1、1“基因工程实验技术”教学改革与探索摘要：“基因工程实验技术”是生物科学相关专业本科教学中最重要的核心课程之一。以实验教学目标与项目设置、教学方法与手段改革（引入合作性、探究式、开放式教学）等方面为突破口，围绕学生创新能力培养的终极目标对应用型本科院校如何开展“基因工程实验技术”教学进行了改革与实践，以期为同类教学提供参考。 关键词：地方性高校；基因工程实验；创新能力培养；教学改革与探索 作者简介：王忠华（1972-） ，男，浙江开化人，浙江万里学院生物与环境学院，教授；斯越秀（1979-） ，女，浙江诸暨人，浙江万里学院生物与环境学院，讲师。 （浙江 宁波 315100） 基金项目：本文系教
2、育部双语示范课程和浙江省新世纪教改项目（项目编号：zc2010085）的研究成果。 中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）04-0136-02 随着分子生物学的迅猛发展，基因工程实验技术已广泛渗透到现代生命科学的各个分支领域，成为生物技术和生物工程等专业的核心技术。1-3通过“基因工程实验技术”的学习，使学生了解基因工程的四大要素，知晓从自然界的生物中克隆所需目的基因的基本思路和策略，启发学生的思维，让学生熟悉从最基础的核酸、质粒的提取，到基因分离方2法的确定、基因的克隆、鉴定、表达以及最终能获得目的基因的表达产物的整个过程；使学生对基因工程有一个全
3、方位的、比较系统的认识。4，5通过一系列实验，加强学生的动手能力，提高其基本操作技能，使学生具备从事基因工程教学和科研的基本能力。 一、目前基因工程实验课程教学存在的问题 虽然基因工程实验课程的主要内容具有综合设计性和实践性强等特点，并且与农业、医药、环境、能源和食品等行业紧密结合，发展空间广阔。但目前基因工程实验课程教学也存在诸多问题。 1.贴近行业的实验项目缺乏系统的创新性设计 基因工程实验尽管开设时间较长，但实验项目注重基本技能训练，与行业结合不够，不能适应生物技术相关产业的发展需求；创新性项目成点状分布，不利于学生创新能力的系统培养。因此有必要增加一些研究性、行业相关性的项目，并根据学
4、生需要开展不同层次、可供选择的实验项目，真正实现以生为本的教学理念。 2.教学方法不能充分发挥学生的主动性和创造性 传统的基因工程实验教学的基本模式是教师依据实验教学计划，安排每次实验的内容。实验前，教师先把实验内容和操作步骤完整地讲一遍，强调学生在实验过程中的注意事项，然后让学生做实验。学生实验时只需“依样画葫芦” ，机械模仿、重复操作，该教学模式使学生始终处于被动地位，学生的主体作用和积极性都得不到充分发挥，难以激发学生独立思考和分析问题、解决问题的兴趣和激情。不能从主动探索中获得失败的经验和成功的体会，从而使学生失去了学习的主动性，抑制了3个性发展，甚至泯灭了独立思考的意识和创新精神。6
5、，7 根据上述问题，结合基因工程面向行业的特点和学生创新能力培养需要，确立了综合技能、工程应用能力和学科研究能力三个层次的实验教学目标（见表 1） 。 表 1 基因工程实验的能力培养层次及培养途径 能力层次 具体能力描述 拟培养途径 学科研究能力 利用基因工程技术进行新产品开发；培育转基因新产品；开拓新产品、新工艺；利用基因技术分析解决问题能力；创造性思维能力 开放创新性项目训练 工程应用能力 核酸与蛋白质提取工艺参数优化能力；基因工程产品产量与品质参数优化能力 工程性项目训练 综合技能 核酸分离纯化能力；PCR 操作技能；质粒连接、转化与筛选技能；基因及其表达产物检测技能 综合性项目训练 围
