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课程简介 教师队伍  

■ 课程简介
课程名称: 基因操作原理 一级学科:  08 工学
二级学科: 0818 生物工程类 教学层次:  本科
负责教师: 孙明 学校名称:  华中农业大学
院系名称:   申报状态:  已获奖
申报级别: 国家级 申报文件下载:  无下载文件
获奖名称: 获奖年度:  2006
主页地址: http://nhjy.hzau.edu.cn/kech/jycz/ 是否交换: 
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课程介绍:

基因操作原理”课程的主要授课对象是两个基地班的学生(“国家理科基础科学研究和教学人才培养基地生物学专业点”和“国家生命科学和技术人才培养基地”,对口专业分别为生物科学和生物技术),以及微生物学、生化与分子生物学等专业研究生。我校生物技术专业自1994年开设以来,一直是6年制本硕连读(中断了两年),其中50-70%转入研究生阶段的学习。两个国家级教学基地成立后,基地班学生的免试推荐就读研究生的比例保持在50-70%。
2.课程定位
“基因操作原理”课程(包含其实验课程“分子克隆技术”)是生命科学相关专业分子生物学课程体系的中间环节,承接上游“分子生物学”课程与下游 “基因工程”课程。“基因操作原理”在基因工程的实践中深化分子生物学的理论知识,并且通过分子生物学的理论知识更好地指导基因工程实践。对于广大生命科学类学生,学习“基因操作原理”是对分子生物学理论知识的延续,使得抽象的理论变得具体;对于要从事分子生物学研究的专才,“基因操作原理”课堂是学习基因操作技术、基因研究策略等必备本领的场所,是通往分子生物学神圣殿堂必须开启的第一道门。“基因操作原理”课程是基地班学生本科阶段的最后一门课程,承载着向研究生阶段过渡的重要任务。为了让学生更好地掌握基因操作的原理,“基因操作原理”理论课和实验课“分子克隆技术”自课程设立以来总是同时开设。
3.培养目标
?? 本课程的培养目标是通过理论课学习让学生掌握基因是怎样去研究的、基因工程是如何实现的,如何设计研究基因的基本方案;通过实验课掌握基因操作的基本技能,并进一步加深对基因操作原理的认识和掌握。整个课程要能够为学生进入研究生阶段开展分子生物学研究打好理论和思维基础,为本科毕业从事生物科学、生物工程和生物技术工作强化基因操作的认识。
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4-2-2知识模块顺序及对应的学时

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课程组将分子克隆的具体技术与基因研究的宏观策略按照“宏观-微观”、“微观-宏观”的方式,实现动态知识与静态基础的有机统一。整个课程分为“基因操作原理”理论课和“分子克隆技术”实验课,理论课又归纳为四个知识模块,从不同层次阐述基因操作原理,实验课则精炼成三个系列实验。

“基因操作原理”理论课:????????????????????????????????????
1.?????基因操作静态知识? 讲授进行基因操作必备的常用工具,包括分子克隆工具酶(14学时),分子克隆载体(14学时);
2.??????基因操作动态知识? 讲授进行基因操作的常用技术,包括生物大分子的分离、分析与检测技术,PCR技术,基因的表达,基因的诱变,基因的序列测定(18学时);
3.??????基因克隆的原理和策略? 讲授基因文库的构建,文库筛选的策略(10学时);
4.?????? 融会贯通? 通过“生物芯片”和“细胞表面展示”课程讲座(4学时),将基因操作的基础知识和研究策略融会贯通。
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“分子克隆技术”实验课:
系列一:基因克隆技术,26学时
质粒的制备、DNA的琼脂糖凝胶电泳、外源DNA片段在质粒载体中的克隆、感受态细胞的制备、质粒的转化及转化子的鉴定、PCR技术。
系列二:分子杂交技术,22学时
植物总DNA的快速少量抽提(CTAB法)、总DNA质量检测及酶切、电泳和转膜、Southern杂交。
系列三:基因表达检测技术,12学时
RNA抽提 (mini prep)、RNA的电泳,Northern杂交、RT-PCR.
