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摘 要：基因工程实验是高校生命科学的重要实验课程之一.本文在实验教学的课程安排、实验内容、教学组织形式等方面作了系列的教学改革,建立了合理的成绩评价系统.教学效果证明,综合性实验在基因工程实验教学中的应用提高了基因工程实验教学的质量,有利于学生对基础知识的理解和掌握,提升学生的综合素质和创新能力.
关 键 词：基因工程,综合性实验,教学改革
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2014）40-0232-02
基因工程,或称分子克隆技术、DNA重组技术,是在分子生物学、微生物学、遗传学等基础学科的发展基础上建立起来的,以改变生物原有的遗传特性为目的的学科.以分子生物学为基础的基因工程技术是生物技术中非常重要的技术,广泛应用于医学、药学、农业、军事等各个领域.为适应现代生物学的发展和社会需要,许多高校相继开设了基因工程课程,作为生物技术、生物工程等专业的主干课程.为了培养21世纪社会需要的合格人才,高等院校必须转变教育思想和观念,改革传统的教学方法和教学模式,大力提倡启发式、讨论式教育,推行研究性、探索性学习,重视培养学生的创新精神和实践能力,努力培养高素质的创新人才[1].
在教学中,普通院校的基因工程实验教学往往存在种种困难,如实验经费短缺、实验时间不足、学生动手时间少、因学生毕业去向不同对实验技能要求有差异等[2].针对上述问题,本文结合本校实际,对现有基因工程实验教学进行革新,有利于培养学生实践和创新的能力.
一、实验室设置
1.实验室安全.实验室在建设和管理中,应首先考虑到师生的健康和生命安全问题,推行实验室安全保障制度.基因工程实验接触到的试剂有腐蚀性、剧毒性、致畸性、刺激性或易燃易爆的特点,这类试剂及其废液需要特殊处理.推行实验室安全规则,在于防止实验室事故的发生.实验室事故往往导致实验室人员的伤亡、设备损毁,甚至会给社会和国家带来不可估量的损失.各研究机构为保障教师和学生的安全及健康、减少国家财产损失,应该推动、执行以政府制定的安全生产法规为基础的安全条例,建立安全舒适的实验、研究环境,并且加强其安全管理及设备的安全检查,以确保教师和学生的生命安全[3].
2.仪器设备配置和管理.基因工程综合性实验涉及到的仪器设备有超纯水制备系统、低温高速离心机、PCR仪、凝胶成像系统、恒温水浴箱、振荡培养箱、超净工作台等,这些仪器设备的安排需根据实验性质和实验要求配置在不同的实验区域.如考虑到无菌要求,超净工作台应安排在无菌操作室内,实验人员的进出都应满足无菌操作的要求.上述仪器一般是本科实验课程中所用到的比较昂贵的设备,考虑到学生的实际操作能力比较弱、对仪器设备使用的熟练程度比较低的实际情况,教师应在正式开始实验教学之前,对实验仪器进行操作及注意事项说明,同时应在贵重仪器旁附上具体操作说明以及常见的故障排除方法.
二、实验教学体系
1.教学目的.设置基因工程综合性实验课程是为了培养学生良好的实验习惯、培养学生的实践动手能力、培养学生的分析问题和解决问题的能力、培养学生的耐力和毅力和提升抗挫折的能力[4].
2.选题.综合性实验课程的选题受到很多条件限制,如课时安排、实验室自身条件和经费、与其他实验课程的交叉、学生的理论知识和操作水平等.结合以上情况,我们将题目拟定为“小鼠Actb基因片段的克隆”.该题目涉及到几乎所有基因工程相关的知识点,包括核酸提取,反转录PCR、琼脂糖凝胶电泳、感受态细胞的制备及连接产物的转化、质粒的小量制备、重组子的筛选与鉴定等.实验过程中,学生上一步的实验结果将作为下一步实验的基本材料,整个过程环环相扣,充满悬念,学生在整个过程中需要对每一步实验结果的成功或失败的原因进行分析并及时微调实验方案.这样,有利于学生在实验时做到理论联系实际,能够帮助学生更好地将理论与实践相结合,达到学习的目的.
