食品基因工程综合实验教学改革

　　中图分类号：G642.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（c）-0158-03

　　The Reform of Comprehensive Experiment Teachingof the Genetic Engineering of Food

　　Mu Wanmeng Zhang Taomiao Ming GuangCui E Jiangbo

　　（State Key Laboratory of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi Jiangsu，214122，China）

　　Abstract：The genetic engineering of food plays a decisive role in the field of modern food biotechnology. Research the genetic engineering comprehensive experiment teaching method of undergraduate of food science professional background and design the comprehensive experiment system of gene engineering for major in food are urgent things.The present article analyzed the problems existing in the experiment teaching of genetic engineering of food，and the teaching reformation can carry on from the following five aspects，namely，optimizing experiment teaching contents，introducing the open experiment or combining the teaching and scientific research，transforming the way students participate in teaching， innovating the experiment report， improving student performance evaluation methods.The implementation of the teaching reform of the innovative practice can achieve the goal of training innovative talent.

　　Key words：Food；Genetic engineering； Comprehensive experiment； Innovativeness；Teaching reform

　　基因工程作为一门独立的学科诞生于20世纪70年代，经过40年的发展已经是现代生物技术中的核心学科和四大工程技术之一，其广泛应用于食品、农业、工业、医药等领域[1]。基因工程是一门集理论与实践与一体的学科，其研究方法与技术贯穿现代生命科学的每个领域。食品科学是整合和应用多个学科（化学、物理、生物、机械等）的基础知识来研究食品的理化、生化以及食品加工原理和工艺的一门交叉学科。食品生物技术是食品加工领域的前沿交叉学科技术，其包括四大工程技术[2]，即食品基因工程、食品细胞工程、食品发酵工程和食品酶工程。而食品基因工程作为食品生物技术上游的关键学科，对现代食品生物技术的发展具有举足轻重的支撑作用。食品基因工程综合实验作为食品基因工程理论课的实践课程，是一门非常重要的课程，根据食品专业的课程特点研究食品科学专业背景本科生的基因工程综合实验教学方法以及设计与构建适用于食品专业本科生的基因工程综合实验体系是值得研究的课题。

　　1 食品基因工程实验教学中存在的问题及改革的必要性分析

　　食品基因工程实验教学内容不能紧跟学科发展的步伐，内容古板陈旧[3-5]。目前的实验课大纲包含的实验内容按授课顺序为：目的基因的PCR扩增、核酸电泳检测、大肠杆菌感受态细胞的制备、质粒转化、质粒DNA的抽提、重组质粒的酶谱鉴定、重组细胞的诱导表达、重组酶的亲和层析纯化、SDS-PAGE蛋白电泳鉴定，共9个实验，即80个学时。实验教学模式为基础性的验证性实验，即用课题组里硕士或博士已经成功的实验中的主要实验材料（例如目的基因或质粒等）进行实验。做这种验证性实验，如果操作步骤不出大的问题，基本上就能够得到预期的实验结果。这种实验模式在一定程度上能够使学生温习在理论课堂上学的知识，且能够锻炼同学们的实验动手能力，可以从实验中学到一定的实验技能，但是对学生的创新性思维训练不能起到明显的作用，学生无法体验实验的失败，也就不能分析失败的原因，对实验的理解也就有了局限性。

　　实验教学存在的另一个突出问题就是实验教学方法单一[4，5]。实验教学采用的是传统的教学方式，老师在实验前会先把讲义上的内容（包括实验目的、原理、步骤）讲解一遍，然后就让同学们照着讲义上的实验步骤一步一步去做，学生只是参与了实验结果的输出，没有深入思考实验的机会。在整个实验过程中，学生大部分时间都是处于被动学习接受的状态，独立思考问题的时间很少。学生只是在实验操作技能上有些许提升，而比较重要的分析问题和解决问题的能力没有任何锻炼和提高。掌握的这些基础的具有验证性实验性质的食品基因工程实验室还是不能独立开展创新型实验研究。 　　还有一个问题就是考核方式不合理[5，6]。学生成绩考核的方式影响着他们的学习态度，良好的评价方法能够激发他们主动学习和探索知识的欲望，如何突出学生的综合素质和能力，成绩考核方式显得特别重要。传统的实验课成绩评定方式是老师通过学生的实验报告的书写情况来给定一个分数，这种评定方式只能反应学生课下写作业的认真程度，无法判断学生在实验课上的表现，而作为实验课，要靠动手去操作才能得出实验结果，学生的动手能力这个评判实验课的重要因素给忽略掉了。从这里可以看出实验课成绩的传统评定方式的局限性。

