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基因工程实验课程教学改革以武汉工商学院为例

中图分类号院G642.423 文献标识码院A DOI院10.16871/j.cnki.kjwhb.2018.01.029

摘 要“基因工程”实验课程是武汉工商学院生物工程专业和生物制药专业的一门重要的必修专业基础实验课.该文从学校的实际开课情况出发,主要分析了基因工程实验教学的现状及存在的问题,并在教学内容、教学手段等方面进行一些改革探索,旨在提高学生的自主创新能力,为社会培养出更多创新型应用型人才.

关键词基因工程实验教学课程改革

Exploration on the Teaching Reform of Genetic Engineering Experiment: Taking Wuhan Technology andBusiness University as an Example // Wei Na

Abstract The genetic engineering experiment is an important requiredbasic experimental course for bioengineering and biopharmaceuticalstudents in Wuhan Technology and Business University.This paper is based on the actual situation of the school,mainly analyzes the current status and questions on the geneticengineering experiment. In order to improve students´ ability ofindependent innovation, cultivate more innovative talents, teachingcontents and teaching methods are reformed and investigatedin experiment.

Key words genetic engineering;experimental teaching;coursereform

武汉工商学院坐落在美丽的黄家湖畔,是经教育部批准的普通全日制本科高等院校,学校自2002 年创建以来,为社会输送了三万多名应用型人才.“基因工程”实验课程是我校生物工程专业和生物制药专业的一门重要的必修专业基础课程,是以分子遗传学为理论,以分子生物学和微生物学的现代方法为手段,将不同来源的基因,在体外构建DNA 分子,然后导入活细胞,以改变生物原有的遗传特性,获得新品种,生产新产品[1].基因工程实验技术目前广泛应用在环境、食品、医学等领域,创造出巨大的社会价值,是目前发展速度最快的高新技术之一[2].

通过基因工程实验课程中的DNA 重组、核酸杂交、基因文库的构建等一系列的技术操作,帮助学生加深理解与掌握基因工程原理,而且更重要的是培养学生将基因工程相关理论知识应用于生产实践,提高学生的实际操作能力[3].另外,通过该实验课程的教学可以培养学生在实践中发现问题、分析问题和解决问题的能力,成为培养学生开拓创新精神的有效途径.笔者根据本校两个专业的特点,从学校的实际开课情况出发,分析基因工程实验课程中存在的问题并在教学方面进行一些改革探索.

1 基因工程实验课程教学存在的问题

1.1 实验教材的选定

目前市售的基因工程实验指导教材很多,但是适合本科生具体开设的基因工程实验的却不多.很多教材涉及的内容过于陈旧,操作步骤不具体,涉及的实验条件过于苛刻,无法满足正常的本科实验教学.

1.2 实验教学内容老化

因考虑到基因工程实验的连贯性,本校基因工程实验课每周开2 到3 次,2到3 周内完成.课程内容安排如下.

(1)动物总DNA 的提取、纯化及鉴定

(2)PCR 扩增靶基因

(3)PCR 产物的纯化及DNA 片段的体外连接

(4)感受态细胞的制备及重组质粒的转化

(5)细菌质粒小量抽提及酶切鉴定

基因组DNA 的提取、PCR、质粒抽提等实验项目,都是基因工程实验的基本方法和技术,缺乏贴近行业的创新型实验项目,因此学生自主实验的积极性不高,实验效果不太理想.

1.3 实验难度较大,实验周期较长

生物类的很多实验技术含量较高,操作技术要求也较高,而基因工程实验的结果一般都比较抽象,实验结果一般不能肉眼可见,比如DNA 产物是否连接,DNA 提取效果,质粒抽提结果,DNA 片段纯化结果,需要通过凝胶电泳然后染料显色后才可观察到.感受态制备情况也不能直接观察到,需要通过化学转化或电转化宿主细胞后涂板培养才能看到.尽管该课程一般安排在大三年级,学生已经掌握了一些遗传学和分子生物学的基础知识,但在实验过程中,学生对实验原理的理解依旧比较困难.另外实验过程中,由于所用的试剂都比较微量,因此在吸取的时候要精细准确,否则很容易漏吸错吸或者未充分混匀造成实验失败.

1.4 实验经费投入不足

近几年来,基因工程实验所需的药品不断上涨,比如实验中大量需要的酶、染料、载体和宿主细胞,几微升就价值数百甚至上千,所涉及到的仪器设备如PCR 仪、凝胶成像分析仪、电泳仪、高速冷冻离心机等更新换代的速度也很快,但是学校教学经费投入有限,加之仪器本身较高,因此实验设备的保有量比较低,学生动手操作的机会有限,使其对实验课的热情降低.实验质量也降低了.

