應用型人才培養模式下生物技術實驗教學改革與實踐

張業尼　樊秀花　范志華　劉金福

摘要：為了培養應用型生物技術人才，結合我校生物技術實驗課的教學，調整了生物技術實驗課教學的基本思路。根據實驗教學培養目標和生物技術特點，從更改原有實驗內容、增加設計性實驗、結合多媒體網絡教學和建立健全實驗考核方式等方面對《生物技術實驗》教學進行探索與實踐，旨在通過生物技術實驗教學工作提高學生的實踐和創新能力，培養學生獨立思考的精神，滿足科技進步和社會發展需要。

關鍵詞：應用型人才；生物技術；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）06-0105-03

目前，我國生物技術相關產業正處于飛速發展時期，但與國際先進水平相比仍存在一定差距，而高校中生物技術專業的實驗內容對學生的訓練并不能夠很好地滿足企業及科研單位的需求，這導致生物技術本科畢業生，特別是農林類高等院校本科畢業生的就業率較低[1]。隨著實驗設備和教育觀念的不斷更新，對實驗教學模式進行改革以適應新時代培養學生的要求是十分必要的，尤其在以企業需求為導向培養人才的今天，必須打破傳統的實驗教學模式，以適應時代和社會發展對于應用性人才的需要[2，3]。

生物技術實驗課是一門涉及領域寬、基礎性實用性強、實驗技術要求高的課程，包括蛋白質工程、細胞工程、基因工程、發酵工程等[4]。生物技術實驗教學是實踐性教學的重要環節之一，不僅是補充和驗證理論的關鍵方法，也是培養學生動手、應變、創新等能力的重要手段。如何發揮好實驗教學作用，培養具備動手能力和創新能力的人才，是目前生物技術實驗課教學改革的重要內容。

隨著現代生物技術的飛速發展和科學研究的不斷進步，要緊跟當代先進科學技術發展前沿，在有限的學時內，從增加設計性實驗、改進實驗教學內容等幾個方面對生物技術實驗進行改革探索。

一、更改生物技術實驗課原有實驗內容

生物技術實驗盡管很早就已經開設，但近年來生物技術及相關產業的發展突飛猛進，原有的實驗項目已不能適應當前社會對理論和技能并重的全面人才的需要，增加生物技術行業相關性和實用性的實驗項目是非常有必要的，以學生為出發點開展不同層次、可供學生選擇的實驗項目，激發學生的主觀能動性和學習興趣，促進學生形成獨立思考和解決問題的能力。

生物技術實驗課程是我們學院生物工程專業的重要實踐環節內容，它包括了細胞工程、酶工程、基因工程專業課的實驗部分。細胞工程部分原有實驗內容：黃豆芽線粒體的分離與觀察、蘆薈植物愈傷組織的誘導、韭菜葉肉原生質體的分離及活力的檢查。基因工程部分：堿法提取質粒、聚合酶鏈式反應——PCR、核酸的瓊脂糖凝膠電泳。酶工程實驗內容：酸性磷酸酯酶的提取實驗、酶促反應動力學參數的測定、影響酶促反應的因素。細胞工程部分實驗內容主要為植物細胞相關的基礎性實驗，基因工程部分實驗內容相對較少，無法讓學生系統全面地理解基因工程實驗，各部分實驗內容比較分散，學生只能單純學習某一實驗技術，因此，我們將細胞工程實驗內容改為基因工程實驗內容。酶作為一種蛋白質可以進行重組與表達，因此，可以與前面的細胞工程和基因工程部分實驗內容結合起來。