　　鉴于在实验教学中出现的种种问题，这种模式已经不再适应我国培养创新性人才的需要，必须对这种教学方式进行改革。改革的重点是向以“知识构建和问题求解”为特点的“创新性实践教学”模式发展。这种综合型的教学模式与以往的那种“验证性实验教学”模式相比涉及的知识面和深度要高的多，更能够激发同学们的创新思维。这种实验模式以创新性实验研究学习为主，不断提高人的主动求知的欲望，达到更好的学习效果。

　　2 食品基因工程实验教学改革的具体实施

　　2.1 优化实验教学内容

　　对食品基因工程实验课程大纲进行优化设计[2，6]。食品基因工程实验是一门系统性和综合性很强的课程，设计实验教学内容时不仅应强调其基础性也应该强调其综合性。基因工程实验是由不同的实验模块组成的一个系统性的综合实验，每个实验模块之间都存在着紧密的联系，是环环相扣的一个过程，前一个实验的结果通常作为下一步实验的原材料。因此，只有在上一个实验取得可靠的实验结果后才能进入下一步实验，使学生至始至终都树立完整的科学研究概念。

　　基因工程实验内容丰富多彩，考虑到食品学科的发展，结合实验室在微生物酶研究方面的丰富经验，我们应选择一个与食品生物技术密切相关的食品酶为研究对象，设立一个综合性研究课题，如D-阿洛酮糖3-差向异构酶的克隆、表达及性质鉴定，实验应该包含上面提到的九个实验的全部内容。基因工程综合实验中每个实验模块的连续性特点就要求该实验课程应该在一个完整的时间段内有条不紊的全部做完，按照实验大纲的安排，可以安排一两周的整块时间来做这个综合性实验。食品基因工程实验的综合性和复杂性对学生们来说是最大的考验，但是这也是培养学生良好的科研理念及思维方式的很好机遇。通过实验不仅使学生能够了解基本的实验原理及熟练掌握实验操作过程，而且还能帮助他们建立好的实验素养及培养团队协作能力。

　　2.2 引进开放式实验或教学与科研相结合

　　食品基因工程实验采用开放性实验或者与科研相结合的方式，可以给学生的创新思维训练提供更广阔的平台[3，4，5，7]。开放性实验是指在老师规定的一个课题范围内，同学们可以自由选题，从课题方案的设计到课题的操作实施整个过程都是同学们掌控的。当然在关系实验失败与否的实验方案设计阶段，老师会对学生的设计方案进行最后的确定，如果有不妥的地方会让学生进行修改，这样以来学生可以在接下来的实验操作过程能够顺利进行。把基因工程实验课和指导老师的科研项目相结合，这是个大胆的尝试。在同学们参与任课老师的科研项目过程中，可以激发同学们的学习兴趣，锻炼学生把握课题研究方向的能力，有助于学生创新性思维的培养。

　　2.3 转变学生参与教学方式

　　让学生参与食品基因工程实验教学的每个环节[8]。从实验的准备阶段开始就让学生参与进来。以往的实验课程，不管是有机实验还是无机实验，学生们在进入实验室前，所有实验过程中要用到的试剂和原材料都已准备就绪。让学生参与实验的每个环节有助于加深他们对实验的深刻理解。基因工程实验一般都是按照一些成熟的操作步骤做的，操作起来不是很难，而实验的大部分时间都花费在了实验的准备工作上。基因工程实验不同于以往实验的特点之一就是一些原材料需要灭菌且部分操作要在无菌条件下进行。通过参与实验的准备学生们能够了解哪些需要事先灭菌，哪些需要在无菌条件下操作。培养基及种类繁多的试剂的配制也需要大量的人力参与。学生们也能熟悉实验中用到的基本仪器的使用，包括高压灭菌锅、PCR仪、蛋白和核酸电泳系统、凝胶成像系统、色谱柱的使用等等。通过让同学们参与实验的各个环节，使同学们更好的理解整个实验流程。整个实验流程做下来，可以使每个学生都能够单独的完成整个实验。在实验过程中，要灌输过程重于结果的思想，减轻学生们更看重结果的负重，使学生更有效地获得知识和能力，从实验中得到更多的收获，进一步提高学生的动手能力。

