四步法深化分子克隆技术课程改革的探索

摘要：尝试采用“基础针对性练习—科研论文讨论—自主设计综合实验—生物公司参观” 四步法模式，对分子克隆技术课程进行教学改革的探索与实践。主要围绕分子克隆技术中“DNA重组克隆包括切、接、转、增、检五大单元操作”。采用循序渐进，层层递进的步骤来深化分子克隆技术课程实践教学改革与创新，从而达到促进应用型人才培养的目的。“四步法”具体内容及作用如下：第1步巧设作业题目，打牢基础，强化应用能力。第2步，任务引领，剖析实例，组织课堂辩论，创造应用机会。第3步，实施综合设计性实验，实践中锻炼分析具体问题、验证具体设计和强化实际操作的能力。第4步，著名生物技术公司的生产流程的参观，明确分子克隆技术在生物技术产业中的整合效用和应用前景。

关键词：分子克隆技术；理论教学；实验教学；教学改革

中图分类号：G424文献标识码：A

基金项目：仲恺农业工程学院教育教学研究项目。生物技术（Biotechnology）是21世纪的一门新兴学科，也是国家经济发展新的增长点。为适应21世纪经济和科技激烈竞争的形势以及市场经济的社会环境，培养高素质创新及应用型人才是从事生物技术专业人才培养的教育工作者急需探讨和解决的问题。分子克隆技术是一门实验性、实践性和综合性较强的新兴学科。学生对分子克隆技术基础理论知识的学习、实践动手能力的训练和科学素质的培养与实验教学关系密切，实验方法先进与否直接影响高素质应用型创新人才的培养。我们通过不断探索，根据分子克隆技术课程特点就如何提高实验教学质量，对“基础针对性练习—科研论文讨论—自主设计综合实验—生物公司参观四步法”模式进行了探索与实践。

分子克隆技术包括把来自不同生物的基因同有与自主复制能力的载体DNA在体外人工连接，构建成新的重组DNA，然后送入受体生物中去表达，从而产生遗传物质和状态的转移和重新组合。分子克隆的主要思想是外源基因的分离、克隆、扩增和表达。就整个流程而言，分子克隆技术包括切、接、转、增、检五大单元操作。

1该课程现状与存在问题

分子生物学的迅猛发展和良好的应用前景，使得基因工程、分子克隆技术等成为高校生物类专业的必修课，国内外该类课程开设过程中主要存在的问题主要有以下5个方面：

11分子克隆

技术特点课程的核心理论部分包括外源基因的分离、克隆、扩增和表达，其中涉及限制性核酸内切酶、载体、基因分离、基因表达等基本理论，这些理论内容抽象、晦涩、难懂，实验过程中微观表象难以观察，经常使学生产生深奥、难学的畏难情绪，影响了学生学习的积极性。

12分子克隆

“四步法”深化分子克隆技术课程实践教学改革，促进应用型人才培养（G2100049）技术。就整个流程而言，分子克隆技术包括切、接、转、增、检五大单元操作。这些操作技术涉及到很多工程类的设计，在一系列的流程中，要环环相扣，设计严谨、准确才会有正确的实验结果出来，使学生不知从哪里着手和怎样深入下去的问题，每当在毕业论文课题、工作的应用中涉及该门课程应用时，学生就会不知所措，无从下手。

13该课程所

设的实践教学环节的时间很有限，学生不愿提前预习，预习没有针对性，实验过程中抓不住重点，具体做的过程中，匆忙赶进度，效果不好，过后学生糊里糊涂，因此在随后的科研课题中碰到同样的问题照样不会，浪费了教学资源，影响了教学效果。

14理论课程

和实践课程结合的不紧密，理论部分讲解过后，督促学生巩固知识不够，作业将理论知识与实践内容相结合、有针对性的内容太少，使得学生不能有意识的将理论和实际应用相结合，缺乏主观能动性。

15学生的主

动参与机会不多，很多学校实验课设置和实施中，老师成为完全的主导，学生知识被动的接受，不参与实验准备，不了解实验目的，分组实验中多人一组导致实验资源不够，使很多学生不愿意动手，只根据出勤、实验报告给分数不能完整地反映学生的真正的实验水平及能力。不能调动学生的积极主动性。因此，经常会出现学习和实际应用脱节的现象。培养应用型人才，将所学知识用到课题研究中，掌握的知识能促进就业、增加就业选择机会，也是培养应用型人才的重要一步。

2课程改革教学设计思想与特色

《分子克隆技术》作为生物技术专业的专业主干课，知识呈爆炸式发展，我们结合生物技术专业的特点和学生就业形势，开展该课程的实践教学改革探索，以提高学生应用能力和社会竞争实力为专业培养目标，着力培养具有专业视野的应用型人才。为了夯实学生的专业基础，我们在教学中借鉴美英高校课程教学经验，建立了“围绕中心、循序渐进、任务引领、阶段实践、有机整合”的课程教学模式，培养了学生的工程思维，为将来用分子克隆技术生产各种高附加值生物制品奠定了基础。

