细胞工程课程在生物科学专业的设置
本课程自从2007年在我校新办生物技术专业开设以来，根据学校对本科生物技术专业的培养计划，细胞工程是生物技术专业的主干课程，并于2009－2010学年第二学期开始开设。通过对该课程的教学，使学生掌握细胞工程所涉及的基本概念、原理、技术方法、应用基础等内容。通过近三年的教学实践，不断加强课程建设与发展，理论教学体系已经基本完善，实验教学平台基本建立。通过全面进行教学改革，已逐渐形成本校建设的特色课程。21世纪，生命科学全面快速发展。根据学科发展和社会需求趋势，在新办生物技术专业基础之上，2009年我校新办生物科学专业。然而，新办生物科学专业的困境是专业范围宽泛;如何在有限的时间内，全面、高效地培养适应社会需求的合格人才，是每位任课教师和教学管理者必须认清的首要问题。为了充分发挥我们医学院校的资源优势，在培养学生方向定位上，以健康教育为主要方向，兼顾生物制药等，但又与生物技术的培养方式不同。由于细胞工程是由细胞生物学、分子生物学、基因工程、工程学等学科理论技术有机结合的一门崭新学科，因而被设定为新办生物科学专业本科生培养计划的必修课程。
细胞工程课程在生物科学中的开设，是以普通生物学、生物化学、医学遗传学、细胞生物学、分子生物学、微生物学、免疫学等先修课程为基础。同时，将本课程的学习与基因工程、生物技术等课程的学习互相补充和相互促进，为将来从事生命科学基础理论研究、生物制品的开发和应用、疾病诊断技术的开发与应用等领域的工作打下必要的基础。在教材方面，以李志勇编著《细胞工程》(高等教育出版社)为基本教材，以杨吉成编著《细胞工程》(化学工业出版社)、安利国编著《细胞工程》(第二版，科学出版社)等为主要参考教材。在教师队伍配置方面，既有细胞生物学领域教学经验丰富的教授，也有年富力强的专业知识扎实的中青年骨干教师。细胞工程的理论教学和实验教学全部由既具有扎实生物工程学相关知识背景，又有基础细胞理论与实验技术背景的骨干教师承担。
细胞工程教学内容的设定与改革
细胞工程课程的特色，是以细胞工程技术方法的基本原理为课程教学切入点。在教学内容上，基本理论的讲授与技术方法过程的介绍并重;在本学科知识的系统性方面，既有本学科理论的系统性，又加强与其他相关学科的相互渗透交叉，尤其是以细胞生物学、生物工程的基础知识背景，为本学科的理论教学奠定基础;通过将现有技术的原理、应用归纳，与本学科相关技术的发展趋势讲解相结合;从内容上，客观系统地反映本学科相关领域应用前景、重点研究方向和尚待解决的科学问题;在理论上自成体系。根据教学计划，细胞工程在我校总学时设定为80学时，其中理论50学时，实验30学时。本课程的开设，一般在第三学年的第二学期，在普通生物学、生物化学、医学遗传学、细胞生物学、组织胚胎学等课程修完之后进行。细胞工程在教学内容、教学方法上又与以上学科大不相同，本课程教学是以技术方法的原理为基础理论的学科，因此实验与理论教学并重。细胞工程课程的理论课程内容，根据研究对象一般分为三大部分内容，分别为:细胞工程概论与基本技术、植物细胞工程、动物细胞工程。根据我校的教学实际情况和培养计划，我们对教学内容进行了适当的改革与调整。课程的内容重点在第一部分细胞工程概论与基本技术和第三部分动物细胞工程［1－4］。
关键词基因工程;教学改革;独立学院
基因工程是通过人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质提取出来,在离体条件下用适当的工具酶进行切割后,与载体dna分子连接重组,再导入受体细胞内,使其在受体细胞内复制、转录和翻译表达,创造出人们所需要的新品种的一种技术体系[1]。由于基因工程可以突破物种间的遗传障碍,大跨度的超越物种间的不亲和性,具有无限光明的应用前景。因此,吸引人们进行了广泛的研究与探索,其结果迅速地应用于农业、医药、轻工、化工、环境等各个领域[2-5]。目前,随着基因工程的发展,急需大批的专业人才。因此,许多高校为满足社会需求,新增了生物技术和生物工程专业,开设了基因工程课程,希望能为国家培养和输送人才。基因工程面向独立学院生物技术和生物工程专业本科生已开设多年。在教学过程中,课程组教师针对该课程及独立学院学生的特点,对这门课程的教学进行了探索,获得了许多经验。
