。通過實踐教學改革，將傳統的分數的單個課內實驗變成系統的分子生物學和基因工程大實驗課程。實驗學時由原來的每門課8—10學時改為36學時。實驗的時間段也由原來的分數的課內時間改為為期兩周連續的大實驗。實驗目的由原來的單純的基因組DNA鑒定改為物種的分子鑒定。物種的分子鑒定是隨著分子生物學和基因工程發展誕生的新興的鑒定物種的方法，相對于傳統的生理生化鑒定方法更準確，因此應用非常廣泛。相應的實驗內容由原來的基因組DNA的提取和電泳檢測，改為基因組DNA的提取鑒定、PCR擴增物種特異的保守序列，回收目的片段，與載體重組，制備感受態細胞，轉化感受態細胞，藍白斑篩選，重組子的鑒定。每一個實驗的結果是下一個實驗的基礎，上一個實驗的失敗，下一個實驗就無法操作，系統性強，目標明確，具有較強的應用價值。相應的成績評定不再是以最終結果和分析評定，而是與每一個小實驗的結果掛鉤，最終匯總為總成績，極大地調動了學生的積極性。

2.個性化定制個人的實驗材料和方案。傳統的實踐教學學生采用相同的實驗材料，采用相同的實驗方案，學生積極性不高。實踐教學的目標改革后，學生首先理解了物種分子鑒定的原理和方法后，每個學生均可鑒定自己感興趣的物種，根據物種的不同選擇不同的基因組DNA提取方法，不同PCR擴增程序，不同的DNA回收方法，選擇不同的感受態制備方案，設計不同的重組子鑒定方案。學生提交方案后，由指導老師對其進行輔助指導。要求學生修繕方案，使其切實可行。這種研究性的實踐教學引導學生探究性思維和自主學習的能力，給予學生深度的體驗[4]。在方案的設計過程中，學生不僅增強了對理論知識的理解，更重要的是學會了如何查閱文獻，梳理思路，根據實驗室的現有條件，設計出合理可行的方案，培養了學生的科研思維，提高了學生的學習能力、實踐能力和創新能力。

3.獨立完成實驗的準備和操作。在實驗操作過程中不再以小組為單位，而是要求每個人獨立完成自己的實驗。特別是實驗的前期準備工作。以往的實驗操作為了提高成功率往往使用試劑盒，雖然操作簡便，但是學生并沒有掌握實驗的原理和試劑的配置方法。而前期的方案設置和試劑準備是實踐操作中的核心環節，后期只是按照實驗方案進行。因此要求學生根據自己的實驗設計，獨立準備自己所需的試劑。為了減少浪費，學生必須精確計算自己所需的試劑量，不能過多配置。對于常用的試劑可以配置成母液，學生根據需要進行稀釋。學生對前期的準備工作非常感興趣，積極地根據實驗方案，計算自己的所需的試劑，鍛煉了學生的動手能力和思考能力，同時也減少了試劑的浪費。實驗完成每個學生根據自己的結果獨立分析成功或失敗的原因，通過反思對實驗有了更深的理解

4.重視基本實驗技能的培養，養成良好的實驗習慣。為了培養學生的基本實驗技能，要求學生在進行實驗操作之前，認真閱讀各種儀器和試劑的使用說明書，并寫下注意事項。思考實驗方案中每個環節的注意事項和影響因素。此外，指導老師講解具體操作時的一些細節和方法。只有通過簡單考核的學生才能進行后繼的實驗操作。此外，使學生認識到良好的實驗習慣的重要性，沒有好的習慣，實驗就有可能失敗。例如，移液器使用完畢如果沒有及時調回最大量程將導致移液器不準確，加樣誤差太大，導致實驗失敗等。要求學生養成良好的實驗習慣。

三、展望

總之，分子生物學與基因工程的實踐教學的改革，不再是傳統的“假題真做”，而是基于實際應用為目的——物種的分子鑒定，有效地激發了學生的興趣，較為全面地訓練了學生的學習能力、實踐能力和創新能力[5]。分子生物學與基因工程的實踐教學的改革，改變了以往老師的主體地位。老師開始扮演指導角色，學生處于主體地位，對問題深度思考，進行文獻查詢，方案設計，試劑準備，對實驗結果反思。這些高智力的投入、創造性的實踐活動，給了學生深度的體驗，訓練了科學的思維方式和實驗技能、實驗習慣，為培養創新性科研人才打下了基礎[1]。

參考文獻：

[1]時偉.論大學實踐教學體系[J].高等教育研究，2013，（34.）：61-64.

[2]朱玉賢，李毅，鄭曉峰，郭紅衛.現代分子生物學[M].第4版.北京：高等教育出版社，2013.

[3]孫明.基因工程[M].第2版.北京：高等教育出版社，2013.

[4]王金發，何炎明，戚康標，張兆梁，馮冬茹，劉兵，王宏斌.“開放性，研究性”實驗教學模式的創立與實踐[J].高等理科教育，2006，（76）：97-100.

[5]劉勃，劉玉，鐘國輝，張建林.基于真實項目的實踐教學體系探索[J].高等工程教育研究，2012，（1）：116-121.