基于應用型人才培養的基因工程課程建設與教學改革

許崇波， 彭 凌， 劉博婷

(韶關學院 英東生命科學學院， 韶關 512005)

基因工程技術誕生至今已有40余年，取得了前所未有的成就，成為當今生命科學諸多研究領域中發展速度快、應用領域廣、取得經濟效益顯著的前沿學科之一[1-3]?；蚬こ碳夹g引發的現代生物技術革新，直接關系到醫藥、農牧、環保、能源等傳統產業的更新換代，彰顯其強大的生命力和實用性，已經在生物工程諸多研究領域中占有主導核心地位[4-6]。基因工程課程是生物工程專業和生物技術專業的主干課程之一，主要內容包括：基因工程常用技術、基因工程工具酶、基因載體構建與選擇、目的基因制備與DNA體外重組、重組體的篩選與鑒定、基因文庫構建、基因表達條件優化策略及其表達產物純化、基因工程及其產品安全管理等[7-9]。課程要求學生掌握基因工程的基本原理和實驗操作技能，為日后熟練駕馭這項技術服務于科學研究及國民經濟奠定堅實基礎。因此，加強基因工程課程建設，進一步深化教學改革，探索適合應用型人才培養需求的教學內容、教學方法，注重培養學生的自學能力和解決問題的能力，提高課程建設的整體水平，才能實現韶關學院提出的“應用型、創新型、創業型”人才培養目標，滿足生物工程專業和生物技術專業高素質應用型人才培養需求[10-12]。

1 課程建設目標

基因工程課程建設與教學改革主要是探索培養具有創新精神和創新意識的應用型人才為重點的教學內容、教學方法、教學手段、考核方式等方面的教學改革與研究，進而培養學生的自主學習能力，提高課程建設的整體水平[2]。課程建設主要目標是構建“基因工程亞單位疫苗研發技術路線”為主線的教學內容體系，掌握基因工程亞單位疫苗的研發方案、生產工藝流程和實際操作技能等，具備從事基因工程疫苗研發需要的理論知識和實驗操作能力，畢業后可以從事基因工程領域相關產品的研發工作。同時使學生得到基本的科研訓練，強化基因操作技能培訓，具備獲取學科前沿知識的能力。因此，在基因工程教學設計和組織形式中，既注重課程的經典性、先進性與研究性，又注重將課堂教學和參與科學研究有機地結合起來，從而實現課程建設目標[2]。

2 優化教學內容，構建“基因工程亞單位疫苗研發技術路線”為主線的教學內容體系

基因工程教學內容豐富，涉及的基因工程技術原理較多，部分內容比較抽象且難以理解，為了方便學生系統地掌握和理解這些知識點，要注重把科研成果引入到課堂教學中[2]。另外，目前出版的基因工程教材種類較多，諸多教材各有側重且內容前后連貫性和系統性相對較差，尚無一本完全適合應用型人才培養的基因工程教材。我們采用的教材是何水林主編的《基因工程》，由科學出版社出版的普通高等教育規劃教材，相對來講更合適于應用型人才的培養。為此，根據專業制定應用型人才培養目標和選用的教材，在保證完成基因工程教學任務基礎上，優化教學內容，構建了“基因工程亞單位疫苗研發技術路線”為主線的教學內容體系，把基因工程亞單位疫苗研發全過程的關鍵步驟直接對應基因工程課程的主要章節，然后對應基因工程課程的實驗操作技能和實踐能力(見圖1)，再對應基因工程課程的主要知識點。根據上述教學設計，對教材部分章節順序和內容進行了調整，最后形成了基因工程課程的8大模塊化的教學內容體系，共32學時。8大模塊化的教學內容包括：模塊一基因工程概述(2學時)；模塊二基因工程主要技術及其原理(6學時)；模塊三基因工程工具酶(4學時)；模塊四基因工程載體(6學時)；模塊五目的基因的制備與DNA體外重組(6學時)；模塊六外源基因的表達優化策略及其表達產物的分離純化(4學時)；模塊七基因工程應用(2學時)；模塊八基因工程及其產品安全性管理(2學時)。模塊一至模塊六教學內容主要以課堂教學為主，模塊七和模塊八教學內容主要以學生自學和小組討論為主。另外，在圖1所列的基因工程實驗操作和能力培養中，除基因突變技術與方法、重組基因的核酸序列分析方法、重組蛋白Western blotting技術與操作、基因工程疫苗免疫方法外是選做內容，其余部分都是必做內容。具體安排如下：一是基因工程實驗(32學時)；二是綜合實驗項目(64學時，基因工程開課的下個學期)；三是課余時間開放實驗室(選做)。通過這樣的教學內容設計，不僅使學生能夠掌握基因工程的理論知識，而且也能夠使學生具備從事基因工程亞單位疫苗及其相關產品研發的能力。

圖1 基因工程亞單位疫苗的研發技術路線對應基因工程課程章節、實驗操作和能力培養Figure 1 The technological route of research and development of gene engineering subunit vaccine is corresponding to the chapter and part of gene engineering course and experimental operation and ability culture

