研究型生物技术综合实验教学实践与成效论文

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摘  要：为了深化生物技术综合实验教学改革，构建和实施以 DnA 重组技术为主线的综合型、研究型综合实验教学体系。在教学过程中，注重与基础理论与实验方法的内在联系，秉承学生为主，教师为辅的教学理念，通过实施多元化综合考核体系激励学生自主学习，鼓励学生主动参与教学环节等众多措施，有效提升了学生的实验技能、实验设计和研究项目能力。

关键词：生物技术；DnA 重组技术；综合评定；实验教学

本文引用格式： 郑银英，崔百明，朱新霞， 等 . 研究型生物技术综合实验教学实践与成效 [J]. 教育现代化 ,2021,8(32):88-90,101.

The Practices and effectiveness of Comprehensive experimental Teaching of Research-oriented Biotechnology

ZhEnG Yinying, CUI Baiming, ZhU Xinxia, ChEn Fang
(College of Life Sciences, Shihezi University, Shihezi Xinjiang)

Abstract: To deepen the reform of comprehensive experimental teaching in biotechnology, a research-based and comprehensive experimental teaching system with DNA recombination technology as the main line was constructed and implemented. In the teaching process, we pay attention to the intrinsic relationship between the basic theory and experimental methods, adhere to the teaching concept of students as the main and teachers as the auxiliary. through the implementation of diversified comprehensive assessment system to encourage students to learn independently, encourage students to actively participate in teaching links and other measures, effectively improving students’ experimental skills, experimental design and research project ability.

Keywords: biotechnology; DNA recombination technology; comprehensive assessment; comprehensive experimental teaching

一 引言

全球化和信息化的现代，为国家培养出实用型、创新型和创业型人才是高校教师肩负的责任。课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量。我国的高等教育已经从外延式发展转变为以质量提升为目标的内涵式发展 [1]，提升高等教育的教学质量，培养知识、能力、素质有机融合能够聚焦学科前沿和社会发展需求的人才是教师努力的目标和方向。

实验教学作为生物类专业人才培养中不可或缺的高校教学内容的重要组成部分，是培养创新、创业型能力人才的主要途径 [2]，也是学生捕获、延伸和内化理论教学知识的重要途径之一 [3]。实验教学着重培养学生的实验技能、观察、分析和解决问题的能力，是学生进一步获取新理论、新研究方法和新研究进展的重要保障。

生物技术综合实验是石河子大学生物技术专业本科生必修的一门综合性分子生物学实验技能实践课程，属于人才培养大纲中的能力强化阶段 [4]，是培养学生实际操作能力和创新、创业能力的最佳课程之一 [5]。

生物技术专业本科教学质量国家标准中明确指出，培养实验技能和实践创新能力是该专业对本科生的基本要求。在我院生物技术综合实验教学一线的多年实施和实践中，我们不断地改进和优化教学内容，提升课程教学质量，培养学生分子生物学基础实验技能和独立研究项目的综合能力，为从事生物技术以及相关领域的教学、科学研究工作奠定了基础。


二 构建综合型实验教学内容

生命科学是理论与实践结合非常紧密的学科， 大部分工作是面向基础理论的研究与科研项目研发。社会需求具备扎实的基础理论、实验技能、科学研究能力的生物技术专业人才。基于“强化基础训练、突出创新能力、提高综合素质”的高等教育的建设方针，我们整合了生物技术综合实验的基础、验证性实验，开设了以 DnA 重组技术为主线的综合型、研究型实验项目——《绿色荧光蛋白基因的克隆与原核表达》（图 1）。

实验内容不仅涵盖了 PCR、TA 克隆、DnA 重组、蓝白斑筛选、转录水平上大肠杆菌（Escherichia. coli）乳糖操纵子负调控 RnA 聚合酶、原核表达策略等理论，还涉及了引物设计、离心技术、质粒DnA 提取、蛋白质提取、核酸纯化、酶切、连接技术、核酸和蛋白质电泳、载体构建技术、大肠杆菌转化、诱导表达蛋白等分子生物学操作技术。

