張英 郝林琳 祝萬菊 唐小春 任林柱 逄大欣 謝子聰

（1.吉林大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院 吉林長春 130062；2.吉林大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)學(xué)院 吉林長春 130062）

生物技術(shù)（Biotechnology）是以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合其他基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，以基因工程為核心，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)改造生物體或加工生物原料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的［1］。21世紀(jì)是生物技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，很多高等院校陸續(xù)開辦了生物技術(shù)專業(yè)，培養(yǎng)能夠掌握生物技術(shù)相關(guān)原理和技術(shù)的專業(yè)型人才，以滿足新時(shí)代對(duì)生物技術(shù)專業(yè)人才的需求。

生物技術(shù)是一門綜合性、實(shí)踐性和技術(shù)性很強(qiáng)的學(xué)科，該學(xué)科開設(shè)的主干課程包括生物化學(xué)與分子生物學(xué)、基因工程、細(xì)胞生物學(xué)、蛋白質(zhì)工程與酶工程等［2］，是在分子水平上探索生命的本質(zhì)，理論性極強(qiáng)。而實(shí)驗(yàn)課教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生基本操作技能、創(chuàng)新思維和意識(shí)，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的重要手段［3-4］。為了更好地幫助學(xué)生深刻理解和掌握相關(guān)課程的理論知識(shí)，加大了實(shí)驗(yàn)課設(shè)置比例，并引入“設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性”的教學(xué)理念，使學(xué)生能夠系統(tǒng)化、全面化地掌握生物技術(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

眾多的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)證明，綜合性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生良好專業(yè)技能的有效手段［5］。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的掌握到綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的挖掘，是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和能力的重要途徑，能夠幫助學(xué)生更好地解生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)思路。為此，引導(dǎo)學(xué)生積極在知網(wǎng)、萬方、維普等數(shù)據(jù)庫查閱相關(guān)實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)，利用生物信息學(xué)軟件、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和生物化學(xué)課程中學(xué)到的理論知識(shí)自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。依托實(shí)驗(yàn)室內(nèi)現(xiàn)有的GFP 綠色熒光蛋白表達(dá)系統(tǒng)、pDsRed1-N1 紅色熒光蛋白表達(dá)系統(tǒng)、真核昆蟲細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)，以及畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)，進(jìn)行不同基因的克隆、表達(dá)、純化及鑒定，實(shí)驗(yàn)流程見圖1。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用到的實(shí)驗(yàn)技術(shù)包含了生物學(xué)信息軟件的使用、細(xì)菌培養(yǎng)、感受態(tài)的制備、目的基因的克隆、誘導(dǎo)表達(dá)、蛋白純化、SDS-PAGE 及Western Blot 鑒定等，從而形成一個(gè)完整的、系統(tǒng)化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。例如，學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有重組人Elafin 在畢赤酵母系統(tǒng)中的表達(dá)鑒定、人CAT 基因紅色熒光蛋白報(bào)告基因表達(dá)載體的構(gòu)建及功能鑒定、IGF-1 基因可變剪接體亞型在長白豬不同組織中的表達(dá)鑒定等多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

圖1 不同目的基因克隆實(shí)驗(yàn)的總體計(jì)劃

2 實(shí)驗(yàn)實(shí)施

2.1 實(shí)驗(yàn)共享平臺(tái)的建立與完善

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和儀器設(shè)備是完成實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)和條件，利用學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室改造資金和儀器購置計(jì)劃，不斷改善實(shí)驗(yàn)條件，充分保障實(shí)驗(yàn)課的順利開展。對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的名稱、功能、負(fù)責(zé)人及開放時(shí)間等信息進(jìn)行匯總；對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的儀器進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，包括儀器品牌、儀器功能、臺(tái)套數(shù)、儀器負(fù)責(zé)人等信息，針對(duì)不同的儀器設(shè)備，制定儀器簡明操作流程；對(duì)大型貴重的儀器進(jìn)行操作視頻的錄制工作，詳見圖2。同時(shí)，建立實(shí)驗(yàn)室使用的規(guī)章制度、開放制度和預(yù)約登記制度。開發(fā)創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)室使用的功能軟件系統(tǒng)，將實(shí)驗(yàn)室信息、儀器信息、規(guī)章制度等內(nèi)容上傳到系統(tǒng)里，便于師生在線查看和使用，為學(xué)生開展綜合性大實(shí)驗(yàn)提供參考和支撐，做到心中有數(shù)、有的放矢，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的資源優(yōu)勢和儀器使用效率。

