“基因工程”課程建設及教學改革探討

張學文　趙燕　黃麗華　陳金軍　黃妤　張智勝

摘要：“基因工程”課程是生物類專業的主干課程，課程建設與教學改革從早期的更側重于理論知識傳授、強化技能訓練，到近年來通過綜合改革建立課程教學新模式，經歷了三個階段。課程綜合改革構建了“課堂講授—實驗操作—實習綜合”的“三位”結合式課程教學模式。通過精簡理論教學內容、設立基本核心實驗結合綜合實驗（實習）對課程內容體系進行了重建，并合理安排了教學進程和“三位”融合。

關鍵詞：基因工程；課程建設；教學模式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）50-0082-02

“基因工程”是隨著20世紀70年代初DNA重組技術興起而形成的一門新知識體系。1972年前后實行了對DNA的人工重組操作，以此為基礎誕生了現代生物技術，同時也造就了生物技術本科專業及“生物工程與技術”這一新的學科[1]。該學科自誕生以來就表現出巨大的生產力作用，以重組蛋白質藥物為代表，表現出了不同于傳統發酵、分離等技術的獨特優勢[2]。

我國在1987年3月組織實施的國家高新技術“863”計劃中就將生物技術作為優先發展的領域。在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2010—2020年）》中仍然把生物技術作為科技發展的五個戰略重點之一[3]。為了適應社會發展對生物技術人才的需求，我國高校大多于上世紀90年代初設立了生物技術專業，“基因工程”課程是生物技術專業本科生人才培養方案中的主干和核心課程。上世紀90年代后期開展的專業調整，將生物類本科專業調整為“生物科學”和“生物技術”兩個專業，并設置了與生物學密切相關的工科類“生物工程”專業[4]。事實上這幾個專業的開設都與“基因工程”這一新的知識體系建立和技術發展密切相關。“基因工程”課程建設和發展已經有了30余年的歷史。在高等學校生物科學與工程教學指導委員會制訂的生物技術專業規范和生物工程專業規范中，“基因工程”都被納為其專業課程[5、6]。

湖南農業大學于1987年建立“植物遺傳工程實驗室”，承擔了研究生的“基因工程”課程教學。1993年建立生物技術系，1995年開始招收本科學生，同時建立了基因工程與遺傳學教學團隊，并為本科生開設“基因工程”課程，20余年來不斷開展課程的建設和教學改革。現將我們開展課程教學方法的改革探索情況做一個介紹，以與大家開展研討。

一、“基因工程”課程特點

“基因工程”課程的特點是其具有典型的實驗技術性屬性。“基因工程”的知識體系都是圍繞DNA克隆和分子操作的具體實驗操作而關聯起來的，將相關的基本實驗方法原理、分子操作工具（酶）性質、遺傳轉化的理論基礎等相關理論知識組合起來形成一門系統的課程。因而“基因工程”課程教學多由理論加實驗構成，而使學習者系統掌握實驗技能是課程的主要目標。

二、“基因工程”教學改革的歷程

如何合理化地布局理論教學、實驗教學內容和課時，提升教學效果，更有效地促進學生系統掌握基因工程的知識體系和操作技能，是基因工程課程建設與教學改革一直努力的方向。我們的課程建設可以分為三個時期：

1.重視理論講授，突出知識學習。在課程建設早期，課程更側重于理論傳授，理論課時占比較高。理論課時為60課時，實驗不單獨設課，課時為20課時，課程總課時80課時。這個時期主要是囿于實驗條件，實驗內容設計比較簡單，實驗課時也安排較少。一些實驗技術只能從原理上著重學習和掌握。

2.實驗單獨設課，強化技能訓練。為了強化技術訓練，加強技能培養，根據“基因工程”的課程特點，將實驗單獨設課。將理論教學的部分內容融入到實驗教學環節。理論課時調整為50課時，實驗課時增加到30課時，總課時80課時。

3.“三位結合式”課程教學，全面提升教學效果。“基因工程”課程加入了實習（綜合實驗）環節，課程設計由理論教學、實驗教學、實習實訓三位結合方式來進行。因此課程形成了“課堂講授—實驗操作—實習綜合”的“三位”結合式方案。理論教學課時進一步壓縮，縮減到36課時，實驗課20課時，增加實習課1周時間。

