“基因工程實驗”教學改革實踐與體會

曾馳

摘 要 分析了以往“基因工程實驗”教學中存在的問題，并從實驗內容、教學組織形式、實驗報告形式、成績評價方式等方面介紹了“基因工程實驗”課程教學改革的實踐與體會。

關鍵詞 基因工程實驗 教學改革 綜合性實驗

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2020.01.059

Reform and Achievement of "Genetic Engineering Experiment" Teaching

ZENG Chi

（School of Biology and Pharmaceutical Engineering， Wuhan Polytechnic University， Wuhan， Hubei 430023）

Abstract The existing problems of genetic engineering experiment teaching were analyzed. The reform and achievement of genetic engineering experiment teaching were introduced from the aspects of experimental teaching content， organization form of teaching， form of experimental report and evaluation mode.

Keywords genetic engineering experiment; teaching reform; comprehensive experiment

基因工程是20世紀70年代誕生的，以分子遺傳學為理論基礎，對生物進行分子遺傳改造的高新技術?；蚬こ虒嶒灱夹g是生物領域最重要的實驗技術之一。掌握基因工程實驗技術是當代生物工程和生物技術領域從業者的基本要求。[1]

“基因工程實驗”是我校生物工程和生物技術專業的主干課程。為了提高該課程的教學質量，武漢輕工大學“基因工程實驗”教學團隊對“基因工程實驗”課程進行了教改探索，對“基因工程實驗”的實驗內容、教學組織形式、實驗報告形式、成績評價方式等方面進行了深入的改革，推進學生自主式、合作式、研究式的教學模式，取得了較好的效果。

1 以往“基因工程實驗”教學中存在的問題

1.1 教學時間安排不科學

以往“基因工程實驗”的教學內容包括DNA的分離和凝膠電泳檢測、PCR技術、大腸桿菌感受態細胞的制備和轉化等，每周開設一次。但是，基因工程實驗是一個涉及提、切、接、轉、檢等操作程序的連貫過程。傳統的“基因工程實驗”教學安排將連貫的基因工程實驗過程割裂成若干個孤立的小實驗，割裂了基因工程實驗過程的內在邏輯聯系。學生對基因工程實驗過程難以形成整體的印象。

1.2 教學模式不以學生為中心

以往“基因工程實驗”采用以教師為中心的驗證性實驗教學模式。在這種教學模式中，學生不需要進行實驗設計，也無需深入的思考，只需要很機械的模仿和驗證。學生不是學習的主體，不僅不能理解實驗目的與原理，甚至無法獨立分析實驗結果和實驗成敗的原因。這種教學模式扼殺了學生的能動性，限制了學生的創造性思維，違背了以學生為本的教育目標。學生的后續基因工程實驗實踐（例如畢業論文）反映學生的基因工程實驗能力較差，表明“基因工程實驗”的傳統教學模式在培養學生獨立思維方面存在嚴重缺陷，無法激發學生的學習欲，也不利于培養當代生物工程和生物技術產業需要的創新型人才。

1.3 實驗報告相互割裂

以往“基因工程實驗”的實驗報告形式是每一個實驗項目寫一份獨立的實驗報告。這樣的實驗報告形式只適用于沒有連續性的驗證性實驗，有助于學生加深對實驗目的、原理和方法的印象。但基因工程實驗的連貫過程在這樣的割裂性的實驗報告中無法得到體現。在這樣的實驗報告的撰寫過程中，學生的思維被束縛在單一的實驗項目中，無意探求該實驗項目與“基因工程實驗”其他實驗項目的邏輯聯系，以及該該實驗項目的結果對“基因工程實驗”其他實驗項目的影響，難以對“基因工程實驗”的各個實驗項目形成整體的理解。

1.4 成績評價不全面

以往“基因工程實驗”課程的成績評價主要是根據實驗表現、出勤和實驗報告這幾項進行綜合，其中實驗報告權重較大。部分教師甚至將學生的實驗報告作為成績評價的唯一依據。這種方式無法對學生的“實驗過程”進行準確評價，導致學生重視實驗報告而輕視實驗過程。部分學生在實驗過程中敷衍甚至根本不參與實驗操作。有的學生甚至在課下編造或抄襲實驗報告。這種評價方式不但難以反映學生的實驗表現，而且會挫傷學生的學習積極性。為了解決這個問題，必須建立一個更客觀全面的學生成績評價體系。

“基因工程實驗”是我校生物類專業學生必修的主干課。和微生物學實驗、生物化學實驗等學科基礎實驗不同，“基因工程實驗”重點是培養學生的綜合性實驗能力。因此，應該將學生的綜合性實驗能力而不是基本實驗技能的掌握情況作為成績評價的重點。此外，學生的創新能力也應作為重要的評價指標。

2 “基因工程實驗”教改舉措

2.1 改革實驗內容

完整的基因工程實驗流程包括6 個步驟——“分離”、“酶切”、“酶連”、“轉化”、“篩選”、“表達”，最終將含有外源基因的重組DNA轉入受體細胞并獲得外源基因的表達產物。以往的“基因工程實驗”教學內容僅僅包含“基因組DNA的提取”、“聚合酶鏈式反應（Polymerase Chain Reaction）”、“瓊脂糖凝膠電泳”、“限制性內切酶反應”和“質粒DNA的提取”，沒有體現基因工程操作完整流程。