圖2 流式細(xì)胞儀的結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用

2.2 實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的建設(shè)與培養(yǎng)

師者，傳道授業(yè)解惑也，學(xué)高為師。在教學(xué)活動(dòng)中，實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的培養(yǎng)和建設(shè)至關(guān)重要。教師隊(duì)伍的結(jié)構(gòu)組成包括教學(xué)名師、專業(yè)教授、青年教師及實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員等為一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，教學(xué)名師和專業(yè)教授大多數(shù)為國家級(jí)、省部級(jí)科研及教學(xué)課題的主持者或參與者，能從制高點(diǎn)了解生物技術(shù)專業(yè)的前沿知識(shí)和技術(shù)，能對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路、創(chuàng)新性和可操作性提供專業(yè)的指導(dǎo)意見和建議，而青年教師大多是剛走上工作崗位，朝氣蓬勃有熱情，除了傳播專業(yè)知識(shí)外，更有親和力，更能帶動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，與學(xué)生之間的交流更順暢。此外，實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員也是不可或缺的一員，在實(shí)驗(yàn)課程開展過程中，從頭到尾全程參與服務(wù)。在實(shí)驗(yàn)課程開展前，組織教學(xué)團(tuán)隊(duì)的成員進(jìn)行集體備課，教學(xué)名師和教授對(duì)青年教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員等進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)方法的指導(dǎo)與分享，提高青年教師的業(yè)務(wù)素養(yǎng)和水平，使其快速成長為教學(xué)骨干，完成“傳—幫—帶”的使命。同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的介紹，團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行內(nèi)部討論，對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)能做什么、怎么做、做成什么做到心中有數(shù)、了如指掌。通過不斷的交流和學(xué)習(xí)，不斷提高教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員的知識(shí)儲(chǔ)備、業(yè)務(wù)水平、強(qiáng)大的事業(yè)心和責(zé)任感，能夠?qū)⒗碚撝R(shí)和實(shí)踐課程充分結(jié)合起來，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

2.3 教學(xué)手段的多樣化

首先，將“實(shí)驗(yàn)小組長制”引入到教學(xué)活動(dòng)中。實(shí)驗(yàn)開始前，提前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分組，每組5～7 人，分割成不同的小班級(jí)模塊，選拔責(zé)任心強(qiáng)、樂于助人、動(dòng)手能力強(qiáng)、有團(tuán)隊(duì)服務(wù)精神的學(xué)生為實(shí)驗(yàn)小組長，組長負(fù)責(zé)召集組員討論實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方案、組員分工等，并積極與實(shí)驗(yàn)老師溝通，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教室和儀器設(shè)備的預(yù)約、調(diào)試和使用等，在實(shí)驗(yàn)課開展前，提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作，包括試劑的配制、儀器的熟悉等，突出學(xué)生的主體地位，樹立學(xué)生的主人翁精神。

其次，加大教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建設(shè)與使用。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是信息技術(shù)與專業(yè)的整合，利用學(xué)院的多媒體制作系統(tǒng)，自制一些微視頻動(dòng)畫，將“看不見，摸不著”的枯燥實(shí)驗(yàn)理論視頻化、形象化，幫助學(xué)生更好地理解和掌握實(shí)驗(yàn)原理、概念和實(shí)驗(yàn)操作（見圖3和圖4），也可以從虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)制作公司定制一些生物技術(shù)專業(yè)相關(guān)的視頻軟件投入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，豐富和拓寬教學(xué)信息資源庫，做到實(shí)體實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢。學(xué)生可根據(jù)自己的需要和時(shí)間，有個(gè)性化地選擇學(xué)什么、如何學(xué)、怎么學(xué)，從而培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，提升學(xué)生的知識(shí)面，為進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)打下良好的基礎(chǔ)。

