突出應(yīng)用型人才培養(yǎng)的微生物遺傳育種實驗教學(xué)體系的構(gòu)建

成 堃，王小霞，高 星，蔡曉明，張明軒

(齊魯理工學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院，山東 濟南 250200)

2018年，全國第一個新舊動能轉(zhuǎn)換綜合試驗區(qū)在山東設(shè)立，綜合試驗區(qū)的設(shè)立為全面增強山東省的科技創(chuàng)新力和競爭力提供了重大機遇，也對專業(yè)技術(shù)人才的創(chuàng)新能力、專業(yè)素養(yǎng)提出了更高的要求[1]。我校是應(yīng)用型本科院校，我校開設(shè)的生物工程專業(yè)立足山東，面向全國，旨在培養(yǎng)生物工程專業(yè)的應(yīng)用型學(xué)生，更好的從事生物工程領(lǐng)域的新興產(chǎn)業(yè)，為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力的人才支撐。

微生物是生物工程的重要組成部分，優(yōu)良的微生物在釀酒、酶制劑、制藥、化工污水處理等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用[2-5]。因此，對微生物、尤其是工業(yè)微生物進行誘變選育，以篩選出符合規(guī)模化生產(chǎn)要求、性能優(yōu)良的菌種，對行業(yè)發(fā)展具有重要意義。微生物遺傳育種是研究微生物遺傳學(xué)原理、育種方法的一門學(xué)科，是生物工程、生物技術(shù)等相關(guān)專業(yè)的必修課程之一，而實驗教學(xué)是重要的組成部分，是學(xué)生強化所學(xué)理論知識、掌握微生物遺傳育種的思路、基本實驗方法和操作技能的重要途徑[6]，為今后在工作崗位中能夠獨立開展微生物選育工作奠定基礎(chǔ)。

但是，由于微生物遺傳育種的實驗成功率偏低，實驗條件有限，實驗內(nèi)容更新慢、與生產(chǎn)實踐脫節(jié)嚴(yán)重，而且不同實驗課程之間存在實驗重復(fù)的現(xiàn)象，造成學(xué)生對微生物遺傳育種實驗的重視度不高，學(xué)習(xí)積極性差，雖然課堂出勤率高，但是對待實驗態(tài)度消極，敷衍了事。根據(jù)實驗教學(xué)中暴露出來的問題，結(jié)合近幾年的教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)，我們從實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面進行了改革，努力提高實驗教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)實驗動手能力強、思路活躍、獨立思考能力強的學(xué)生。

1 修訂實驗教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建應(yīng)用型實驗教學(xué)體系

我校生物工程專業(yè)微生物遺傳育種實驗共計24學(xué)時，改革之前的教學(xué)大綱，實驗項目偏多(表1)，主要針對學(xué)生基本技能的培養(yǎng)，每個實驗項目之間都是孤立的，缺少連貫性和應(yīng)用性；少數(shù)實驗項目與其他實驗課程的有重復(fù)。因此，我們認真學(xué)習(xí)、研究了《微生物學(xué)實驗》、《分子生物學(xué)實驗》等相關(guān)實驗課程教學(xué)大綱；并對山東省內(nèi)的一些生物發(fā)酵類、環(huán)保類企業(yè)開展調(diào)研，了解企業(yè)對生產(chǎn)、技術(shù)人員的知識儲備需求和現(xiàn)狀；通過對課堂教學(xué)、企業(yè)的深入了解，重新構(gòu)建了微生物遺傳育種實驗教學(xué)的內(nèi)容體系，修改完善教學(xué)大綱。

