產(chǎn)教研融合助力應(yīng)用型人才培養(yǎng)

摘 要 基因組DNA的提取與PCR鑒定是分子生物學(xué)中最基礎(chǔ)的技術(shù)之一，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生主體意識(shí)缺乏，教學(xué)效果不佳。教學(xué)團(tuán)隊(duì)從教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)、教學(xué)方法創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)環(huán)境創(chuàng)建、教學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范化這四個(gè)方面對(duì)“基因組DNA的提取與PCR鑒定”項(xiàng)目進(jìn)行重組和創(chuàng)新，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和分析解決問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞 基因組DNA的提取；PCR鑒定；分子生物學(xué)；課程評(píng)價(jià)體系

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.20.007

Integration of Production， Education， and Research to Support the

Cultivation of Applied Talents

——Taking the project of "Extraction and PCR Identification of Genomic DNA" as an example

XU Jiehao

（College of Biological & Environmental Sciences， Zhejiang Wanli University， Ningbo， Zhejiang 315100）

Abstract The extraction and PCR identification of genomic DNA is one of the most fundamental technologies in molecular biology. Under the traditional experimental teaching mode， students lack subjectivity and the teaching effect is not satisfactory. The teaching team restructured and innovated the "Genomic DNA Extraction and PCR Identification" project from four aspects： reconstruction of teaching content， innovation of teaching methods， creation of experimental environment， and standardization of teaching evaluation. To cultivate students' innovation ability， enhance their autonomy and ability to analyze and solve problems.

Keywords extraction of genomic DNA; PCR identification; molecular biology; curriculum evaluation system

基因組脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA）的提取是分子生物學(xué)中基礎(chǔ)核心的技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于基因組測(cè)序、分析突變體、轉(zhuǎn)基因株系、質(zhì)量鑒定和指紋圖譜構(gòu)建等[1-6]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，不同的DNA提取方法會(huì)明顯影響腸道微生物樣本中DNA的提取量、完整性、腸道菌群豐度和多樣性指數(shù)[7]，因此樣品基因組DNA提取方法的選擇和質(zhì)量鑒定是保證后續(xù)研究順利完成的前提。

“基因組DNA的提取與PCR鑒定”屬于“生化實(shí)驗(yàn)技術(shù)”課程綜合應(yīng)用模塊，該課程面臨實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建缺乏個(gè)性化、層次性和系統(tǒng)性，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏綜合性和設(shè)計(jì)性，產(chǎn)學(xué)研銜接不夠緊密等一系列亟待解決的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)課程是深化課堂教學(xué)改革的重要載體，也是人才培養(yǎng)方案的組成環(huán)節(jié)[8]。在創(chuàng)建應(yīng)用型地方本科院校和培養(yǎng)應(yīng)用型人才的大背景下，確立以學(xué)生為中心、行業(yè)需求為導(dǎo)向的產(chǎn)教融合發(fā)展理念，教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行重組和創(chuàng)新，推行以學(xué)生自我訓(xùn)練為主的“全程參與、自主設(shè)計(jì)、合作研討、開(kāi)放實(shí)施”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)、技術(shù)，發(fā)現(xiàn)并解決專(zhuān)業(yè)問(wèn)題的能力。以下將從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)環(huán)境創(chuàng)設(shè)、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面，以該綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例介紹實(shí)驗(yàn)課程的改革創(chuàng)新情況。

1 重構(gòu)與優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)產(chǎn)教研融合

改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)以動(dòng)植物、微生物基因組DNA的提取分離純化、檢測(cè)檢驗(yàn)為主線的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，突出專(zhuān)業(yè)技能與解決實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合，構(gòu)建由綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目化研究實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)課程訓(xùn)練體系[9]。

1.1 以體現(xiàn)先進(jìn)技術(shù)綜合應(yīng)用為目的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，側(cè)重實(shí)驗(yàn)知識(shí)和技術(shù)綜合運(yùn)用能力的培養(yǎng)

