生物工程基因工程綜合實驗教學改革

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摘要：生物工程專業旨在培養能在生物工程領域從事復雜工程活動、解決實際問題的綜合型人才。基因工程綜合實驗是生物工程專業綜合實驗中的重要組成，要想掌握這一技術就必須使得從業者更好地進行基因工程實驗學習。因此，生物工程專業教師必須進行科學的實驗教學，這樣才能讓學生掌握基本分子生物學技術，從而培養學生理論與實際操作應用相結合的能力以及解決復雜工程問題的能力。基于此，主要針對現階段生物工程專業開設的基因工程實驗課中存在的問題進行分析，并提出一些基因工程綜合實驗教學的改革與完善措施。

關鍵詞：生物工程專業；基因工程；綜合實驗；教學；改革與探索

根據工程教育認證的要求，高等教育教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程最后要取得一定的學習效果，即OBE的理念。因此作為一所地方性應用型大學的生物工程專業，旨在培養能在生物工程領域的生產、技術服務和研發中從事復雜工程活動、解決實際問題的綜合型人才。從另外一方面看，基因工程是一門十分復雜的學科，包含眾多的抽象理論和概念，同時也擁有較強的實踐技術性，也是一門十分重視實驗操作的學科。生物工程專業教師通過基因工程綜合實驗可以增強學生對生物學科的認識，在一定程度上提升學生學習興趣，從而更好地結合理論和實踐操作，提升學生個人工程思維能力和實踐操作能力。

1生物工程專業中基因工程綜合實驗教學現狀

隨著我國現代化教育體制改革的不斷完善，我國的分子生物學技術發展十分迅速，而基因技術課程作為其中重要內容也隨即在各大高校廣泛開設，這一課程的開設能夠改善我國在該領域缺乏尖端人才的現狀，但是經過多年的教學，在教學過程中發現存在以下一些問題。

1.1實驗教學缺乏創新

在生物工程專業所進行的基因工程課程實驗中，主要實驗內容就是生物DNA的提取、PCR擴增基因片段、瓊脂糖電泳等幾項單一的內容，實驗課一周一般一次，這樣簡單看來利于學生在學習理論知識后通過實驗操作鞏固所學知識。但是，實際上基因工程實驗是一個連貫的操作實驗，如果不能一次做完就達不到整體性的效果，以往的教學使得實驗課程較少，只能進行單一技術操作實驗，不能開展連續性實驗，也就使得實驗內容無法連貫成一個整體。

1.2實驗教學方式較為單一

以往在基因工程課程實驗教學中，教師出于節省實踐時間和實驗材料的考慮，在實驗課前就準備好了大多數實驗材料，比如提前配制好提取液、設計引物等。在上課后由教師進行講授和演示，學生能做的只有有限的實驗模仿或者機械性的重復操作，缺乏多種形式的實驗探究。這樣的實驗教學方法使得學生學習缺乏主動性和積極性，更無法促進他們對實驗原理、實驗結果進行思考探究，從而阻礙學生對基因工程實驗的深入學習探究。

1.3課程實驗內容不夠完善，缺少綜合設計類實驗

基因工程課程實驗所設置的內容主要包括以下幾種：核酸提取實驗，制作感受態細胞實驗，轉化及篩選實驗以及運用PCR技術擴增基因片段實驗等。這些實驗基本都是獨立實驗，涉及了大部分基因工程操作技術，但是缺乏相關性和連貫性，從而可能導致學生缺乏實驗綜合分析探索的能力和綜合分析工程問題的能力。

2基因工程綜合實驗教學改革措施

2.1優化綜合實驗課程設置

基因工程實驗技術涉及方面眾多，且具有操作連續性強的特點。因此教師在進行此類實驗課程設置時，必須對以往的課程內容和安排進行調整，增加更多的自主性實驗操作內容，適當地將實驗時間延長。根據所在院生物工程專業的特點，結合工程教育認證的要求，將基因工程綜合實驗集中安排在一周進行，持續5~6d，實驗內容相對比較完整，充足的時間能保障實驗能夠連續進行，也保證了實驗內容的廣度和深度。同時給予學生一定的試驗自由和實驗器材保障，從而讓學生能夠更加積極投入實驗中，更好地激發他們的自主實驗探究能力。

2.2改革基因工程綜合實驗教學內容

具體來說，就是以基因工程原理為基礎，將原來基因工程的獨立實驗整合起來，形成一個較完整的實驗內容。舉個例子，目的基因的分離克隆和載體構建等內容在基因工程原理課程中有所涉及，因此在進行基因工程綜合實驗課程的講授時，為避免內容講授重復可以集中介紹操作注意事項及各類影響因素，從而讓學生自主優化實驗過程。此外，要引導學生查閱外源基因在微生物工程菌株中表達并進行生產的相關文獻，并設計下游實驗思路和實驗路線，這樣能讓學生清楚地了解到從基因到蛋白質的表達過程，更好地從工程角度出發來設計菌種，以適應實際生產的需求，達到人才培養的目標。基于以上的考慮，將基因工程綜合實驗內容設計為可用于工業生產的大腸桿菌基因工程菌株的構建。主要內容包括查找目的基因序列，設計引物擴增，構建重組質粒載體，制備感受態細胞并進行轉化，對重組體進行篩選。這些內容涉及生物信息學、基因工程、微生物等，同時又兼顧了應用價值，引導學生從生產需求出發，來設計工程菌株，符合本專業的培養目標，即能解決復雜工程問題。

