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食品基因工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革
摘要：食品基因工程在現(xiàn)代食品生物技術(shù)領(lǐng)域中占有舉足輕重的地位。研究食品科學(xué)專業(yè)背景本科生的基因工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，設(shè)計(jì)與構(gòu)建適用于食品專業(yè)本科生的基因工程綜合實(shí)驗(yàn)體系，是迫在眉睫的事情。通過對(duì)食品基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題進(jìn)行分析，可以從五個(gè)方面對(duì)教學(xué)進(jìn)行改革，即優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、引進(jìn)開放式實(shí)驗(yàn)或教學(xué)與科研相結(jié)合、轉(zhuǎn)變學(xué)生參與教學(xué)方式、革新實(shí)驗(yàn)報(bào)告、改進(jìn)學(xué)生成績考核方式。這種創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)改革措施的實(shí)施可以達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：食品基因工程 創(chuàng)新性 教學(xué)改革 綜合實(shí)驗(yàn)
基因工程作為一門獨(dú)立的學(xué)科誕生于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過40年的發(fā)展已經(jīng)是現(xiàn)代生物技術(shù)中的核心學(xué)科和四大工程技術(shù)之一，其廣泛應(yīng)用于食品、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域[1]。基因工程是一門集理論與實(shí)踐與一體的學(xué)科，其研究方法與技術(shù)貫穿現(xiàn)代生命科學(xué)的每個(gè)領(lǐng)域。食品科學(xué)是整合和應(yīng)用多個(gè)學(xué)科(化學(xué)、物理、生物、機(jī)械等)的基礎(chǔ)知識(shí)來研究食品的理化、生化以及食品加工原理和工藝的一門交叉學(xué)科。食品生物技術(shù)是食品加工領(lǐng)域的前沿交叉學(xué)科技術(shù)，其包括四大工程技術(shù)[2]，即食品基因工程、食品細(xì)胞工程、食品發(fā)酵工程和食品酶工程。而食品基因工程作為食品生物技術(shù)上游的關(guān)鍵學(xué)科，對(duì)現(xiàn)代食品生物技術(shù)的發(fā)展具有舉足輕重的支撐作用。食品基因工程綜合實(shí)驗(yàn)作為食品基因工程理論課的實(shí)踐課程，是一門非常重要的課程，根據(jù)食品專業(yè)的課程特點(diǎn)研究食品科學(xué)專業(yè)背景本科生的基因工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法以及設(shè)計(jì)與構(gòu)建適用于食品專業(yè)本科生的基因工程綜合實(shí)驗(yàn)體系是值得研究的課題。
1、食品基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題及改革的必要性分析
食品基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不能緊跟學(xué)科發(fā)展的步伐，內(nèi)容古板陳舊[3-5]。目前的實(shí)驗(yàn)課大綱包含的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按授課順序?yàn)椋耗康幕虻腜CR擴(kuò)增、核酸電泳檢測、大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞的制備、質(zhì)粒轉(zhuǎn)化、質(zhì)粒DNA的抽提、重組質(zhì)粒的酶譜鑒定、重組細(xì)胞的誘導(dǎo)表達(dá)、重組酶的親和層析純化、SDS-PAGE蛋白電泳鑒定，共9個(gè)實(shí)驗(yàn)，即80個(gè)學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為基礎(chǔ)性的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，即用課題組里碩士或博士已經(jīng)成功的實(shí)驗(yàn)中的主要實(shí)驗(yàn)材料(例如目的基因或質(zhì)粒等)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。做這種驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如果操作步驟不出大的問題，基本上就能夠得到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ皆谝欢ǔ潭壬夏軌蚴箤W(xué)生溫習(xí)在理論課堂上學(xué)的知識(shí)，且能夠鍛煉同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，可以從實(shí)驗(yàn)中學(xué)到一定的實(shí)驗(yàn)技能，但是對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新性思維訓(xùn)練不能起到明顯的作用，學(xué)生無法體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的失敗，也就不能分析失敗的原因，對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解也就有了局限性。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的另一個(gè)突出問題就是實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一[4，5]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用的是傳統(tǒng)的教學(xué)方式，老師在實(shí)驗(yàn)前會(huì)先把講義上的內(nèi)容(包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康�、原理、步驟)講解一遍，然后就讓同學(xué)們照著講義上的實(shí)驗(yàn)步驟一步一步去做，學(xué)生只是參與了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的輸出，沒有深入思考實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生大部分時(shí)間都是處于被動(dòng)學(xué)習(xí)接受的狀態(tài)，獨(dú)立思考問題的時(shí)間很少。學(xué)生只是在實(shí)驗(yàn)操作技能上有些許提升，而比較重要的分析問題和解決問題的能力沒有任何鍛煉和提高。掌握的這些基礎(chǔ)的具有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的食品基因工程實(shí)驗(yàn)室還是不能獨(dú)立開展創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)研究。
