“基因工程实验”教学改革实践与体会

曾驰

摘 要 分析了以往“基因工程实验”教学中存在的问题，并从实验内容、教学组织形式、实验报告形式、成绩评价方式等方面介绍了“基因工程实验”课程教学改革的实践与体会。

关键词 基因工程实验 教学改革 综合性实验

中图分类号：G424                                   文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2020.01.059

Reform and Achievement of "Genetic Engineering Experiment" Teaching

ZENG Chi

（School of Biology and Pharmaceutical Engineering， Wuhan Polytechnic University， Wuhan， Hubei 430023）

Abstract The existing problems of genetic engineering experiment teaching were analyzed. The reform and achievement of genetic engineering experiment teaching were introduced from the aspects of experimental teaching content， organization form of teaching， form of experimental report and evaluation mode.

Keywords genetic engineering experiment; teaching reform; comprehensive experiment

基因工程是20世纪70年代诞生的，以分子遗传学为理论基础，对生物进行分子遗传改造的高新技术。基因工程实验技术是生物领域最重要的实验技术之一。掌握基因工程实验技术是当代生物工程和生物技术领域从业者的基本要求。[1]

“基因工程实验”是我校生物工程和生物技术专业的主干课程。为了提高该课程的教学质量，武汉轻工大学“基因工程实验”教学团队对“基因工程实验”课程进行了教改探索，对“基因工程实验”的实验内容、教学组织形式、实验报告形式、成绩评价方式等方面进行了深入的改革，推进学生自主式、合作式、研究式的教学模式，取得了较好的效果。

1 以往“基因工程实验”教学中存在的问题

1.1 教学时间安排不科学

以往“基因工程实验”的教学内容包括DNA的分离和凝胶电泳检测、PCR技术、大肠杆菌感受态细胞的制备和转化等，每周开设一次。但是，基因工程实验是一个涉及提、切、接、转、检等操作程序的连贯过程。传统的“基因工程实验”教学安排将连贯的基因工程实验过程割裂成若干个孤立的小实验，割裂了基因工程实验过程的内在逻辑联系。学生对基因工程实验过程难以形成整体的印象。

1.2 教学模式不以学生为中心

以往“基因工程实验”采用以教师为中心的验证性实验教学模式。在这种教学模式中，学生不需要进行实验设计，也无需深入的思考，只需要很机械的模仿和验证。学生不是学习的主体，不仅不能理解实验目的与原理，甚至无法独立分析实验结果和实验成败的原因。这种教学模式扼杀了学生的能动性，限制了学生的创造性思维，违背了以学生为本的教育目標。学生的后续基因工程实验实践（例如毕业论文）反映学生的基因工程实验能力较差，表明“基因工程实验”的传统教学模式在培养学生独立思维方面存在严重缺陷，无法激发学生的学习欲，也不利于培养当代生物工程和生物技术产业需要的创新型人才。

1.3 实验报告相互割裂

以往“基因工程实验”的实验报告形式是每一个实验项目写一份独立的实验报告。这样的实验报告形式只适用于没有连续性的验证性实验，有助于学生加深对实验目的、原理和方法的印象。但基因工程实验的连贯过程在这样的割裂性的实验报告中无法得到体现。在这样的实验报告的撰写过程中，学生的思维被束缚在单一的实验项目中，无意探求该实验项目与“基因工程实验”其他实验项目的逻辑联系，以及该该实验项目的结果对“基因工程实验”其他实验项目的影响，难以对“基因工程实验”的各个实验项目形成整体的理解。

1.4 成绩评价不全面

以往“基因工程实验”课程的成绩评价主要是根据实验表现、出勤和实验报告这几项进行综合，其中实验报告权重较大。部分教师甚至将学生的实验报告作为成绩评价的唯一依据。这种方式无法对学生的“实验过程”进行准确评价，导致学生重视实验报告而轻视实验过程。部分学生在实验过程中敷衍甚至根本不参与实验操作。有的学生甚至在课下编造或抄袭实验报告。这种评价方式不但难以反映学生的实验表现，而且会挫伤学生的学习积极性。为了解决这个问题，必须建立一个更客观全面的学生成绩评价体系。

“基因工程实验”是我校生物类专业学生必修的主干课。和微生物学实验、生物化学实验等学科基础实验不同，“基因工程实验”重点是培养学生的综合性实验能力。因此，应该将学生的综合性实验能力而不是基本实验技能的掌握情况作为成绩评价的重点。此外，学生的创新能力也应作为重要的评价指标。

2 “基因工程实验”教改举措

2.1 改革实验内容

完整的基因工程实验流程包括6 个步骤——“分离”、“酶切”、“酶连”、“转化”、“筛选”、“表达”，最终将含有外源基因的重组DNA转入受体细胞并获得外源基因的表达产物。以往的“基因工程实验”教学内容仅仅包含“基因组DNA的提取”、“聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction）”、“琼脂糖凝胶电泳”、“限制性内切酶反应”和“质粒DNA的提取”，没有体现基因工程操作完整流程。

