分子生物学与基因工程实践教学改革探讨

王赟+柯飞+赵安芳

摘要：分子生物学和基因工程是高等院校生物工程和生物技术专业的重要专业基础课。分子生物学是基因工程的理论基础。基因工程又是对分子生物学理论的实践，这两门课程的实践教学相辅相成。传统的实践教学，这两门课程分别设立各自的课内小实验，不仅分散重复，而且教学效果较差。笔者结合多年理论教学和实践教学的经验，探讨了提高这两门课程实践教学效果的方法。

关键词：分子生物学；基因工程；实践教学；教学改革

中图分类号：G642.42 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）46-0145-02

国家和社会的发展离不开创新性科研人才，大学生的科学实践是培养创新性人才的有效途径。国家高度重视大学生创新精神与实践能力的培养，发布了一系列文件强调高等院校实践教学的重要性，要求深化实践教学改革，提高学生的学习能力、实践能力和创新能力[1]。

生命科学发展到今天已经达到由以往的被动改造世界到主动的有目的地改造世界，分子生物学和基因工程是主动改造世界有力的工具，是生命科学领域的学科前沿，任何一门生物学科的发展都离不开分子生物学和基因工程。因此，分子生物学和基因工程的实践教学就显得尤为重要。分子生物学是一门研究生物大分子，主要是核酸和蛋白质结构和功能的学科[2]。基因工程在分子生物学的理论基础之上，对生物大分子，尤其是DNA分子进行重组、改造[3]。这两门课程相辅相成，密不可分。传统的实践教学中，这两门课程各自设立两到三个课内小实验，实验分散、重复，学生积极性不高，教学效果差。针对这些问题，笔者结合多年理论教学和实践教学的经验，探讨了提高这两门课程实践教学效果的方法。

一、传统分子生物学和基因工程实践教学中存在的问题

1.实验分散，缺乏系统性。传统的分子生物学和基因课程的实践教学，设立了植物总DNA的提取、琼脂糖凝胶电泳检测或者加上动物总RNA提取检测等两到三个课内小实验，大约8—10个学时。由于课内时间有限和课时的限制，实验进行的较为分散，学生也只能进行简单的基本操作，缺乏系统性。

2.实验材料固定，方案固定。传统的实践教学采取所有的学生使用相同的实验材料，相同的实验方案。例如所有学生都利用液氮研磨相同的植物材料，CTAB抽提总DNA。实验操作步骤一模一样，学生根据操作步骤操作了一遍，虽然提取到了总DNA，却不知道为什么这样操作，这样操作的目的是为了什么。完全就是跟着老师走过场，操作过了，也很快忘记了，实验的目的性不强，没有应用价值。

3.组员依赖，自己不动手。传统实践教学往往4—6人一组，小组长负责，共同操作一个实验。这样组员依赖就比较严重，组员依赖组长，有的学生积极性不高，干脆让别的同学帮忙操作甚至不操作。不关心最终的实验结果，实验报告的撰写就直接抄袭组长的。实验结果和分析高度雷同。学生在实践操作中没有深度体验，也就对实践教学过程没有反思，也就没有收获。

4.实验基本技能差，实验习惯不好。分子生物学和基因工程实践的对象是微观的肉眼无法识别的抽象的DNA分子和蛋白质，任何实验细节的失误都有可能导致实验的失败，因此对学生的基本实验技能和仪器操作要求比较高。由于学生之前没有接受相关的培训，所以基本技能很差。例如不知道移液器的使用方法，对于不同量程的移液器吸取的液体体积没有概念，不会设置PCR仪器程序，不会操作凝胶成像系统，甚至不会配置一些较复杂的化学试剂。

学生的实验习惯不好，如枪头随处打，枪头盒没有盖上，试剂使用前不知道要完全溶解和混匀，使用完毕不盖盖子，超低温离心机使用后没有及时擦去水珠，带着EB污染的手套到处乱摸等等，这些不好的实验习惯严重影响了实验教学的效果，不利于培养有素养的创新性科研人才。