“基因工程實驗”課程內容設計應該擯棄驗證性實驗教學模式，體現基因工程的“工程”概念，體現整體性和連貫性。[2]基于此，我們將“基因工程實驗”的各個小實驗綜合成一個大實驗。整個大實驗的內容環環相扣，不能分割，前一個實驗模塊取得正確的實驗結果后才能開展下一步實驗。

我們設計的“基因工程實驗”大實驗包括6個實驗模塊“PCR擴增制備目的基因和電泳檢測”、“質粒DNA的小量制備”、“PCR產物與載體的酶切與凝膠回收純化”、“目的基因片段與載體連接”、“大腸桿菌感受態細胞的制備和轉化”、“工程菌的誘導和酶活性檢測”。由于表達產物蛋白質檢測所用的SDS-聚丙烯酰氨凝膠電泳（SDS-PAGE）已經在“生物化學實驗”課程中開設，為避免重復，本課程不安排相關內容。我們設計的“基因工程實驗”大實驗囊括了包括“分離”、“酶切”、“酶連”、“轉化”、“篩選”、“表達”6 個步驟在內的完整的基因工程實驗流程，滿足了課程培養要求。

2.2 改革教學組織形式

我們對“基因工程實驗”的教學組織方式進行了深入改革，讓學生自行主導實驗流程，自行操作，自行獲取和分析實驗結果。

傳統的一個驗證性實驗教學項目約為3學時。但基因工程實驗操作復雜，多種因素導致3學時無法順利完成1個實驗模塊。因此，我們將“基因工程實驗”安排在周末開設。每4名學生編為一個實驗小組。實驗室從早上8 ： 00到晚上7 ： 00向學生開放。學生需要認真預習實驗內容，完成基因工程大實驗“預習報告”，經教師審閱同意后才能進入基因工程實驗室操作?！盎蚬こ虒嶒灐薄邦A習報告”的內容包括：①實驗目的; ②實驗方案;③指導教師意見。目的是讓學生在實驗前認真預習，為獨立完成實驗操作奠定基礎。

在學生的實驗過程中， 教師不過度干涉學生的實驗安排，而是主要進行巡回指導和答疑，提供昂貴試劑（如酶）等，并對學生的實驗結果進行把關和評價。有的小組在個別實驗模塊中實驗失敗，則需要與教師討論失敗的原因， 方可向其他成功小組索取實驗材料進入下一個實驗模塊。

2.3 改革實驗報告形式

基因工程實驗是一套繁雜的流程，其中一些步驟如細菌培養、質粒提取、凝膠電泳等需要多次重復。傳統的驗證性實驗的“實驗報告”不適于這種綜合性大實驗。[3]因此指導教師要求學生認真記錄實驗過程中的每一步操作和結果，整理成“實驗記錄”交教師查閱，并在此基礎上總結、撰寫出題為“地衣芽孢桿菌 -淀粉酶基因在大腸桿菌中的表達研究”的基因工程“實驗論文”?！皩嶒炚撐摹钡母袷脚c碩士學位論文的格式類似，包括摘要、前言、材料與方法、結果與討論和參考文獻等。

為較好完成基因工程“實驗論文”，要求學生查閱“基因工程實驗”實驗內容相關文獻。以往的“基因工程實驗”的實驗結果圖片一般是由教師采集、軟件處理，學生貼入實驗報告中。改革后，由學生自己拍照、精修，以合適的方式呈現實驗結果。此外，針對“實驗論文”的討論部分，鼓勵學生將自己的結果與其他實驗組結果、文獻報道結果進行深入比較和討論，從而培養學生分析結果和撰寫論文的能力。

2.4 改革成績評價方式

我們通過摸索，建立了一套涵蓋“考勤”、“課堂表現”、“實驗記錄”和“實驗論文”4個方面的成績評價方式?！翱记凇?、“課堂表現”、“實驗記錄”和“實驗論文”分別占“基因工程實驗”最終成績的15%、20%、15%和50%。 “考勤”項100分，缺勤1次扣15分?！翱记凇钡陀?0分，直接取消“基因工程實驗”最終成績。沒有自己動手實驗操作的，該次實驗“課堂表現”為0分。絕大多數學生認為以上成績評價方式比較全面、公正。

3 教改效果與反思

我們的“基因工程實驗”教改經過幾個學年的實踐，取得了較好的效果，受到學生的廣泛歡迎。接受教改“基因工程實驗”學生的基因工程實驗能力相比往屆學生大為提高，這一點在學生本科畢業論文中體現得尤為明顯。

“基因工程實驗”教改實踐也發現了一些難題。首先，大多數高校實驗課程經費有限。學生自主開展的“基因工程實驗”綜合性大實驗耗資較大，一般大學難以承受。其次，教改后“基因工程實驗”大實驗過程復雜，耗時較長，實驗室開放時間難以固定，教師工作壓力較大，而且還伴隨儀器設備和有毒有害藥品難于管理、貴重藥品浪費等問題。最后，由于實驗條件有限，“基因工程實驗”是以小組的形式完成的。如何對每個小組成員進行公正、合理的成績評價也是一個重要的問題，有待在今后的實踐中探索。

基金項目：2017年武漢輕工大學校級教學研究項目（XM2017002）

參考文獻

[1] 吳乃虎.基因工程原理（第二版）[M].北京：科學出版社，2018.

[2] 朱旭芬，趙小立，丁鳴，金文濤.“基因工程實驗”精品課程建設的探索與思考[J].中國大學教學，2011（8）：54-55.

[3] 邢萬金，扈廷茂.本科基因工程大實驗教學改革的實踐和體會[J].生物學通報，2007.42（2）：48-50.