“基因工程实验”课程内容设计应该摈弃验证性实验教学模式，体现基因工程的“工程”概念，体现整体性和连贯性。[2]基于此，我们将“基因工程实验”的各个小实验综合成一个大实验。整个大实验的内容环环相扣，不能分割，前一个实验模块取得正确的实验结果后才能开展下一步实验。

我们设计的“基因工程实验”大实验包括6个实验模块“PCR扩增制备目的基因和电泳检测”、“质粒DNA的小量制备”、“PCR产物与载体的酶切与凝胶回收纯化”、“目的基因片段与载体连接”、“大肠杆菌感受态细胞的制备和转化”、“工程菌的诱导和酶活性检测”。由于表达产物蛋白质检测所用的SDS-聚丙烯酰氨凝胶电泳（SDS-PAGE）已经在“生物化学实验”课程中开设，为避免重复，本课程不安排相关内容。我们设计的“基因工程实验”大实验囊括了包括“分离”、“酶切”、“酶连”、“转化”、“筛选”、“表达”6 个步骤在内的完整的基因工程实验流程，满足了课程培养要求。

2.2 改革教学组织形式

我们对“基因工程实验”的教学组织方式进行了深入改革，让学生自行主导实验流程，自行操作，自行获取和分析实验结果。

传统的一个验证性实验教学项目约为3学时。但基因工程实验操作复杂，多种因素导致3学时无法顺利完成1个实验模块。因此，我们将“基因工程实验”安排在周末开设。每4名学生编为一个实验小组。实验室从早上8 ： 00到晚上7 ： 00向学生开放。学生需要认真预习实验内容，完成基因工程大实验“预习报告”，经教师审阅同意后才能进入基因工程实验室操作。“基因工程实验”“预习报告”的内容包括：①实验目的; ②实验方案;③指导教师意见。目的是让学生在实验前认真预习，为独立完成实验操作奠定基础。

在学生的实验过程中， 教师不过度干涉学生的实验安排，而是主要进行巡回指导和答疑，提供昂贵试剂（如酶）等，并对学生的实验结果进行把关和评价。有的小组在个别实验模块中实验失败，则需要与教师讨论失败的原因， 方可向其他成功小组索取实验材料进入下一个实验模块。

2.3 改革实验报告形式

基因工程实验是一套繁杂的流程，其中一些步骤如细菌培养、质粒提取、凝胶电泳等需要多次重复。传统的验证性实验的“实验报告”不适于这种综合性大实验。[3]因此指导教师要求学生认真记录实验过程中的每一步操作和结果，整理成“实验记录”交教师查阅，并在此基础上总结、撰写出题为“地衣芽孢杆菌 -淀粉酶基因在大肠杆菌中的表达研究”的基因工程“实验论文”。“实验论文”的格式与硕士学位论文的格式类似，包括摘要、前言、材料与方法、结果与讨论和参考文献等。

为较好完成基因工程“实验论文”，要求学生查阅“基因工程实验”实验内容相关文献。以往的“基因工程实验”的实验结果图片一般是由教师采集、软件处理，学生贴入实验报告中。改革后，由学生自己拍照、精修，以合适的方式呈现实验结果。此外，针对“实验论文”的讨论部分，鼓励学生将自己的结果与其他实验组结果、文献报道结果进行深入比较和讨论，从而培养学生分析结果和撰写论文的能力。

2.4 改革成绩评价方式

我们通过摸索，建立了一套涵盖“考勤”、“课堂表现”、“实验记录”和“实验论文”4个方面的成绩评价方式。“考勤”、“课堂表现”、“实验记录”和“实验论文”分别占“基因工程实验”最终成绩的15%、20%、15%和50%。 “考勤”项100分，缺勤1次扣15分。“考勤”低于60分，直接取消“基因工程实验”最终成绩。没有自己动手实验操作的，该次实验“课堂表现”为0分。绝大多数学生认为以上成绩评价方式比较全面、公正。

3 教改效果与反思

我们的“基因工程实验”教改经过几个学年的实践，取得了较好的效果，受到学生的广泛欢迎。接受教改“基因工程实验”学生的基因工程实验能力相比往届学生大为提高，这一点在学生本科毕业论文中体现得尤为明顯。

“基因工程实验”教改实践也发现了一些难题。首先，大多数高校实验课程经费有限。学生自主开展的“基因工程实验”综合性大实验耗资较大，一般大学难以承受。其次，教改后“基因工程实验”大实验过程复杂，耗时较长，实验室开放时间难以固定，教师工作压力较大，而且还伴随仪器设备和有毒有害药品难于管理、贵重药品浪费等问题。最后，由于实验条件有限，“基因工程实验”是以小组的形式完成的。如何对每个小组成员进行公正、合理的成绩评价也是一个重要的问题，有待在今后的实践中探索。

基金项目：2017年武汉轻工大学校级教学研究项目（XM2017002）

参考文献

[1] 吴乃虎.基因工程原理（第二版）[M].北京：科学出版社，2018.

[2] 朱旭芬，赵小立，丁鸣，金文涛.“基因工程实验”精品课程建设的探索与思考[J].中国大学教学，2011（8）：54-55.

[3] 邢万金，扈廷茂.本科基因工程大实验教学改革的实践和体会[J].生物学通报，2007.42（2）：48-50.