食品基因工程綜合實驗教學(xué)改革

時間：2024-10-19 08:34:01 教學(xué)論文我要投稿

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食品基因工程綜合實驗教學(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驗教學(xué)方法，設(shè)計與構(gòu)建適用于食品專業(yè)本科生的基因工程綜合實驗體系，是迫在眉睫的事情。通過對食品基因工程實驗教學(xué)中存在的問題進行分析，可以從五個方面對教學(xué)進行改革，即優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容、引進開放式實驗或教學(xué)與科研相結(jié)合、轉(zhuǎn)變學(xué)生參與教學(xué)方式、革新實驗報告、改進學(xué)生成績考核方式。這種創(chuàng)新性實踐教學(xué)改革措施的實施可以達到培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的目標(biāo)。

食品基因工程綜合實驗教學(xué)改革

　　關(guān)鍵詞：食品基因工程創(chuàng)新性教學(xué)改革綜合實驗

　　基因工程作為一門獨立的學(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]�；蚬こ淌且婚T集理論與實踐與一體的學(xué)科，其研究方法與技術(shù)貫穿現(xiàn)代生命科學(xué)的每個領(lǐng)域。食品科學(xué)是整合和應(yīng)用多個學(xué)科(化學(xué)、物理、生物、機械等)的基礎(chǔ)知識來研究食品的理化、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驗作為食品基因工程理論課的實踐課程，是一門非常重要的課程，根據(jù)食品專業(yè)的課程特點研究食品科學(xué)專業(yè)背景本科生的基因工程綜合實驗教學(xué)方法以及設(shè)計與構(gòu)建適用于食品專業(yè)本科生的基因工程綜合實驗體系是值得研究的課題。

　　1、食品基因工程實驗教學(xué)中存在的問題及改革的必要性分析

　　食品基因工程實驗教學(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]。目前的實驗課大綱包含的實驗內(nèi)容按授課順序為：目的基因的PCR擴增、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、重組酶的親和層析純化、SDS-PAGE蛋白電泳鑒定，共9個實驗，即80個學(xué)時。實驗教學(xué)模式為基礎(chǔ)性的驗證性實驗，即用課題組里碩士或博士已經(jīng)成功的實驗中的主要實驗材料(例如目的基因或質(zhì)粒等)進行實驗。做這種驗證性實驗，如果操作步驟不出大的問題，基本上就能夠得到預(yù)期的實驗結(jié)果。這種實驗?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，且能夠鍛煉同學(xué)們的實驗動手能力，可以從實驗中學(xué)到一定的實驗技能，但是對學(xué)生的創(chuàng)新性思維訓(xùn)練不能起到明顯的作用，學(xué)生無法體驗實驗的失敗，也就不能分析失敗的原因，對實驗的理解也就有了局限性。

　　實驗教學(xué)存在的另一個突出問題就是實驗教學(xué)方法單一[4，5]。實驗教學(xué)采用的是傳統(tǒng)的教學(xué)方式，老師在實驗前會先把講義上的內(nèi)容(包括實驗?zāi)康摹⒃�、步驟)講解一遍，然后就讓同學(xué)們照著講義上的實驗步驟一步一步去做，學(xué)生只是參與了實驗結(jié)果的輸出，沒有深入思考實驗的機會。在整個實驗過程中，學(xué)生大部分時間都是處于被動學(xué)習(xí)接受的狀態(tài)，獨立思考問題的時間很少。學(xué)生只是在實驗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)的具有驗證性實驗性質(zhì)的食品基因工程實驗室還是不能獨立開展創(chuàng)新型實驗研究。

　　還有一個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，良好的評價方法能夠激發(fā)他們主動學(xué)習(xí)和探索知識的欲望，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)的實驗課成績評定方式是老師通過學(xué)生的實驗報告的書寫情況來給定一個分?jǐn)?shù)，這種評定方式只能反應(yīng)學(xué)生課下寫作業(yè)的認(rèn)真程度，無法判斷學(xué)生在實驗課上的表現(xiàn)，而作為實驗課，要靠動手去操作才能得出實驗結(jié)果，學(xué)生的動手能力這個評判實驗課的重要因素給忽略掉了。從這里可以看出實驗課成績的傳統(tǒng)評定方式的局限性。