3 科研成果轉化為基因工程綜合實驗項目

課程負責人自1994年至今，一直從事動物細菌基因工程亞單位疫苗的研究，主持過多項國家和省部級科研項目，先后完成了3項動物細菌基因工程亞單位疫苗的研究，其中新生仔豬大腸桿菌K88ac-ST1-LTB三價基因工程亞單位疫苗、犢牛和羔羊產氣莢膜梭菌-大腸桿菌基因工程亞單位獲國家新獸藥注冊證書。為了更好地把科研成果融入教學，提高教學質量,筆者把前期取得的科研成果，開發了綜合實驗項目“大腸桿菌K88ac-ST1-LTB三價基因工程亞單位疫苗的實驗室生產與檢驗”(64學時)。要求學生模擬企業工業化生產疫苗的過程，在實驗里完成疫苗的生產和檢驗，只不過企業是流水線自動化完成疫苗的生產，而學生是在實驗室里手動完成疫苗的生產，但是學生同樣能夠了解疫苗生產的全過程和掌握主要的實際操作技能。綜合實驗項目內容主要包括：大腸桿菌K88ac-ST1-LTB三價基因工程亞單位疫苗生產菌株的鑒定、生產種子繁殖與生產菌液發酵培養、生產菌液滅活與鋁膠佐劑制備、疫苗配制和分裝、疫苗質量檢驗。要求每名學生生產出10～20瓶且檢驗合格的大腸桿菌K88ac-ST1-LTB三價基因工程亞單位疫苗，學生通過完成大腸桿菌K88ac-ST1-LTB三價基因工程亞單位疫苗的實驗室生產與檢驗，提高了學生對基因工程課程的學習興趣，對基因工程的應用有了更加直觀和深入地了解，同時培養了學生實際操作能力和解決實際問題的能力，也為部分學生畢業后從事基因工程相關產品的研發工作奠定了堅實基礎[2]。

4 改進教學方法，提高課堂教學質量

教學方法是實現教學目標的有效手段之一，為此采用了研究啟發式教學、講座討論式教學、課程總結式教學等教學方法，目的是激發學生的學習興趣，提高課堂教學質量，取得了良好的教學效果。

4.1 研究啟發式教學

通過把科研成果和基因工程重大科學事件、科研經歷和科研經驗以及科研項目引入到課堂，引起學生思考和討論，開展研究啟發式教學，一方面讓學生體會到基因工程理論與實際應用結合非常緊密，激發學生的學習興趣；另一方面也讓學生體會到基因工程研究并非高不可攀，只要通過刻苦學習和自身努力，都能夠大有作為，增強了學生的自信心，收到了良好的教學效果。

4.2 講座討論式教學

講座討論式教學可以充分調動學生學習的主動性，因此在教學設計上，精心準備了一些基因工程方面的討論題，組織學生針對這些問題開展討論，發表自己的觀點，這樣有利于學生對基礎知識的理解和拓展[2]。另外，主講教師還結合自己開展的科研項目和取得的科研成果，或者結合學科前沿，為學生作學術講座和進展類講座，如課程負責人主講的“大腸桿菌基因工程亞單位疫苗研究的現狀與展望”“基因工程藥物的研究現狀與展望”“基因工程抗體研究現狀與展望”等，拓寬了學生的視野，加深了對基因工程前沿知識的了解。

4.3 課程總結式教學

在每學期課程教學結束后，要求每位學生把需要掌握的重點內容和知識點進行歸納總結，撰寫一份基因工程課程總結[2]。學生在做課程總結時都能認真思考，按照自己的思路和理解，完成課程總結，取得了預期效果。比如有的學生以樹圖分析法進行總結，也有的學生以魚骨圖分析法進行總結，還有的學生以技術路線圖法進行總結。通過這樣的教學安排，學生不僅能夠系統地掌握了基因工程的重點內容和知識點，也起到了再學習目的和培養學生總結歸納的能力。

5 改革考核方式，綜合評價學習效果

課程考核的重點是考查學生對基因工程基礎知識的理解和運用理論解決實際問題的能力，因此科學地設計考核方式和內容，給出每位學生的綜合成績?？己朔绞街饕ǎ浩綍r作業、課件制作與課堂小組討論、課程總結和閉卷考試等。特別是在期末試卷中增加了分析和實驗設計方面的主觀題，比如期末試卷中出現的分析題和設計題：以大腸桿菌質粒為載體，克隆和表達編碼14aa的生長釋放抑制激素基因，簡要說明在實驗過程中可能遇到的問題和解決的方法。又比如給出一段基因的核苷酸序列，利用PCR技術擴增其中的部分特定片段，寫出擴增該特定片段的PCR引物和實現其分泌表達的技術路線。另外，注重試題庫建設并附有參考答案和評分標準，試卷題型包括名詞解釋、選擇題、填空題、判斷題、簡答題、論述題、分析題和設計題等。

6 教學效果評價及教改成效分析

基因工程的教學得到了學生的廣泛認可，對生物工程和生物技術專業3個年級524名學生的問卷調查結果顯示，基因工程課程在教學內容設計、教學方法、教學手段、理論聯系實際、教師素質、教學效果及對其他課程學習借鑒等方面，學生滿意度均達到90%以上。在學生評教中，基因工程課程受到了學生的一致好評，學生測評綜合得分近3年均為優秀，一直居于學院前列。另外學校教學督導組聽課評價結果亦為優秀，其評價優點主要體現在教師在課堂教學過程中，教學內容闡述簡練，邏輯性強，理論聯系實際，與專業內容結合緊密，教學課件圖形和圖像多，使學生能夠直觀地了解和掌握教學內容和要點，尤其是培養學生的應用能力方面比較好，能夠開展研究啟發式與互動式教學，課程氣氛好，教學效果顯著。

總之，經過3年的努力，我們構建了基于應用型人才培養的“基因工程亞單位疫苗研發技術路線” 為主線的基因工程教學內容體系，重點培養學生綜合素質和應用能力，提高了基因工程課程建設的整體水平。但是基因工程課程建設與教學改革還處于探索和實踐階段，今后我們還要堅持不懈地把課程建設與教學改革深入開展下去，只有這樣才能實現韶關學院提出的“應用型、創新型、創業型”人才培養目標，滿足生物工程專業和生物技術專業高素質應用型人才培養需求[2]。