6、绕不同能力的培养目标，本文从项目设计、教学方法与考核方式改革三个方面对基因工程实验改革进行了探索与实践，同时对改革的初步成效与存在的问题进行了总结与讨论，以期为同类研究提供参考。 二、实验项目设计 为了实现上述不同层次的能力目标，根据以能力培养为主线的基因工程三级训练体系鱼骨图（见图 1） ，设置了三个层次的实验项目，其中综合技能训练以原有的项目为基础进行优化；而工程能力训练和开放创新训练项目则为本课题的改革重点。项目主要来自教师科研和学生创新创业项目，拟设置的项目详见表 2。 4表 2 部分实验项目一览表 项目类型 项目名称 备注 综合技能 训练 质粒 DNA 的提取、酶切及其产物的凝胶电泳
7、 原有 DNA 酶切产物的纯化、重组质粒的连接 原有 大肠杆菌感受态细胞的制备、转化及筛选 原有 质粒 DNA 的分离和鉴定 原有 PCR 扩增技术及其扩增产物的检测 原有 工程能力 训练 溶藻弧菌外膜蛋白 OmpU 的克隆与原核表达 新增 碱性磷酸单酯酶基因的定位、克隆与表达 新增 富锌功能水稻品种特性改良 新增 明胶植物源替代物关键参数优化 新增 开放创新能力 训练 葡萄不同品种的 ISSR 分析 新增 转抗螟虫基因蔺草新种质的培育 新增 浙贝母分子身份的鉴定 新增 富锌水稻分子指纹图谱分析 新增 根据不同行业现状，教师先拟定了一些具有行业生产应用前景的目标蛋白或产物（如外膜蛋白、碱性磷酸
8、单酯酶和白介素等）布置给学生，并将实验方法和重要参数告诉学生，然后要求学生查阅相关文献和资料，设计实验方案并提交，指导教师审核通过后进行实验，最后对实验结果5进行分析与讨论，形成总结性材料。以生物制药行业外膜蛋白（Outer membrane protein，简称 Omp）为例，其免疫保护力远远高于灭活全菌疫苗，有望作为高效疫苗的重要成分，通过生物工程技术大量生产应用于海水养殖动物疾病的防治。由此可将“溶藻弧菌外膜蛋白 OmpU 的克隆与原核表达”作为设计应用性实验。涉及的重要参数有 DNA 分离纯化参数、PCR 扩增体系和程序参数、不同载体构建参数和不同表达产物检测技术参数等。通过这个层次的
9、训练，让学生用学到的基因操作技术（核酸提取技术、引物设计技术、载体构建技术、基因检测技术、表达产物检测等）去解决具体的行业问题，培养学生的创新能力和行业应用能力。 开放创新训练项目围绕教师科研、大学生新苗人才计划、大学生创新创业项目、学科竞赛等进行，如特色经济和药用植物（蔺草、葡萄、浙贝母等）及海洋生物（中华鳖等）的分子身份与种质资源鉴定、绿色荧光蛋白在生物医药与现代农业中的应用等。主要是采用基因工程实验技术解决当前生产实践中遇到的科学问题，使学生在掌握先进的、应用性强的专业综合技能的同时，提高自己的科研能力、创新意识、创新能力。 三、教学方法改革 对于综合技能训练项目，采取虚拟实验与实战操作
10、相结合的形式，要求学生全程参与实验过程，学生必须在实验前进行预习，然后反复进行虚拟实验（购置相关软件） ，最后进行实战操作，实验结束后写出实验报告，并对实验结果进行班级讨论，最后由教师进行相应的点评，使学生了解出现不同实验结果的原因及解决办法。这种实验教学方法既有利于提高学生对实验内容的兴趣，使学生牢固掌握基因工程操作的基本过6程与技能，提高实验教学效果，又有利于培养学生的自主学习能力，进而提高学生分析问题与解决问题的能力。 对于工程能力训练和开放创新训练项目，采用“自主设计式、开放式”实验教学法。即要求 35 位学生组成课题小组，确定小组感兴趣的课题，或根据教师提出的实验目标查阅资料，设计实
11、验方案，并提出申请和实验预约，经教师审批后，利用开放实验时间完成实验，最后递交实验报告，并书写实验总结或论文。鼓励学生从行业调查入手，自行选题、自行查阅文献、自行拟就实验方案、自行备齐所需试剂并进行实验。允许学生分多次来实验室完成同一个实验项目，允许学生对同一个实验项目采取不同的实验方法进行实验，如核酸提取可采用酸法，也可采用碱法、SDS 法、CTAB 法等。同一种方法还可在不同提取条件下进行，如水浴温度、水浴时间、离心转速、离心时间等。自主设计实验突出了学生的主体地位，有利于激发学生的学习兴趣与激情，有利于培养学生的创新精神和实践能力。 四、考核方式改革 为提高实验教学效果，适应创新性人才培