　　鑒于在實驗教學(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，必須對這種教學(xué)方式進行改革。改革的重點是向以“知識構(gòu)建和問題求解”為特點的“創(chuàng)新性實踐教學(xué)”模式發(fā)展。這種綜合型的教學(xué)模式與以往的那種“驗證性實驗教學(xué)”模式相比涉及的知識面和深度要高的多，更能夠激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)新思維。這種實驗?zāi)Ｊ揭詣?chuàng)新性實驗研究學(xué)習(xí)為主，不斷提高人的主動求知的欲望，達到更好的學(xué)習(xí)效果。

　　2、食品基因工程實驗教學(xué)改革的具體實施

　　2.1 優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容

　　對食品基因工程實驗課程大綱進行優(yōu)化設(shè)計[2，6]。食品基因工程實驗是一門系統(tǒng)性和綜合性很強的課程，設(shè)計實驗教學(xué)內(nèi)容時不僅應(yīng)強調(diào)其基礎(chǔ)性也應(yīng)該強調(diào)其綜合性�；蚬こ虒嶒炇怯刹煌膶嶒�?zāi)K組成的一個系統(tǒng)性的綜合實驗，每個實驗?zāi)K之間都存在著緊密的聯(lián)系，是環(huán)環(huán)相扣的一個過程，前一個實驗的結(jié)果通常作為下一步實驗的原材料。因此，只有在上一個實驗取得可靠的實驗結(jié)果后才能進入下一步實驗，使學(xué)生至始至終都樹立完整的科學(xué)研究概念。

　　基因工程實驗內(nèi)容豐富多彩，考慮到食品學(xué)科的發(fā)展，結(jié)合實驗室在微生物酶研究方面的豐富經(jīng)驗，我們應(yīng)選擇一個與食品生物技術(shù)密切相關(guān)的食品酶為研究對象，設(shè)立一個綜合性研究課題，如D-阿洛酮糖3-差向異構(gòu)酶的克隆、表達及性質(zhì)鑒定，實驗應(yīng)該包含上面提到的九個實驗的全部內(nèi)容�；蚬こ叹C合實驗中每個實驗?zāi)K的連續(xù)性特點就要求該實驗課程應(yīng)該在一個完整的時間段內(nèi)有條不紊的全部做完，按照實驗大綱的安排，可以安排一兩周的整塊時間來做這個綜合性實驗。食品基因工程實驗的綜合性和復(fù)雜性對學(xué)生們來說是最大的考驗，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遇。通過實驗不僅使學(xué)生能夠了解基本的實驗原理及熟練掌握實驗操作過程，而且還能幫助他們建立好的實驗素養(yǎng)及培養(yǎng)團隊協(xié)作能力。

　　2.2 引進開放式實驗或教學(xué)與科研相結(jié)合

　　食品基因工程實驗采用開放性實驗或者與科研相結(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[3，4，5，7]。開放性實驗是指在老師規(guī)定的一個課題范圍內(nèi)，同學(xué)們可以自由選題，從課題方案的設(shè)計到課題的操作實施整個過程都是同學(xué)們掌控的。當(dāng)然在關(guān)系實驗失敗與否的實驗方案設(shè)計階段，老師會對學(xué)生的設(shè)計方案進行最后的確定，如果有不妥的地方會讓學(xué)生進行修改，這樣以來學(xué)生可以在接下來的實驗操作過程能夠順利進行。把基因工程實驗課和指導(dǎo)老師的科研項目相結(jié)合，這是個大膽的嘗試。在同學(xué)們參與任課老師的科研項目過程中，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驗教學(xué)的每個環(huán)節(jié)[8]。從實驗的準(zhǔn)備階段開始就讓學(xué)生參與進來。以往的實驗課程，不管是有機實驗還是無機實驗，學(xué)生們在進入實驗室前，所有實驗過程中要用到的試劑和原材料都已準(zhǔn)備就緒。讓學(xué)生參與實驗的每個環(huán)節(jié)有助于加深他們對實驗的深刻理解�；蚬こ虒嶒炓话愣际前凑找恍┏墒斓牟僮鞑襟E做的，操作起來不是很難，而實驗的大部分時間都花費在了實驗的準(zhǔn)備工作上。基因工程實驗不同于以往實驗的特點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行。通過參與實驗的準(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)生們也能熟悉實驗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)們參與實驗的各個環(huán)節(jié)，使同學(xué)們更好的理解整個實驗流程。整個實驗流程做下來，可以使每個學(xué)生都能夠單獨的完成整個實驗。在實驗過程中，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和能力，從實驗中得到更多的收獲，進一步提高學(xué)生的動手能力。

