海洋生物基因工程学教学的探索与实践

摘要：海洋生物基因工程是扬州大学新增设的海洋生物资源与环境专业的重要课程之一。鉴于目前还没有海洋生物基因工程的课程教材，如何讲授这门课程是值得探讨的教学课题。本文主要围绕开设海洋生物基因工程课程的重要性、课堂教学的内容、方法及实验教学的设置等三个方面对如何上好该门课程进行探索。

关键词：海洋生物；基因工程；课堂教学；实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）48-0196-03

海洋占地球表面积的71%，蕴藏着丰富的、最具优势和特色的海洋生物资源，是人类社会可持续发展的宝贵财富。当前，随着陆地资源短缺、人口膨胀、环境恶化等问题的日益严峻，世界沿海国家纷纷把目光投向海洋。党的“十八大”报告中提出的建设海洋强国的战略使我国对海洋科技人才的需求大幅度提高。江苏省是我国的海洋大省，濒临黄海，辽阔的海域蕴藏着极为丰富的海洋生物资源。同时江苏占有全国近1/4的沿海滩涂资源，是名副其实的海洋资源大省。然而，江苏省的海洋经济总产值却很低。为满足国家对海洋科技人才的需求和适应江苏海洋经济发展的需要，扬州大学于2010年7月组建了海洋资源与环境科学系，并于2011年正式招收海洋生物资源与环境专业的本科生，目前已进入专业课学习阶段。

一、开设海洋生物基因工程课程的重要性

海洋生物资源的开发与利用已经成为各国竞争的焦点之一，其中基因资源更是重点。我国“十一五”期间就启动了海洋技术领域重点项目（863计划）“海洋生物功能基因工程产品关键技术研究”。海洋生物基因工程技术在海洋生物资源研究与开发方面前景广阔。比如海洋中具有嗜热、嗜盐、嗜压、嗜酸的极端微生物（或植物、动物），它们在这些特殊环境中能产生极端酶，利用海洋生物基因工程技术，可以从极端海洋生物中克隆表达特殊极端酶，进而生产出具有特殊功能的生物医药、生物材料等。这种方法可以实现产品的大规模生产，避免季节、资源等因素的限制。此外，利用基因工程技术可以进行水产养殖的改进，主要是从生理学和分子层次探索鱼类、贝类的疾病和免疫机理，然后通过基因工程培育新的抗病品种，提高海洋渔业的质量和产量。海洋生物基因工程技术在其他海洋生物资源的研究与开发方面也具有广泛的应用。由此可见，开设海洋生物基因工程课程不仅可以将现代生物学概念引入到海洋生物学科，还能通过生物技术推动海洋生物资源的进一步开发与利用，对于培养高素质和掌握高技能的海洋科技人才具有十分重要的意义。

二、海洋生物基因工程课程的课堂教学

海洋生物基因工程是通过人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质提取出来，目的基因经PCR扩增后用适当的工具酶进行切割，与载体DNA分子连接重组，再导入海洋生物受精卵、胚胎细胞或体细胞中，使其在受体细胞内复制、转录和翻译表达，定向改变海洋生物遗传性状的技术。到目前为止，国内还没有海洋生物基因工程的指导教材，教学活动实施难度较大。通过探索与总结，我们认为可以从以下几个方面着手来提高这门课程的课堂教学效果。

1.选好教材。根据海洋生物基因工程课程教学大纲的需要，本着强化基础，跟踪前沿，适合海洋生物人才培养的需要，同时有利于学生学习专业知识和培养实验技能的原则，我们选取了Benjamin Lewin主编的《Genes VIII》，吴乃虎编著的《基因工程原理》和徐晋林等编著的《基因工程原理》等作为教材。由于基因工程是一门新兴的前沿学科，发展速度极快，这就要求我们时刻关注国际前沿的进展和热点，除了认真讲授上述的教学内容之外，我们还要收集最新的科研成果，出现的新理论、新技术和新方法，把它们及时的介绍给学生，使教学内容更加丰富，让学生能够跟踪海洋生物基因工程研究领域的前沿问题和热点问题。这样不仅能够丰富学生的知识体系，也提高了学生的学习兴趣。

2.精选教学内容。海洋生物基因工程学是学生在学习了基础生物化学、微生物学、海洋微生物学和海洋分子生物学等多门专业基础课之后开设的综合性应用课程。虽然基因工程涵盖的内容非常广泛，但在结合我校海洋科学专业的特点和江苏省对海洋专业人才技能需求的基础上，本课程设定的主要教学内容包括：基因工程的基本原理和操作方法；海洋微生物基因工程；海洋动物（鱼类和贝类）基因工程和藻类基因工程等四个部分。在具体章节上，设置了绪论、基因工程基本概念、基因工程的基本原理、基因工程所需的基本条件、基因工程的操作过程、目的基因的克隆与基因文库的构建、外源基因表达产物的分离纯化、海洋微生物基因工程、海洋动物基因工程、海洋藻类基因工程等十个主要讲授章节。