12、养的需要，必须建立和完善一套以创新能力培养为重心的既重过程又重结果的实验课程考核新模式。 在对综合技能训练项目进行考核时，采用全程性评价，实验预习环节的评价可培养学生的自主学习能力，实验准备和过程环节及实验操作考试可提高学生的动手能力和专业技能，而实验笔试环节主要考察学生对专业知识的掌握情况，为学生开展创新性活动奠定了坚实的专业基础。7对于工程能力和开放创新训练项目的评价，主要是从查阅资料和设计环节、实验参与环节、实验结果和总结环节等方面来考核，重在提高学生的综合素质，如口头表达能力、专业操作技能、文字组织能力和组织协调能力等。对于有创新部分的学生要给予加分与奖励。这种全方位的成绩评定方法既能
13、反映学生的实际水平和能力，又能调动和提高学生学习的主动性和积极性，对提高学生运用理论知识解决实际问题、提高实际操作能力和创新能力都有积极的意义。 五、改革实施初步成效与物化成果 本改革以浙江万里学院生物与环境学院生物技术和生物工程专业2009 级、2010 级学生为课程改革实施对象，直接受益学生数为 200 人/年。由于本改革能紧密围绕学生综合能力的培养，采用以学生为主体、教师主导的教学方法，教学内容实用且能紧跟专业前沿，因此，较好地培养了学生的自学能力、动手能力、创新能力和团队合作精神。 近两年来，生物技术、生物工程专业学生参加课程组教师相关科研项目的有 50 多人次；完成相关校级创业创新基
14、金项目或校科研基金项目近 10 项；获浙江省科技厅“新苗计划”资助项目 2 项；获浙江省“挑战杯”课外科技作品竞赛二等奖 1 项；获浙江省大学生生命科学竞赛优胜项目 1 项；学生在校期间公开发表与课程相关学术论文 8 篇。 通过对毕业生综合表现的跟踪调查，发现学生在所进行的毕业实习中，表现出较强的基因工程操作能力、实验组织能力和设计能力，一定的创新精神和良好的合作精神，受到了用人单位的一致好评。考研学生8在复试中，较强的基因工程实验技能受到了浙江大学、厦门大学等院校教师的肯定。 六、存在的问题及解决办法 课程组全体成员清醒地认识到课程教学改革与推广是一项艰巨的任务，它需要教师着眼于现实建设、着
15、眼于未来发展，不断更新内容，不断改进教学方法，使项目始终保持可持续的高水平的发展。项目的后阶段任务与计划如下： 首先，继续完善教材建设。通过学生的试用，提出相关的修改意见，对基因工程实验技术教程进行修订，以更好地满足学生发展的需要。并根据教材适用对象进行推广，增加辐射面。 其次，在已有项目的基础上进一步设计新的实验项目，建立相对稳定的自主设计实验项目库及操作规范。 再次，完善开放式的管理制度与全程式参与的考核办法。 最后，加强与兄弟院校的交流与学习，增加辐射面，提升示范作用。参考文献： 1邢万金，扈延茂.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.
16、2陈鲁勇，孟和，许文平，等.分子生物学实验教学改革与实践J.实验室研究与探索，2008，27（12）：121-122. 3杨海灵.分子生物学实验教学改革的探索与实践J.成都大学学报（教育科学版） ，2008， （4）：70-71. 94高凤山，许崇波，刘庆平，等.基因工程开放实验中的几点体会J.科技创新导报，2009， （3）：213-216. 5王文锋，范雪晖，穆灵敏，等.生物技术专业基因工程实验教学的改进与实践J.新乡医学院学报，2009，26（1）：99-100. 6蒋曹德，廖志华，杨应斌，等.分子生物学创新实验教学模式的探索J.西南农业大学学报（社会科学版） ，2009，7（2）：200-202. 7曾瑾，吴晓玲.以科研促进基因工程的教学J.生物学杂志， 2009，26（3）：93-94. （责任编辑：孙晴）
