工科院校分子生物学和基因工程整合教学模式初探

刘 建，李 甜，孙立志，李洪广

（长春理工大学 生命科学技术学院，吉林 长春130022）

工科院校分子生物学和基因工程整合教学模式初探

刘 建，李 甜，孙立志，李洪广

（长春理工大学 生命科学技术学院，吉林 长春130022）

结合工科院校生物工程、生物技术专业分子生物学和基因工程教学过程中遇到的问题，通过对教学内容和教学方法的整改研究和实践，不但利于学生加深对已学基础知识的理解和融会贯通，而且可以提高学生的动手实践能力，提高学生的综合素质，适应将来日趋紧张的学习和工作。

分子生物学；基因工程；工科院校；教学改革

分子生物学是一门新兴的边缘学科，以分子水平研究生命本质为目的，以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域[1]。分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会，也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。基因工程又称为重组DNA技术，是按着人们的科研或生产需要，在分子水平上，用人工方法提取或合成不同生物的遗传物质（DNA片段），在体外切割，拼接形成重组DNA。然后将重组DNA与载体的遗传物质重新组合，再将其引入到没有该DNA的受体细胞中，进行复制和表达，生产出符合人类需要的产品或创造出生物的新性状，并使之稳定地遗传给下一代[2]。按目的基因的克隆和表达系统，分为原核生物基因工程、酵母基因工程、植物基因工程和动物基因工程。基因工程具有广泛的应用价值，为工农业生产和医药卫生事业开辟了新的应用途径，也为遗传病的诊断和治疗提供了有效方法。基因工程还可应用于基因的结构、功能与作用机制的研究。有助于生命起源和生物进化等重大问题的探讨。分子生物学和基因工程一个侧重于理论研究，一个侧重于理论的实践，既相互联系又相互区别。有机整合工科院校生物工程和生物技术专业的分子生物学和基因工程两门课程教学，使之相互补充、相互支持，既有利于学生加深对理论知识的贯通理解，又能够提高他们的学习兴趣。

一、两门课程整改的背景和必要性

工科院校生物工程、生物技术专业的课程安排和设置上注重数学、物理、化学及工程科目的基础知识教育。在大一、大二两年中主要是安排这些基础课程，专业课程内容较少。大学三年上半年才开始系统接受生物学方面的课程教育，大学四年上半年好多学生又要准备研究生考试，这就造成了专业课学时少，并且课程比较集中。而专业课的内容相对比较抽象，系统性强，尤其是分子生物学和基因工程这两门课在理论和实践两方面都有很高要求，需要一个系统的教学训练才能为学生较好地掌握。进而为学生进一步研究生教育和将来的工作打好理论和实践基础，因此有必要对这两门课程的教学进行认真地考虑和合理整改。

二、两门课程内容整合的基础

分子生物学的内容分别对染色体结构、DNA的复制形式与特点、DNA的转座、遗传密码的破译、蛋白质的合成和运转、基因表达调控的原理、癌症与癌基因活化、免疫缺损病毒（HIV）的分子机制等现代分子生物学中的重大问题做了全面系统的分析。总地看来分子生物学的理论性强、抽象，有一定难度,如果采用纯粹的课堂教学的方法，使学生难以理解,影响学习积极性和学习的兴趣。

基因工程的教学内容集中在基因工程的工具酶和载体、目的基因的获得、基因扩增、基因的转移与重组体的检测，以及克隆基因的表达等几部分，实践内容相对较多。

分子生物学和基因工程两门课程的内容相互关联，分子生物学是基础，基因工程是实践。如果把两门课作以整合，结合起来学习，会使学生对理论认识和实践环节都能更好地理解和掌握。作为前期课程学生在学习分子生物学和基因工程这两门课程之前，已经学习了生物化学、微生物学、遗传学和细胞生物学。所以生物大分子和代谢部分不再作为讲授内容，而是围绕中心法则进行讲解，具体讲述染色体与DNA、生物的信息传递、基因的表达与调控等三大部分，使学生熟练掌握中心法则。而分子生物学的研究方法则主要讲解DNA的基本操作步骤，为基因工程课程学习打好基础。而基因工程中有关生物大分子的内容也可以略去，主要按DNA的提取和纯化—基因工程的工具酶—基因工程的主要技术—基因克隆载体—目的基因的制备—重组与转化—重组体的筛选—外源基因的表达这样一条主线进行讲解。把植物基因工程和动物基因工程贯穿其中。使学生在学习基因工程的过程中深化所学的分子生物学内容。这样做，不但使两门课程的学习有机地结合起来，并且将本课程与其他课程的知识紧密衔接而又避免不必要的重复。适当合理地删减教学内容，缓解了专业课学时少内容多的矛盾。提高了课堂教学利用率[3]，在相对少的时间里，完成了较系统的专业课学习和训练。