三 改进教学方法，着重培养项目研究能力

我院大三下半学期开设生物技术综合实验课， 此阶段学生已修完大部分专业课程的学习，积累了生物学专业实验的操作技能和独立思考问题的知识储备。鉴于学生初步具备自主学习、设计实验和组织实验项目的能力，在教学形式的组织上增加趣味性的同时，也增加了难度和挑战性，由老师向学生单向的知识输出传授教学模式向“影响式”和“互动式”转变。 

（一） 增加实验的趣味性

教学内容的趣味性是活跃课堂氛围，调动学生学习积极性和热情，提高课堂教学质量的前提。于是选取初学者最容易成功的基础型实验——碱裂解法提取质粒 DnA 及核酸凝胶电泳检测作为技能训练实验项目。从 E. coli 提取质粒 DnA 的操作过程中，学生自然都会注意和观察细菌细胞膜裂解、蛋白质变性、核酸沉淀等现象，此种以眼见为实的实验现象立即会引起学生对本实验课程的兴趣，调动弄清实验现象背后每种试剂使用原理的积极性。同时使学生快速熟悉实验室环境的同时，有效地规范了实验的操作技能，使学生熟练掌握使用移液器、离心机、电泳设备和凝胶成像仪等分子生物学常用实验设备和仪器。另外，通过蓝白斑筛选初步筛选阳性重组质粒；在 E. coli 中 IPTG（ 异丙基 -β-D- 硫代半乳糖苷） 诱导表达 pET-GFP 重组质粒中的绿色荧光蛋白（Green fluorescent protein，GFP），并使用其表达蛋白设计一幅画（图 2）等环节也有效调动了学生的兴趣和积极性。

正确配制试剂和处理耗材是保证分子生物学实验成功的重要保障。在本科阶段掌握试剂溶液的配制方法，熟悉实验需要的耗材种类、规格和前期处理工作，是学生需要掌握的基本实验技能之一。因此，学生预先以小组为单位准备实验项目所需试剂种类、配制和保存方法。之后由值日生轮流配制细菌培养基、试剂，准备耗材。在此过程中，教师要求学生仔细研读实验讲义，翻阅《分子克隆实验指南》专业工具书， 计划全班同学所需试剂溶液和耗材，教师在学生遇到问题时给与必要的指导和协助。如此一来，学生不仅掌握了配制试剂的方法，提高了责任心和团队协作能力，也培养了严谨、规范的实验习惯。

（三） 培养学生自主学习能力

生物技术综合实验教学内容多、繁杂，课堂教学任务非常重。预先让学生了解实验内容，事先掌握课程的整体设计思路是缓解课堂教学压力的最好办法。（1）事先游览各大生物公司网站，预习 Taq PCR Mix、T 载体、连接酶、限制性内切酶等产品的使用浓度、反应体系、保存方法和价格等，扩展学生获取知识的途径。（2）设计GFP重组蛋白表达方案。novagen 公司的 pET 系统是 E.coli 中克隆表达重组蛋白功能最强大的系统。根据 pET 表达载体设计引物， 构建重组表达质粒 DnA，在宿主菌中表达外源重组蛋白是本实验教学最核心的教学内容。让学生参与实验项目设计，教师通过与学生通过共同分析实验方案的可行性，事先了解学生的薄弱环节，课堂教学时能够有的放矢地进行讲授，学生也能够更好地理解和掌握知识难点。

在教师和助研的指导和辅助下，全部实验均由学生独立完成，师生共同分析、讨论在实验中遇到的问题和观察到的现象。以《学生为主，教师为辅》的教学形式，有利于促进学生对整体实验教学内容产生系统的认识，开拓实验设计思路，激发他们对科学研究的兴趣。

四 建立多元化的课程考核评价体系

学生成绩的评定是检验教与学两个方面的重要手段，有效评定本科生的实验成绩是实验教学工作体系的关键环节，对学生的学习起着有效的激励作用 [6]。实验成绩的考核通常由考勤、实验结果和实验报告三个方面综合评定。此种考核方式可以起到鼓励学生参与所有实验环节，培养实验结果的分析和实验报告的撰写等方面的能力，然而不能真实地体现学生掌握实验技能、实验基础原理的内化、观察和分析实验现象和实验设计等方面的能力。