首先刪減了與微生物學(xué)實驗、分子生物學(xué)實驗等重復(fù)的實驗項目，將部分基礎(chǔ)性實驗整合，修訂后的實驗項目全部為應(yīng)用性、綜合性實驗(表2)。例如，大腸桿菌質(zhì)粒的提取、感受態(tài)的制備與轉(zhuǎn)化在分子生物學(xué)實驗中已經(jīng)開設(shè)過，而生產(chǎn)上以芽孢桿菌屬細菌為生產(chǎn)菌種的生物產(chǎn)品不在少數(shù)，如堿性蛋白酶[3]、核黃素[4]等，但是芽孢桿菌屬細菌感受態(tài)的制備、轉(zhuǎn)化與大腸桿菌差別很大，因此，我們將大腸桿菌基因重組育種的內(nèi)容調(diào)整為枯草芽孢桿菌的基因重組育種。修訂后的微生物遺傳育種實驗大綱中還增加了選做實驗，供任課教師靈活選用，避免每個開課班級、學(xué)期實驗重復(fù)率高。

表1 微生物遺傳育種實驗改革前的教學(xué)內(nèi)容

表2 修訂后的微生物遺傳育種實驗教學(xué)內(nèi)容

2 合理利用翻轉(zhuǎn)課堂，構(gòu)建實驗教學(xué)方法體系

翻轉(zhuǎn)課堂是近年來出現(xiàn)的一種新的教學(xué)模式，除了在理論課教學(xué)中被廣泛使用，越來越多的實驗課程也將翻轉(zhuǎn)課堂引入到教學(xué)中[7-9]。利用翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生可以在線上學(xué)習(xí)實驗原理，預(yù)習(xí)實驗流程，大大減少了教師在課堂上的講解時間，將課堂時間最大限度的用于實驗的開展。

在教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)，由學(xué)生替代教師講解某個知識點，更能吸引學(xué)生的注意力，教學(xué)效果比教師講解更好。因此，我們嘗試安排每個實驗小組負責(zé)將一個實驗項目的實驗原理錄制成視頻，每個視頻時長5～10 min。通過安排學(xué)生錄制視頻，激勵了學(xué)生課下認真準(zhǔn)備，只有自己把實驗原理吃透，才能在錄制視頻時表現(xiàn)的駕輕就熟。同時，鼓勵各個小組從網(wǎng)上搜集與實驗主題有關(guān)的素材，不斷豐富完善線上內(nèi)容。授課教師負責(zé)將實驗過程中的關(guān)鍵操作技術(shù)錄制成視頻供學(xué)生觀看，以幫助學(xué)生預(yù)習(xí)實驗流程，了解實驗過程中的注意事項。

3 完善實踐教學(xué)的考核方法，建立科學(xué)合理的考核評分體系

考核是反映教學(xué)效果、檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的重要手段。通過考核，能夠發(fā)現(xiàn)學(xué)生對實驗原理、實驗流程中相關(guān)知識點的掌握情況，同時也能了解學(xué)生的實驗動手操作情況，對儀器設(shè)備的操作使用掌握情況，并且提高學(xué)生參與實驗的積極性、主動性，更好的促進對理論課程的學(xué)習(xí)。因此，制定一套科學(xué)合理、相對公平公正、能夠反映學(xué)生真實學(xué)習(xí)情況的考核評分體系是十分重要的。改革前的微生物遺傳育種實驗考核包括預(yù)習(xí)報告、實驗前、實驗操作、實驗報告四部分，對學(xué)生的考核仍不夠全面。對此，我們結(jié)合實際，對考核方法進行細化、改革。

新的考核評分體系分為平時成績、操作考試和筆試三部分，其中平時成績占總成績的50%，包括實驗前的準(zhǔn)備階段、實驗中、實驗后三部分；操作考試、筆試分別占總成績的30%、20%。

