基因工程课程在乐山师范学院的改革探索与实践*

范晶（乐山师范学院 生命科学学院，四川 乐山 614000）



基因工程课程在乐山师范学院的改革探索与实践*

范晶
（乐山师范学院 生命科学学院，四川 乐山 614000）

摘要：基因工程已成为当今社会迅速发展的高新技术之一，基因工程课程是高校为了培养现代生物人才而开设的一门重要专业课程。然而，地方本科师范院校的资源和平台不具有优势，在这种情况下如何因地制宜地开展相应的课程改革，做到提高基因工程课程教学质量和增强课程特色是地方本科师范院校基因工程教育工作者应该思考的问题。近年来，作者在教学内容和教学方法上对基因工程课程进行了改革探索，对于切实地方本科师范院校基因工程课程的教学效果有一定的借鉴作用。

关键词：地方本科师范院校；基因工程；教学改革

战略性新兴产业指的是出现时间短、发展速度快、市场前景好的高新技术主导和支柱产业，可推动其它产业兴起并对国民经济和社会的发展具有战略支撑作用［1］。生物产业已被我国国家发改委确定为七大战略性新兴产业之一。基因工程可改变生物遗传物质，赋予生物新的表型特征，在生物技术产品的开发利用及服务人类社会方面具有重要的应用价值。基因工程正是高等学校为培养高素质现代生物技术人才而开设的专业主干课程，其教学目标是让本科生初步了解基因工程的有关理论知识和掌握基因工程实验的基本操作，为今后从事基因工程相关工作奠定基础。为提高基因工程课程的教学效果，培养适合社会需求的创新性应用人才，国内生命科学领域教育工作者对基因工程课程的教学做了许多有意义的改革并取得了良好成效［2，3］。然而，不同层次高校对学生的培养条件和培养目标存在差异，因此一所高校摸索出来的基因工程课程教学改革方法不一定能较好地适用于另一所高校。乐山师范学院是一所四川省属普通二本师范性院校，基因工程是该校生物技术专业学生必修的一门专业课程，为提高该门课程的教学质量，近年来作者根据自身特点对基因工程课程的教学尝试进行了改革并取得了一些成效，现总结如下。

一、深化教学内容改革

（一）教材理论内容的优化

基因工程课程知识面广，包含较多的基因工程原理和实验方法，合理规划安排课程的教学内容可使课程教学更为科学和规范。课程教学内容的总体规划应当建立在先进的教学理念、合理的教学计划和充实的教学内容基础上［4］。基因工程可分为上游技术和下游技术两部分，上游技术主要是基因克隆、重组和表达的设计与执行，下游技术主要是装载有重组质粒的细胞培养和基因工程产物的分离纯化［5］。作者单位近2年来所选用的基因工程教材是孙明主编的基因工程（北京：高等教育出版社，2011年重印版），本教材内容分为上下2篇，第一篇内容为以基因工程上游技术所涉及的基因克隆、序列分析、DNA重组和转化等相关知识为主线，包含分子工具酶、克隆和表达载体、DNA和RNA的分离和检测、分子杂交技术、大肠杆菌转化、基因芯片、PCR技术、DNA序列分析、DNA诱变、DNA文库的构建、目的基因的筛选和基因组研究技术等内容。第二篇内容以基因工程下游技术所涉及的外源基因的表达和产物的分离纯化为主线，包含植物基因工程、动物基因工程、酵母基因工程、细菌基因工程、病毒基因工程、医药基因工程等内容。该教材内容覆盖面广，知识点多，作者在授课时注重对章节内容背景知识、基本概念和原理的讲解，课时的分配适当向实用性强的知识和重点知识倾斜。如在讲解分子克隆工具酶章节时，该部分内容涉及的酶种类繁多，作者在教学时重点选取限制性内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、反转录酶、核苷酸激酶和碱性磷酸酶等本科生接触机率相对较大的几种酶进行重点讲解，而其它种类酶的讲解课时则相对缩短。在讲解限制性内切酶章节时，作者还针对性地向学生介绍一些目前世界上生产规模较大、产品质量信誉较高的限制性内切酶生产厂家信息，如瑞士Roche公司、日本Takara公司，加拿大Fermentas公司和美国NEB公司和Promega公司，这些课外知识的引入，加深了学生对限制性内切酶了解的印象。另外在基因工程课程教学时，作者还注重将自身科研成果作为教学案列引入课堂。如在讲授植物基因工程章节时，作者将科研项目成果转基因水稻在课堂上向学生展示，详细介绍当初为什么要进行水稻转基因，水稻转基因的过程如何，并让同学区别所展示的转基因和非转基因水稻材料在哪些性状上出现区别。上述教学改革，对提高基因工程课程教学效果起到了较好的作用。