　　积极推广多种多样的教学模式。所有的教学模式可以归为两类，第一类以老师为主导，第二类是把学生作为主导。首先说第一类，老师起主导作用，即老师主讲，但在传统教学模式上做些变动，即变成互动式教学。这种互动式教学方法需要学生的积极配合。作为学生，应该在实验开始之前通过预习全部的实验讲义掌握整个实验的流程，实验与实验的衔接以及基础的实验知识，如实验目的和原理、实验操作步骤，通过查阅资料获取实验注意事项，做出预案以防实验失败，对整个实验有一个整体的深入理解。老师可以随机提出一些问题让同学们回答，学生们也可以就某些实验疑点向老师请教，活跃课堂氛围，那些表现好的学生在评定成绩时可以获得额外的加分机会。这种方式能够更积极的调动学生参与实验的热情。另外一种教学方法就是采取角色互换的教学方式，第一种是老师讲学生听，而这一种是把老师和学生的角色互换，由学生在讲台上主讲，然后大家补充和讨论，最后由老师做出点评、总结。这是一种大胆的尝试，对学生的要求很高，需要学生对实验有透彻的理解。

　　2.4 实验报告的创新

　　传统的实验报告由实验目的原理、实验步骤、实验结果、讨论及思考题这几部分构成，这样的写法几乎是一个实验报告的标准格式。由于传统实验课中的每个实验是独立的，是互不影响的，而每个实验的内容相对较少，采用标准格式书写让人对这个实验一目了然。但是食品基因工程实验是一个综合性的大实验，每个实验都是相互有联系的，完全可以作为一个本科生的毕业课题来对待。所以，可以尝试让学生们按照毕业论文的格式书写这个综合实验的内容，也就构成了一个小论文[6]。按照论文的格式来写，首先第一部分是绪论，写这种食品酶的研究背景及研究目的和意义，然后第二部分就写所做的实验部分，包括前言、材料与方法、主要试剂和仪器，接下来就是实验步骤，最后是实验结果和讨论部分。在小论文的最后部分可以做个小结。这种写法有助于开阔学生的视野，不只是把目光局限在一个个独立的实验上面，而用开放的思维去思考整个实验。也可以让学生们尽早接触毕业论文的书写格式，为学生真正的毕业论文写作打下基础。 　　2.5 改进学生成绩考核方式

　　以前的实验课成绩评定方式是通过实验报告的分数给定的，这种评分方式过于单一化，有诸多弊端，所以我们要摈弃这种传统的实验课成绩评定方式。学生的成绩是由多种因素共同决定的，这些因素可以归纳如下：实验小论文，实验操作测评，平时表现与出勤[7，9，10，11]。这三个部分应该按照一定的比例分数构成一个学生的总成绩。小论文的质量应该是这个综合实验的最重要评判指标，反应学生实验的结果及对待实验的认真态度。实验操作测评有老师在实验课进行期间的巡视观察来判断学生的操作实验的动手能力。平时表现与出勤则反应了学生课堂上的积极性及参与度。这几种因素的叠加对以前单一评判标准起到很好的平衡作用，能够更有效的促进学生的学习兴趣。

　　3 结语

　　构建针对食品专业本科生的食品基因工程综合实验实践教学体系需要强调基础性、综合性、设计性和实用性。随着教育体制的改革、教学手段的不断丰富、教学受体的更替，食品专业综合实验实践教学也要跟上时代的步伐。随着教学改革的深入，以“知识构建和问题求解”为特点的“创新性实践教学”模式受到国内外很多高校的关注[12]。这种模式的教学方法能够让学生的创新意识得到激发，在学习的过程中，以研究型学习为主，不断提高人的主动求知的欲望，达到更好的学习效果。在食品基因工程综合实验教学环节设立一个与食品生物技术有紧密联系的食品基因工程研究课题，结合学生们的课堂知识，组织学生们进行创新性的自主综合实验设计或从事教师的科研项目，能够实现多学科知识点的融合，在综合实验实践教学中不断改进与提高，为学生们提供很好的综合实验教学的同时引导学生们从事学术科研活动的研究思路和科学方法，为其今后的研究生深造或参加工作加深基础理论创新思维。

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