基因工程课程教学模式优化与实践探讨

孔芳 薛正莲 杨超英

【摘要】基因工程是生命科学与生物工程的的主干学科。本文从基因工程理论教学内容、教学手段与方式、教师业务素质等方面存在的问题提出优化组合教学内容，改善教学方法，提高教师业务素质的教学模式，进行了探讨与改进。探索式的教学模式可激发学生对基因工程学习的积极性与主动性，有利于培养学生的科技创新能力，从而进一步提高基因工程教学质量。

【关键词】基因工程；教学模式；教学改革

20 世纪70 年代诞生的基因工程是以分子遗传学为理论基础、以微生物学和分子生物学的现代技术方法为手段发展起来的新兴交叉学科，它是对不同生物的基因，在体外进行切割、拼接和重新组合，再转入生物体内，产生出人们所期望的基因产物，或创造出具有新的遗传特征的生物类型，开创了人们按照自己意愿在体外操纵生命的新纪元[1]。历经近40年的历程，该学科发展十分迅速，随着新知识、新概念、新技术的不断涌现，已取得了质的飞跃，成为21世纪生命科学的核心学科，广泛应用于农业、医学、药学等各个领域。

基因工程课程是全国高等院校生物工程和生物技术等专业的一门前沿性重要专业必修课。其理论覆盖面广，内容丰富、高新技术较多，且实验操作条件要求较高，需要学生系统熟练的掌握基因操作技术、细胞操作技术、遗传学技术等基础学科的理论知识，给理论及实验教学带来了一定的困难。目前采用传统的教学方法已无法满足学生的求知欲，难以取得令人满意的教学效果。为了顺应科学的发展，让学生在实践课堂中更好地认识和体会前沿科学的探索方法，在过去两年的基因工程课程教学中，笔者积极参与基因工程课程的探索式改革，根据需要调整教学内容，使学生能够深入理解本课程的基本概念、原理及操作方法，启发学生思考，深入学习新时代背景下的遗传工程技术，为培养生物技术高素质人才提供理论支持。

1教学内容改革

1.1以科学发展为向标，精简教学内容

《基因工程》是一门系统性的课程，内容多且抽象难懂，涉及面广，每一章节的内容紧密连接、环环相扣，需记忆的知识点较多。例如基因工程工具酶的内容是基因修饰、基因改造的基础，载体的内容是学习基因转化、筛选的前提等，因此，各部分内容之间有很强的逻辑性和连贯性，如果前一部分没有打下良好的基础，那么学习后边的内容就很困难。因此，要以全局观重新构建本课程的教学内容体系。

目前，国内外出版的《基因工程》教材版本较多，编写内容各有侧重，编排体系各有特色。因此在选择教材时应全面比较、慎重考虑，所选教材应具有新意，能展示近年来基因工程领域所取得的理论成果。但我校生物技术专业的基因工程课程所安排的学时数仅48学时，因此，要求教师适当精简部分内容，根据科研和生产实际工作中对基因工程知识和技能的要求，对课程内容进行取舍，按照酶切、连接、转化、扩增、鉴定等操作单元一根线将全部知识串起来，构建合理的授课内容体系，以期达到最佳的教学效果。

此外，《基因工程》是本校学生在修完《分子生物学》、《微生物学》、《细胞工程》等课程后才学习的课程，因此其教学内容可精简，避免与已学课程重复，可对教学内容进行删减，对重复的部分内容提醒学生复习，课堂教学时以提问的方式回顾或以课外作业形式进行，这样就可留出充裕时间讲解新的知识点，使得教学内容不只局限于教材，而以教材为依托向课外延伸，拓宽学习的内容，鼓励学生阅读多种课外资料，增加知识的积累。这样可以激发学生学习的兴趣，避免理论讲解过于晦涩难懂，提高教学效果。

1.2结合国内外基因工程新动态，引进新知识新内容

在教学过程中引进国内外基因工程最新科研成果的研究动态，使得学生接受目前基因工程相关的新观念，鼓励学生利用课余时间查阅和检索中外文文献，让他们了解基因工程的新动向，领悟基因工程在动植物遗传改良、基因治疗、环保应用等方面的研究正处于不断发展中，正是由于科研工作者共同努力的结果，其应用前景十分广阔，从而唤起学生学习兴趣以及对未知领域求知的欲望，增强生物技术专业自信心。

