改进高校基因工程课堂教学设计的初步探讨

卢山+刘平+李同辉+高艳红

摘要：为了提高大学基因工程课程课堂教学质量，我们从高校实际出发，结合教师多年的科研经验，以“大肠杆菌转化”课件设计为例，不断完善课堂教学，使学生既能够掌握知识要点，又能锻炼思维，还能培养其创造精神。

关键词：基因工程；课堂教学；改进；课件设计

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0178-02

我国高等学校本科教育的学科分类中，生物学、生物医学工程、食品科学与工程、农业工程等专业属下的许多课程都与基因工程技术与应用的迅速发展息息相关。因此，基因工程越来越多地进入高校专业主干课程行列。基因工程的内容繁杂难学，实践性强[1]，而且迄今为止，很多大专院校由于条件所限，未能开设配套的实验课程。相关教材中，绝大部分内容也集中于理论阐述。即使教学大纲是经过反复推敲，依据基因工程教材重要知识点而制定的，授课内容也严格按照教学大纲亦步亦趋，还有多媒体方法辅助讲授，但是，传统的“填鸭式”课堂教学方式仍然被普遍采用，难以达到教书育人的目的，也不符合现阶段我国高等教育培养创新型人才的要求，这使得教学效果从根本上无法保证。课堂教学是高校最基本的教育活动，主要由教师和学生两方面共同承担完成[2]。首先，为人师者应该从教师主体出发，增加教学投入[3]，努力探讨和思索如何在现有条件下改进和完善课堂教学，提高教学质量。其次，应最大限度地调动学生学习的积极性和主动性，让学生在课堂教学中能听得懂，听得进。这样，才能够在有限而宝贵的课堂时间内，启发学生的创造性思维。本文作者在多年从事基因工程教学的基础上，以基因工程中“大肠杆菌转化”知识点为例，说明在基因工程教学中，尤其针对技术性、实验性教学内容，结合相关科研经验，改进课件设计的重要性。

基因工程基本操作是该课程重要的篇章之一。基因工程重组DNA操作主要由“切”、“接”、“转”、“增”和“检”构成。其中“转”是针对原核生物的转化（Transformation）、真核细胞的转染（Transfection）和需病毒参与的转导（Transduction）等活动的统称。作为基因工程七大支撑技术之一的基因转移技术也是指“转”操作。由此可见，“转”为基因工程教学中的重要知识点之一。其中，转化是外源DNA进入受体细菌而获得相应遗传性状的现象，亦即DNA导入受体菌再扩增或表达的过程。在具体章节详细介绍原核细胞代表性基因工程实例时，也离不开大肠杆菌的“转化”，实验室常用的大肠杆菌转化方法有氯化钙（Calcium Chloride，CaCl2）和电穿孔（Eletroporation，也叫电击）等。CaCl2法创立于1972年，是适用于革兰氏阴性细菌（如大肠杆菌等）的经典转化技术。它是指在低温下，Ca2+能够与细菌外膜磷脂形成液晶结构，然后经热脉冲发生收缩作用，这样细胞膜会出现空隙，从而使外源DNA进入受体菌的过程，所以CaCl2法也被称作热激法或者热脉冲法。此方法的关键影响因素是低温和Ca2+，它不需要电转化设备，在实际中最为广泛使用。因此，常常在课堂教学中作为重点内容来介绍。常用的教学方法在讲授此章节内容时，采用如图1所示的PPT或者板书机械化流程来展示大肠杆菌的标准热激法转化过程。这样的教学方式，备课简单，授课轻松，数分钟即可完成。但常常会因为课堂上，讲解理论知识的枯燥而难以激发学生的学习兴趣，从而导致在短短的课堂时间里，学生的思考能力得不到锻炼，更不用说如何牢固掌握专业的基础知识了。事实上，有很多大学生在中学生物学课程学习阶段已经接触大肠杆菌热激法转化的基本知识了，但进入大学阶段的基因工程课程相同知识点学习时，已近彻底遗忘；甚至有学生，在大学其他课程如分子生物学等实验环节或科研实践活动中还进行过相关实验，但对转化也只留下模糊印象。这些现象一方面可能受到学生个体学习主动性等的影响，但另一方面不能否认与课堂教学质量，尤其是主导课堂教学的教师采取的教学方法相关。因此，针对标准热激转化法流程的授学，我们认真思考后，在利用教材讲授理论知识的同时，还从该知识点出发，将理论知识与科研实际结合，即与科研中已运用普遍的快速热激转化法联系起来重新设计课件，如图2所示。当大肠杆菌标准热激法转化流程介绍完毕时，让学生结合热激法转化的基本原理，思考教师提出的相关问题。经过逐步的启发和剖析，只有当学生掌握了大肠杆菌转化的知识要点时，才能认识到标准热激法的第3至第5的三个步骤均可以省略，快速热激法在15分钟内即可完成。在这样短暂的课堂授学过程中，创造出能发挥学生主观能动性的课堂学习氛围，不仅可以帮助学生理解知识要点，还增加了课堂上教师与学生的互动，活跃了课堂气氛，开启了学生思考的闸门，拓展了学生思维的空间，锻炼了学生思考、分析、解决问题的能力，从而取得良好的教学效果。

综上所述，课堂教学设计对教学质量有着非常重要的影响。近年来，尽管有文献提倡对基因工程教学设置独立的实验课程或者让学生提早进入科研课题来加强对基因工程的学习。但现阶段对大多数的高校而言，这恐怕不是一个容易实践的提高教学质量的方法。我们以上的改进，仅为进一步完善基因工程课堂教学起到抛砖引玉之效果。将来，在基因工程课程教学研究过程中，作为主导课堂教学的一方，应更好地结合本校的实际，并融合教师自身多年的科研经验，继续努力探索，对更多的关键内容、知识点进行更好的课堂课件设计，以化枯燥为有趣及深入浅出的启发式授课方式等锻炼学生的思维，培养学生的创造能力，提高课堂教学的质量。

参考文献：

[1]王文锋，武新胜等.医学院校基因工程的课程改革[J].中国高等医学教育，2015，（5）：68-69.

[2]王志鹏，郭小玉.高校课堂教学质量问题思辨[J].当代教育理论与实践，2014，（10）：79-80.

[3]何旭明.教师教学投入影响学生学习投入的个案研究[J].教育学术月刊，2014，（7）93-99.

A Preliminary Study on the Improvement of the Classroom Teaching Design for Gene Engineering

in China's Colleges and Universities

—The Courseware Design for "Heat Shock Transformation of Escherichia Coli"

LU Shan，LIU ping，LI Tong-hui，GAO Yan-hong

（Life Science College of Nanjing Normal University，Nanjing，Jiangsu 210023，China）

Abstract：In order to improve the teaching quality for undergraduate course of gene engineering，the courseware of "Transformation of Echerichia Coli" was designed as an example proceeding from the current status in China's Colleges and Universities and combining with our years of scientific research experiences，which aims to help students grasp knowledge points，develop intellectual vitality and cultivate creative spirit for optimizing classroom teaching.

Key words：genetic engineering；classroom teaching，improvement；courseware design