邵红伟，黄树林

（广东药学院 生命科学与生物制药学院/生物制药研究所，广东 广州 510006）

生物制药专业本科生《基因工程综合性实验》的改革与探索

邵红伟，黄树林

（广东药学院 生命科学与生物制药学院/生物制药研究所，广东 广州 510006）

为了帮助学生更全面深入地理解和掌握基因工程技术，进一步深化实验教学改革，将《基因工程》、《发酵工艺原理》和《生物技术药物药剂与药代动力学》这三门课程中相互联系比较密切的实验部分进行有机的整合，同时结合我们自己的科研项目，围绕基因工程这一中心，设计了一套较为完善的综合性实验流程，同时对实验的考核方式进行了改革.调查结果表明这一改革取得了较好的效果，为我们在其他实验课程中开展改革提供了有益的借鉴.

基因工程；综合性实验；教学改革

基因工程技术自从在上个世纪70年代诞生以来，如今已经被广泛地应用在生命科学的各个领域，特别是近年来在医药科学方面的应用更是显示出这项技术巨大的应用前景.因此，基因工程技术成为生物学、医学、制药学以及相关专业最重要的课程之一，特别是对于生物制药专业的学生来说，基因工程技术是他们学习的核心内容之一，在本科阶段培养他们对这门课程的兴趣，使他们掌握基因工程基本的操作技能和方法，熟悉基因工程的操作流程，并对他们的动手能力和科学思维进行锻炼，对于他们今后的工作和进一步的学习具有非常重要的意义.在这一思想的指导下，并结合实际情况我们对基因工程实验课进行了一些改革.

1 整合实验内容，完善实验流程

基因工程技术从上游技术到下游技术，涉及的实验内容较多，同其他课程存在着不同程度的重叠，以前这些实验被分散在不同的课程范围内，如《分子生物学》、《基因工程》、《发酵工艺学》、《生物技术药物药剂与药动学》等.这样使得学生对整个基因工程技术缺少一种系统连贯的认识，只见树木不见森林，这对于他们进一步的学习和今后的发展是一种不容忽视的制约.为了改变这一现状，有必要对相关的实验内容进行有机的整合，形成一个从上游到下游完整统一的综合性实验，使学生能够系统连贯地学习这一技术.同时，通过这样的整合也使他们能够对基因工程技术有一个更深入的认识和理解，便于他们更好的掌握相关的技能，从而在今后的科研和工作中能够更全面地考虑问题.

我们从本院的课程设置、实验室和仪器配备以及师资力量等实际情况出发，在校级本科教学改革项目的支持下，以我院教师的科研成果为依托，对基因工程技术实验课程教学方面进行了一些探索性的改革.我们将《基因工程》、《发酵工艺原理》和《生物技术药物药剂与药代动力学》等课程中涉及到基因工程技术的实验部分整合在一起，并结合《生物信息学》、《分子生物学》的相关内容，以单独授课的方式，利用108个学时的时间集中开展了基因工程综合性实验，该实验基本涵盖了基因工程从上游到下游的关键技术，如，基因克隆、载体连接、感受态转化，质粒提取、细胞培养、基因转染、流式细胞技术检测基因表达和细胞凋亡、重组蛋白的诱导表达和发酵条件优化、实验动物常规操作等.我们希望通过这种系统的实验教学方式能够克服分散开设实验的某些不足之处，帮助学生更好的理解和掌握基因工程的基本操作技能.

2 整合教学人员，发挥专业特长

由于本综合实验涉及的实验内容较多，上课的学生也较多，为了保证教学质量，需要多个教师共同参与实验教学任务.我们按照从上游到下游的顺序将整个实验分为数个单元：分子生物学单元，其中包括基因克隆、载体连接、感受态转化，质粒提取等实验内容；细胞生物学单元，包括PBMC分离、细胞培养、基因转染、流式细胞技术检测基因表达和细胞凋亡等实验内容；实验动物单元，包括实验动物的常规操作、荷瘤小鼠模型构建流程等实验内容；药剂与药代动力学单元，包括基因药物的体内分布、作用靶点观察等实验内容；重组蛋白质发酵单元，包括诱导时间、诱导温度、通气状况、pH值、还原糖含量等条件的优化实验.根据上述每个实验单元的教学内容需要，我们选择相应专业的骨干教师担任该部分实验的带教人员，通过这样的整合，一方面能够有效利用本院的教师资源，另一方面又能充分发挥各带教老师的专业特长，同时对学生来说，他们也能更好地学到相关的实验知识和技能.通过这样的整合，也使得各位主讲教师能够优势互补，相互学习，既利于培养大家的团队协作精神，也有助于形成一个具有较强实验教学能力的教师团队.

