基于应用型人才培养的基因工程课程建设与教学改革

许崇波， 彭 凌， 刘博婷

(韶关学院 英东生命科学学院， 韶关 512005)

基因工程技术诞生至今已有40余年，取得了前所未有的成就，成为当今生命科学诸多研究领域中发展速度快、应用领域广、取得经济效益显著的前沿学科之一[1-3]。基因工程技术引发的现代生物技术革新，直接关系到医药、农牧、环保、能源等传统产业的更新换代，彰显其强大的生命力和实用性，已经在生物工程诸多研究领域中占有主导核心地位[4-6]。基因工程课程是生物工程专业和生物技术专业的主干课程之一，主要内容包括：基因工程常用技术、基因工程工具酶、基因载体构建与选择、目的基因制备与DNA体外重组、重组体的筛选与鉴定、基因文库构建、基因表达条件优化策略及其表达产物纯化、基因工程及其产品安全管理等[7-9]。课程要求学生掌握基因工程的基本原理和实验操作技能，为日后熟练驾驭这项技术服务于科学研究及国民经济奠定坚实基础。因此，加强基因工程课程建设，进一步深化教学改革，探索适合应用型人才培养需求的教学内容、教学方法，注重培养学生的自学能力和解决问题的能力，提高课程建设的整体水平，才能实现韶关学院提出的“应用型、创新型、创业型”人才培养目标，满足生物工程专业和生物技术专业高素质应用型人才培养需求[10-12]。

1 课程建设目标

基因工程课程建设与教学改革主要是探索培养具有创新精神和创新意识的应用型人才为重点的教学内容、教学方法、教学手段、考核方式等方面的教学改革与研究，进而培养学生的自主学习能力，提高课程建设的整体水平[2]。课程建设主要目标是构建“基因工程亚单位疫苗研发技术路线”为主线的教学内容体系，掌握基因工程亚单位疫苗的研发方案、生产工艺流程和实际操作技能等，具备从事基因工程疫苗研发需要的理论知识和实验操作能力，毕业后可以从事基因工程领域相关产品的研发工作。同时使学生得到基本的科研训练，强化基因操作技能培训，具备获取学科前沿知识的能力。因此，在基因工程教学设计和组织形式中，既注重课程的经典性、先进性与研究性，又注重将课堂教学和参与科学研究有机地结合起来，从而实现课程建设目标[2]。

2 优化教学内容，构建“基因工程亚单位疫苗研发技术路线”为主线的教学内容体系

基因工程教学内容丰富，涉及的基因工程技术原理较多，部分内容比较抽象且难以理解，为了方便学生系统地掌握和理解这些知识点，要注重把科研成果引入到课堂教学中[2]。另外，目前出版的基因工程教材种类较多，诸多教材各有侧重且内容前后连贯性和系统性相对较差，尚无一本完全适合应用型人才培养的基因工程教材。我们采用的教材是何水林主编的《基因工程》，由科学出版社出版的普通高等教育规划教材，相对来讲更合适于应用型人才的培养。为此，根据专业制定应用型人才培养目标和选用的教材，在保证完成基因工程教学任务基础上，优化教学内容，构建了“基因工程亚单位疫苗研发技术路线”为主线的教学内容体系，把基因工程亚单位疫苗研发全过程的关键步骤直接对应基因工程课程的主要章节，然后对应基因工程课程的实验操作技能和实践能力(见图1)，再对应基因工程课程的主要知识点。根据上述教学设计，对教材部分章节顺序和内容进行了调整，最后形成了基因工程课程的8大模块化的教学内容体系，共32学时。8大模块化的教学内容包括：模块一基因工程概述(2学时)；模块二基因工程主要技术及其原理(6学时)；模块三基因工程工具酶(4学时)；模块四基因工程载体(6学时)；模块五目的基因的制备与DNA体外重组(6学时)；模块六外源基因的表达优化策略及其表达产物的分离纯化(4学时)；模块七基因工程应用(2学时)；模块八基因工程及其产品安全性管理(2学时)。模块一至模块六教学内容主要以课堂教学为主，模块七和模块八教学内容主要以学生自学和小组讨论为主。另外，在图1所列的基因工程实验操作和能力培养中，除基因突变技术与方法、重组基因的核酸序列分析方法、重组蛋白Western blotting技术与操作、基因工程疫苗免疫方法外是选做内容，其余部分都是必做内容。具体安排如下：一是基因工程实验(32学时)；二是综合实验项目(64学时，基因工程开课的下个学期)；三是课余时间开放实验室(选做)。通过这样的教学内容设计，不仅使学生能够掌握基因工程的理论知识，而且也能够使学生具备从事基因工程亚单位疫苗及其相关产品研发的能力。

图1 基因工程亚单位疫苗的研发技术路线对应基因工程课程章节、实验操作和能力培养Figure 1 The technological route of research and development of gene engineering subunit vaccine is corresponding to the chapter and part of gene engineering course and experimental operation and ability culture