2 基因工程实验教学改革措施

2.1 编写适合本校特色的实验讲义

学院可组织一些实验经验丰富的教师及多年从事相关实验课程的实验员,根据目前基因工程学科发展前沿,再结合本学院的人才培养方案,共同编写基因工程实验指导用书.在书中应加大综合设计型实验项目的比例,突出我校以培养应用型人才为目标的办学理念,实验原理的编写应深入浅出,实验步骤详细合理,并将目前基因工程实验中的一些新技术和新方法引入其中,做到与时俱进.

2.2 增加实验基础技能培训

在实验课开始前,增加一次针对基因工程实验基础技能的培训非常必要.培训内容包括样品的选择,微量移液器的规范使用,高速冷冻离心机的安全使用,高压灭菌锅的规范使用,样品的混匀方法,无菌操作台的使用方法等,以及掌握实验所用药品试剂的性能和相关仪器设备的维护和保养.通过这些培训,即确保学生在实验正常开展过程中实验操作的规范化,又提高了实验室仪器药品管理的安全性.

2.3 贴近本行业需求,实验内容科研化

目前高校学生的培养不光局限于理论教学培养,更加鼓励学生参与科研创新项目,使学生可以将所学知识应用于解决实际问题,培养学生的创新意识和动手动脑能力[4].例如从苦荞叶中提取苦荞基因组DNA 及鉴定,从黄豆中提取大豆基因组DNA,构建基因工程菌在污水处理中的应用等,从课题相关资料查找到实验方案准备,均由学生自己独立完成,学生可以利用学校实验室的开放时间,自主网上预约并开展实验,在实验过程中,学生自己配制所需要的培养基,自己灭菌所需要的头PCR 管离心管,自己制备感受态细胞、自己活化菌种等,在实验中遇到难以解决的问题及时向老师请教或者与其他同学一起讨论交流,让学生真真正正地明白所做实验的思路和目标,同时也提高了学生的团队合作能力.

2.4 实验教学方法多样化,提高学生自主能动性

随着目前网络技术的发展,微课成为一种新的授课方式已经被各大高校广泛使用[5].同样地将微课应用到实验课的教学也是势在必行.针对基因工程实验的难度和广度,微课教学可以让学生通过手机移动客户端或者电脑随时随地学习实验中的关键技术和操作,充分利用学生的课余时间,更好地辅助实验教学.微课视频内容安排如下.

(1)微量移液器的使用;

(2)凝胶成像仪的使用;

(3)琼脂糖凝胶的制备;

(4)琼脂糖凝胶电泳技术;

(5)单克隆菌落的挑选;

(6)凝胶图谱的分析.

此外,在实验教学方法上还可以引进3ds Max 教学系统,创造一个虚拟的三维空间,构建虚拟的DNA 分子结构[6].模拟DNA 片段复制合成降解等的过程,由于画面信息量高,可以化抽象为直观,化枯燥为生动,使学生对实验原理产生浓厚的学习兴趣,加深知识点的理解,提高实验教学的质量.

2.5 提高教师业务水平

作为一名为国家培养实践型人才的实验指导教师除了应掌握基因工程实验中常用到的实验技术,还应该积极申报相关科研项目,带动学生的积极性,学会制作微课视频及三维动画设计,参加相关前沿技术及最新仪器设备的培训,时刻“充电”.

2.6 增加实验教学资金投入,加强实验室建设

基因工程实验课在我校实验教学中心环境与生物工程分中心的基因工程实验室、分子生物学实验室和遗传学实验室内开展,实验室内仪器设备的数目及更新换代的次数,直接影响到实验课开设的质量和效率.因此,需要学校在经费投入上大力支持实验室建设,才能更好地为本科教学和科研工作服务.

3 结语

通过基因工程实验课程教学改革上的探索,笔者深刻体会到在信息化高速发展的时代,要想以不变应万变是不行的,人类对科学的探索永不止步,实验课程改革的探索也要与时俱进,这样学生才会对多样化的实验内容及实验教学模式产生极大的热情,让学生可以独立、自主完成实验操作,并培养其科学研究的思路和态度,为今后走向社会解决工作中遇到的实际应用问题打下坚实的基础.

参考文献

[1] 金勇丰,李霁,邵爱萍.本科生基因工程实验技能培养的改革与实践[J].实验技术与管理,2008,25(1):16-18.

[2] 林晓飞,征荣,莫日根.本科植物细胞与基因工程研究型实验课程的构建与实践[J].遗传,2015,37(4):402-406.

[3] 袁辉斌.民办高校实践教学管理研究与实践[J].西安欧亚学院学报,2010(1):46-48.

[4] 袁婺洲,邓云.将制作转基因斑马鱼的实验引入本科生基因工程实验课教学的探索与实践[J].遗传,2013,35(11):1327-1330.

[5] 胡铁生,周晓清.高校微课建设的现状分析与发展对策研究[J].现代教育技术,2014,24(2):5-13.

[6] 叶芳,王明召,张博.3ds Max 软件常用工具使用技巧———为制作三维动画化学课件[J].中国现代教育装备,2010(1):84-86.

编辑李金枝

教学改革论文范文结:

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