生物工程基因工程综合实验教学改革

摘要：生物工程专业旨在培养能在生物工程领域从事复杂工程活动、解决实际问题的综合型人才。基因工程综合实验是生物工程专业综合实验中的重要组成，要想掌握这一技术就必须使得从业者更好地进行基因工程实验学习。因此，生物工程专业教师必须进行科学的实验教学，这样才能让学生掌握基本分子生物学技术，从而培养学生理论与实际操作应用相结合的能力以及解决复杂工程问题的能力。基于此，主要针对现阶段生物工程专业开设的基因工程实验课中存在的问题进行分析，并提出一些基因工程综合实验教学的改革与完善措施。

关键词：生物工程专业；基因工程；综合实验；教学；改革与探索

根据工程教育认证的要求，高等教育教学设计和教学实施的目标是学生通过教育过程最后要取得一定的学习效果，即OBE的理念。因此作为一所地方性应用型大学的生物工程专业，旨在培养能在生物工程领域的生产、技术服务和研发中从事复杂工程活动、解决实际问题的综合型人才。从另外一方面看，基因工程是一门十分复杂的学科，包含众多的抽象理论和概念，同时也拥有较强的实践技术性，也是一门十分重视实验操作的学科。生物工程专业教师通过基因工程综合实验可以增强学生对生物学科的认识，在一定程度上提升学生学习兴趣，从而更好地结合理论和实践操作，提升学生个人工程思维能力和实践操作能力。

1生物工程专业中基因工程综合实验教学现状

随着我国现代化教育体制改革的不断完善，我国的分子生物学技术发展十分迅速，而基因技术课程作为其中重要内容也随即在各大高校广泛开设，这一课程的开设能够改善我国在该领域缺乏尖端人才的现状，但是经过多年的教学，在教学过程中发现存在以下一些问题。

1.1实验教学缺乏创新

在生物工程专业所进行的基因工程课程实验中，主要实验内容就是生物DNA的提取、PCR扩增基因片段、琼脂糖电泳等几项单一的内容，实验课一周一般一次，这样简单看来利于学生在学习理论知识后通过实验操作巩固所学知识。但是，实际上基因工程实验是一个连贯的操作实验，如果不能一次做完就达不到整体性的效果，以往的教学使得实验课程较少，只能进行单一技术操作实验，不能开展连续性实验，也就使得实验内容无法连贯成一个整体。

1.2实验教学方式较为单一

以往在基因工程课程实验教学中，教师出于节省实践时间和实验材料的考虑，在实验课前就准备好了大多数实验材料，比如提前配制好提取液、设计引物等。在上课后由教师进行讲授和演示，学生能做的只有有限的实验模仿或者机械性的重复操作，缺乏多种形式的实验探究。这样的实验教学方法使得学生学习缺乏主动性和积极性，更无法促进他们对实验原理、实验结果进行思考探究，从而阻碍学生对基因工程实验的深入学习探究。

1.3课程实验内容不够完善，缺少综合设计类实验

基因工程课程实验所设置的内容主要包括以下几种：核酸提取实验，制作感受态细胞实验，转化及筛选实验以及运用PCR技术扩增基因片段实验等。这些实验基本都是独立实验，涉及了大部分基因工程操作技术，但是缺乏相关性和连贯性，从而可能导致学生缺乏实验综合分析探索的能力和综合分析工程问题的能力。

2基因工程综合实验教学改革措施

2.1优化综合实验课程设置

基因工程实验技术涉及方面众多，且具有操作连续性强的特点。因此教师在进行此类实验课程设置时，必须对以往的课程内容和安排进行调整，增加更多的自主性实验操作内容，适当地将实验时间延长。根据所在院生物工程专业的特点，结合工程教育认证的要求，将基因工程综合实验集中安排在一周进行，持续5~6d，实验内容相对比较完整，充足的时间能保障实验能够连续进行，也保证了实验内容的广度和深度。同时给予学生一定的试验自由和实验器材保障，从而让学生能够更加积极投入实验中，更好地激发他们的自主实验探究能力。

2.2改革基因工程综合实验教学内容

具体来说，就是以基因工程原理为基础，将原来基因工程的独立实验整合起来，形成一个较完整的实验内容。举个例子，目的基因的分离克隆和载体构建等内容在基因工程原理课程中有所涉及，因此在进行基因工程综合实验课程的讲授时，为避免内容讲授重复可以集中介绍操作注意事项及各类影响因素，从而让学生自主优化实验过程。此外，要引导学生查阅外源基因在微生物工程菌株中表达并进行生产的相关文献，并设计下游实验思路和实验路线，这样能让学生清楚地了解到从基因到蛋白质的表达过程，更好地从工程角度出发来设计菌种，以适应实际生产的需求，达到人才培养的目标。基于以上的考虑，将基因工程综合实验内容设计为可用于工业生产的大肠杆菌基因工程菌株的构建。主要内容包括查找目的基因序列，设计引物扩增，构建重组质粒载体，制备感受态细胞并进行转化，对重组体进行筛选。这些内容涉及生物信息学、基因工程、微生物等，同时又兼顾了应用价值，引导学生从生产需求出发，来设计工程菌株，符合本专业的培养目标，即能解决复杂工程问题。