3 科研成果转化为基因工程综合实验项目

课程负责人自1994年至今，一直从事动物细菌基因工程亚单位疫苗的研究，主持过多项国家和省部级科研项目，先后完成了3项动物细菌基因工程亚单位疫苗的研究，其中新生仔猪大肠杆菌K88ac-ST1-LTB三价基因工程亚单位疫苗、犊牛和羔羊产气荚膜梭菌-大肠杆菌基因工程亚单位获国家新兽药注册证书。为了更好地把科研成果融入教学，提高教学质量,笔者把前期取得的科研成果，开发了综合实验项目“大肠杆菌K88ac-ST1-LTB三价基因工程亚单位疫苗的实验室生产与检验”(64学时)。要求学生模拟企业工业化生产疫苗的过程，在实验里完成疫苗的生产和检验，只不过企业是流水线自动化完成疫苗的生产，而学生是在实验室里手动完成疫苗的生产，但是学生同样能够了解疫苗生产的全过程和掌握主要的实际操作技能。综合实验项目内容主要包括：大肠杆菌K88ac-ST1-LTB三价基因工程亚单位疫苗生产菌株的鉴定、生产种子繁殖与生产菌液发酵培养、生产菌液灭活与铝胶佐剂制备、疫苗配制和分装、疫苗质量检验。要求每名学生生产出10～20瓶且检验合格的大肠杆菌K88ac-ST1-LTB三价基因工程亚单位疫苗，学生通过完成大肠杆菌K88ac-ST1-LTB三价基因工程亚单位疫苗的实验室生产与检验，提高了学生对基因工程课程的学习兴趣，对基因工程的应用有了更加直观和深入地了解，同时培养了学生实际操作能力和解决实际问题的能力，也为部分学生毕业后从事基因工程相关产品的研发工作奠定了坚实基础[2]。

4 改进教学方法，提高课堂教学质量

教学方法是实现教学目标的有效手段之一，为此采用了研究启发式教学、讲座讨论式教学、课程总结式教学等教学方法，目的是激发学生的学习兴趣，提高课堂教学质量，取得了良好的教学效果。

4.1 研究启发式教学

通过把科研成果和基因工程重大科学事件、科研经历和科研经验以及科研项目引入到课堂，引起学生思考和讨论，开展研究启发式教学，一方面让学生体会到基因工程理论与实际应用结合非常紧密，激发学生的学习兴趣；另一方面也让学生体会到基因工程研究并非高不可攀，只要通过刻苦学习和自身努力，都能够大有作为，增强了学生的自信心，收到了良好的教学效果。

4.2 讲座讨论式教学

讲座讨论式教学可以充分调动学生学习的主动性，因此在教学设计上，精心准备了一些基因工程方面的讨论题，组织学生针对这些问题开展讨论，发表自己的观点，这样有利于学生对基础知识的理解和拓展[2]。另外，主讲教师还结合自己开展的科研项目和取得的科研成果，或者结合学科前沿，为学生作学术讲座和进展类讲座，如课程负责人主讲的“大肠杆菌基因工程亚单位疫苗研究的现状与展望”“基因工程药物的研究现状与展望”“基因工程抗体研究现状与展望”等，拓宽了学生的视野，加深了对基因工程前沿知识的了解。

4.3 课程总结式教学

在每学期课程教学结束后，要求每位学生把需要掌握的重点内容和知识点进行归纳总结，撰写一份基因工程课程总结[2]。学生在做课程总结时都能认真思考，按照自己的思路和理解，完成课程总结，取得了预期效果。比如有的学生以树图分析法进行总结，也有的学生以鱼骨图分析法进行总结，还有的学生以技术路线图法进行总结。通过这样的教学安排，学生不仅能够系统地掌握了基因工程的重点内容和知识点，也起到了再学习目的和培养学生总结归纳的能力。

5 改革考核方式，综合评价学习效果

课程考核的重点是考查学生对基因工程基础知识的理解和运用理论解决实际问题的能力，因此科学地设计考核方式和内容，给出每位学生的综合成绩。考核方式主要包括：平时作业、课件制作与课堂小组讨论、课程总结和闭卷考试等。特别是在期末试卷中增加了分析和实验设计方面的主观题，比如期末试卷中出现的分析题和设计题：以大肠杆菌质粒为载体，克隆和表达编码14aa的生长释放抑制激素基因，简要说明在实验过程中可能遇到的问题和解决的方法。又比如给出一段基因的核苷酸序列，利用PCR技术扩增其中的部分特定片段，写出扩增该特定片段的PCR引物和实现其分泌表达的技术路线。另外，注重试题库建设并附有参考答案和评分标准，试卷题型包括名词解释、选择题、填空题、判断题、简答题、论述题、分析题和设计题等。

6 教学效果评价及教改成效分析

基因工程的教学得到了学生的广泛认可，对生物工程和生物技术专业3个年级524名学生的问卷调查结果显示，基因工程课程在教学内容设计、教学方法、教学手段、理论联系实际、教师素质、教学效果及对其他课程学习借鉴等方面，学生满意度均达到90%以上。在学生评教中，基因工程课程受到了学生的一致好评，学生测评综合得分近3年均为优秀，一直居于学院前列。另外学校教学督导组听课评价结果亦为优秀，其评价优点主要体现在教师在课堂教学过程中，教学内容阐述简练，逻辑性强，理论联系实际，与专业内容结合紧密，教学课件图形和图像多，使学生能够直观地了解和掌握教学内容和要点，尤其是培养学生的应用能力方面比较好，能够开展研究启发式与互动式教学，课程气氛好，教学效果显著。

总之，经过3年的努力，我们构建了基于应用型人才培养的“基因工程亚单位疫苗研发技术路线” 为主线的基因工程教学内容体系，重点培养学生综合素质和应用能力，提高了基因工程课程建设的整体水平。但是基因工程课程建设与教学改革还处于探索和实践阶段，今后我们还要坚持不懈地把课程建设与教学改革深入开展下去，只有这样才能实现韶关学院提出的“应用型、创新型、创业型”人才培养目标，满足生物工程专业和生物技术专业高素质应用型人才培养需求[2]。