（二）重视综合设计性实验教学

基因工程是实践性较强的课程，通过实验学生可以对课堂中学到的理论知识进行印证，还能锻炼自身实验操作技能，提高解决问题和分析问题的能力。因此，选择开设合理的实验内容是基因工程实验课程教学的关键环节，作者在实验教学过程中，注重综合设计性实验的开设。如在课程教学计划中，作者设立了水稻晚期胚胎富余蛋白OsEm基因启动子的扩增及克隆综合性实验。该项目主要考察了水稻基因组DNA的提取、基因启动子特异扩增引物的设计、PCR扩增、DNA的琼脂糖凝胶电泳、DNA片段的回收与纯化、外源DNA片段与T载体连接、大肠杆菌感受态细胞的制备与遗传转化、阳性重组子的菌落PCR快速鉴定以及质粒的提取与检测等知识点，实验路线基本覆盖了基因工程的分（离）、（酶）切、连（接）、转（化）、选（择）等基本操作技术。本实验在开展过程中，每下个操作环节所需要的产物均来自上次实验，因此，在任何一个环节出现失误都将导致实验的最终失败。本次综合性实验使学生充分意识到基因工程操作技术的系统性和严谨性，对于养成他们良好的科学素养具有重要的意义，非常适合本科教学。

二、加强课程资源建设

基因工程发展迅速、各种技术不断涌现，但教材内容往往存在篇幅的局限性和内容的滞后性，对某些知识点缺少阐述或者阐述的不是足够详细。当今时代，网络资源已成为我们获取有用教育资源的重要平台，通过网络获取课程资源最大的好处就是可以突破时空界限，快速实现信息传递和资源共享［6］。为了改善地方本科师范院校课程资源供给不足的矛盾，我们在教学改革过程中充分利用网络博采众长，搜索并借鉴使用网络基因工程课程有关的专题视频、教学录像、多媒体课件和其它课程资源，有效地改善了课程资源的供给。如基因工程教材中包含有cDNA文库的构建、Northern杂交、Western杂交、RNA干扰、植物基因工程农杆菌介导的遗传转化机制和基因工程抗体的制备等内容，对于普通师范性院校学生而言，很少有机会亲身参与实施上述实验内容，对于相关知识点的获取，主要来源于老师课堂上传递的信息，但上述内容抽象且复杂，导致学生对相关知识点的内涵理解不深刻。作者在课程教学改革过程中，播放所搜集到的课程视频资源，通过相关的文字、声像和动画，帮助学生在感性和理性上对相应知识点的理解，激发了学生的学习兴趣，提高了基因工程课程的教学质量。

三、教学方法改革

（一）增加社会调研实践

基因工程课程教学的主要任务之一是要教会学生能将所学的基因工程知识与社会生产生活联系起来。植物基因工程的发展，一方面加深了人类对植物的认识，另一方面又可帮助人类更好地对植物进行改良。作为现代生物技术产品，转基因食品已经进入了我们的生活。为了让学生了解转基因技术服务于人类社会的状况，作者在植物基因工程章节的教学时，组织授课班级学生深入乐山市各大型超市，对市场上存在的转基因食用油状况进行调研。作者发现，学生对此类形式的社会调研实践活动具有很高的热情，经过调查，学生了解到市场销售的部分纯香菜籽油、精炼一级菜籽油、食用调和油和大豆油中含有转基因产品原料的加工成份。通过此类课程改革活动，学生更深刻地认识到植物基因工程技术已经与人类生活密切相关，并进一步增强了他们理论联系实际的学习意识。

（二）增加文献阅读和撰写读后感环节

传统的教学方式主要是教师在课堂上对知识点进行单向讲授，学生在课堂上被动接收，缺少对所学知识点进行消化和吸收的环节。作者在教学过程中鼓励学生在课后就相关章节知识点进行国内外学术文献查阅并撰写读后感，作者曾要求授课学生阅读文献《鲤鱼（Cyprinus carpio）生长激素基因克隆及原核表达》，该论文主要采用反转录（RT-PCR）方法从鲤鱼脑垂体中提取总RNA并扩增生长激素成熟肽基因，然后进行DNA序列的测定、原核表达载体的构建、基因表达、重组蛋白的SDS-PAGE检测与纯化［7］。在文献阅读起始过程中，有部分同学表示该文献虽然篇幅精炼，但读起来还是有点吃力，其原因主要是自己虽然在课堂上对相关知识点已有所了解，但相关细节及其在实际案例中的应用并没有较好地掌握，经过继续查阅相关资料后终于对引物设计、RT-PCR、限制性内切酶、质粒构建和基因表达等知识点有了全新的认识。此类教学环节的增设，提高了学生阅读和分析文献信息的能力，为其今后独立进行实验研究打下扎实的理论基础。

