基因工程实验教学的改进与问题剖析

赵春梅 薛仁镐 郭宝太

摘要：本文对基因工程实验教学中所进行的改革进行了总结，分析了师资队伍、实验教学内容和考核方式等因素对学生科研能力和兴趣培养的影响，对本课程教学中依然存在的问题也进行了剖析。

关键词：基因工程；实验教学；改进

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）50-0256-02

青岛农业大学生命科学学院的《基因工程实验》课程是校级精品课程“基因工程”的实践教学部分。依托我院的“山东省高校植物生物技术重点实验室”，本课程组设计了“抓基础，重应用，促培养”的教学思想，建立了“以基本操作技能为基础，以综合科研能力培养为目标”的实验实践教学体系，取得了一定的成效。

一、目前实验教学情况

1.实践教学体系创新。首先将以前分属于分子遗传学、分子生物学和基因工程的实验教学部分进行综合调整，开出主要针对基因工程的课程要求而设的基因工程实验这门综合型的实验课程，总学时由原来的36学时增加到64学时。其次，减少验证性实验，增加综合性实验，体现“基础性、系统性、高效性、实用性、科学性”原则。

2.师资队伍优化。基因工程实验课程要求授课教师必须同时具备扎实的理论知识功底和丰富的实验操作经验。教师需要积累丰富的教学、科研经验，才能真正做到准确、及时地引导学生分析问题、解决问题。目前本课程组的教师都具有博士学位，且目前大都承担科研课题，在一线科研岗位奋斗多年，有着丰富的科研阅历。课程组老师在承担实验教学任务的同时也担任理论教学任务，这样对于学生情况的了解和知识的传授就是连续性的，不会因为理论课教师和实验课教师的不同授课进程，造成知识传授出现断层。教师在授课过程中可以提出问题，埋下伏笔，巧妙地将理论知识和实验结果及分析联系起来，将理论课上的知识在实验课中得以验证，或将实验课的疑问在理论课进行解答，师生之间的互动增加，课堂气氛活跃，大大提高了学习效率。

3.实验教学内容优化。根据我院生物技术和生命科学专业学生学习的特点和培养应用型人才的需要，我们分别开设了基础性实验和综合性实验项目（见表1）。基础性实验项目共24学时，主要是涵盖基因工程“切、接、转、检、增”基本流程的常用技术，是学生必须掌握的基因工程基本实验技能。通過基础性实验训练，学生熟悉基因工程操作过程中的每项基础技术的实验原理和操作要求，能够保证在后期的综合性实验项目中具备清晰的科研思路和熟练的操作技能，保证实验的顺利完成。综合性实验共设定了40学时，我们将教师科研项目中研究的比较成熟的部分“逆境胁迫启动子调控功能研究”改造成了符合实验教学要求的综合性实验项目，设定以最终获得转“几丁质酶启动子+GUS报告基因”的烟草为实验目的，整个实验设计以靶基因（几丁质酶启动子）的克隆、载体构建和宿主转化为技术路线，由几个连续的实验过程组成，包括：（1）植物基因组的提取：使用液氮法，提取大豆叶片基因组；（2）目的基因的PCR克隆：利用PCR特异性引物，将几丁质酶启动子从大豆叶片基因组中克隆出来，使用试剂盒对PCR产物进行分离纯化，并完成T载体的构建；（3）重组载体原核宿主的转化：制备大肠杆菌感受态，将构建的T-载体连接体系导入宿主菌，筛选鉴定转化克隆；（4）表达载体构建和农杆菌转化：将几丁质酶启动子片段从T载体切下，再与表达载体连接，插入GUS报告基因上游，经大肠杆菌转化鉴定后，提取正确重组表达载体质粒转化农杆菌，鉴定克隆；（5）植物遗传转化：利用农杆菌介导的叶盘转化法，对烟草无菌叶片进行重组表达载体的瞬时转化和稳定转化；（6）转基因烟草的鉴定：对瞬时转化烟草进行GUS报告基因的组织化学染色，进行检测，稳定转化的烟草通过几周的继代培养，直到获得转基因小苗。整个大实验将载体的酶切、连接、构建、原核宿主转化和鉴定、植物的转化和鉴定等相关实验有机地结合起来，是一个连续的过程，前后内容紧密衔接，环环相扣。前一个实验的结果是后一个实验的材料，每个实验的失败都可能造成实验链条的中断，直接影响到最后的结果，学生在实验过程中必须全身心投入，小心谨慎，这样促使他们对每个实验的操作和结果更加关注，也就具有更深的印象（朱旭芬等，2011）。