我校生命科学学院的生物技术专业和生命科学专业立足于培养具有合理的生物技术知识结构、能力结构和素质结构，适应现代科技发展、社会发展和经济发展需要，高级应用型专门人才。分子克隆技术是我校生科院生物技术专业本科生主干课程。该课程内容繁杂，概念抽象，理论性和技术性强，然而当前高校教学时间的有限性和知识增长的无限性之间的矛盾越来越尖锐，为了更好的协调这一矛盾，尝试从深化教学内容与教学方法，充分利用有限的授课时间，提高教学效率，因此，我们进行系列的思考和改革尝试。

21课程改革的目标

211建立科学和完善的“四步法”内容和模式，细化提高每步骤中的具体问题的科学性和可执行性。

212该方法使学生的主动参与意识得到提高，表现在参与的积极性上，设计的主动性上，以及讲解和实验时的主动参与积极性上，得到最佳的参与模式。

213相应的建立一套更好评价的反馈方法和体系。

214学生能准确完成老师布置的第1步引物设计、载体分析的作业，高质量的完成第2阶段的科研论文讲解，准确完成第3阶段连贯性实验内容，第4步能够把所学知识和就业前景结合上认识更深刻。

22主要特色

221首次围绕分子克隆技术中的核心技术“DNA重组克隆包括切、接、转、增、检五大单元操作”为中心的，循序渐进的步骤来深化课程改革，其中涵盖了理论、科研论文、实验设计、实验实施、整体应用案例多个内容，通过感性认识、主动参与设计、亲自试验到参观体验，充分发挥了学生的主观能动性。使学生将该课程的理论应用到实践中。

222尝试让学生参与设计的连续性实验，力图培养学生的创新能力和实验动手能力，学生主动讲解自己的设计、讲解科研论文，学生的主体性得到最大发挥。

223本项目围绕分子克隆技术中“DNA重组克隆包括切、接、转、增、检五大单元操作”。为主线，以知识应用的顺序，经历了知识的分解再到整合的步骤，逐步的完成教学任务，突出了技术的应用性。

224运用现代化的手段加强了教学效果，尝试以网络中的著名生物信息网站NCBI和生物信息软件，以及多媒体教学手段相辅助，提高教学和实验效果。

23拟解决的问题

231“四步法”中具体每一步的内容详细化，使可操作性提高。例如，第1步中，NCBI查找某一感兴趣的基因的序列，所选基因片段不超过500bp，Oligo 60和Vector NTI软件的拷给学生，并大致讲解用法。讲解加入酶切位点的具体实施技巧，使得扩增出片段与载体之间能顺利切与连。第2步中科研论文环节，论文选取要准确、简明。

232解决各实施步骤中的时间安排、效率以及效果的最佳模式。四个步骤中的第1步和第2步，需用一些课堂讲授时间，但课堂时间有限的情况下，充分发挥学生利用课堂下时间保质保量的完成这2个步骤，同时老师也应该利用休息时间来利用QQ及邮箱等手段，指导学生。

233在整个四步法过程中，克服学生被动依赖已知的实验设计以及老师的指导的惰性，在课前鼓励学生广泛查阅资料，主动设计参与，参与实验准备，主动激发他们的积极性。使实验的效果更好。激发出学生真正的学习兴趣。

234拟摸索出一套科学的与“四步法”配套的考核体系，能够确定每一步骤中学生认真完成的好作业，能确保学生都参与其中，取得最佳的效果。

24实验教学组织形式及改革的具体实施

241作业内容：NCBI查找某一感兴趣的基因的序列，正确使用Oligo 60设计引物，用Vector NTI软件分析载体PUC18或PUC19的特点，设计方案，扩增出片段怎样加入2个酶切位点，从而把这两个酶切位点加入引物中，使得扩增出片段与载体之间能顺利切与连。作业以组为单位上交，每组派出代表，课堂上全班面前用多媒体演示自己组完成作业情况。

242科研论文环节：选取6～8篇我国一级专业学报中的设计基因克隆技术的科研论文分配给每组一篇，其中研究材料与方法清晰，尤其是分子克隆技术步骤明确，打印后按组分发，让学生课下研读、讨论，整理该文章的技术路线，每组做PPT进行该科言论讲解，每组成员之间可以分工汇报，同时其他同学和老师可以提问和讨论。

243综合设计性实验环节：常规PCR、DNA酶切、片段回收及重组连接和感受态细胞制备、重组基因转化设计成一个综合设计实验中，让学生参与其中亲自操作、通过实验结果验证设计的正确性。

244参观环节：联系中山大学达安生物技术有限公司，带领同学参观，同学了解生产线、产品的技术问题，写参观报告和体会。

3课程实验改革的主要特色及考核内容

表1课程实施过程的考核

内容第1步第2步第3步第4步考评标准相关科研论文及网站中的中序列

1 常用限制性内切酶特性。

2常用载体设计分子克隆技术的科研文献

整体思路技术讲解完成7个实验参观生物试剂公司并讲解其流程，使学生掌握其完整的生产及技术过程要求PPTPPT实验报告、具体表现写参观报告及技术分析成绩统计打分打分打分打分总分数的百分比%202040204该实验课程改革后的效果