3.实验的组织和实施.教师在实验过程中讲解基本的操作方法和注意事项,具体实验过程由学生讨论后分组实施.在重组子筛选与鉴定这类可以有多种备选方案的实验中,我们提供了2种以上的验证方案供学生选择,学生可以根据自己的兴趣、上一步实验结果以及操作时间任选其中一种或多种.在实验的时间安排方面,由于基因工程实验周期长,每一步骤耗时长,我们协调了实验室管理人员,将大部分实验课调整至周末进行,耗时短的步骤则分散在不影响正常教学的晚上进行.
4.成绩考核评价制度.实验课和理论课不同,死记硬背的内容不多,主要是培养学生的实验技能、科学态度、观察能力等.因此,实验考核与理论课的考核是不同的.考察的内容不仅应包含有所学的知识和技能,还有综合运用知识的能力、实事求是的科学态度等[6].
参考其他进行了基因工程教学改革院校的成绩评度,考虑到本校实际情况,我们拟定了以实验报告为主要评价手段的成绩考核评价制度.即实验全部结束后,每个同学提交一份实验报告,作为评定该学生基因工程实验成绩的依据之一.我们将基因工程实验课的考核分为平时成绩和实验报告两部分.平时成绩包括：实验操作、考勤情况、纪律卫生等,实验报告要求内容翔实,着重实验结果的分析和讨论以及进行综合性实验的感受和建议[5].总之,这种考核方式既考查了学的生理论知识水平,又考查了学生实际操作技能和分析问题解决问题的能力,使考核尽量能体现学生的综合水平.
三、教学效果
经过2年的综合性实验教学实践,我们感到这种综合性教学模式是深受学生欢迎的.通过综合性实验的实践锻炼,学生对科研有了实际的体验,实验能力和分析问题的能力都有了不同程度的提高.
另外,在学生座谈时,学生对于基因工程综合性实验的设置也有良好的评价,他们认为综合性实验提高了他们的实际操作能力、理论水平和独立分析问题的能力.四、综合性实验教学存在的问题
综合性实验教学是实验教学中比较新的教学模式,以周期长、学生主动性高和能够联系科研作为主要特征.这些特征在教学中伴随着一些问题,如实验室开放的时间安排难以固定化、仪器设备难以维护管理、有毒有害药品不登记使用、高额试剂的浪费等情况.对于以上问题,学校可以考虑进一步协调实验室管理人员,并对其进行严格监管,同时在学生中实行组长责任制度.
实验成绩除了参考实验报告外,还应增设扣除失误及增加创新等考核方式.对学生的实验评分除了要以实验结果作为考核标准外,还要参照学生的实验数据记录情况以及对实验结果的分析是否合理、完整和科学,对于实验操作的态度也应记入评分系统.这样一来,假如学生的实验结果不理想,但如果他们有深刻的分析以及独到的见解,也可以获得合理的成绩评价.最后,如果学生对实验设计、方法和步骤发表不同的见解,实验成绩可以从优考虑,这样可以鼓励学生的创新精神[7].综合性实验的评定成绩作为基因工程理论课程总评定成绩的一小部分,不能完整反映学生的实际水平,如果作为独立实验课程进行考核,更能体现综合性实验的教学结果和学生实际操作技能以及分析问题解决问题的能力.
综合性实验是一种教师启发引导、学生主动参与的教学过程,师生间的互动较强,对教师的知识面和实际科研能力要求比较高,需要教师和学生双方共同努力才可以获得教学相长的双赢结果[8].
五、结语
基因工程的综合性实验教学还有待进一步探索和实践,实验教学的内容、方法需随着科技和学校科研水平的进步不断革新.同时,学校还应继续提高教师及实验员的业务水平,改善实验条件,促使实验教学向更合理的方向发展.在教学过程中,我们要不断总结经验教训,逐步完善教学过程,从而培养出高素质的创新型人才.