教學(xué)內(nèi)容以行業(yè)為導(dǎo)向、以技能為主線，旨在訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用生化技術(shù)的能力。“基因組DNA的提取與PCR鑒定”是以核酸的提取和鑒定為訓(xùn)練目標(biāo)設(shè)計(jì)的一個(gè)主題項(xiàng)目，通過(guò)12學(xué)時(shí)的訓(xùn)練，旨在讓學(xué)生熟練掌握并運(yùn)用基因組DNA提取純化技術(shù)、DNA含量和純度測(cè)定技術(shù)、瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)技術(shù)和PCR技術(shù)等一系列實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練，通過(guò)對(duì)技術(shù)路線的自由選擇和設(shè)計(jì)，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的同時(shí)也提升了自主學(xué)習(xí)能力，為今后專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)和科研工作打下實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1.2 以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目的項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)，側(cè)重解決社會(huì)產(chǎn)業(yè)實(shí)際問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)以達(dá)成教學(xué)目標(biāo)為主線，緊跟行業(yè)需求、鏈接科研熱點(diǎn)，設(shè)計(jì)供學(xué)生自行選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫(kù)。 “基因組DNA的提取與PCR鑒定”模塊，針對(duì)“轉(zhuǎn)基因”這個(gè)科研熱點(diǎn)話(huà)題，指導(dǎo)學(xué)生檢測(cè)市場(chǎng)中某些食品是否為轉(zhuǎn)基因；此外根據(jù)教師科研項(xiàng)目的轉(zhuǎn)化，提供“火龍果DNA基因組提取及ISSR指紋圖譜繪制”一題，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用生化技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)熟練掌握核酸相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作及儀器使用，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力。

2 線上線下齊頭并進(jìn)，新型教學(xué)方式助力實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)

自2019年9月起，“生化實(shí)驗(yàn)技術(shù)”結(jié)合中國(guó)大學(xué)MOOC國(guó)家精品課程進(jìn)行線上、線下混合式教學(xué)實(shí)踐，搭建“學(xué)生主體，教師引導(dǎo)”“全程參與，合作研討式”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織形式，采用項(xiàng)目式、任務(wù)式、自主式的教學(xué)方式，帶給學(xué)生更大的開(kāi)放學(xué)習(xí)探索空間（圖1）。

2.1 實(shí)行項(xiàng)目式、任務(wù)式、自主式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式

在綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)中，教師以案例引導(dǎo)，布置任務(wù)，學(xué)生自主選擇項(xiàng)目、自主查閱資料完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、自主完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目任務(wù)和數(shù)據(jù)分析、結(jié)果展示、論文寫(xiě)作等。鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)于同一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)不同的技術(shù)路線，選擇不同的實(shí)驗(yàn)方法，如學(xué)生可根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)象自主選用CTAB法及其改良法、SDS法及其改良法或試劑盒法等提取基因組DNA；可選取不同的目的基因進(jìn)行PCR，實(shí)現(xiàn)對(duì)提取DNA樣品的性質(zhì)鑒定。著力創(chuàng)造學(xué)生自主性學(xué)習(xí)的條件，實(shí)行開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，學(xué)生可通過(guò)預(yù)約自由安排實(shí)驗(yàn)，保證了實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性，同時(shí)也使實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)空得以有效拓展。

2.2 以合作研討方式推進(jìn)分析問(wèn)題與研究能力的提高

合作研討方式以學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果的成因、影響因素與改進(jìn)方法的思考為主，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。小組成員確定實(shí)驗(yàn)課題，分工合作，逐步訓(xùn)練學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力；通過(guò)對(duì)樣品組織破碎、基因組DNA提取等不同方法的文獻(xiàn)收集、整理、對(duì)比、分析，制作可行的實(shí)驗(yàn)研究方案，培養(yǎng)學(xué)生的行文與表達(dá)能力；研討課堂上各組學(xué)生對(duì)研究方案、基因組DNA質(zhì)量、PCR反應(yīng)條件等相互提問(wèn)，訓(xùn)練學(xué)生對(duì)科研問(wèn)題的探究能力和知識(shí)的掌握程度；通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因食品安全性、轉(zhuǎn)基因生物和轉(zhuǎn)基因食品的概念、DNA指紋圖譜構(gòu)建方法等現(xiàn)實(shí)案例的深入研究和討論，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)獲取與創(chuàng)造知識(shí)的方法。

2.3 以學(xué)生自我訓(xùn)練為主、全程參與式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)法