该课程形成了一套成熟的 “四步法”技术体系取得了明显和显著的教学效果，该方法可以在类似涉及抽象理论以及实践教学环节结合的分子生物技术课程中大范围推广应用。使得该课程的理论学习效果、实践教学的效果、学生的综合实践能力以及培养学生创新意识和探索精神方面的效果。

41该课程改革提高学生理论学习的目的性

提前备课准备资料，围绕分子克隆技术中“DNA重组克隆包括切、接、转、增、检五大单元操作”，设计综合连续实验，把最终的实验目的告诉学生，让学生按照实验连续环节，利用老师发给的软件分析常用载体的序列或已知任何一段载体的序列酶切位点，在目的片段和载体连接之间设计选择合适的限制性核酸内切酶，引物设计和在引物上加酶切位点，选择适合的载体，感受态细胞，完成这些关键环节的设计后再整理成为PPT给大家讲解。老师进行点评并提出不足修改意见。这个过程使得学生的理论学习更有针对性和实用性。获得了较好效果。

42该课程改革提高学生实践环节的教学效果

基础实验教学环节不仅帮助学生掌握分子生物学与基因工程基本实验技术和技能，而且帮助学生建立了无菌操作观念；对于刚接触分子生物学与基因工程实验的初学者而言，具有非常好的教学效果。学生根据指导教师的要求和在基本实验技能训练基础上，自己设计一个综合性大实验，并独立完成实验的每一部分内容，使实验内容逐步加深，实验技能的训练逐步加强。如：选取亲缘关系较近的热研2号柱花草和热研13号柱花草，经典分类学上两者是不同的2个品种，但是他们的叶和花的形态非常相近，仅有细微的差别，而且这种差别在不同的地区还有混淆。学生为了了解这两种植物在遗传上是否是完全一样，对他们的基因组DNA进行了SRAP多态性分析，实验结果的明显差异使学生清晰的了解了不同品种在分子水平上的明显差异。不仅使学生掌握了一种新的分子标记分析技术。更启发了学生在科研上发现问题、解决问题的思路。因此，“基础—自主设计综合型分子克隆实验”作为一种以学生为主体，充分发挥学生主动性，培养学生创新意识和实验能力的新的实验教学模式，符合21世纪复合型人才培养的需求。

43提高学生综合能力

该方法使生物技术和生命科学专业的本科生掌握了理论、提高实验能力、得到了锻炼的机会，对进入学位论文课题、进一步深造考研以及就业后从事相关专业就业的学生打下了相关专业基础和实践能力，更好的提升了专业素质。使分子克隆技术这门实验课程的理论和实验内容都达到科学的效果。学生在自主设计综合性试验过程中，从试验方案的设计到实验材料和仪器设备的准备，从试验条件的摸索到每个试验环节的完成，需要运用本学科的基本理论知识和综合应用其他相关学科的基础理论知识。例如在完成“已知水稻基因的克隆”试验时，除应用一系列的分子生物学与基因工程实验技术外，查找基因时应用到了NCBI网站的基因查找文献技巧，学生还应用软件分析基因中酶切位点的，另外学习应用软件分析载体从而选择适合的载体。在进行试验方案设计到完成类似研究性小论文形式的实验报告时，需要利用网络查阅相关文献资料，对所得的实验数据需要利用计算机进行的处理，并进行科学的分析。因此，学生自主设计综合性试验，既锻炼了学生科技论文写作、查阅文献和计算机应用的能力，同时也明显提高了学生试验设计和实验操作的能力以及分析和解决问题的能力。

44培养学生创新意识和探索精神

学生在完成自主设计综合性试验中，处于积极主动地位，为解决在试验过程中遇到的问题，学生经常查阅相关文献资料，再和老师进行交流讨论，提出解决问题的方案，并利用课余时间反复试验，反复调整试验方案，直至获得成功。因此，学生自主设计性试验留给学生更多的学习和思维的时间与空间，有效地拓展了学生的学习范围，激发了学生参与实践的积极性，更好地培养了学生的创新意识和实验能力以及勇于探索的创新精神，同时教师与学生进行讨论和指导时，形成了教师与学生共同活动的互动过程和以学生为主体的学习局面。

分子克隆技术是我校生物技术品牌专业学位课程，在教学过程中分子生物学与基因工程课程组始终围绕我校的办学地位和人才培养的目标，在分子生物学与基因工程实践教学过程中不断改革与探索，提出“四步法”深化分子克隆技术课程实践教学改革与创新的实验教学模式，经过2年的实践教学，证明“基础针对性练习—科研论文讨论-自主设计综合实验-生物公司参观四步法”模式的教学模式得到学生们的普遍欢迎。

参考文献

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作者简介：张伟丽（1969-），女，副教授，博士。主要从事植物抗病生理生理及分子机理研究。

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