3 研教结合，以科研促教学

本二级学院前身为生物制药研究所，目前属于院所合一的建制，以科研促教学、提高本科生实验教学水平是本院一贯坚持的教学传统.从实验教学需要出发，我们从以往的科研项目中选取了部分研究内容用于学生的综合性实验教学.为了使学生对基因工程在制药方面的应用有一个更加全面的了解，我们将整个实验划分为两大部分，一部分为基因药物的制备和功能研究，包括上述的分子生物学单元、细胞生物学单元、实验动物单元、药剂与药代动力学单元的实验内容，主要是基于TCR基因的抗肿瘤研究，另一部分为基因工程药物的发酵实验，即上述的重组蛋白质发酵单元的实验内容，主要是重组人IL-18的诱导表达条件的优化研究.我们以这两部分研究内容为例，给学生们展示了基因工程技术在生物制药方面的应用情况.前一部分实验内容着重于训练学生的一些基因工程上游操作技术和基因功能研究技术，后一部分实验着重于训练学生的基因工程下游操作技术.

将本院教师的科研项目同学生的实验教学相结合，这样不仅能够保证实验顺利进行，又能使学生更真实真切地了解基因工程技术在制药上的应用，同时还体现了自身的实验教学特色.在实验过程中我们还以自己在科研工作中的亲身经历向学生介绍了相关研究内容的设计思路、当初研究工作中遇到的问题以及考虑解决问题时的出发点和采用的方法等.我们希望通过这样的方式使学生能够对基因工程技术有一个更生动、更全面的认识，同时培养他们独立思考问题的能力和创新精神.

4 整体教学结合小组指导，保证实验教学质量

为了强化学生对基因工程综合性实验的整体认识，使学生能够充分理解实验设计思路和整体流程，在实验开始之初，我们首先开展了互动式的实验介绍课，对相关基础知识、实验思路和实验的整体流程进行了详细的讲解和介绍，然后由学生自由提问，在充分解答学生的各种问题之后，最后再由老师进行总结.通过我们课后对学生的调查访问表明，经过这样的互动式介绍课，学生对于我们的基因工程综合实验有了一个比较清晰的认识和理解，这对于随后实验的顺利开展非常重要.

在此后实验的具体实施的过程中，每个实验单元由两位带教老师总体负责，每个单元的实验课开始前首先由主讲教师对实验原理、实验内容、操作要点等进行详细的讲解，点明需要特别注意的地方，并承上启下地点明本次实验在整个综合实验中的位置，这样的集体授课保证了学生知识的统一性.在实验的具体实施过程中，学生分组进行操作，每组由一位带教老师具体负责，针对学生实验过程中出现的各种问题进行及时的纠正和指导，回答学生的提问，并负责组织学生对实验结果进行讨论.这样的分组教学不仅可以保证学生能够得到及时、正确的指导，同时也加深了学生们对实验内容的理解和掌握，对于提高他们的操作技能、锻炼他们分析问题解决问题的能力都很有帮助.

5 合理分配差异化实验，培养学生团队合作精神

在实验过程中，除了保证实验整体流程的完整性和一致性，我们还在不同小组间安排了一些差异化的实验内容.比如，在重组蛋白发酵实验中，我们安排不同的小组分别对载体不同的两个重组蛋白进行发酵条件的摸索，实验结果放在一起比较.这无形中在学生们中间形成了一种竞争，每个小组都争取把自己的结果做得更好，更能说明问题，而这样就需要整个组的成员相互协作、共同努力.不仅如此，我们还将每个组细分为五对搭档，将要优化的几个发酵条件，如，起始诱导OD浓度、诱导时间、诱导温度、还原糖含量、通氧状况等分别交由每组不同的搭档组合轮流负责，其他同学为他们做一些辅助工作，这样又进一步地培养了学生的相互合作精神.通过这样的实验，学生的竞争意识和团队协作精神都得到了锻炼和提高，我们希望传授给学生的不仅仅是专业知识和操作技能，同时还有非常可贵的团队合作精神，因为这这对于他们今后的工作和学习是大有裨益的.