2.3改革实验教学模式

2.3.1采取开放式教学策略。教师要想提高学生对实际工程问题的思维和探究能力，让学生能够从实际需求出发，根据所学理论知识进行独立设计并完成相关实验内容，就必须对原有的课程方式进行改革，采取开放式教学。教师也要着重要求学生注意实验的各个环节，在给予学生时间和空间上自由的同时也不能忽略对学生的指导和检查，当遇到特别的重难点问题或关键环节，需要针对性的指导对待。教师也必须要求学生对每次实验要及时做好数据记录，保留中间产物多做备份，设置对照，不断优化实验条件，然后系统地分析，培养学生良好的研究习惯。2.3.2科研训练、毕业论文与实验相结合的教学模式。要想进一步提高学生实验探究和科研的兴趣，就必须从学生关注的地方入手。比如可以结合学生的科研训练课、毕业论文，与学生的毕业论文和科研项目挂钩，并提供一些科研条件和科研命题来让学生选择。然后在实验指导教师的引导下去自主设计试验，并最终获得实验产物。这样不仅能提高学生的积极性，而且也能避免实验浪费，更好地帮助学生完成论文写作，同时也训练了他们解决实际工程问题的能力。

2.4对实验考核方式进行改革

教师要想提高基因工程综合实验的教学效果，就要针对试验内容和学生实验的情况来设置一个较完善的实验考核体系，该体系必须满足对学生创新能力培养、重视实验和理论相结合、解决实际工程问题的综合能力的评价。具体来说，就是分为对学生实验前自主学习探究考核（文献查阅总结能力），学生实验过程的创新考核（实验操作能力），获得有效实验结果（解决实际工程问题的能力）以及实验报告写作（科技论文/报告撰写能力）等几方面来进行评价。教师的考核依据不应仅仅体现在对学生掌握理论知识点的评价，更应偏重学生将书面知识运用在实验操作和解决实际工程问题的能力中来评价。

2.5对学生完全开放实验室

教师尽可能为学生开放实验室，可以在一定程度上调动学生实验探究的积极性，让学生更好地去对基因工程及相关工程问题的解决进行研究学习。教师要注意采取措施来培养学生的实验研究能力和严谨的科研态度。让学生在开放的实验室条件下，自主进行实验设计和开展实验方案，并适当地帮助学生了解更多科学研究方法，不断地提升学生科学思维能力。实验室尽可能全面性对学生开放，具体是指：首先是在时间上进行全面开放。其次就是涉及的仪器全部开放，学生经过必要的登记后，在以后的实验可以按需求使用实验设备。然后就是尽可能将试剂药品对学生进行开放，要保障学生基本的实验药剂供应，但有安全隐患的药品仍需要审批。

2.6采取多样化实验教学方法

要想保障学生能够更好地掌握基因工程实验的技能，就需要采取多样化教学方法。（1）建议指导教师制作相关微视频。教师基于试验内容来自制有趣的微视频动画，可以让学生更好地融入基因工程实验学习中，能够让原本枯燥的基因工程与分子生物学知识和实验内容变得易懂且增加趣味性。（2）教师也可以组织开展一些课堂小组讨论。具体来说，每个实验小组根据实验内容设计不同梯度实验，例如PCR扩增时设置不同退火温度、不同模板浓度甚至不同引物，根据得到的实验结果总结各因素对实验的影响，可以直观看到实验技术的影响因素，完成从课本到实践的转化。（3）教师需要构建完善的教学网络平台。相关实验教师可以基于学校所提供的实验室，来建立一个基于网络基因工程的实验教学平台。这一平台的建立可以让学生能够在虚拟的网络构建平台中利用一些仿真软件来进行实验，可以让学生在正式实验进行前大致了解实验的基本操作，这样不仅可以使得学生更好地掌握实验技能，而且还能避免浪费实验材料。（4）这一平台也能让教师更好地指导学生去提前学习一些高难度的技术性生物实验，从而完善学生对高难度基因工程和分子生物学有关的知识。目前我院已有较为成熟的网络仿真实验平台，可以极大方便学生进行基因工程实验的仿真模拟。

2.7加强实验指导的延续性

这些年，在大部分本科高校实验室平台的管理中，已逐渐实行开放化管理形式。在实验课以外的时间，高校应不断鼓励并指导学生在开放实验室的条件下进行实验，从而确保实验指导的延续性。学校可以组织学生参与大学生创新创业训练项目和“互联网+”等一些实验竞赛，让学生可以在实验课程学习以外，能够充分提升所学的实验技能。

3结束语

通过对现阶段生物工程专业开设的基因工程实验课中存在的问题进行分析，并提出一些基因工程综合实验教学改革措施，不难看出在生物工程专业对基因工程综合实验教学进行改革和探究十分有意义。高校教师通过对基因工程实验教学进行深入改革实践，一方面可以加强学生探究实验自主性，另一方面也让学生获得了生物工程实验操作能力，更好地为达到学生培养目标和将来解决复杂工程问题奠定夯实基础，同时对高校生物工程专业更好地进行工程教育认证有所帮助。基因工程综合实验教学改革在现阶段仍需要有关教师和教学管理工作者不断去探索研究，不断吸取国内外的实验探索经验，完善实验教学方式，从而为我国生物工程领域输送源源不断的专业人才。

参考文献

[1]刘佩勇，崔振波，亓红强，等.生物工程专业综合改革举措的探索与实践[J].高教学刊，2021（7）：131-134.

作者:张侠 尹海波 刘晓玲 张海灵 单位:烟台大学生命科学学院