根據生物技術實驗的培養目的和特點，我們將以核酸重組與蛋白表達技術為主線，將生物技術實驗分為上游蛋白重組表達和下游重組蛋白分離純化與性質研究兩部分內容，蛋白我們可以選擇工業中常用的酶類蛋白質，同時把目前科研領域的常用先進技術引入實驗教學中，從整體進行實驗優化設計，將實驗技術按目的基因制備、基因與載體連接、感受態細胞的制備與轉化、重組質粒鑒定、重組蛋白表達及純化等有機地結合起來，加強實驗內容的完整性、針對性和先進性。具體實驗內容如表1。通過從基因克隆到蛋白表達的實驗過程，學生在關鍵生物技術方面受到良好訓練的同時，對實驗目標又有了整體性認識，有利于學生掌握生命科學的新知識、新技術和新方法[5]。

二、增加設計性實驗

在設計性實驗過程中，學生處于主導地位，需要學生自己設計并動手操作才能得出最終的實驗結論，避免了學生投機取巧、所有實驗結果及討論都千篇一律的現象。可以說設計性實驗能夠極大地調動學生的探索精神和求知欲，充分發揮學生的主觀能動性。

對于綜合性設計實驗，實驗設計的好壞直接關系實驗的執行效果，也是調動學生學習主動性的關鍵。我們將不同酶的表達與純化及酶學性質分析實驗引入到實驗課中來。例如，堿性蛋白酶、α-高溫淀粉酶、酸性淀粉酶、脂肪酶、磷脂酶等蛋白的表達純化技術作為實驗內容。這些不同酶類蛋白的選擇及特性都充分調動了學生的學習熱情，讓實驗更加有趣。

實驗中還可以將不同的實驗進行模塊化分組。學生可根據自身興趣及實驗能力從中挑選模塊組合，最后由指導老師匯總，指導老師可根據實驗準備情況進行調整確定。作為補充，對于那些參加了許多科研訓練的學生，可以讓他們自擬感興趣的實驗題目。在實驗組織上，可以讓他們組建團隊，完成開題和結題報告，小組討論完善實驗設計等。此外，優秀學生自選課題還可為下次實驗奠定基礎[6]。

設計性實驗是在明確實驗目的及任務的前提下，學生通過查閱資料，首先提出實驗方案，設計實驗步驟，列出所需儀器耗材及試劑，然后在與指導教師的討論下確定實驗方案，最后學生獨立完成實驗并對實驗結果進行分析討論。例如，設定重組大腸桿菌不同的誘導溫度、誘導時間等，獲得不同的實驗結果，進而加以分析討論。在實驗設計和操作過程中，我們鼓勵學生勇于探索，允許實驗結果不盡人意，但需要對結果進行論證。

設計性實驗具有周期長、連續性強等特點，需要合理安排時間確保實驗效果。以前一個實驗單元兩學時，不利于設計性實驗的進行。因此可以集中在每天下午開實驗課或者選擇在期末學生大部分課程結束后連續全天進行實驗，以保證實驗的連續性和完整性。

三、結合多媒體和網絡教學

采用現代教育信息技術，將圖片、視頻、文字等有機結合起來，直觀地、有計劃地展示給學生，特別適用于生物技術實驗教學。相關實驗操作、儀器使用、相關技術等均可拍成視頻，如常見的核酸蛋白電泳技術和蛋白分離純化實驗涉及的離子交換層析或分子篩層析等。利用網絡教學平臺建立課程網站，將教學內容、參考書及資料、實驗儀器與技術等展示給學生，使學生在課余時間了解本課程，拓展了學生的學習時間和空間[7]。

四、鼓勵學生加入課前實驗期準備工作

在以往的實驗教學中，實驗準備工作包括實驗試劑的配制、儀器設備的調試、實驗樣品的準備等，均由實驗老師完成。這種教學方式不利于學生以后進入實驗室獨立地工作，無法培養學生的動手能力以及激發學習積極性。因此，我們可以鼓勵一些優秀學生參與實驗準備工作，讓學生獨立地準備各種緩沖液及所需耗材等。學生能夠主動地去思考實驗的每個環節，對一些關鍵的實驗步驟做到心中有數。