二、实践教学改革

1.设置专门的实验课程，明确实验的目标。通过实践教学改革，将传统的分数的单个课内实验变成系统的分子生物学和基因工程大实验课程。实验学时由原来的每门课8—10学时改为36学时。实验的时间段也由原来的分数的课内时间改为为期两周连续的大实验。实验目的由原来的单纯的基因组DNA鉴定改为物种的分子鉴定。物种的分子鉴定是随着分子生物学和基因工程发展诞生的新兴的鉴定物种的方法，相对于传统的生理生化鉴定方法更准确，因此应用非常广泛。相应的实验内容由原来的基因组DNA的提取和电泳检测，改为基因组DNA的提取鉴定、PCR扩增物种特异的保守序列，回收目的片段，与载体重组，制备感受态细胞，转化感受态细胞，蓝白斑筛选，重组子的鉴定。每一个实验的结果是下一个实验的基础，上一个实验的失败，下一个实验就无法操作，系统性强，目标明确，具有较强的应用价值。相应的成绩评定不再是以最终结果和分析评定，而是与每一个小实验的结果挂钩，最终汇总为总成绩，极大地调动了学生的积极性。

2.个性化定制个人的实验材料和方案。传统的实践教学学生采用相同的实验材料，采用相同的实验方案，学生积极性不高。实践教学的目标改革后，学生首先理解了物种分子鉴定的原理和方法后，每个学生均可鉴定自己感兴趣的物种，根据物种的不同选择不同的基因组DNA提取方法，不同PCR扩增程序，不同的DNA回收方法，选择不同的感受态制备方案，设计不同的重组子鉴定方案。学生提交方案后，由指导老师对其进行辅助指导。要求学生修缮方案，使其切实可行。这种研究性的实践教学引导学生探究性思维和自主学习的能力，给予学生深度的体验[4]。在方案的设计过程中，学生不仅增强了对理论知识的理解，更重要的是学会了如何查阅文献，梳理思路，根据实验室的现有条件，设计出合理可行的方案，培养了学生的科研思维，提高了学生的学习能力、实践能力和创新能力。

3.独立完成实验的准备和操作。在实验操作过程中不再以小组为单位，而是要求每个人独立完成自己的实验。特别是实验的前期准备工作。以往的实验操作为了提高成功率往往使用试剂盒，虽然操作简便，但是学生并没有掌握实验的原理和试剂的配置方法。而前期的方案设置和试剂准备是实践操作中的核心环节，后期只是按照实验方案进行。因此要求学生根据自己的实验设计，独立准备自己所需的试剂。为了减少浪费，学生必须精确计算自己所需的试剂量，不能过多配置。对于常用的试剂可以配置成母液，学生根据需要进行稀释。学生对前期的准备工作非常感兴趣，积极地根据实验方案，计算自己的所需的试剂，锻炼了学生的动手能力和思考能力，同时也减少了试剂的浪费。实验完成每个学生根据自己的结果独立分析成功或失败的原因，通过反思对实验有了更深的理解

4.重视基本实验技能的培养，养成良好的实验习惯。为了培养学生的基本实验技能，要求学生在进行实验操作之前，认真阅读各种仪器和试剂的使用说明书，并写下注意事项。思考实验方案中每个环节的注意事项和影响因素。此外，指导老师讲解具体操作时的一些细节和方法。只有通过简单考核的学生才能进行后继的实验操作。此外，使学生认识到良好的实验习惯的重要性，没有好的习惯，实验就有可能失败。例如，移液器使用完毕如果没有及时调回最大量程将导致移液器不准确，加样误差太大，导致实验失败等。要求学生养成良好的实验习惯。

三、展望

总之，分子生物学与基因工程的实践教学的改革，不再是传统的“假题真做”，而是基于实际应用为目的——物种的分子鉴定，有效地激发了学生的兴趣，较为全面地训练了学生的学习能力、实践能力和创新能力[5]。分子生物学与基因工程的实践教学的改革，改变了以往老师的主体地位。老师开始扮演指导角色，学生处于主体地位，对问题深度思考，进行文献查询，方案设计，试剂准备，对实验结果反思。这些高智力的投入、创造性的实践活动，给了学生深度的体验，训练了科学的思维方式和实验技能、实验习惯，为培养创新性科研人才打下了基础[1]。

参考文献：

[1]时伟.论大学实践教学体系[J].高等教育研究，2013，（34.）：61-64.

[2]朱玉贤，李毅，郑晓峰，郭红卫.现代分子生物学[M].第4版.北京：高等教育出版社，2013.

[3]孙明.基因工程[M].第2版.北京：高等教育出版社，2013.

[4]王金发，何炎明，戚康标，张兆梁，冯冬茹，刘兵，王宏斌.“开放性，研究性”实验教学模式的创立与实践[J].高等理科教育，2006，（76）：97-100.

[5]刘勃，刘玉，钟国辉，张建林.基于真实项目的实践教学体系探索[J].高等工程教育研究，2012，（1）：116-121.