2.3改革實驗教學模式

2.3.1采取開放式教學策略。教師要想提高學生對實際工程問題的思維和探究能力，讓學生能夠從實際需求出發，根據所學理論知識進行獨立設計并完成相關實驗內容，就必須對原有的課程方式進行改革，采取開放式教學。教師也要著重要求學生注意實驗的各個環節，在給予學生時間和空間上自由的同時也不能忽略對學生的指導和檢查，當遇到特別的重難點問題或關鍵環節，需要針對性的指導對待。教師也必須要求學生對每次實驗要及時做好數據記錄，保留中間產物多做備份，設置對照，不斷優化實驗條件，然后系統地分析，培養學生良好的研究習慣。2.3.2科研訓練、畢業論文與實驗相結合的教學模式。要想進一步提高學生實驗探究和科研的興趣，就必須從學生關注的地方入手。比如可以結合學生的科研訓練課、畢業論文，與學生的畢業論文和科研項目掛鉤，并提供一些科研條件和科研命題來讓學生選擇。然后在實驗指導教師的引導下去自主設計試驗，并最終獲得實驗產物。這樣不僅能提高學生的積極性，而且也能避免實驗浪費，更好地幫助學生完成論文寫作，同時也訓練了他們解決實際工程問題的能力。

2.4對實驗考核方式進行改革

教師要想提高基因工程綜合實驗的教學效果，就要針對試驗內容和學生實驗的情況來設置一個較完善的實驗考核體系，該體系必須滿足對學生創新能力培養、重視實驗和理論相結合、解決實際工程問題的綜合能力的評價。具體來說，就是分為對學生實驗前自主學習探究考核（文獻查閱總結能力），學生實驗過程的創新考核（實驗操作能力），獲得有效實驗結果（解決實際工程問題的能力）以及實驗報告寫作（科技論文/報告撰寫能力）等幾方面來進行評價。教師的考核依據不應僅僅體現在對學生掌握理論知識點的評價，更應偏重學生將書面知識運用在實驗操作和解決實際工程問題的能力中來評價。

2.5對學生完全開放實驗室

教師盡可能為學生開放實驗室，可以在一定程度上調動學生實驗探究的積極性，讓學生更好地去對基因工程及相關工程問題的解決進行研究學習。教師要注意采取措施來培養學生的實驗研究能力和嚴謹的科研態度。讓學生在開放的實驗室條件下，自主進行實驗設計和開展實驗方案，并適當地幫助學生了解更多科學研究方法，不斷地提升學生科學思維能力。實驗室盡可能全面性對學生開放，具體是指：首先是在時間上進行全面開放。其次就是涉及的儀器全部開放，學生經過必要的登記后，在以后的實驗可以按需求使用實驗設備。然后就是盡可能將試劑藥品對學生進行開放，要保障學生基本的實驗藥劑供應，但有安全隱患的藥品仍需要審批。

2.6采取多樣化實驗教學方法

要想保障學生能夠更好地掌握基因工程實驗的技能，就需要采取多樣化教學方法。（1）建議指導教師制作相關微視頻。教師基于試驗內容來自制有趣的微視頻動畫，可以讓學生更好地融入基因工程實驗學習中，能夠讓原本枯燥的基因工程與分子生物學知識和實驗內容變得易懂且增加趣味性。（2）教師也可以組織開展一些課堂小組討論。具體來說，每個實驗小組根據實驗內容設計不同梯度實驗，例如PCR擴增時設置不同退火溫度、不同模板濃度甚至不同引物，根據得到的實驗結果總結各因素對實驗的影響，可以直觀看到實驗技術的影響因素，完成從課本到實踐的轉化。（3）教師需要構建完善的教學網絡平臺。相關實驗教師可以基于學校所提供的實驗室，來建立一個基于網絡基因工程的實驗教學平臺。這一平臺的建立可以讓學生能夠在虛擬的網絡構建平臺中利用一些仿真軟件來進行實驗，可以讓學生在正式實驗進行前大致了解實驗的基本操作，這樣不僅可以使得學生更好地掌握實驗技能，而且還能避免浪費實驗材料。（4）這一平臺也能讓教師更好地指導學生去提前學習一些高難度的技術性生物實驗，從而完善學生對高難度基因工程和分子生物學有關的知識。目前我院已有較為成熟的網絡仿真實驗平臺，可以極大方便學生進行基因工程實驗的仿真模擬。

2.7加強實驗指導的延續性

這些年，在大部分本科高校實驗室平臺的管理中，已逐漸實行開放化管理形式。在實驗課以外的時間，高校應不斷鼓勵并指導學生在開放實驗室的條件下進行實驗，從而確保實驗指導的延續性。學校可以組織學生參與大學生創新創業訓練項目和“互聯網+”等一些實驗競賽，讓學生可以在實驗課程學習以外，能夠充分提升所學的實驗技能。

3結束語

通過對現階段生物工程專業開設的基因工程實驗課中存在的問題進行分析，并提出一些基因工程綜合實驗教學改革措施，不難看出在生物工程專業對基因工程綜合實驗教學進行改革和探究十分有意義。高校教師通過對基因工程實驗教學進行深入改革實踐，一方面可以加強學生探究實驗自主性，另一方面也讓學生獲得了生物工程實驗操作能力，更好地為達到學生培養目標和將來解決復雜工程問題奠定夯實基礎，同時對高校生物工程專業更好地進行工程教育認證有所幫助。基因工程綜合實驗教學改革在現階段仍需要有關教師和教學管理工作者不斷去探索研究，不斷吸取國內外的實驗探索經驗，完善實驗教學方式，從而為我國生物工程領域輸送源源不斷的專業人才。

參考文獻

[1]劉佩勇，崔振波，亓紅強，等.生物工程專業綜合改革舉措的探索與實踐[J].高教學刊，2021（7）：131-134.

作者:張俠 尹海波 劉曉玲 張海靈 單位:煙臺大學生命科學學院