4.实验考核方式改进。参考其他院校同类课程的考核方式，我们实行“实验综合操作加笔试”的考试方法。实验综合考核是对学生的实验设计能力和实际操作能力的检查。比如给出题目：请依据给出的材料，设计并完成载体的构建过程。教师准备好目的基因、载体、限制性内切酶等试剂，要求学生根据所提供的实验材料，先设计一个合理的实验方案，然后根据方案，选用正确试剂，最终完成重组载体的构建。要完成这样的题目光靠背课本，平时不认真做实验，没有扎实的理论和操作功底是不行的。在笔试考核中，主要侧重于检查学生对实验原理、实验操作应避免的事项的掌握情况以及对实验失败原因的分析能力。

5.倾心教育取得良好实效。改革后的基因工程大实验培养了学生良好的科研素质及对科研的兴趣，为他们的进一步深造打下了良好的基础。多名考研成功的学生反映，综合性实验的开展，他们对于基因工程实验的技术操作流程掌握得非常熟练，对实验原理有着深刻的理解，较强的基因工程实验操作技能使其在研究生面试时得到导师的深度认可。另外，在课程组教师指导下，近年有3名同学成功申请了国家大学生创新研究项目和青岛农业大学校级大学生创新项目的立项支持，还有一名本科生撰写的毕业论文被评为校级优秀学士论文。教师的辛勤付出也得到同学们的广泛认可，在学校对教师的评教体系中，学生对教师的评教反映普遍较好，近2年学生评价成绩均在94分以上，教学优良率达100%，优秀率达100%。

二、存在的主要问题

1.课程安排不合理。基因工程理论课程与实验课程同步进行的授课安排不合理。这种课程安排不利于学生对基因工程理论知识及实验操作原理的掌握，有时实验课需要用到的知识点，理论课还没有涉及到，造成知识链的断裂，学生在有限的时间既要完成实验操作，还要紧急补充理论知识，非常被动。

2.学生参与认知度不够。仍存在少数学生对实验课学习重要性的认识不足，参与实验的积极性不高，混学分的现象仍然存在。他们对实验没有兴趣，不参与，甚至存在上课玩手机、应付甚至抄袭实验报告等情况。即使分成2人的实验小组，也存在一个同学主打，另一个同学在旁边观看的情况。

3.对实验教师重视程度不够。如何让学生通过实验得到科研能力的锻炼和培养，掌握到最新的科研技术和信息，需要教师在实验教学工作中花费更多的时间和精力，来不断地研究、更新实验教学内容。但目前高校对教师的考核机制普遍存在重科研、轻教学，重理论、轻实践的现象，实验教学成果不被重视，实验教学工作地位低，费时费力难出成果。上述情况都易导致任课教师本身对实验课程不重视，不愿意在实验教学改革中投入大量的精力和时间。

三、改进建议

1.优化课程安排。根据知识体系的衔接和连续性，建议在完成对分子生物学和基因工程等相关专业基础课程的学习之后，再进行基因工程实验课程的学习。学生在充分地理解和消化所学的基因工程理论知识之后，再开展实验课程的学习，能够有助于他们更好地掌握基因工程实验的应用理论基础。另外，鉴于基因工程实验的连续性和整体性特点，应该利用周末或其他连续时间集中进行实验教学，可以令学生更深刻体会科研实验的严密性，体会到科研工作的辛苦和奉献，培养良好的科研素养等，还可以避免实验课教学占用太多的教学周数。

2.转变考核思路。过去实验课考核以笔试为主，对学习效果的检查仍依赖实验报告，这在一定程度上削弱了学生的学习积极性。建议构建立体化、多层次的考核体系，进一步细化对学生的考核。比如：（1）科研能力考核：根据学生（个人或小组）实验操作成功情况、实验报告分析情况（对实验数据记录和实验结果分析的合理性、完整性和科学性），结合期末考试成绩，对学生学习效果进行全方位评价。（2）科研素养考核：根据学生出勤率、课堂纪律情况、实验小组参与情况及团队整体表现、实验结束后对实验器具的整理情况等，建立个人考核和团队考核相结合的考核体系，培养学生的团队意识。

3.重视实验教学考评。学校应该建立相应的奖励机制和措施，来提高教师对实验教学的积极性，鼓励教师对实验教学内容和方法進行探索、开发和创新。对教师在新实验的设计、实验讲义的修订、将科研成果融入实验内容等方面进行评审，并进行奖励，对实验教学工作突出的教师给予支持和奖励，在计算工作量和升职时有所体现。

参考文献：

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[4]朱旭芬，赵小立，丁鸣，金文涛.“基因工程实验”精品课程建设的探索与思考[J].中国大学教育，2011，（8）：54-55.

[5]秦红霞，王萍兰，徐玲玲，李同建.基因工程实验教学改革与探索[J].安徽农业科学，2010，38（7）：3813-3814.