3.双语教学。纵观基因工程学科的发展历程，很多优秀的科研成果均来自国外的大学和科研院所，同样国外海洋生物基因工程领域的研究基础比我们要强。因此开展海洋生物基因工程课程的双语教学，要求教师认真写好双语教案，要十分全面并且准确和详尽。此外，还需要教师阅读内容较新的外语参考专业书，并具备较为流利的英语口语水平。通过双语教学，让学生既可以掌握该研究领域的最新学术动态，又能够应用正确、规范的语言对专业理论知识进行描述。

4.多媒体课件授课。海洋生物基因工程的全部课程均采用多媒体授课。在多媒体制作的过程中，要避免使用大量的文字，尽可能多地使用图片、表格、动画等方式，将抽象、深奥的教学内容生动化、直观化。同时，教师要积极鼓励学生选择部分教学内容自己进行多媒体的制作，并鼓励学生在课堂上讲授自己的多媒体内容，其他学生针对多媒体的内容进行提问，教师进行相应的点评和总结。这样可以最大限度地活跃学习气氛，从而调动学生的学习积极性和主动性。通过让学生进行多媒体的制作和讲授，有助于加深学生对理论知识的理解，启发学生的独立思考能力，加强了学生的语言表达能力，达到教师教得相对轻松，学生学得愉快，教学相长的目的。

5.启发式教学。如何提高课堂教学效果一直是教学研究的重点课题。传统意义上的教学方式是教师在讲台上一直对着电脑，按着鼠标键，一页一页地讲，学生不停在记录。这样的方式，没有给学生思考的机会，是一种被动的学习方式，但学生可能喜欢这种方式，因为他们能够很轻松地接受到一些已成定论的理论知识。但问题是，学生很快会忘记这些理论知识，因为缺乏一个自己大脑思考的过程。启发式教学不同于传统意义上的教学，是一种积极的教学方法。教师在开始讲授课程之前，先是向学生提出问题，让学生进行思考，然后再旁敲侧击，让学生主动找到问题的答案。例如，在介绍质粒转化内容时，首先提问学生如何提高质粒转化的效率，然后让学生思考，教师再进行针对性的解释，最终引导学生主动找到正确答案。在启发式的教学过程中，教师提问应该贯穿海洋生物基因工程的课堂始终，从而使学生能够不断地主动思考，而不是被动的接受理论知识。

三、海洋生物基因工程课程的实验教学

海洋生物基因工程课程是一门实践性较强的课程。学生通过理论课的学习之后，还需要通过实验课的训练，才能更好的理解并掌握理论知识。我们除采用了我国海洋生物基因工程的开拓者国家海洋局第三海洋研究所徐洵教授编著了《海洋生物基因工程实验指南》外，还在以下方面进行了探索。

1.搭建实验教学平台。由于我校已将“海洋科学”学科列为校重点建设学科，因此在多个方面给予了支持。在建设过程中，我们将科学研究平台与教学平台进行了紧密结合，并通过结合学院实验中心及扬州大学多学科的优质资源，构建了海洋生物基因工程实验室，目前海洋专业已经拥有包括凝胶成像系统、PCR仪、制冰机、电泳仪、超纯水、冷冻超速离心机等，可完全满足海洋生物基因工程实验课的开设需求，为培养学生实验操作能力和创新思维创造了良好的条件。

2.实验教学内容选择与实施。根据海洋生物基因工程课程的教学大纲要求，海洋生物基因工程实验课内容主要包括了海洋微生物基因组DNA的提取，目的基因的扩增，质粒的构建和转化，目的蛋白的表达等基础性实验部分，此外还开设了海洋动物（鱼类和贝类）基因工程实验及海洋藻类基因工程实验等应用性实验部分。这些实验内容的开设，使学生能够更清楚地理解和掌握海洋生物基因工程的理论知识。除在实验教学的过程中要求学生明确实验的目的，熟悉实验内容与步骤，认真进行实验外，教师还要留给学生一些课后问题让学生去思考，以培养学生思考问题的能力。教师还要要求学生分析实验数据，通过对实验数据的总结和归纳，得出合理的、正确的实验结果和结论。对于实验结果不理想的实验，鼓励学生找出原因，从而培养学生的发现问题、解决问题的能力。在实验结果较为理想的基础上，教师鼓励学生撰写论文，以培养学生的写作能力。此外，教师还会给出实验题目，让学生自己去设计实验，进一步培养学生设计实验的能力。

海洋生物资源的开发与利用已成为世界各大海洋国竞争的焦点，但我国开发海洋生物资源所需的人才相对欠缺。海洋生物基因工程课程是培养海洋生物学人才的重要课程之一，如何使学生及时掌握最新的海洋生物工程学的理论知识、技术和方法，适应海洋人才培养的需要，已成为涉及海洋生物专业的高等院校、科研院所教学的迫切任务。在海洋生物基因工程课程的教学过程中，只有把理论知识的传授和实验操作能力的实践巧妙地结合起来，才能有效地提高该课程的教学效果和效率，使学生具备完整的、系统的知识理论体系和实验操作技能，进一步使他们成为海洋生物资源开发所需要的高质量、高技术的人才。

参考文献：

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[5]王海，宋青，张怀.基因工程双语优质课程教学改革实践[J].中国冶金教育，2009，（12）：22-24.

基金项目：本文受扬州大学教学改革研究课题资助

作者简介：张立奎，男，博士，研究方向：海洋生物基因工程、海洋酶学。

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