1.3理论与实践有机结合，双管齐下

基因工程是一门实践性、技术性较强的课程，一方面扎实的理论基础是学习和研究基因工程的重要前提，另一方面基因工程又要通过具体的技术环节来完成，技术性和实践性很强。但在传统理论授课过程中，教师普遍采用“先理论，后实验”的传统教学模式，笔者常感到学生们对于分子遗传的许多实验设计和方法兴趣浓厚，但缺少实践体会，学习效果不理想。因此，如何在理论知识中整合实验课程一直是笔者思考的问题。只有通过不断实践，才能深化有关理论和掌握基因工程的具体技术。对于初学者来说，首先要注意学习和掌握有关技术的基本原理和仪器设备的规范操作技术，培养规范的操作技能，比如加样枪（pipette）的规范使用和质粒DNA提取纯化、电泳鉴定等基本技能，如实记录实验结果与数据，培养学生的动手能力及发现和解决问题的能力，并在撰写实验总结报告中提高学生的归纳总结能力。

如在讲述基因工程中“分子克隆载体”理论章节时，载体的构建与改造中以pUC18/19载体为例，利用菌落的蓝白颜色进行重组子筛选的原理，教师可将科研中的重组质粒转化β-半乳糖苷酶缺陷型工程菌（大肠杆菌）后的蓝白斑筛选的实验图片，在课堂上通过多媒体展示，对蓝白斑筛选的机制原理进行阐释，以及在转化与蓝白斑筛选操作中受体细胞的状态、载体的空间构象、重组载体转化后是否有一定形成白斑，在实验室4℃冰箱搁置一两天为何白斑会变蓝色等现象，解释外源DNA片段与质粒载体的连接以及转化都存在一定的效率，最后生长出来的菌落并不都是阳性克隆，需要采用特殊的方法筛选出可能含有目的基因的重组体克隆[2]。通过理论知识的讲解，加强学生对实验每个操作环节的关注，让学生明白每个环节都可能影响最后的实验结果，使学生在实验操作中要具有严谨的科学研究的态度。

因此在观念上，应强调基因工程“实验同理论课同等重要”的教学理念，彻底改变“重上课，轻实验”的观念。通过这样的过程培养学生应用知识的能力，加强学生对文献资料的查询能力，拓宽知识面，可系统地梳理所学的理论知识。这样在《基因工程》教学实习中组织学生进行基因工程的“切、接、转、增、检”五大步骤中的目的基因及载体的切割及连接、重组质粒的转化及扩增、重组子的筛选与鉴定，较为完备地将《基因工程》的上游技术紧密衔接综合成为一体。

2教学方法改革

2.1发挥教师的主导作用，交流亲身体会

多媒体辅助教学在教学中的优势虽然比较明显，但运用不当将丧失其优势，在课堂教学中老师若只扮演播放幻灯者角色，不注意面对学生调整授课节奏，这将直接影响双方互动式交流，而交流减少必将疏远教学者与学习者的距离，弱化教师在教学中的主导地位，以及学生的主动性思考。笔者结合自己的经验，在教授基因工程这门具有很强操作性的课程时，在涉及实验操作等相关知识点上讲授自己的实验体会，把自己的成功经验与同学们分享，失败体会则告知同学们以提高警惕，避免在实践中出现类似的错误。

再譬如讲到“基因工程发展状况及应用”章节时，向学生介绍我国历史上在基因工程领域所取得的成就，介绍我国的生物科学家如何为科学事业做出贡献的事例，激发他们的民族自豪感，从而增强了他们的危机感和责任心，增强他们学习基因工程的热情。因此，在教学过程中，教师要循循善诱，激发学生的参与兴趣，我们的做法是在教学过程中阐明基因工程的应用成果，开阔学生的视野，驱使他们积极主动思考、主动探究，使其产生强烈的参与意识，使教学过程成为教师与学生互动和协作的过程，打破传统的“启而不发”、“无动于衷”等模式[3]。

2.2激发学生兴趣，参与研讨式教学

爱因斯坦说过，“只要把学生的热情激发起来，那么学校规定的功课就会被当作一种礼物来接受。”传统的灌输式教学容易让学生产生惰性，也不利于教师对学生学习情况的及时把握。基因工程课程本身抽象理论较多，因此在教学过程中，我们预留一定比例的课时，引导学生走上讲台参与教学讨论，营造活跃的课堂气氛，极大地调动学生学习的主动性和兴趣，有助于学生对课堂知识的掌握，例如在讲解“基因工程产品安全性评价争议”的章节时[4]，我们预留出互动环节，让学生分析影响转基因产品安全性因素有哪些，如何站在科学的立场辩证地看待和分析这起争论，这不仅关系到基因工程技术的深入研究，而且直接影响到生物技术产业的发展。学生在查阅相关方面最新文献和动态资料的基础上结合自己的理解各抒己见，分组讨论，最后再由老师进行点评、归纳，安排他们登上讲台讲解，这样既可以锻炼他们的表达能力，同时也增强他们看待科学问题的综合能力。这种教学方式调动了学生学习的主动性和兴趣，同时使学生在阅读能力、自学能力、口头表达能力等方面受到实际锻炼，达到事半功倍的教学效果。

