“双一流”背景下地方高校基因工程实践教学改革探索

周维成，魏得良，姚飞虹，刘奕祯，邓 斌

(湘南学院 化学生物与环境工程学院，湖南 郴州 423000)

基因工程的快速发展对生命科学和生物技术的兴起起着巨大的推动作用，其研究技术与方法已经渗透到现代生命科学的各个领域，成为生命科学的一门核心技术[1]。作为生物技术专业的核心主干课程之一，基因工程实验课具有非常重要的意义，如何根据课程特点培养学生自主学习能力并提高创新思维的教学方法值得每一个教育者思考。不仅如此，基因工程实验教学质量的提高也是基因工程教学的重要环节[2]。因此如何利用基因工程实验教学提高学生学习兴趣，加强学生的感性认识，以及帮助学生更好理解和掌握基因工程理论成为实践教学改革的热点问题。

何燕等为了完善基因工程实验教学方法，对实验教学课程安排、实验内容、教学形式等进行了改革，建立合理的实验成绩评估体系，调动学生实验学习兴趣，提高学生实验动手能力，取得良好实验教学效果[3]。文义凯等针对植物基因工程传统实践教学中存在的主要问题，通过整合实验教学资源、优化实验教学内容以及建立全新的教学模式和考核制度，将科研融入实践教学体系中去，同样取得了显著的教学效果[4]。不仅如此，邢万金、吕立堂分别在实践教学中，利用综合性实验代替分散性实验，吸收本科生参加科研课题[5-6]。张英等通过对更新实验教学设备、转变实验教学理念、改革实验考核方法。使得基因工程实验课的教学形式得到极大丰富[7]。为了使学生及时跟踪学科前沿，任世英等提出选取合理双语教材，通过多媒体、网络平台延伸以及讨论式教学等方法改进教学方法，采用综合考核的办法进行成绩评定[8]。许崇波等通过构建基础综合实验-校内专业实习-研究创新实验“三层次”实践教学体系，对实践教学的环节与内容、组织与实施、考核等进行改革[9]。在实验课程安排方面，段永波等针对基因工程实验课程难以获得较好教学效果的问题，利用报告基因、启动子和目的基因为切入点，成功实现了报告基因在真核细胞中的表达[10]。

然而，湘南学院作为一所新建的地方高校，无论是资源还是平台都不具有优势，这种情况下如何利用自身及地方特色，因地制宜地开展相应的实验教学改革，提高基因工程实践教学质量和增强课程特色是地方高校基因工程教育工作者应该思考的问题。不仅如此，有效的实践课程改革，对构建一个相对完整的、科学合理的实践教学体系，对“双一流”建设及其自身长远的发展都具有重要意义。

1 基因工程实践教学改革对策

1.1 实验安排与理论教学紧密联系

由于基因工程的内容非常广泛、深奥，许多内容涉及生命科学前言，过多的讲解理论基础对学生而言不仅枯燥无味也很难理解。目前我院基因工程课时总计32学时，其中实验课占总课程课时的一半，因此对实验课内容的设置及实验安排的要求很高，这需要我们增加实验内容，合理安排实验项目。因此我们紧密围绕基因工程理论所提出的“切、接、转、增、检”开设16学时的实验课程，完整的包括了理论教学所涉及的重要知识点。为此我们开设了酶切制备DNA片段、感受态细胞的制备、目的基因片段和载体片段的回收与连接、重组载体转化感受态细胞以及鉴定四个实验。不仅如此在实验课安排上，摒弃了之前的集中教学的方式，通过理论与是实践相结合的方式，实践课贯穿整个理论课程。同时，我们改变了实验课程和理论课程授教师不一致的现象。安排同一个老师讲授，这有助于教师根据理论课的进度合理安排实验教学。使学生在做实验前，对实验的相关知识有所了解，充分掌握实验原理，以达到更好的实验教学效果。