3.1 平時成績

實驗前準(zhǔn)備占平時成績的30%，一般提前一周向?qū)W生發(fā)布新的實驗項目，小組根據(jù)實驗項目，進行文獻資料的查閱、實驗方案的設(shè)計、儀器設(shè)備、藥品試劑等的準(zhǔn)備，并形成實驗預(yù)習(xí)報告，于實驗前2天交上。實驗前準(zhǔn)備階段重在考察學(xué)生的實驗思路是否正確、新穎。例如，針對枯草芽孢桿菌的轉(zhuǎn)化，有的小組采用經(jīng)典的化學(xué)轉(zhuǎn)化法[10]，有的小組采用電轉(zhuǎn)化法[11]；對于化學(xué)轉(zhuǎn)化法所需儀器設(shè)備簡單，但是轉(zhuǎn)化率低；電轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)化率高，但是需要使用較為精密昂貴的電轉(zhuǎn)儀進行質(zhì)粒轉(zhuǎn)化。根據(jù)每個小組上交的實驗方案，指導(dǎo)教師給予點評，對不合理的方案提出修改意見，這可以綜合體現(xiàn)出學(xué)生對中外文獻資料的查閱能力和綜合運用所學(xué)知識解決實際科研問題的能力。每個小組的成員分工合作，有的同學(xué)負責(zé)準(zhǔn)備藥品、試劑、各種實驗耗材；有的同學(xué)負責(zé)配制試驗用溶液；有的同學(xué)負責(zé)協(xié)調(diào)、準(zhǔn)備、調(diào)試儀器設(shè)備。任何一位同學(xué)的工作都有可能影響到實驗結(jié)果，因此，通過這個過程很好的培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作精神。

實驗中占平時成績的30%，考查學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣，如出勤率、儀器設(shè)備使用的規(guī)范性、實驗操作的規(guī)范性、實驗結(jié)束后實驗室的清潔、儀器設(shè)備、藥品的歸位、小組成員之間的團隊協(xié)作等。

實驗后考核重點為實驗報告的完成質(zhì)量，占平時成績的40%，要求學(xué)生如實報告實驗結(jié)果并附上原始實驗記錄，實驗報告的重點應(yīng)體現(xiàn)在分析、討論實驗中的不足及改進措施等。明確考核成績不以實驗結(jié)果為唯一標(biāo)準(zhǔn)，對于未得出滿意的實驗結(jié)果、但是認真分析討論的實驗報告仍然判高分。例如，在“大腸桿菌營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選”實驗項目中，有的小組未能篩選出營養(yǎng)缺陷型，在實驗報告中進行了詳盡的討論。有的小組選擇紫外線作為誘變劑，認為在誘變過程中可能由于操作不當(dāng)，發(fā)生了光復(fù)活，導(dǎo)致突變率降低；有的小組采用亞硝酸鈉制備亞硝酸，用亞硝酸進行誘變育種。亞硝酸不穩(wěn)定，易分解，也可能導(dǎo)致突變率降低。學(xué)生經(jīng)過對實驗結(jié)果的深入分析、總結(jié)，既查漏補缺，夯實了理論知識，又促進學(xué)生不斷完善實驗方案，達到了實驗教學(xué)目的。

3.2 操作考試和筆試

操作考試為學(xué)生在現(xiàn)場抽簽確定實驗考核內(nèi)容并在規(guī)定時間內(nèi)獨立完成實驗操作，所有考核內(nèi)容都制定了考核評分標(biāo)準(zhǔn)并賦分，使考核盡可能客觀的評定學(xué)生的掌握情況。筆試采用閉卷形式，考試時間限定為60 min。筆試內(nèi)容主要以綜合題為主，考察學(xué)生對實驗原理的掌握、對所學(xué)知識的活學(xué)活用。

4 結(jié)語

改革后的微生物遺傳育種實驗，從實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式三個方面綜合培養(yǎng)學(xué)生的實驗動手能力、運用理論知識分析問題、解決問題的能力，同時還激發(fā)了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情，學(xué)生的實驗態(tài)度、技能、對理論知識的掌握與靈活運用比改革前發(fā)生了極大的改善與提高。微生物遺傳育種技能是生物工程專業(yè)學(xué)生必須具備的專業(yè)技能，作為應(yīng)用型本科院校，我們在實驗教學(xué)中還將不斷完善微生物遺傳育種實驗的課程建設(shè)，努力提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)與能力。