圖3 等電聚焦電泳原理和圖譜分析過程

圖4 Western B lot的實(shí)驗(yàn)過程及部分實(shí)驗(yàn)操作

最后，引入“翻轉(zhuǎn)課堂”和“PBL”教學(xué)理念。反轉(zhuǎn)教學(xué)也稱為翻轉(zhuǎn)教學(xué)、易位課堂等，是通過大量的信息技術(shù)的輔助，在課前由學(xué)生自行完成知識(shí)的傳授，在課堂中，師生互動(dòng)，答疑解惑來實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果［6-7］。PBL（Problem Based Learning）教學(xué)模式是1969年由美國神經(jīng)病學(xué)教授Bar-rows 創(chuàng)立的，是一種以激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和提高學(xué)生自己解決問題能力為目標(biāo)的教學(xué)法，其教學(xué)理論和經(jīng)驗(yàn)正逐漸被廣泛接受和采納［8］。兩種教學(xué)理念的引入，改變了學(xué)生在以往實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生到點(diǎn)上課、到點(diǎn)下課，在課堂中被動(dòng)地接受知識(shí)的輸入，知其然不知所以然，課后很容易淡忘了，導(dǎo)致很多實(shí)驗(yàn)技術(shù)掌握不扎實(shí)，在畢業(yè)論文答辯和研究生復(fù)試被問起時(shí)一臉茫然。“翻轉(zhuǎn)課堂”和“PBL”教學(xué)法的引入大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，使學(xué)生能夠從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)科研問題的主動(dòng)探索，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主講授和分工協(xié)作的能力，由被動(dòng)填鴨式的教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)學(xué)術(shù)問題的探討，加深了對(duì)理論和實(shí)驗(yàn)知識(shí)的理解和掌握程度。訓(xùn)練了學(xué)生的科學(xué)思維和獨(dú)立解決問題的能力和水平，將課前預(yù)習(xí)、課上學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)充分融合在一起。

2.4 考核階段

與以往實(shí)驗(yàn)課考核不同，在生物技術(shù)專業(yè)大實(shí)驗(yàn)課程的成績?cè)u(píng)定時(shí)，不再局限于實(shí)驗(yàn)報(bào)告，而是注重實(shí)驗(yàn)過程的培養(yǎng)。建立以提高學(xué)生綜合素質(zhì)和能力為目標(biāo)的考核評(píng)價(jià)體系，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性。其中，平時(shí)成績占30%，包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、預(yù)習(xí)筆記、出勤情況、組內(nèi)成員交流及師生交流等；實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)占30%，包括設(shè)計(jì)內(nèi)容、技術(shù)路線、表述方式是否準(zhǔn)確等；實(shí)驗(yàn)成績占40%，包括實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)參與度、儀器使用熟練程度等。其中，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫方面，要求學(xué)生按照科技論文寫作的模式進(jìn)行，包括題目、摘要、關(guān)鍵詞、實(shí)驗(yàn)材料與方法、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析和討論等，使學(xué)生能提前了解論文的撰寫格式，為將來畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

3 實(shí)施效果

經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐證明，生物技術(shù)專業(yè)綜合大實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)，在培養(yǎng)學(xué)生常規(guī)實(shí)驗(yàn)操作技能的同時(shí)，大大提高了學(xué)生自主設(shè)計(jì)和開發(fā)綜合性、復(fù)雜性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的能力和水平。在實(shí)驗(yàn)過程中，每名學(xué)生都能發(fā)揮主人翁意識(shí)，做到小組團(tuán)隊(duì)成員之間相互協(xié)作、共同成長、共同進(jìn)步。這種以“項(xiàng)目”為導(dǎo)向的綜合大實(shí)驗(yàn)的開展，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲兴季S、科研態(tài)度，提升了分析問題與解決問題的能力，學(xué)生評(píng)價(jià)生物技術(shù)綜合大實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置，讓他們學(xué)到的知識(shí)體系內(nèi)容更加完整、拓展了知識(shí)面，開闊了眼界，為今后從事相關(guān)專業(yè)的工作打下了基礎(chǔ)。