1基因工程教学改革的必要性
基因工程是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术,其内容涉及分子遗传学、生物化学、细胞生物学、微生物学及分子生物学等学科相关理论基础及其实验技术手段。课程内容繁多、概念抽象、理论性和技术性强。同时基因工程发展非常迅速,相关知识可以说是日新月异。然而高等学校教学时间有限,独立学院学生基础知识相对薄弱学生虽思维敏捷,但强调个人喜好,并且学习的自主能力也较弱。因此,在有限的课时内,让他们理解和掌握基因工程相关的内容确实有难度。而正处于农业高等院校的生物技术和生物工程专业的大学生们,即将投身于生命科学社会实践,展现他们的才能,如果他们对基因工程的基本理论和技术知之甚少,这种状况与培养现今的人才培养目标极不相称,这些大学生在21世纪的生命科学时代中也难以胜任社会重负于他们的工作,更难以挑起生物高科技研究和开发的重担。虽然在基因工程教学过程中,教师采取了许多办法,如采用多媒体教学,使用flas等将教学内容直观化,或通过讨论、课程论文等激发学生对基因工程的学习自主性,但效果还是不理想。经过多年的独立学院基因工程教学,笔者发现目前的基因工程教学内容体系和教学方法没有充分体现独立学院学生的特点,即没有补偿他们存在的某些缺陷,也没有充分发挥独立学院学生的优势。为了使这些发展潜力大的学生的综合素质进一步提高,能够跟上学科的发展进程,对现行基因工程课程教学内容和方法进行改革势在必行。
2构筑合理的教学内容体系
2.1精简内容,突出重点
基因工程与分子遗传学、生物化学、分子生物学、微生物学及细胞工程等课程有着紧密的联系,所以学生在修完了这些课程后才开设基因工程课程。由于学生已具备这些课程相关的理论和实践基础,所以基因工程教学内容可精简,避免与这些课程重复,留出充裕的时间详细讲解新的知识点,如细菌转化实验在微生物中讲授过;基因表达与调控在分子遗传学中涉及到;转基因植物的培养再生与细胞工程内容相关。这些重复的内容可以在课前提醒学生复习,教学时通过提问的形式回顾,或以课外作业的形式进行。对于独立学院中那些基础较薄弱的学生,可通过基因工程网络课程进行知识的答疑。
2.2组织合理的教学内容体系
基因工程课程教学内容包括基因操作的基本原理、基本研究方法及应用,内容广泛抽象。为使学生在短时间理解相关知识,教学内容应具备较强的系统性和条理性,同时又能反映学科的科学性和先进性。因此,构建以基因工程操作技术为主线,以基因工程原理基础知识及基因工程应用基础知识为基础的理论教学体系十分重要。
基因工程原理基础知识包括基因工程基本概念、基因的各种分析手段(包括pcr技术、分子杂交技术等)、分子克隆工具酶、克隆载体、目的基因与分子克隆载体的重组、重组体的转化与筛选鉴定、外源基因的表达等内容。这些是基因工程的核心内容,因此每部分内容的有关原理、实验技术及应用等需详细加以阐述。另外,针对一些抽象内容,教师应该使用多种教学方法,使其直观生动,让学生易于理解、接受和掌握。同时,要发挥独立学院学生综合素质高的特点,可要求学生个人或以班为单位制作flas和视频等,充分调动学生主动学习的积极性,挖掘潜能,激发学生的学习兴趣,使学生在学习过程中感悟到对事业成功的向往,达到教学目的。
基因工程技术几乎渗透至生命科学的各个方面,大大的推动了生命科学理论研究的发展,且扩展到人类生产实践的各个行业,例如植物、动物、微生物、医药、环境保护、能源等。这部分内容主要以学生为主体,通过讨论、专题报告、实际案例和生产实习的形式进行。通过这些内容的学习让学生感受科学发展与生产实践息息相关,增强学生的科技意识及求知欲望。
2.3引进新知识、新动态
基因工程自诞生以来,发展迅猛,新成果层出不穷。在教学过程中引进生命科学的最新科研成果及国内外研究动态,使学生在有限的课时中尽量接受基因工程相关的新观念、新技术和新成果。同时促使他们以发展的观点看待科学研究问题,唤起他们探索未知领域的欲望,增强专业自信心。
2.4理论教学和实验教学相配套