三、两门课程教学方法的改革

（一）合理利用多媒体进行辅助教学

由于分子生物学和基因工程的内容多，抽象而复杂，比较难于理解，所以在教学过程中，可以用动画Flash形式进行演示[4]，如Sanger法基因测序、β-半乳糖苷酶操纵子、Trp操纵子、PCR技术原理等较难理解的部分。多媒体教学生动直观，不但使学生易于理解抽象而复杂的知识内容，而且能够提高学生学习的兴趣。

（二）提倡运用互动式教学法

如“以问题为基础”的教学法。教师在课堂教学中穿插启发性的问题，刺激学生产生学习兴趣，引发学生进行思考，把现在学习的内容和以前学习的知识联系起来，让学习更加深入。如在讲到基因工程载体构建时，要求学生先考虑一下载体应具备的条件，以及构建过程中用到的理论知识及实验技术，在基因表达过程中涉及到调控的内容，如启动子、SD序列、终止子等分子生物学内容。互动性的教学方法[5]，学生之间相互研讨，老师也参与其中，讨论内容会很深入很广泛。对理论的理解，对实践的探讨都会更加深入充分。特别适合于分子生物学和基因工程这样的整合课程。如此学习不仅会有很好的效果，而且在这样的学习气氛中，学生的很多能力会得以发挥和提高。

（三）设计好专题讲座式教学

分子生物学和基因工程技术作为生命科学研究的基本理论和操作技术，自诞生以来发展迅猛，研究基因的技术手段不断地创新、改进。课堂教学不能只遵循课本内容，有必要将一些与基因工程技术有关的国内外最新研究动态增加到教学内容中。用以开阔学生视野，调动学生的学习兴趣和学习主动性，并进一步达到培养高素质创新人才的教学目的。这些新动态新内容可以采用专题讲座式形式教学。这样的专题可以由老师来讲也可以让学生讲。在课程的后期我们组织学生分成几个小组，结合自己今后考研想申报的专业查找最新的相关文献，组织内容，形成专题，讲给全班同学听。这些讲座丰富了课程内容。并且讲座中涉及的理论和实验手段，是从某些文献中查来，有很多新颖之处，引起学生的兴趣。讲座之后，同学自由提问，讲座人回答，不但活跃了课堂气氛，也使同学加深了对知识的理解，唤起他们探求新知识的欲望[6]。

（四）注重理论教学与实验教学的相互结合

工科院校在专业课课时少，教学内容多的情况下如何培养既理论知识扎实又实验操作能力强的高素质人才，对我们教学工作提出了更高要求。根据学生的具体情况，我们采取了三种措施，首先，严格要求学生完成分子生物学实验课内容，打好基础知识。其次，由有课题的老师根据课题内容，给学生组织科研兴趣小组，在大三开始进入实验室参加科研课题[7]。最后，在学完基因工程课程后，我们开设了生物工程专业实验课程。例如从脂肪酶基因工程菌的构建、表达、直到分离纯化，使学生能够把微生物、生物化学、分子生物学、基因工程等课程的内容贯穿起来。课程注重学生自主学习能力和创新能力的培养，激发了学生的创新意识和独立思考能力，达到理论学习和实验技能相互促进相互提高的教学目的。

总之，分子生物学和基因工程作为生物工程和生物技术专业的主干课程，整合是一项系统的改革，还需要进一步的探索。我们通过几年来的教学改革实践，取得了较好的教学效果，学生对这两门课程的掌握比以前更加扎实，考研率大幅度提高。

[1]朱玉贤.现代分子生物学（第3版）[M].高等教育出版社，2007.

[2]吴乃虎.基因工程[M].北京：科学出版社，2000.

[3]吴杨，基于创新人才培养模式的大学基因工程理论教学改革探索[J].广东农业科学，2011，（1）.

[4]阚劲松，张敏，蔡敬民等.《基因工程》多媒体教学系统的设计与实现[J].生物学杂志，2003，(6)：62-63.

[5]王晓东，李立娟.走出启发式教学的误区[J].辽宁教育研究，2000，(3)：69-71.

[6]郭汉.基于案例教学法的教师实践素养提升途径探讨[J].高等建筑教育 2010，(5)：27-30.

[7]曾瑾，吴晓玲.以科研促进基因工程的教学 [J].生物学杂志，2009，(3)：93-94.

[责任编辑：何 岩]

G642

B

1671-6531（2011）10-0097-02

刘建，男，吉林长春人，长春理工大学生命科学技术学院副教授，博士，研究方向为分子生物学和基因工程教学；

李甜，女，吉林长春人，长春理工大学生命科学技术学院副教授，博士，研究方向为分子生物学和基因工程教学；