基因与细胞技术大实验实验课程教学内容、方法改革

　　基因工程是一门理论与技术并进的新兴学科，它从分子水平上生产出符合人类需要的产品或者创造出生物的新性状，并使其稳定地遗传给下一代，是现代生命科学技术的核心和基石，它与细胞技术、发酵工程、生物信息工程等一起代表着生物工程的发展前沿，在生命科学、医药、农业等领域中发挥越来越重要的作用。

　　为推进大学本科教学“从注重知识传授向更加重视能力与素质培养的转变”的人才模式改革，笔者在兽医院校的动物医学专业、公共卫生专业和动物科学专业的本科教学中设置了“基因与细胞技术大实验”的专业实践环节，它也是国家级动物科技实验教学中心的重要组成部分。在实验教学中，本着“以学生为主，教师为导”的教学理念，通过对教学内容、教学方法等方面的改革，探求有教有学、教学相长的教学体系，使学生既巩固基因和细胞工程的相关理论知识，调动了学生的学习热情，又培养了学生的实践动手和综合分析问题和解决问题的能力，为学生毕业后更好地从事相关的研究与生产奠定了坚实的基础。

　　1、 教学改革的总体设想

　　早期的基因与细胞技术实验分别开设课程，学时少，内容零散，不连续，彼此之间独立无系统，多为验证性实验，导致学生缺乏实验兴趣，对理论知识的运用能力较差; 因此，笔者根据动物医学专业、公共卫生专业和动物科学专业的专业特点，对实验教学体系进行了调整，对实验教学内容、教学方法和考核模式等进行了改革，精选了分子生物学和细胞工程的实验内容，将基因工程常用的技术与细胞技术串联起来，变单项实验为综合性、系统性的大实验，加大实验技术的训练难度和强度，增加了实验内容之间的连续性、系统性，使学生从课题内容的设计、具体实验内容的实施到论文式实验报告的完成，在整个专业实践中得到锻炼，极大地提高了学生的实际科研能力和思维方式。

　　2、 精选教学内容，彰显专业特色

　　2． 1 优化实验教学内容

　　在实验教学内容上，以绿色荧光蛋白 EGFP 基因克隆、表达质粒的构建、对真核细胞转染、转染后细胞鉴定、筛选为主线，使学生能在整体上把握实验内容，理清实验思路。实验安排在暑期短学期上课，上课前两周，将实验内容及相关的实验技术讲授给学生，学生以小组为单位查阅资料，设计实验方案; 上课前一周，小组分别汇报实验路线，大家讨论，教师指导，最终确定实验方案。授课采取实验周的方式进行，具体安排如下: 第 1 天，EGFP 基因的扩增、片段回收。第2 天，目的基因与表达载体的酶切、纯化与连接。第 3天，大肠杆菌感受态的制备与连接产物的转化。第 4天，阳性转化子的筛选及鉴定，293T 细胞的复苏。第5 天，上午利用博日质粒小提试剂盒提取阳性表达质粒; 下午将载有 EGFP 基因的阳性质粒转染 293T 细胞中(转染方法按 Invitrogen 公司的 lipofectin2000 进行) 。第 6 天，利用荧光倒置显微镜观察转染效果，并充分利用生物技术综合实验室的资源，用美国 BD公司的 FACSAria Ⅱ 流式细胞仪定量分析转染效果，获得转染效率高的阳性克隆细胞并冻存。第 7 天上午，撰写实验报告; 下午分组讨论、分析实验数据，总结归纳实验成功的经验及失败的原因。

　　2． 2 加大设计性和综合性实验的内容

　　为了更好地培养学生的创新意识、科研思维能力，通过增加设计性、综合性实验，提高教学质量，将科研中的新技术、新方法引入到实验教学中是极其必要的。例如，将基因转染技术设为设计性实验，要求学生采用不同的转染方法(脂质体2000 转染、磷酸钙转染及基因枪粒子轰击法转染) ，比较不同转染方法的转染效率，以及同样的 EGFP 表达质粒分别转染不同细胞，如 293T 细胞、昆虫细胞、PK 细胞及 ECA 细胞，对比转染效率的差别等，通过这样的训练，使学生能够更好地运用掌握理论知识、实验技能和方法解决实验中出现的问题，培养独立思考问题的能力，体会科学研究的趣味性、探索性及严谨性。