1.2 结合实验条件设计实验方案

一个完整的基因工程流程一般包括目的基因的获得、载体的制备、重组体的制备、目的基因的转化、基因的表达、基因工程产品的分离提纯等过程。在基因工程研究中，在很大程度上，研究者要完成的是一个完整的流程，但是在实际教学中，很多基因工程实验室不具备完成整套流程的实验条件。因此，我们将一个完整的实验体系拆分成若干个小的实验项目，以方便进行教学。基因工程发展日新月异，新知识新技术不断涌现，导致基因工程实验指导教材很多，但合适本科生教学的很少。为此，我们努力收集了最新的教材和资料，结合我院实际情况编写了实验讲义。例如在重组载体转化感受态细胞以及鉴定这一实验中，我们改变了目的基因与载体的双酶切方法，采用相对简单的TA克隆技术，让实验过程进行一定的简化，实验结果更容易展现。同时，实验将以知识体系编排教学过程，对一些无法开展的实验，我们采用课外思考题的形式给予展现。通过这样的方式弥补部分教材知识老化，内容陈旧的不足，同时在我们自己编写的讲义中突出介绍了各实验的原理，并且着重列出每个实验在实际操作中需要注意的事项，不仅可以加深学生对课程内容的认识和理解，而且可以作为理论教学的辅助资料。

1.3 注重实验基础技能训练

实验技能训练是培养学生动手能力的关键，直接影响着学生以后的科研能力[11]。基因工程实验是生物专业过程中难度最大的实验课之一。基因工程实验几乎所有的变化都是分子水平的，实验结果肉眼很难观察。像我们开设的酶切制备DNA片段、感受态细胞的制备等实验，我们只有通过最终的转化实验才能观察到实验现象。同时，基因工程实验的步骤多，连续性强，实验的周期都很长。如果前期实验出现失误，后面的实验就无法开展。另外，基因工程实验所研究的物质含量极微，都是毫克、微克数量级，加量或配错有出入，会对实验结果产生很大的影响。因此，我们把基因工程实验安排在分子生物学实验后开展，有了分子生物学实验作为基础，学生对无菌操作、微量操作和高速离心等有了一定了解。另外将实验预习报告纳入实验考核成绩的一部分，要求学生在实验前充分理解实验的原理，并了解实验需要注意的有关事项。实验过程中实行小组负责制，让实验操作准确的学生任组长，在实验过程中严格要求每个组员操作，狠抓标准化实验操作。最后，基因工程实验考核成绩根据学生预习报告，实验结果、实验报告和实验操作表现四个方面。

1.4 学生参与科研活动，培养自主创新能力

提高学生参与科研活动的热情，促进创新型人才的培养。目前湘南学院设有“开放实验室项目”、“大学生研究性学习和创新性实验计划项目”等。这给学生自主创新、自主研究提供了新的途径，另外通过这些项目的锻炼，学生在实验设计、文献阅读及论文写作方面有较大提高。让学生在自主实验中会更加深入掌握基因工程实验原理和基本技术理论，促进其科学思维能力的发展。如结合当地特色学生申请了“剁辣椒中微生物的分离鉴定”这一研究课题，利用基因文库的方法对剁辣椒中微生物进行鉴定分析。整个实验过程同学们自己配制试剂、准备实验材料，在老师的指导下，全过程独立完成实验操作，从中领会基因工程实验的操作要点和注意事项，避免以往实验中大部分准备工作由实验老师完成的弊端，确保在今后的科研中能独立运用。同时，学生们在实验过程中一丝不苟地做好原始结果记录，对实验中出现的问题加以分析，真正的让学生在实验

中思考，在实验中进步。

1.5 利用虚拟教学手段，拓展强化理论知识

基因工程实验教学存在很多受实验仪器、药剂的限制不能开设的实验内容，可以通过虚拟演示和操作让学生对知识有系统全面的了解。例如，实践教学过程中可以利用分子生物学软件对目的基因进行分析，设计 PCR 的上、下游引物，相应 Tm 值的计算，目的基因酶切的模拟，在线序列比对等大大提升了学生的参与感，提高学习兴趣。计算机的虚拟模拟化操作对条件欠缺的地方高校本科生实验课堂具有重要的作用，非常值得我们去开发和探索。为此，我们学校设有VR教学实验室，目前我们也正在着手基因工程VR系列实验的开发及应用。

2 总结

基因工程学是生命科学领域中一门实验性和应用性很强的学科，如何向学生讲授基因工程实验技术原理，训练其熟练掌握基因工程实验技术和操作规范是基因工程课程的首要任务。笔者对基因工程课程实验课教学的改革进行了初步探索，通多对以上传统实验教学的改进，强调学生能力的培养，努力提高学生的学习兴趣、促进学生实际实验过程中的参与度，真正的将高素质复合型人才作为“双一流”建设背景下的首要目标。