“基因工程”課程“三位”結合式的教學設計，無疑能更加利于基因工程的技能訓練和實現課程設定的整體目標。這種“三位”結合的教學必須對教學內容、課時安排、實驗內容體系及“三位”的融合進行很好的設計，才能達到教學效果。

三、“三位結合式”教學的設計

1.理論教學先行。在課程教學安排上以理論教學先行，理論課程教學進行三分之一后再啟動實驗教學。“基因工程”課程的前部章節包括基因工程的基本實驗技術、基因工程工具酶、基因工程載體等內容，是開展實驗操作務必先掌握的初步理論知識。因此在學生完成這些內容的學習后，開設實驗課程進行實驗教學，一方面具有了一定的理論基礎，另一方面還可以促進后續理論知識的學習。此后，理論教學與實驗教學可以在每周內疊加循序進行。

2.實驗課程內容優化。在理論教學完成三分之一后，開始實驗教學。實驗課程設計了5次實驗，每周1次教學，每次4課時。這些實驗課程計劃的內容是開展基因工程操作所需要掌握的基本實驗。包括：

①質粒載體DNA分離制備；②瓊脂糖凝膠電泳與DNA回收；③DNA限制性酶切分析與重組連接；④大腸桿菌轉化及鑒定；⑤PCR擴增及目標分子克隆。

經過這些實驗操作和學習過程，學習者可以了解DNA操作的一些基本實驗技術，在實驗課程結束時，也能基本完成理論課程的教學，然后即可以進入1周的實習環節。

3.通過實習進行技能的綜合化、系統化。設立實習教學的目的是通過實習把理論知識和學生已掌握的單獨實驗方法，加以系統化、綜合化。在實習開展中，我們對實習內容進行方向性的設定，要求同學們利用生物信息學分析、自主選定克隆某一個目標分子，然后對克隆化的分子或者進行定點突變改造或者進行可以調控的大腸桿菌表達。在實習過程中還融入了“三性”的要求，能體現出實驗的“設計性、綜合性和創新性”。學生先開展自主設計、提交實驗方案、進行方案論證后進入實習環節，完成實驗后再交流和總結實習內容。通過實習過程，學生可以較系統和獨立地參與“資料收集分析—實驗設計—具體實驗”的全環節，系統地將理論知識與實驗技術相結合，從而把握“基因工程”的核心技能。

四、課程教學改革的效果

“課堂講授—實驗操作—實習綜合”的“三位結合式”課程教學自2010年開展以來，從2008級生物技術、生物工程本科生的課程教學中開始實行，經過了7年實踐，取得了較好的教學效果。體現在：①學生對課程教學效果的評價提高，通過網上評教、學生座談，評價為優秀等級的比例達到92%。②學生創新項目選題結合基因工程課程內容體系的比例增加，目前生物技術、生物工程本科生參與的各類大學生創新項目共52項，與分子克隆、重組和轉化相關的項目達到46%，比例較3年前顯著提升。③畢業論文的選題與“基因工程”課程內容的關聯性提升，分析近三年的畢業論文選題，有42%的選題與此相關。④升學和就業的本科畢業生反饋，在后續的研究和工作中運用“基因工程”課程相關的知識和技能，能從課程所學中收益。

參考文獻：

[1]吳乃虎.基因工程原理[M].第二版.北京：科學出版社，2016.

[2]Johnson I S.Human insulin from recombinant DNA technology[J].Science，1983，219（4585）：632-637.

[3]http：//www.most.gov.cn/mostinfo/xinxifenlei/gjkjgh/200811/t20081129_65774.htm[OL].

[4]吳雪梅，喬守怡，劉恩山，王喜忠.我國高校生物專業教育發展的脈絡與現狀[J].高等理科教育，2007，（3）：1-4.

[5]教育部高等學校生物科學與工程教學指導委員會.生物技術專業規范[J].高校生物學教學研究（電子版），2012，2（1）：3-10.

[6]教育部高等學校生物科學與工程教學指導委員會.生物工程專業規范[J].高校生物學教學研究（電子版），2012，2（2）：3-10.