還有一個(gè)問題就是考核方式不合理[5，6]。學(xué)生成績考核的方式影響著他們的學(xué)習(xí)態(tài)度，良好的評(píng)價(jià)方法能夠激發(fā)他們主動(dòng)學(xué)習(xí)和探索知識(shí)的欲望，如何突出學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，成績考核方式顯得特別重要。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課成績?cè)u(píng)定方式是老師通過學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫情況來給定一個(gè)分?jǐn)?shù)，這種評(píng)定方式只能反應(yīng)學(xué)生課下寫作業(yè)的認(rèn)真程度，無法判斷學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上的表現(xiàn)，而作為實(shí)驗(yàn)課，要靠動(dòng)手去操作才能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生的動(dòng)手能力這個(gè)評(píng)判實(shí)驗(yàn)課的重要因素給忽略掉了。從這里可以看出實(shí)驗(yàn)課成績的傳統(tǒng)評(píng)定方式的局限性。
鑒于在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的種種問題，這種模式已經(jīng)不再適應(yīng)我國培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的需要，必須對(duì)這種教學(xué)方式進(jìn)行改革。改革的重點(diǎn)是向以“知識(shí)構(gòu)建和問題求解”為特點(diǎn)的“創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)”模式發(fā)展。這種綜合型的教學(xué)模式與以往的那種“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)”模式相比涉及的知識(shí)面和深度要高的多，更能夠激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)新思維。這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ揭詣?chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究學(xué)習(xí)為主，不斷提高人的主動(dòng)求知的欲望，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。
2、食品基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的具體實(shí)施
2.1 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
對(duì)食品基因工程實(shí)驗(yàn)課程大綱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[2，6]。食品基因工程實(shí)驗(yàn)是一門系統(tǒng)性和綜合性很強(qiáng)的課程，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容時(shí)不僅應(yīng)強(qiáng)調(diào)其基礎(chǔ)性也應(yīng)該強(qiáng)調(diào)其綜合性�；蚬こ虒�(shí)驗(yàn)是由不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)K組成的一個(gè)系統(tǒng)性的綜合實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K之間都存在著緊密的聯(lián)系，是環(huán)環(huán)相扣的一個(gè)過程，前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果通常作為下一步實(shí)驗(yàn)的原材料。因此，只有在上一個(gè)實(shí)驗(yàn)取得可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果后才能進(jìn)入下一步實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生至始至終都樹立完整的科學(xué)研究概念。
基因工程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富多彩，考慮到食品學(xué)科的發(fā)展，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室在微生物酶研究方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，我們應(yīng)選擇一個(gè)與食品生物技術(shù)密切相關(guān)的食品酶為研究對(duì)象，設(shè)立一個(gè)綜合性研究課題，如D-阿洛酮糖3-差向異構(gòu)酶的克隆、表達(dá)及性質(zhì)鑒定，實(shí)驗(yàn)應(yīng)該包含上面提到的九個(gè)實(shí)驗(yàn)的全部內(nèi)容�；蚬こ叹C合實(shí)驗(yàn)中每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的連續(xù)性特點(diǎn)就要求該實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)該在一個(gè)完整的時(shí)間段內(nèi)有條不紊的全部做完，按照實(shí)驗(yàn)大綱的安排，可以安排一兩周的整塊時(shí)間來做這個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。食品基因工程實(shí)驗(yàn)的綜合性和復(fù)雜性對(duì)學(xué)生們來說是最大的考驗(yàn)，但是這也是培養(yǎng)學(xué)生良好的科研理念及思維方式的很好機(jī)遇。通過實(shí)驗(yàn)不僅使學(xué)生能夠了解基本的實(shí)驗(yàn)原理及熟練掌握實(shí)驗(yàn)操作過程，而且還能幫助他們建立好的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)及培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。