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4-2-3课程的重点、难点及解决办法
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本课程的重点是掌握基因的克隆、改造与筛选以及生物大分子的分离、分析与检测方法,理解基因操作的实质原理,以便能够理解进行分子生物学研究的基本原理,并能够设计进行基因水平研究的基础步骤。难点是将分子生物学的理论与基因操作的原理融会贯通,使之更好地指导实践操作。所以在课堂上多以科研实例为素材进行剖析,分析其操作的技术手段和实质原理,采取从宏观到微观再到宏观的策略,静态理论与动态操作相结合讲授。鼓励学生接触学科前沿知识,开拓学生的视野,增强学生的理解能力。
4-2-4实践教学的设计思想与效果(不含实践教学内容的课程不填)
本课程的实践教学分为三个层次:基础、拔高和创新,基础和拔高通过实验课实现。本课程的实验课一直单独设立成一门课,即“分子克隆技术”,从而强化其在本课程体系中的地位和作用,让学生对基因操作的实验技术和实验原理得到系统的学习和整体的认识。以研究性教学为指导思想,以综合性实验为手段,在学生学习了基因操作原理的基础上开设的3个与任课教师研究课题密切相关的综合性大实验。实验课程的具体内容和材料经常来自科研第一线,如将研究生正在开展的研究工作带到实验课中,教学与科研同步进行,从而加深了课程的实战性。
综合实验系列一“基因克隆技术”介绍酶切、连接、转化,这是分子克隆的基础,是所有学习基因操作的学生都必须熟练掌握的。系列二“分子杂交技术”和系列三“基因表达检测技术”是分子生物学研究中非常重要的研究手段,对仪器设备要求高,并且具有一定的操作难度。课程组借助两个国家重点实验室及两个国家基地先进的实验设备及深厚的科研底蕴,创造性的为本科生开设这种经典的实验课,给他们传授一些宝贵的实践经验,为他们以后从事生命科学领域高精尖的工作提供了技术准备。为理科基地和技术基地班的学生开设这两个系列实验时基于其“研究人才培养”的培养目标,对他们是提高了要求的。
??? 创新部分通过华中农业大学大学生科技创新基金来实现。华中农业大学大学生科技创新基金(SRF)每年春季(本课程授课时期)对全校开放。本课程将其纳入实践教学的体系中,指导鼓励学有余力并且对分子生物学研究感兴趣的学生单独或联合申报。由于接受创新基金的课题组主要分布在两个国家重点实验室,所开展的课题研究工作都离不开基因操作。因此,创新基金为本课程提供了一个及时有效的实践环节,让学生用学到的基因操作的知识去解决一个具体的科学问题,对本课程的学习提供了实战认识。
??? 在多年的教学实践中,发现在学校设立大学生科技创新基金以来(2000年首次设立,每年一届),随着申报人数的增多,学生在课堂中的认识和理解能力逐年增强,学生的积极性进一步提高。从进入研究生阶段学习的学生对基因操作理论的理解和动手操作能力来看,课程达到了预期的目的,学生普遍能正确开展基因操作有关的实验,并能自主设计基本的基因操作路线。
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4-3教学条件(含教材使用与建设;促进学生主动学习的扩充性资料使用情况;配套实验教材的教学效果;实践性教学环境;网络教学环境)
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一、教材使用和建设
本课程的理论课教材分为课程讲义、课程教材和参考资料三种形式,在课程的建设和发展过程中,发挥了重要的作用。实验课编辑了多个版本的试验指导。
(一) 课程讲义