2.3增加投入，完善多媒体教学

基因工程课程中涉及的信息量比较大，概念抽象、理论性强，如果使用传统的教学手段，学生只能得到一些感知的内容，无法使其得到直接的体验，从而加大了学习和理解的难度。而多媒体、影像资料、电视录像、电影、CAI课件等现代化教学手段，可以使学习内容图文并茂、有声有色、栩栩如生，便于学生理解记忆。例如，利用FLASH 动画演示聚合酶链式反应过程中DNA聚合酶是如何在模板链和引物的引导下，以指数倍数迅速扩增的过程，使得原来抽象难以理解的内容变得形象直观，既激发了学生的兴趣，又加深了学生的理解。改变了以往一支粉笔、一块黑板的传统教学方法，可以在有限的时间内提供给学生最大的知识信息量。为此，我们以科学性、教育性与技术性为标准，精心制作了基因工程多媒体课件，将教学内容多层次、多角度地呈现给学生。

2.4以科研项目为依托，促进基因工程的课堂与实验教学

本科教学过程具有很强的探索性，它不仅要传授知识，还担负着发现未知和培养学生探求新知能力的任务。在过去的两年中，笔者做了几个方面的尝试，一方面借鉴教学团队成员们多年的科研工作的积累，将多种成熟的分子实验技术和实验材料提供应用到实验教学中，比如，根据目的基因设计引物进行PCR鉴定，利用切口平移法标记探针进行DNA分子杂交等分子遗传研究领域的常用实验技术。另外，依托教师所在的科研团队和研究项目，教师们把科研成果转化为实验课程内容，借助科研项目小组的实验材料，学生们才可以尝试更多的实验技术与方法，利用科研平台和项目背景促进实验教学的发展，开阔学生的学术眼光和视野、进行学术熏陶，这是一条行之有效、立竿见影的改革途径。

把教师正在从事的科研课题新知识贯穿到教学之中，使课堂内容更为具体、亲切、富于实际感受，从而激发学生科学研究的兴趣和灵感，鼓励学生申请一些研究生课题参与到研究工作中。实践表明，通过启发式的案例教学，不仅使同学们深刻领会到学习该门专业课的真正目的和用途，而且还大大提高学生培养和树立辩证的思维与系统的方法来综合运用专业理论知识去分析及解决复杂实际问题。由于基因工程具体操作中涉及基因的选择、技术路线的制订和实施，面对的都是系统问题，充满着局部与整体、微观与宏观对立统一的辩证关系，只有应用辩证的思维和系统的分析方法，才能客观地分析生物代谢环节、生理过程、发育阶段等在性状决定中的作用，从而制定出动态优化、高效的技术方案，这样有利于学生学以致用的应用型人才培养和创新思维能力的培养，收到了良好的教学效果[5]。

长期的实践告诉我们：教学是科研的基础，科研是教学的发展与提高的依托。《基因工程》是现代生物技术专业典型的专业基础课，其发展迅速，教学效果好坏直接影响高校生物技术专业人才的培养，进而影响高校人才培养目标的实现。通过对《基因工程》教学内容与教学方法的改革，不仅改变了在教学中只能教死书的状况，而且把在科研工作中积累的经验带到了课堂，丰富了课堂教学内容，提高了课程质量，促进学生跟上学科的发展进程，为国家培养更多高素质的21世纪合格人才。

参考文献：

[1] 吴燕华, 郭滨, 娄慧玲, 崔玉良, 顾惠娟, 乔守怡.从基因克隆到表达分析——改革基因工程实验课程的实践与体会. 遗传,2012 ,4(2): 248-252.

[2] 魏群.分子生物学实验指导(第2版)[M].北京:高等教育出版社，2007:7

[3] 康培安. 《基因工程》教学方法改革的探索.安徽农学通报.2011,17(23):179-180

[4] 孙明. 基因工程[M]. 北京: 高等教育出版社,2006

[5] 裔传灯.基因工程课程教学改革的几点体会[J].中国科教创新导刊,2008(30) : 104 -105

此项目由安徽工程大学引进人才科研启动基金（项目编号：2010YQQOO7）支助。