　　3、 自主进行实验准备，强化学生基础能力培养

　　实验试剂、材料等的准备是实验进行的关键环节。以往实验教学中由教师和实验员提前准备好，学生在实验课中按步骤操作，不利于学生动手能力的培养。基因与细胞技术实验课对实验材料和试剂的要求较高，在实验课开始前，让学生利用课余时间提前进入实验室学习，包括以下内容: 1) 实验仪器操作的培训，如 PCR 仪、凝胶成像系统、电泳仪、离心机、高压锅、干烤箱、荧光显微镜、BD AriaⅡ流式细胞仪等;2) 实验用品的清洗与灭菌，如细胞培养常规物品如培养瓶、吸管等;3) 试剂的配制，如 TAE 缓冲液、EB、转化实验相关试剂、细胞培养液及冻存液等，要求学生掌握药品的性能及用途，配制过程中的注意事项，EB污染物的处理方法，细胞无菌操作中的注意事项等。

　　学生通过参与实验的准备工作，调动了学生的主人翁积极性，锻炼了独立思考和解决问题的能力。

　　4、 运用现代化、多元化的教学方法

　　教学手段的现代化、多元化是实验教学的核心内容。改变以往“填鸭式”、“黑板 + 粉笔”传统、枯燥的教学模式，将计算机技术、多媒体教学、网络传媒等引入到实验教学中。目前，利用国家级动物科技实验教学中心的平台优势，已完成了 PCR 反应原理的仿真教学软件，人血清白蛋白单克隆抗体制备过程以及BD 公司 Aria Ⅱ 流式细胞仪使用方法的录像，通过这些制作的电子课件、录像、DV 短片、经典的教学视频等能更加直观、准确、生动地讲述实验的原理(如基因的扩增过程、质粒转染细胞方式) 、实验操作过程以及贵重仪器的原理和使用方法等，调动学生学习的主动性和积极性，使教学形式生动活泼。同时，实验室全天对外开放，方便学生有更多的时间进入实验室学习实验相关技术，实验员和助教尽最大能力满足学生的需求，从而保障实验顺利完成。实验室开放是对实验课内教学的一个强有利的补充。此外，实验教师定期组织相关领域的教师和研究生开展学术讲座，针对自己的科研成果和实验进展做专题汇报，让学生们学习更先进的科研方法和手段，完善知识体系，了解学术发展前沿，激发学生的科研兴趣。

　　5、 改善实验考核体系，提高实验教学效果

　　实验考核是实验教学质量重要的反馈，既能反映学生实际动手操作、科学思维的能力，也能调动学生的学习热情。客观、公正的实验考核体系不仅能提高学生对实验的重视程度，也能增强学生对知识探索的积极性，从而提高实验教学的效果。为此，笔者建立了全面、客观、合理的评价体系，见表 1。

　　新的考核体系，全面反映了学生对实验课的重视程度、实验操作的规范性及熟练度、实验习惯、书写小论文的能力等，为学生今后毕业实习及毕业论文的撰写奠定了基础。

　　6、 教学改革实施的效果

　　新的教学模式实施两年来，学生对教学改革反馈的信息表明，100%的学生称赞新的教学方式，70% 的学生提出了一些新的建议。新的教学模式取得的效果如下: 一是调动了学生学习的积极性、主动性，整个实验连贯性、系统性极强，一环扣一环，中间哪步出错都会影响实验结果，因此学生课前会积极预习、认真准备，实验过程中遇到问题会主动向教师请教，整个实验过程中学生始终处于主动学习状态; 二是培养了学生分析问题、解决问题能力，提高了科研水平，在实验过程中学生能对出现的各种现象和问题进行分析、讨论和总结。在反馈信息中，有的学生建议把基因与细胞技术大实验与生化实验技术连接起来，即把基因工程上游技术与蛋白表达下游技术整合，以便更好、更系统地掌握生命科学技术。笔者认为上述建议很有意义，目前正在尝试中。

　　7、 结语

　　通过基因与细胞技术大实验教学改革，增加学生对基因工程和细胞工程的感性认识，训练其实际操作能力，最终掌握分子生物学、基因工程和细胞工程等常用技术，既激发了学生的学习兴趣，又提高了学生的创新能力、实验设计能力、动手操作能力、分析问题及解决问题的能力，为今后的科研工作及毕业后从事相关行业奠定了扎实的基础。

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