2.2 引進(jìn)開放式實(shí)驗(yàn)或教學(xué)與科研相結(jié)合
食品基因工程實(shí)驗(yàn)采用開放性實(shí)驗(yàn)或者與科研相結(jié)合的方式，可以給學(xué)生的創(chuàng)新思維訓(xùn)練提供更廣闊的平臺(tái)[3，4，5，7]。開放性實(shí)驗(yàn)是指在老師規(guī)定的一個(gè)課題范圍內(nèi)，同學(xué)們可以自由選題，從課題方案的設(shè)計(jì)到課題的操作實(shí)施整個(gè)過程都是同學(xué)們掌控的。當(dāng)然在關(guān)系實(shí)驗(yàn)失敗與否的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)階段，老師會(huì)對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行最后的確定，如果有不妥的地方會(huì)讓學(xué)生進(jìn)行修改，這樣以來學(xué)生可以在接下來的實(shí)驗(yàn)操作過程能夠順利進(jìn)行。把基因工程實(shí)驗(yàn)課和指導(dǎo)老師的科研項(xiàng)目相結(jié)合，這是個(gè)大膽的嘗試。在同學(xué)們參與任課老師的科研項(xiàng)目過程中，可以激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生把握課題研究方向的能力，有助于學(xué)生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。
2.3 轉(zhuǎn)變學(xué)生參與教學(xué)方式
讓學(xué)生參與食品基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的每個(gè)環(huán)節(jié)[8]。從實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備階段開始就讓學(xué)生參與進(jìn)來。以往的實(shí)驗(yàn)課程，不管是有機(jī)實(shí)驗(yàn)還是無機(jī)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們?cè)谶M(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前，所有實(shí)驗(yàn)過程中要用到的試劑和原材料都已準(zhǔn)備就緒。讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的每個(gè)環(huán)節(jié)有助于加深他們對(duì)實(shí)驗(yàn)的深刻理解�；蚬こ虒�(shí)驗(yàn)一般都是按照一些成熟的操作步驟做的，操作起來不是很難，而實(shí)驗(yàn)的大部分時(shí)間都花費(fèi)在了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作上�；蚬こ虒�(shí)驗(yàn)不同于以往實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)之一就是一些原材料需要滅菌且部分操作要在無菌條件下進(jìn)行。通過參與實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備學(xué)生們能夠了解哪些需要事先滅菌，哪些需要在無菌條件下操作。培養(yǎng)基及種類繁多的試劑的配制也需要大量的人力參與。學(xué)生們也能熟悉實(shí)驗(yàn)中用到的基本儀器的使用，包括高壓滅菌鍋、PCR儀、蛋白和核酸電泳系統(tǒng)、凝膠成像系統(tǒng)、色譜柱的使用等等。通過讓同學(xué)們參與實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，使同學(xué)們更好的理解整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程。整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程做下來，可以使每個(gè)學(xué)生都能夠單獨(dú)的完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，要灌輸過程重于結(jié)果的思想，減輕學(xué)生們更看重結(jié)果的負(fù)重，使學(xué)生更有效地獲得知識(shí)和能力，從實(shí)驗(yàn)中得到更多的收獲，進(jìn)一步提高學(xué)生的動(dòng)手能力。
積極推廣多種多樣的教學(xué)模式。所有的教學(xué)模式可以歸為兩類，第一類以老師為主導(dǎo)，第二類是把學(xué)生作為主導(dǎo)。首先說第一類，老師起主導(dǎo)作用，即老師主講，但在傳統(tǒng)教學(xué)模式上做些變動(dòng)，即變成互動(dòng)式教學(xué)。這種互動(dòng)式教學(xué)方法需要學(xué)生的積極配合。作為學(xué)生，應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)開始之前通過預(yù)習(xí)全部的實(shí)驗(yàn)講義掌握整個(gè)實(shí)驗(yàn)的流程，實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)的銜接以及基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)，如實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮�、�?shí)驗(yàn)操作步驟，通過查閱資料獲取實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，做出預(yù)案以防實(shí)驗(yàn)失敗，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)有一個(gè)整體的深入理解。老師可以隨機(jī)提出一些問題讓同學(xué)們回答，學(xué)生們也可以就某些實(shí)驗(yàn)疑點(diǎn)向老師請(qǐng)教，活躍課堂氛圍，那些表現(xiàn)好的學(xué)生在評(píng)定成績時(shí)可以獲得額外的加分機(jī)會(huì)。這種方式能夠更積極的調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的熱情。另外一種教學(xué)方法就是采取角色互換的教學(xué)方式，第一種是老師講學(xué)生聽，而這一種是把老師和學(xué)生的角色互換，由學(xué)生在講臺(tái)上主講，然后大家補(bǔ)充和討論，最后由老師做出點(diǎn)評(píng)、總結(jié)。這是一種大膽的嘗試，對(duì)學(xué)生的要求很高，需要學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)有透徹的理解。
