生物技术专业综合实验的设计与教学实践

　　摘要：生物技术是一门以实验为基础的学科，合理设置生物技术综合实验教学内容、整合实验教学课程、改革教学效果评价体系，对于培养学生的科研创新精神，提高学生动手实践能力，对实验教学质量的提升以及创新应用型人才的培养都会起到积极的促进作用。
　　关键词：生物技术 综合实验 实验教学
　　作为一门新兴学科，生物技术具有涉及领域宽、涵盖范围广、基础性强的特点，也是现代生物学发展并与相关学科交叉融合的产物。包括了基因工程、蛋白质工程、细胞工程、发酵工程等领域。新时代的教学改革要求生物技术专业理论结合实际，充分发挥实验教学的作用，培养学生科研创新能力以及实践操作能力[1]。目前实验教学在不同程度上仍然是理论教学的辅助内容和手段，实验方法多以验证已知结果作为主要目标，这种教学模式的优点是与理论教学环环相扣，但同时具有以下缺点：第一，实验课内容缺乏学科间的互相联系，无法达到实验技能的系统训练，而生物技术是一门交叉学科，通过单独设置的实验课程很难形成系统的知识框架体系；第二，实验内容在技术手段上容易出现重复，由于各门课程在实验课上自成体系，课程之间往往开设性质和内容上有所雷同；第三，实验内容相对陈旧，多以验证性实验为主，没有随着科学技术的发展而及时更新；第四，实验室开放不够全面，教学资源无法得到充分利用，第五，学生的创造能力和学习热情得不到充分的发挥。以上缺点严重制约着创新性人才的成长与培养。针对上述不足，为了加强学生实践能力和创新能力的培养，通过以下几个方面对生物技术综合实验教学方法进行了改革和实践，并取得了理想效果。
　　一、合理设置实验内容
　　作为生命科学的核心，生物技术是与其他学科交叉融合而成的新兴学科，在人才培养过程中，不仅要求学生掌握生物技术专业相关理论及实验知识，还要求学生有一定的创新实践能力[2]。为此，在综合实验的课程内容设置过程中，对传统验证性实验的课时数进行压缩，增加了学生自主设计实验内容，让学生根据自身兴趣及掌握的实验技能设计实验方案，在此基础上，将实验内容在设计上分为三个不同层次：基础验证性实验、综合应用性实验以及自主创新性实验[3]。例如：有的同学根据吉林市地处松花江上游的特殊地理环境，利用松花江沉积泥沙作为实验材料，筛选工业生产所用的发酵菌株，通过建立平行的预处理方法进行菌株筛选，并对筛选结果进行记录，从而总结出了一套合理有效的发酵菌株筛选的预处理方法，这样分离出的发酵菌株同时兼具陆生菌以及水生菌的特点，具有一定的实际应用以及科学研究价值。进一步深入实验中发现，所筛选的菌株中有的菌株具有拮抗活性，可作为产生抑菌素的生防菌株另，另外有些菌株可以产生黑色素，或者产生淀粉水解酶，这又证实了菌株的工业生产价值。在上述学生自主设计实验中，涉及了一整套微生物实验的基本操作流程，同时在对菌株发酵条件摸索的过程中，又整合了发酵工程的技术手段，可以说是生物技术综合实验中比较成功的一例。同时，我们根据医学院校培养生物技术专业人才的具体要求，结合医学免疫学、分子诊断学以及生物化学检验技术等学科内容，将理论与实践相结合，例如：在目的基因的克隆的实验讲解过程中，避开理论课中的一些重复的实验原理，重点讲解克隆技术目前常用的一些技术手段，并且突出这些技术手段在单克隆抗体制备、酶联反应以及临床疾病诊断上的一些具体应用，可以达到拓展综合实验的覆盖内容，让学生了解到生物技术在实际中具体应用的作用。
　　二、整合实验教学课程
　　传统的生物技术实验教学内容主要安排在理论教学内容之后，其内容大都为重复性验证实验，并且课程之间的相互联系不紧密。这导致许多学生只注重理论知识，对于实际动手操作的重要性认识不足，并且忽视了生物技术各门课程之间的内在联系[4]。为此我们尝试将实验教学内容进行整合，为了让学生能更好地掌握生物技术的基本操作技能，对实验有一个完整的思路，我们紧紧围绕分子生物学的几个核心步骤，即：分、切、连、转、筛、诱、检，开设一个大的综合性实验。实验内容共计60学时，包括：基因克隆与鉴定部分，主要包括：质粒的提取、目的基因的克隆、酶切鉴定、目的基因与载体的连接、感受态制备和转化、阳性克隆的筛选以及重组蛋白表达条件的优化等，例如：在上述自主设计实验的基础上，利用从松花江泥沙中分离筛选得到的大肠杆菌作为实验材料，进行质粒DNA的提取，将其中的目的基因片段通过双酶切连接到PET28a质粒，并转化至DH5α扩增菌株，培养后继续提取质粒DNA进行PCR以及酶切鉴定，并将阳性结果通过转化至BL21表达菌株，进行蓝白斑筛选挑取阳性克隆，进行蛋白的诱导以及表达条件的优化。通过这样的实践，将自主设计实验与综合实验的实验内容相互衔接，形成一个理论联系实际的完整体系，实验过程中让学生自主准备实验样品，规划实验具体进程，最后对实验结果进行集体讨论与分析。这样能够进一步提高学生的实际操作能力，同时也确保了几个实验内容的连续性，对今后学生自主设计实验或完成毕业论文也有很大帮助，大大激发了学生的求知欲望和探索精神，生物技术综合实验的教学效果得到了显著提升。
　　三、改革教学效果评价方法
　　传统的实验教学效果基本体现在实验报告的最终撰写上，这种方式缺少灵活性以及全面性，对学生所学知识的考察相对片面，不利于培养学的自主创新意识[5]。鉴于上述原因，根据综合实验的课程内容和组织方式，将最终的总评成绩具体划分为四部分：实验报告，占总成绩的30%，主要检查实验报告的撰写格式及结果与分析的具体情况；技能操作考试，占总成绩的30%，包括实验过程的基本操作、实验室仪器的使用以及具体问题的分析解答；基本操作以及常用实验仪器的使用都是在实验室进行，由任课教师现场考察，具体问题的处理以及分析通过抽签的方式进行，在限定时间内让学生进行笔试答题，由这两部分汇总成技能操作考试的最终成绩，同时对技能操作考试不合格的同学，限制其参加期末考试，通过这种考核方式，增加了学生对实验课学习的重视程度，并促使其在综合实验过程中不断提升自身实验技能操作，充分调动了学生动手实验的积极性；课程论文成绩，占30%，主要创新性实验的设计方案的可行性以及实际实施情况，要求每个同学独立完成论文撰写，并对参考文献的数量以及质量提出具体要求，如：要求每篇课程论文至少选择五篇以上内容相关的中文核心文章作为参考，并对论文的格式、字数提出严格要求，提升学生论文的撰写能力，为期毕业课题的设计以及论文撰写打下坚实基础；平时学习成绩，占10%，考查学生的课堂表现和课堂出勤率。对于平时表现突出的同学，如：对于实验准备人员，操作中的组长以及课代表等突出表现者酌情加分，对于三次无故旷课的同学，成绩判定为不合格，给予重修处分。新的考核方法充分考虑了全面、客观、公正的原则，在传统考核的基础上，也体现学生自主学习、搜索文献、实验方案设计等方面的能力，有助于拓宽学生知识面，激发学习积极性。

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