改進高校基因工程課堂教學設計的初步探討

盧山+劉平+李同輝+高艷紅

摘要：為了提高大學基因工程課程課堂教學質量，我們從高校實際出發，結合教師多年的科研經驗，以“大腸桿菌轉化”課件設計為例，不斷完善課堂教學，使學生既能夠掌握知識要點，又能鍛煉思維，還能培養其創造精神。

關鍵詞：基因工程；課堂教學；改進；課件設計

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）03-0178-02

我國高等學校本科教育的學科分類中，生物學、生物醫學工程、食品科學與工程、農業工程等專業屬下的許多課程都與基因工程技術與應用的迅速發展息息相關。因此，基因工程越來越多地進入高校專業主干課程行列。基因工程的內容繁雜難學，實踐性強[1]，而且迄今為止，很多大專院校由于條件所限，未能開設配套的實驗課程。相關教材中，絕大部分內容也集中于理論闡述。即使教學大綱是經過反復推敲，依據基因工程教材重要知識點而制定的，授課內容也嚴格按照教學大綱亦步亦趨，還有多媒體方法輔助講授，但是，傳統的“填鴨式”課堂教學方式仍然被普遍采用，難以達到教書育人的目的，也不符合現階段我國高等教育培養創新型人才的要求，這使得教學效果從根本上無法保證。課堂教學是高校最基本的教育活動，主要由教師和學生兩方面共同承擔完成[2]。首先，為人師者應該從教師主體出發，增加教學投入[3]，努力探討和思索如何在現有條件下改進和完善課堂教學，提高教學質量。其次，應最大限度地調動學生學習的積極性和主動性，讓學生在課堂教學中能聽得懂，聽得進。這樣，才能夠在有限而寶貴的課堂時間內，啟發學生的創造性思維。本文作者在多年從事基因工程教學的基礎上，以基因工程中“大腸桿菌轉化”知識點為例，說明在基因工程教學中，尤其針對技術性、實驗性教學內容，結合相關科研經驗，改進課件設計的重要性。

基因工程基本操作是該課程重要的篇章之一。基因工程重組DNA操作主要由“切”、“接”、“轉”、“增”和“檢”構成。其中“轉”是針對原核生物的轉化（Transformation）、真核細胞的轉染（Transfection）和需病毒參與的轉導（Transduction）等活動的統稱。作為基因工程七大支撐技術之一的基因轉移技術也是指“轉”操作。由此可見，“轉”為基因工程教學中的重要知識點之一。其中，轉化是外源DNA進入受體細菌而獲得相應遺傳性狀的現象，亦即DNA導入受體菌再擴增或表達的過程。在具體章節詳細介紹原核細胞代表性基因工程實例時，也離不開大腸桿菌的“轉化”，實驗室常用的大腸桿菌轉化方法有氯化鈣（Calcium Chloride，CaCl2）和電穿孔（Eletroporation，也叫電擊）等。CaCl2法創立于1972年，是適用于革蘭氏陰性細菌（如大腸桿菌等）的經典轉化技術。它是指在低溫下，Ca2+能夠與細菌外膜磷脂形成液晶結構，然后經熱脈沖發生收縮作用，這樣細胞膜會出現空隙，從而使外源DNA進入受體菌的過程，所以CaCl2法也被稱作熱激法或者熱脈沖法。此方法的關鍵影響因素是低溫和Ca2+，它不需要電轉化設備，在實際中最為廣泛使用。因此，常常在課堂教學中作為重點內容來介紹。常用的教學方法在講授此章節內容時，采用如圖1所示的PPT或者板書機械化流程來展示大腸桿菌的標準熱激法轉化過程。這樣的教學方式，備課簡單，授課輕松，數分鐘即可完成。但常常會因為課堂上，講解理論知識的枯燥而難以激發學生的學習興趣，從而導致在短短的課堂時間里，學生的思考能力得不到鍛煉，更不用說如何牢固掌握專業的基礎知識了。事實上，有很多大學生在中學生物學課程學習階段已經接觸大腸桿菌熱激法轉化的基本知識了，但進入大學階段的基因工程課程相同知識點學習時，已近徹底遺忘；甚至有學生，在大學其他課程如分子生物學等實驗環節或科研實踐活動中還進行過相關實驗，但對轉化也只留下模糊印象。這些現象一方面可能受到學生個體學習主動性等的影響，但另一方面不能否認與課堂教學質量，尤其是主導課堂教學的教師采取的教學方法相關。因此，針對標準熱激轉化法流程的授學，我們認真思考后，在利用教材講授理論知識的同時，還從該知識點出發，將理論知識與科研實際結合，即與科研中已運用普遍的快速熱激轉化法聯系起來重新設計課件，如圖2所示。當大腸桿菌標準熱激法轉化流程介紹完畢時，讓學生結合熱激法轉化的基本原理，思考教師提出的相關問題。經過逐步的啟發和剖析，只有當學生掌握了大腸桿菌轉化的知識要點時，才能認識到標準熱激法的第3至第5的三個步驟均可以省略，快速熱激法在15分鐘內即可完成。在這樣短暫的課堂授學過程中，創造出能發揮學生主觀能動性的課堂學習氛圍，不僅可以幫助學生理解知識要點，還增加了課堂上教師與學生的互動，活躍了課堂氣氛，開啟了學生思考的閘門，拓展了學生思維的空間，鍛煉了學生思考、分析、解決問題的能力，從而取得良好的教學效果。

綜上所述，課堂教學設計對教學質量有著非常重要的影響。近年來，盡管有文獻提倡對基因工程教學設置獨立的實驗課程或者讓學生提早進入科研課題來加強對基因工程的學習。但現階段對大多數的高校而言，這恐怕不是一個容易實踐的提高教學質量的方法。我們以上的改進，僅為進一步完善基因工程課堂教學起到拋磚引玉之效果。將來，在基因工程課程教學研究過程中，作為主導課堂教學的一方，應更好地結合本校的實際，并融合教師自身多年的科研經驗，繼續努力探索，對更多的關鍵內容、知識點進行更好的課堂課件設計，以化枯燥為有趣及深入淺出的啟發式授課方式等鍛煉學生的思維，培養學生的創造能力，提高課堂教學的質量。

參考文獻：

[1]王文鋒，武新勝等.醫學院校基因工程的課程改革[J].中國高等醫學教育，2015，（5）：68-69.

[2]王志鵬，郭小玉.高校課堂教學質量問題思辨[J].當代教育理論與實踐，2014，（10）：79-80.

[3]何旭明.教師教學投入影響學生學習投入的個案研究[J].教育學術月刊，2014，（7）93-99.

A Preliminary Study on the Improvement of the Classroom Teaching Design for Gene Engineering

in China's Colleges and Universities

—The Courseware Design for "Heat Shock Transformation of Escherichia Coli"

LU Shan，LIU ping，LI Tong-hui，GAO Yan-hong

（Life Science College of Nanjing Normal University，Nanjing，Jiangsu 210023，China）

Abstract：In order to improve the teaching quality for undergraduate course of gene engineering，the courseware of "Transformation of Echerichia Coli" was designed as an example proceeding from the current status in China's Colleges and Universities and combining with our years of scientific research experiences，which aims to help students grasp knowledge points，develop intellectual vitality and cultivate creative spirit for optimizing classroom teaching.

Key words：genetic engineering；classroom teaching，improvement；courseware design