（三）尝试个性化教育培养方式

《国家中长期教育改革和发展规划纲要》提出创新教育教学方法和人才培养模式，对不同个体的学生应该因材施教，把人才培养的全面发展与个性发展统一起来。个性化教育培养就是避免采用千遍一律的人才培养方式对不同学生进行培养，充分挖掘学生个体的潜能。作者在授课时发现有少数学生对基因工程课程具有较高的学习热情，于是吸纳他们参加教师的科研项目研究。通过个性化教育培养，他们的科研能力和综合素质普遍得到一定程度的提高，如在2014至2015年期间，我们个性化培养出来的学生已连续2年获得过四川省大学生生物学科竞赛省级奖项。

四、改革考核方式

考试的主要目的是检验学生对所学知识的掌握程度，科学合理的考试方式和成绩评定方法能够较为真实和全面地考察学生学习课程的效果。作者对基因工程课程的考核及成绩评定方式进行了改革，将基因工程课程的考核设立理论考试和实验考试两大模块，均采用百分制进行成绩评定。理论模块的考核规则为期末卷面成绩占70%，考勤、课堂提问和平时作业占30%。鉴于基因工程属于实践操作性质的课程，为了避免部分学生纯粹通过死记硬背拿到高分，我们在试卷命题时注意添加适量的实验设计主观题。如针对植物转基因技术已被广泛应用、全世界农业转基因作物的比例日益增多的状况，我们假定某种转基因植物在遗传转化过程中使用了序列已知的花椰菜花叶病毒CaMV 35S启动子，我们要求学生根据这一前提设计一种快速灵敏的检测转基因植物的实验程序。作者在阅卷时发现学生在答题时出现了PCR鉴定、Southern杂交和Northern杂交等多种答案。实际上，我们在本题中主要考察学生能否灵活运用已学的聚合酶链式反应PCR知识，通过PCR扩增35S启动子的基因片段来快速进行转基因植物的鉴定，检验了学生分析问题和解决问题的能力，充分体现了素质教育的要求。实验考试模块中，我们设立了实验理论面试和实验操作2个模块（各占50%成绩），实验理论模块考核时由学生在试题库中随机抽取一道题，再口述其实验目的、原理和大致技术路线。实验操作模块考核时，重点考察学生实验操作时的动作规范和熟练程度。通过上述考核方式，我们能够较全面地判断学生对基因课程的掌握程度。

五、结束语

课程改革是一个涉及课程教学内容、教学方法和教学目标的系统工程。基因工程实践性强、技术含量高，同时兼有发展迅速的特点，在地方本科师范院校基因工程课程的授课过程中如何进行教育改革以激发学生学习本门课程的兴趣，培养理论基础扎实、创新和应用能力强的基因工程人才是值得广大生命科学领域教育工作者永恒探索的主题。近年来，作者在不断提高自身专业水平的同时，从深化教学内容改革、加强课程资源建设、尝试教学方法和考核方式改革等角度入手探索基因工程课程教学的改革，虽然取得了一些成效，但仍然有更多的其它工作值得进一步探索。

参考文献

［1］宋河发，万劲波，任中保.我国战略性新兴产业内涵特征、产业选择与发展政策研究［J］.科技促进发展，2010（9）：7-14.

［2］李晓薇，董园园，李海燕.《植物基因工程》教学实践的几点体会［J］.高教学刊，2016（3）：116.

［3］马月萍.高校基因工程教学改革方法探析［J］.课程教育研究，2014（31）：240-240.

［4］陈英，黄敏仁.“基因工程”教学改革初探［J］.生物学杂志，2005，22（5）：48-50.

［5］周思翔，华慧，王正荣.基因工程的下游技术［J］.国际生物医学工程杂志，2003，26（4）：173-179.

［6］安新民，李云.网络资源在“基因工程”课程教学中的应用［J］.中国林业教育，2014，32（2）：60-62.

［7］白俊杰，马进.鲤鱼（Cyprinus carpio）生长激素基因克隆及原核表达［J］.中国生物化学与分子生物学报，1999，15（3）：409-412.

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）13-0059-03

*基金项目：乐山师范学院2014年校级教育教学改革研究项目（编号：JG14-YB14）和2015年校级教育教学改革研究项目（编号：JG2015-YB23）资助

作者简介：范晶（1977-），男，江西丰城人，博士，乐山师范学院副教授，研究方向：分子遗传学。

Abstract：Genetic Engineering has become a fast-growing high-technology in today's society，and is an important professional course for cultivating modern talents in universities.However，the local undergraduate normal university has no advantage because of the absence of resources and platforms，in such a case，how to carry out teaching reform，improve the teaching quality and enhance course features of the genetic engineering course in local undergraduate normal university is worth considering for the education workers engaged in genetic engineering.In recent years，some reforms have been explored in the areas of teaching contents and methods for the genetic engineering course，having a certain reference value for the improving of teaching effect for the course.

Keywords：local undergraduate normal university；Genetic Engineering；teaching reform