6 改变考核方式，激发学习兴趣

在实验结束之后，为了检验学生对实验内容的掌握情况，我们对他们进行了实验考核，这种考核与以往不同的是考核内容和形式上的一些尝试性改变.

首先，我们组织学生开展了一次知识竞赛，竞赛的内容就是关于基因工程的重要的基础知识、关键技术以及试验操作中需要注意的一些重要环节.我们将学生按照实验中的分组情况分成几个竞赛队，在必答题环节，各队的每位同学都要回答一个问题，这样就保证了每个学生都能够参与到竞赛中来.为了继续发扬他们的团队精神，我们规定某个同学若答不上来，这个问题可以由同队的其他同学代为回答，答对者同样可以得到加分.为了使学生在竞赛的同时能够学到知识，我们还规定每个问题务必得到解答，本队同学都答不上来的话其他队同学可以代答，若大家都答不上来就由老师进行讲解.同时，为了保持活动的吸引力和竞争性我们还设立了抢答题，为了获得优胜队和优胜个人的荣誉，学生们回答问题时都很踊跃，场面非常热烈.经过这种形式的考核，有效地激发了学生的学习兴趣，同时也使他们的知识和技能在不知不觉中得到了进一步的巩固和提高.

另外，为了使学生能够对基因工程综合性实验进行总结和提炼，同时也为了锻炼他们的科研写作能力，我们要求学生按照科研论文的格式撰写实验报告.我们从科学期刊中选取一些代表性的范文，给学生们详细讲解了撰写科技论文的要素和一些需要注意的一些问题.通过这样的模拟训练，学生们对科研工作有了更加深刻的了解和体会，这种训练对于学生以后毕业论文的撰写以及进一步的学习与深造也是一种很好的锻炼.

课程结束后，我们就实验课改革的效果及时地听取了老师和学生们的意见.学生们普遍反应，通过这样的综合性实验使他们得到了很大的锻炼和提高，不仅增长了知识，强化了实验操作技能，而且培养了团队协作精神，对科学问题的思考能力也有了明显的提高，他们还希望今后学院能够多开展一些这样的实验.各带教老师也都表示自己从其他老师身上学到了不少东西，积累了有益的教学经验，自己的实验教学能力也得到改进和提高.经过这次基因工程综合性实验改革的探索，我们也获得了宝贵的教改经验，以此为契机，今后我们将在本院其他课程的教学中因“课”制宜地逐步推广教学改革，为我院教学水平的与时俱进、不断提高奠定坚实的基础.

〔1〕Edward M Johnson.Recent advances in genetic engineering:profound implications for pharmacology.Trends in Pharmacological Sciences,1982,3:467-470.

〔2〕Aaron L Kurtzman, Sridhar Govindarajan,Katherine Vahle, Jennifer T Jones, Volker Heinrichs and Phillip A Patten.Advances in directed protein evolution by recursive genetic recombination:applications to therapeutic proteins.Current Opinion in Biotechnology,2001,12(4):361-370.

〔3〕周菁丽.生物技术在药学中的应用[J].现代医药卫生,2006,22(7):988-989.

〔4〕邢万金,扈廷茂.本科基因工程大实验教学改革的实践和体会[J].生物学通报,2007,42(2):48-50.

〔5〕财音青格乐,杨冬,刘士望,张爽,刘琳.基因工程实验教学的改进与实践 [J].化学工业与工程,2005,22:81-82.

〔6〕朱旭芬,赵小立,张铭.基因工程实验课程的建设与实践[J].中国大学教学,2006（3）:44-45.

G642.4

A

1673-260X（2010）03-0162-03

项目资助：教育部“生物医药类专业创新人才培养实验区”（2007-185）

黄树林，广东药学院生命科学学院院长、生物制药研究所所长、教授 邮编：510006