五、建立健全生物技術實驗考核方法

目前，生物技術實驗課考試成績主要以實驗報告為平時成績，閉卷考試為期末成績，以平時成績為主。學生的實驗報告多為抄寫課本內容，即便討論部分都可能出現相同現象，因此該考評方式不能全面客觀地評價學生對基礎知識的理解，更不能反應學生對實驗操作技能的掌握程度。

因此，我們應該從實驗教學目標出發，以基礎知識掌握為基礎，以學生能力考核為核心，制定相應的考核方式和評分標準，對實驗教學實行全過程、多層面的有效考核。主要從平時成績、實驗報告、設計性實驗、實驗技能四個方面進行考核，如表2所示。

我們的目的在于考察學生的創新思維能力：具體表現在如何解決遇到的問題和制定相應的實施措施。第一，要求學生具有文獻查閱、總結和歸納等能力。第二，要求學生具有較強的思維能力、動手能力以及解決具體問題的能力。第三，培養學生的團結協作能力，小組成員之間互相溝通交流合作，不同小組之間相互取長補短。最后，對學生實驗技能進行分組現場考評，考評內容可以為生物技術企業中常用到的分析實驗內容，如SDS-PAGE分析蛋白的分子量及純度或如何進行重組大腸桿菌質粒穩定性分析等，對于這些實驗內容，業內技術人員日復一日地進行實驗，對其有自己獨特的見解和經驗，可以邀請生物技術相關企業的專業技術人員進行現場交流，對學生實驗進行指導并提出寶貴意見，同時對于具體實踐操作進行評分。

跟其他實驗課程相比，生物技術實驗具有自身的特色，各實驗項目相對獨立，又前后關聯。將實驗內容分為不同層次，每個層次包含若干個獨立的實驗項目，各實驗項目之間緊密銜接，構成一個系統。如原核表達不僅涵蓋了PCR獲取目的基因、構建重組表達載體、重組菌的誘導表達于分離純化、重組蛋白的SDS-PAGE檢測、重組蛋白的活性分析等實驗技術，而且以點成線、以線成面，將孤立的知識點銜接起來，形成一個完整的系統。

總之，生物技術實驗教學改革以培養具有綜合應用能力、獨立思考能力和創新能力的應用型人才為目標，實驗內容主要具有設計性、連續性、綜合性等特點，可以緊密結合形成完整的課題，將科研中常用的思路和技術引入實驗教學中，在引導學生掌握實驗技能和科學研究方法的同時，激發學生的學習興趣，充分發揮學生的主觀能動性。

參考文獻：

[1]王正加，唐永超.高等農林院校生物技術專業教學改革的思考——以浙江農林大學為例[J].中國林業教育，2017，（35）：26-30.

[2]胡軍和，金晨鐘，曾智，賀愛蘭.基于項目型的生物技術專業實驗教學模式研究[J].教育教學論壇，2015，（02）：249-250.

[3]胡軍和，金晨鐘，曾智，賀愛蘭.基于產學研項目型的生物技術專業實驗教學模式研究[J].教育教學論壇，2016，（13）：158-160.

[4]張敏，王邕，梁錦添，李俊芳.改革生物技術實驗教學，培養學生綜合實驗能力[J].廣西大學學報（哲學社會科學版），2008，（30）：77-78.

[5]朱新霞，何大俊，陳 芳，李予霞，高劍峰.注重教學質量 推進《生物技術實驗》教學改革[J].實驗平臺，2013，（1）：250-251.

[6]何麗明，蔣群，閆曉梅.生物技術綜合實驗的教學設計與探討[J].高校生物學教學研究，2016，6（2）：50-53.

[7]尹燕霞，魏群，向本瓊，馬晴，駱靜.分子生物學及生物技術實驗教學創新體系的建立與實踐[J].分子生物學及生物技術實驗教學創新體系的建立與實踐，2010，（1）：61-64.