　　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，即變成互動式教學(xué)。這種互動式教學(xué)方法需要學(xué)生的積極配合。作為學(xué)生，應(yīng)該在實驗開始之前通過預(yù)習(xí)全部的實驗講義掌握整個實驗的流程，實驗與實驗的銜接以及基礎(chǔ)的實驗知識，如實驗?zāi)康暮驮怼嶒灢僮鞑襟E，通過查閱資料獲取實驗注意事項，做出預(yù)案以防實驗失敗，對整個實驗有一個整體的深入理解。老師可以隨機提出一些問題讓同學(xué)們回答，學(xué)生們也可以就某些實驗疑點向老師請教，活躍課堂氛圍，那些表現(xiàn)好的學(xué)生在評定成績時可以獲得額外的加分機會。這種方式能夠更積極的調(diào)動學(xué)生參與實驗的熱情。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)生在講臺上主講，然后大家補充和討論，最后由老師做出點評、總結(jié)。這是一種大膽的嘗試，對學(xué)生的要求很高，需要學(xué)生對實驗有透徹的理解。

　　2.4 實驗報告的創(chuàng)新

　　傳統(tǒng)的實驗報告由實驗?zāi)康脑�、實驗步驟、實驗結(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實驗報告的標(biāo)準(zhǔn)格式。由于傳統(tǒng)實驗課中的每個實驗是獨立的，是互不影響的，而每個實驗的內(nèi)容相對較少，采用標(biāo)準(zhǔn)格式書寫讓人對這個實驗一目了然。但是食品基因工程實驗是一個綜合性的大實驗，每個實驗都是相互有聯(lián)系的，完全可以作為一個本科生的畢業(yè)課題來對待。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綜合實驗的內(nèi)容，也就構(gòu)成了一個小論文[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驗部分，包括前言、材料與方法、主要試劑和儀器，接下來就是實驗步驟，最后是實驗結(jié)果和討論部分。在小論文的最后部分可以做個小結(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個獨立的實驗上面，而用開放的思維去思考整個實驗。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 改進學(xué)生成績考核方式

　　以前的實驗課成績評定方式是通過實驗報告的分?jǐn)?shù)給定的，這種評分方式過于單一化，有諸多弊端，所以我們要擯棄這種傳統(tǒng)的實驗課成績評定方式。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：實驗小論文，實驗操作測評，平時表現(xiàn)與出勤[7，9，10，11]。這三個部分應(yīng)該按照一定的比例分?jǐn)?shù)構(gòu)成一個學(xué)生的總成績。小論文的質(zhì)量應(yīng)該是這個綜合實驗的最重要評判指標(biāo)，反應(yīng)學(xué)生實驗的結(jié)果及對待實驗的認(rèn)真態(tài)度。實驗操作測評有老師在實驗課進行期間的巡視觀察來判斷學(xué)生的操作實驗的動手能力。平時表現(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以前單一評判標(biāo)準(zhǔn)起到很好的平衡作用，能夠更有效的促進學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

　　3、結(jié)語

　　構(gòu)建針對食品專業(yè)本科生的食品基因工程綜合實驗實踐教學(xué)體系需要強調(diào)基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計性和實用性。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)綜合實驗實踐教學(xué)也要跟上時代的步伐。隨著教學(xué)改革的深入，以“知識構(gòu)建和問題求解”為特點的“創(chuàng)新性實踐教學(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，不斷提高人的主動求知的欲望，達到更好的學(xué)習(xí)效果。在食品基因工程綜合實驗教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)立一個與食品生物技術(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，組織學(xué)生們進行創(chuàng)新性的自主綜合實驗設(shè)計或從事教師的科研項目，能夠?qū)崿F(xiàn)多學(xué)科知識點的融合，在綜合實驗實踐教學(xué)中不斷改進與提高，為學(xué)生們提供很好的綜合實驗教學(xué)的同時引導(dǎo)學(xué)生們從事學(xué)術(shù)科研活動的研究思路和科學(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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