基因工程是一门理论与实践相结合的课程,其教学内容除了理论知识外,还配套有基因工程实验技术和教学实习。基因工程实验技术主要是对学生实验基本技能的操练,以班为单位进行教学。在教学过程中,要求学生在每次实验前预习好实验指导中的相关内容、掌握实验目的和实验设计原理、了解实验操作的基本过程及注意事项。学生在实验过程中,严格执行操作程序,仔细观察实验中出现的现象,如实记录实验结果和数据,培养学生的动手能力和敢于发现问题、解决问题的能力。实验课后,要求学生根据实验过程,写出实验总结报告,提高他们的归纳总结能力。基因工程教学实习是以重组体的构建、转化、筛选及检测为主线的系统性的实验体系。其内容包括质粒dna的提取、目的基因及载体进行限制性内切酶的切割、目的片段与载体的体外连接、感受态细胞的制备、重组质粒的转化、重组子的筛选以及鉴定。整个实验内容紧密衔接,较为完备地将基因工程学的上游技术综合为一体。实施教学时,学生在教师指导下,了解实验的整体设计思路和流程,查阅相关文献,书写实验方案,再进行实验实施。通过这样的过程培养学生应用知识的能力,加强学生对生物学文献资料的查询与消化能力,拓宽学生的知识面,并且实验的每个环节都可能直接影响最终结果,所以学生必须关注每个环节,才能顺利完成在此过程中有助于学生树立完整的科学研究概念,具备严谨的科学研究态度。
3改进教学方法
3.1传统板书教学与多媒体教学相结合
在基因工程教学中,传统的板书教学必不可少。这是由于学生虽具备一定的生物学基础,但知识比较凌乱,更无法很好的应用于基因工程学习中。板书教学能够很好的将这些知识系统而又精炼的展示出来,并且有助于老师控制讲课的进度,学生也可以详细的记好笔记,增强对知识的记忆。但是传统的板书教学呆板,所提供的信息量非常有限。对于基因工程这门课程,完全采取板书教学无法直观生动的将所有内容演示。另外,板书教学中老师是主体,学生认为学习的好坏只与老师有关而与自身毫无关联,学习的积极性不高,无法达到教学目的。多媒体教学能综合应用影视、图形、图像、声音、动画和文字等信息,可以使抽象的概念直观化、复杂的问题简明化、整体的过程动态化。它可以使学习内容图文并茂、有声有色、栩栩如生,便于学生理解记忆。但是课件是一页页地进行显示,单独使用课件会降低课堂授课内容的连续性及关联性,使学生不易掌握每一次授课的线索及整体内容。因此,在讲课过程中很有必要将传统板书教学与多媒体教学结合、教师传授知识与学生自主学习结合,采取多种教学方法使课程教学更为生动、丰富,促使学生自主学习和对基础知识的消化、理解和升华。
3.2“研讨式”教学
独立学院学生感应新事物的能力较高,他们查阅相关资料后,能够就某些问题提出见解。因此,笔者设计一些讨论题,供学生思考与讨论,充分调动学生的能动性、自主性和创造性,让学生真正成为课堂的主体。例如关于基因工程安全性的问题,是以讨论课的形式进行教学。学生不但对现存的一些安全问题进行了全面的阐述,而且还提出了自己的一些见解。针对一些不一致的观点,可以进行辩论,不仅使课堂气氛非常活跃,而且锻炼了学生的表达能力,使他们树立了看待科学问题的批判意识。
课程组的老师都从事了与基因工程相关的研究工作,经常将科学研究结果融入教学,增强学生对知识的感性认识。鼓励学生申请一些研究性课题和进入实验室参与研究工作。通过对科学研究的探索,培养学生将理论知识应用于实践的能力,有助于他们树立艰苦奋斗的精神。
3.3“总结归纳”式教学
每一章内容结束后,要求学生对教学内容进行总结和归纳,系统地梳理知识体系。另外,组织学生听取一些专题报告会,以提高学生对学科前沿知识的了解。
基因工程是现代生物技术的核心,教学效果的好坏直接影响高校生物技术专业学生的素质,进而影响高校人才培养目标的实现。尝试通过对基因工程教学内容和教学方法的改革,提高教学质量,促进学生综合素质的提高,使他们适应21世纪生命科学时代的工作需求。
4参考文献
[1]吴乃虎.基因工程[m].北京:科学出版社,2000.
[2]孙毅.现代生物技术与生态环境保护[j].科技情报开发与经济,2008,18(21):113-114.
[3]刘婵婵,时全义,刘均洪.植物基因工程对生物燃料生物质特征的改进[j].化学工业与工程技术,2008,29(3):4-7.