2.4 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的創(chuàng)新
傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告由實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑�、�?shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、討論及思考題這幾部分構(gòu)成，這樣的寫法幾乎是一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)格式。由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課中的每個(gè)實(shí)驗(yàn)是獨(dú)立的，是互不影響的，而每個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容相對(duì)較少，采用標(biāo)準(zhǔn)格式書寫讓人對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)一目了然。但是食品基因工程實(shí)驗(yàn)是一個(gè)綜合性的大實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都是相互有聯(lián)系的，完全可以作為一個(gè)本科生的畢業(yè)課題來對(duì)待。所以，可以嘗試讓學(xué)生們按照畢業(yè)論文的格式書寫這個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，也就構(gòu)成了一個(gè)小論文[6]。按照論文的格式來寫，首先第一部分是緒論，寫這種食品酶的研究背景及研究目的和意義，然后第二部分就寫所做的實(shí)驗(yàn)部分，包括前言、材料與方法、主要試劑和儀器，接下來就是實(shí)驗(yàn)步驟，最后是實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論部分。在小論文的最后部分可以做個(gè)小結(jié)。這種寫法有助于開闊學(xué)生的視野，不只是把目光局限在一個(gè)個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)上面，而用開放的思維去思考整個(gè)實(shí)驗(yàn)。也可以讓學(xué)生們盡早接觸畢業(yè)論文的書寫格式，為學(xué)生真正的畢業(yè)論文寫作打下基礎(chǔ)。
2.5 改進(jìn)學(xué)生成績考核方式
以前的實(shí)驗(yàn)課成績?cè)u(píng)定方式是通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告的分?jǐn)?shù)給定的，這種評(píng)分方式過于單一化，有諸多弊端，所以我們要擯棄這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課成績?cè)u(píng)定方式。學(xué)生的成績是由多種因素共同決定的，這些因素可以歸納如下：實(shí)驗(yàn)小論文，實(shí)驗(yàn)操作測評(píng)，平時(shí)表現(xiàn)與出勤[7，9，10，11]。這三個(gè)部分應(yīng)該按照一定的比例分?jǐn)?shù)構(gòu)成一個(gè)學(xué)生的總成績。小論文的質(zhì)量應(yīng)該是這個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)的最重要評(píng)判指標(biāo)，反應(yīng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及對(duì)待實(shí)驗(yàn)的認(rèn)真態(tài)度。實(shí)驗(yàn)操作測評(píng)有老師在實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行期間的巡視觀察來判斷學(xué)生的操作實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手能力。平時(shí)表現(xiàn)與出勤則反應(yīng)了學(xué)生課堂上的積極性及參與度。這幾種因素的疊加對(duì)以前單一評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)起到很好的平衡作用，能夠更有效的促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
3、結(jié)語
構(gòu)建針對(duì)食品專業(yè)本科生的食品基因工程綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系需要強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計(jì)性和實(shí)用性。隨著教育體制的改革、教學(xué)手段的不斷豐富、教學(xué)受體的更替，食品專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)也要跟上時(shí)代的步伐。隨著教學(xué)改革的深入，以“知識(shí)構(gòu)建和問題求解”為特點(diǎn)的“創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)”模式受到國內(nèi)外很多高校的關(guān)注[12]。這種模式的教學(xué)方法能夠讓學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)得到激發(fā)，在學(xué)習(xí)的過程中，以研究型學(xué)習(xí)為主，不斷提高人的主動(dòng)求知的欲望，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。在食品基因工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)立一個(gè)與食品生物技術(shù)有緊密聯(lián)系的食品基因工程研究課題，結(jié)合學(xué)生們的課堂知識(shí)，組織學(xué)生們進(jìn)行創(chuàng)新性的自主綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或從事教師的科研項(xiàng)目，能夠?qū)崿F(xiàn)多學(xué)科知識(shí)點(diǎn)的融合，在綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)中不斷改進(jìn)與提高，為學(xué)生們提供很好的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生們從事學(xué)術(shù)科研活動(dòng)的研究思路和科學(xué)方法，為其今后的研究生深造或參加工作加深基礎(chǔ)理論創(chuàng)新思維。
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