生物技术综合实验是理论和实验性很强的一门课程。为了客观、公正、充分体现学生的综合素质， 以考勤、实验结果和实验报告的撰写为基本能力培养的基础上，增加了从研究项目式、论文式、报告答辩式以及闭卷考试等综合考核方式，综合评价课程目标达成度。其具体考核制度如下：

1.平时成绩，占总成绩的 10%。包括出勤和课堂表现两部分，每项各占总评成绩的 5%。平时出勤采用“只扣分，不加分”的方法计算成绩。课堂表现由教师依据学生在实验教学过程中的表现，如参与度、实验态度、台面的整洁性，试剂的配制、实验操作的规范性、仪器使用的熟练程度等打分。

2.实验成绩，占总评成绩的 50%，由以下四个方面考核评分，每项各占总评成绩的 12.5%。（1）实验课开始前，要求学生以小组为单位，提交 eGFP 基因特异性扩增引物；查阅相关文献，设计实验，提交GFP基因克隆与原核表达实验方案。由教师批阅打分。（2）实验实施过程中，要求学生一丝不苟地做好实验的原始记录，以原始实验记录为依据撰写实验报告， 由老师负责批阅打分。实验报告要求文字简练、客观、准确、思路清晰，严禁学生照搬实验讲义。实验失败时允许学生重新做实验，不扣分。（3）课程结束后， 3-4 人为一个小组，用多媒体进行实验结果的汇报和交流。根据学生对整个实验的梳理，多媒体制作质量、表述能力，综合回答问题等方面打分。（4）课程论文要求学生按照生物学科研论文的格式，要求每个人独立撰写，要求书写工整、写作流畅、要有逻辑，如发现抄袭他人作业直接记为 0 分。

3.期末考试采取闭卷考试的方式进行，本项占总成绩的 40%。本科生通常都喜爱动手做实验，不擅长于整理、分析实验结果，不愿意花功夫去理解实验的基本原理以及科研中的实际应用。为了保证教学质量和检验学生掌握实验教学内容的程度，在课程结束后对实验基础知识、基本技能以及分析实验数据的能力等方面进行闭卷考试。

实践证明，从平时成绩、实验成绩、闭卷考试等环节考核实验能力与学识水平，能够客观、公正地反映学生的真实水平，可以增强本实验学习的深度和难度，激励学生刻苦学习，有利于学生了解科研的基本研究思路。

五 结语

授人以鱼，不如授人以渔，自主学习能力是培养创新、创业人才的基本保障。生物技术综合实验是培养我院生物技术专业学生综合研究项目能力的一门实验课程之一。近几年我院更新和购置了实验设备和仪器，武装了本科教学实验平台，增加了配套设备，实验室配备了多媒体辅助教学设备。实施综合型、研究型的实验教学内容，启发式的教学形式， 多元化的考核方法，培养了学生的自学能力，激励了他们的创新能力，提高了教学效果。21 世纪突破性的基因组学、生物信息学和分子生物学研究技术的发展，生物技术有了突破性的发展，如克隆技术、转基因技术、RnAi 技术、基因组编辑技术、高通量测序技术和生物信息学等被广泛应用于生命科学及其相关领域。近年快速发展起来的 CRISPR/Cas9 基因组编辑技术，已成功应用于分子生物学创新性实验教学中 [7]。现代全球化和信息化发展，高校教师将本专业前沿理论研究和主要研究方法引入教学内容，动态调整和拓展课程的深度、广度是高校教师肩负的责任 [8-9]。以科研反哺教学，以高水平的科学研究促进实验教学的理念，丰富教学经验，积极探索有效的教育方法，推动学生的选择性和自主性， 转变学生的学习方式，才能更好地培养出具备优秀专业素质的创新型人才。

参考文献

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[8] 杨亚璪，杨林，陈坚 . 移动互联技术在研究生课程教学中的应用——以《科技活动及学术规范》课程为例 [J]. 教育现代化，2019，6(57) : 279-282.
[9] 崔超华 . 将科研融入本科生教学，提高本科教学质量——以《计算机在化学化工中的应用》课程为例 [J]. 教育现代化，2019，6(57) : 167-169.

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