早在1999年,本课程组就率先采用胶片放映、幻灯片放映等当时相对比较先进的教学手段,复印“Molecular Cloning”第二版翻译版的部分章节作为学生的讲义。2001年课程组老师参考国外原版书籍、知名公司分子生物学产品目录、学术期刊杂志三方面的内容,利用网络资源和电脑技术,制作了一套课程内容完整、表现形式丰富的PPT课件。同时,根据课件内容印刷了“基因操作原理”课程讲义第一版《基因操作原理PPT讲稿》。经逐年补充和完善,现已更新至第六版《基因操作原理》,幻灯片改以文字的形式呈现,方便学生理解。
(二) 课程教材
上述参考书籍虽然相对比较全面地阐述了分子生物学的操作原理及操作流程,同时国内也有类似的书籍如“基因及其操作原理”和“基因工程原理”,但这些书籍未能全面反映基因工程和基因操作的总体原理。2002年,教育部立项编写国家“十五”规划教材《基因工程》,“基因操作原理”课程负责人孙明教授承担主编任务。目前已经完成了《基因工程》教材的编写和所有轮次的校稿,2006年7月正式出版。
《基因工程》主要由两部分组成,分为两篇(第一篇 基因操作原理;第二篇基因工程应用),包括以讲述基因分子克隆技术为主体的基因操作原理和以生物技术为主体的基因工程。该教材是适应生命科学的发展需要而编写的一门具有特色的教材,历经10多年的教学和应用凝炼而成,是分子生物学系列教材中的重要环节,是一门直接利用分子生物学基础知识指导分子生物学实验操作的理论与实践相结合的产物。本教材以基因工程的操作技术,即基因操作原理为主线,重点介绍在核酸水平上进行各种操作的基本原理和技术步骤,希望通过对基础原理的认识,能够理解和掌握实践中具体操作的原理和步骤,并能自主选择或设计相关的实验方法;掌握通过基因工程的方法实现物种改种和生物制药的途径和工作原理。该教材将全面、系统、全新反映国内外基因工程方面的研究原理、策略、技术方法和发展趋势,可供从事基因工程、生物技术和生物制药等分子生物学学习和研究的本科生和研究生选用。
(三) 参考教材
在基因操作原理课程的教学实践中,教材一直处于不断发展和完善中。除了上面所述的讲义和教材外,还引用了3种主要的参考教材,引导学生使用。这三种参考教材在促进学生主动学习方面发挥了重要作用。
1.《Molecular Cloning》(《分子克隆实验指南》)
???《分子克隆实验指南》由冷泉港实验室出版,中译本由科学出版社出版,这部著作是指导生命科学前沿科研工作的"圣经"。2001年,《分子克隆实验指南》第三版出版,2002年9月科学出版社出版第三版中译本。该书的主要篇幅用于描述基因操作的工作程序(protocol)。在该书每一章的开始,都有一个导言,介绍一些历史背景,特别是相关内容的操作原理;以章节的形式(第二版)或"信息栏"专题形式(第三版)介绍基因操作的各种工具;书后辅以大量的附表,数据齐全,信息丰富,全面展示了基因操作的原理。鉴于该书的重要性和使用价值,约有三分之一的学生购买了翻译版,用作参考教材。
2. 《Principles of Gene Manipulation(6ed)》(基因操作原理第六版)
该书由Sandy B Primrose,Richard M Twyman 和Robert W Old三位英国教授和研究人员共同编写。2002年我国出版了第六版的影印版,2003年出版了翻译版(瞿礼嘉和顾红雅译)。它以通俗易懂的形式介绍了对基因进行操作的基本原理和基因重组技术的应用,在国际上具有重要影响。
3.分子生物学产品目录
很多分子生物学产品目录产品对产品所涉及的基因操作原理作出论述,也对产品的技术参数作出详细的比较介绍。其工作原理、操作步骤深入浅出,图文并茂,帮助初学者对操作原理和实验步骤的理解。其附件、附表等参考信息栏目对研究工作者也有很强的借鉴意义。
(四) 实验指导
根据华中农业大学丰富的生命科学研究素材,以及生物学理科基地优良的教学条件,以《Molecular cloning》(第2版和第3版)为蓝本,课程组制定了“基因操作原理”课程实验教学大纲,编写了《分子克隆技术实验指导》,并根据课堂实际教学效果,追踪修课学生进入研究工作后的具体表现,逐年对实验指导的内容作了补充和调整。