改變傳統(tǒng)一言堂、照單式實(shí)驗(yàn)方法，讓學(xué)生成為整個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的實(shí)施主體，完成文獻(xiàn)資料查閱、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備以及實(shí)驗(yàn)操作、結(jié)果分析、論文撰寫(xiě)等整個(gè)環(huán)節(jié)，充分培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和綜合表達(dá)能力。教師先介紹基因組DNA巨大的應(yīng)用價(jià)值，并提出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求，學(xué)生線下分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，與教師交流討論確定方案，并完成線下的實(shí)驗(yàn)操作。通過(guò)這種全程參與式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)理論的理解及實(shí)驗(yàn)技能的掌握更加深入，自學(xué)能力、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力得到進(jìn)一步的鍛煉。

3 教學(xué)環(huán)境多維提升，實(shí)驗(yàn)氛圍沉浸活躍

3.1 力求多樣化、實(shí)用型保障體系，滿(mǎn)足全方位教學(xué)需求

依托一流學(xué)科建設(shè)、本科生實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)等，生化實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)平臺(tái)采購(gòu)了高速離心機(jī)、PCR儀、核酸電泳槽儀等一系列儀器，基本滿(mǎn)足本實(shí)驗(yàn)師生的教學(xué)需求。實(shí)驗(yàn)試劑采購(gòu)及時(shí)更新，如為學(xué)生提供了植物、真菌等特定的基因組DNA提取試劑盒，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的成功率；采購(gòu)蛋白凝膠快染試劑盒，讓學(xué)生課上就能觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。經(jīng)過(guò)數(shù)年建設(shè)，目前本課程線上資源完整，包括總時(shí)長(zhǎng)為990分鐘的66個(gè)授課視頻及實(shí)驗(yàn)操作視頻；測(cè)驗(yàn)題庫(kù)9套，考試試卷5套，虛擬仿真或動(dòng)畫(huà)17個(gè)。

3.2 實(shí)驗(yàn)空間從校內(nèi)走向企業(yè)，凸顯應(yīng)用型導(dǎo)向

基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)并不拘泥于校園、課堂。借助科研項(xiàng)目和校地合作的模式，學(xué)生進(jìn)入企業(yè)參觀、調(diào)研，了解產(chǎn)業(yè)需求。目前與本課程建立聯(lián)系的企業(yè)包括寧波綠苑農(nóng)業(yè)有限公司、象山雅島果蔬專(zhuān)業(yè)合作社和寧波傳奇農(nóng)業(yè)科技有限公司等。這種實(shí)驗(yàn)空間上的延伸能夠極大地開(kāi)闊學(xué)生眼界，建立對(duì)行業(yè)的認(rèn)可度和學(xué)習(xí)的自驅(qū)力。

4 規(guī)范課程評(píng)價(jià)體系，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注自我能力的發(fā)展

設(shè)計(jì)線上線下相結(jié)合，過(guò)程性、多元化的教學(xué)評(píng)價(jià)方式，多層次、多角色、全過(guò)程的評(píng)價(jià)體系（表1）。這種多元化、過(guò)程性的成績(jī)?cè)u(píng)定方法更加關(guān)注對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)參與過(guò)程、技能提高、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析能力的評(píng)價(jià)，真實(shí)反映學(xué)生的實(shí)際水平和能力，不僅可以督促學(xué)生學(xué)習(xí)，還能夠讓學(xué)生看到自己的學(xué)習(xí)成效，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

5 教學(xué)效果穩(wěn)步提升，課程教改評(píng)價(jià)積極

生化實(shí)驗(yàn)技術(shù)課程團(tuán)隊(duì)通過(guò)以上四個(gè)方面對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了一系列的改革，并取得了一些成效。本課程先后獲得國(guó)家精品資源共享課認(rèn)證（2016年）、浙江省在線開(kāi)放課程上線（2017年）、國(guó)家線上線下混合式一流課程（2020年）等認(rèn)定。這些創(chuàng)新舉措將課程的開(kāi)放性、學(xué)生的主動(dòng)性和實(shí)踐性相結(jié)合，旨在培養(yǎng)學(xué)生成為應(yīng)用型和技術(shù)技能型人才，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)課程的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，具有一定的推廣價(jià)值。

基金項(xiàng)目：生物技術(shù)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心（SF012151080001）和浙江省“十四五”研究生課程思政教學(xué)示范團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目“高級(jí)生物化學(xué)與實(shí)驗(yàn)技術(shù)課程思政教學(xué)示范團(tuán)隊(duì)”（20241）。

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