实验指导详细介绍了“基因克隆技术”、“分子杂交技术”、“表达检测技术”三个系列共十四个实验的实验原理、实验材料、实验步骤等方面的内容。
二、促进学生主动学习的扩充性资料使用情况
上述《Molecular Cloning》(《分子克隆实验指南》)、《Principles of Gene Manipulation(6ed)》(基因操作原理第六版)和分子生物学产品目录等三种参考教材,作为课外学习的主要资料,大大促进了促进学生主动学习的积极性。“基因操作原理”是一门新兴的前沿性课程,理论深入,实践性强。为激发学生对生命科学的求知热情,拉进分子生物学前沿与学生的距离,本课程组开辟了 “基因操作原理”课程学习园地专栏,包括一系列扩充性学习资料,包括:
经典文献?? 近年来生物学研究中一些热门领域的国内外研究论文和综述性文章,如:RNAi技术、人类基因组计划、SARS专题、干细胞技术、生物芯片技术、文库技术、克隆技术、PCR技术等。这些知识基于课程大纲,但高于课堂要求。详细信息可参阅网站:http://nhjy.hzau.edu.cn/kech/jycz/xxyd/yjjz.htm
FLASH演示? 收集并制作了大量FLASH,形象、准确地演示了DNA电泳检测过程、PCR原理、文库构建过程、DNA测序原理等“基因操作原理”课程中的重点和难点。详细信息可参阅网站:http://nhjy.hzau.edu.cn/kech/jycz/xxyd/dhys.htm
试题库? 编辑整理了“基因操作原理”课程学习配套的试题库,包括试题500道以上,题型丰富,考察方式灵活,覆盖知识点全面。详细信息可参阅网站:http://nhjy.hzau.edu.cn/kech/jycz/test/index.asp
所有这些资源都已经网络化,校内外的学生都可以不受时间不受地点限制,自由使用。
三、实验和实践性教学环境
1.? 实验教材
课程的实验部分一直是突出成一门独立的课程--“分子克隆技术”--而开设,具有完整的教学体系,编有成熟的实验指导讲义《分子克隆技术实验指导》以及“分子克隆”参考资料(见“教材使用和建设”)。
2.? 实验基地
实验课教学中在“国家理科基础科学研究和教学人才培养基地生物学专业点”理科基地大楼建有“分子克隆技术”教学专用实验室,保证实验课上一人一个台面,每人都可动手操作。经过近十年的努力,实验课堂不仅能够锻炼学生的实际动手能力,而且起到了培养学生实验自主设计能力,提高学生科研素养的作用。同时依托华中农业大学分子生物学雄厚的研究背景以及“作物遗传改良国家重点实验室”和“农业微生物学国家重点实验室”先进的科研条件、丰富的科研素材,以“实战”的标准设计试验路线。
3.? 创新课题实践
华中农业大学大学生科技创新基金为鼓励理论学习与实践相结合建立了一个平台,“基因操作原理”课堂学生每年都有利用该基金在课余时间进行课程实践活动。还有部分学生在课余时间直接进入两个国家重点实验室参与科技活动。通过实践活动,每年都有学生在国内外发表学术论文,如:Molecular Genetics and Genomics,微生物学报,中国农业科学等杂志。
四、网络教学环境
华中农业大学一直以来都十分重视创建先进的教学条件,开辟优良的教学环境。早在2000年我校就建成了覆盖全校教学区,学生公寓,教职工住宅区的校园宽带网。在华中农业大学校园网开辟有“南湖教苑”专栏,展示我校所有的教学资源,并连通其它高校的优秀教学资源,建立了我校的教学信息平台。
课程组所在的生命科学技术学院的因特网页面上还有分子生物学系列课程的介绍,学生不仅可以了解本课程的授课内容,也可以了解上游课程和下游课程的相关知识,学到心中有数。学校教学楼、图书馆等所有的教学场所教室都安装有多媒体教学系统,使得知识的传播速度与传播量得到极大提高。图书馆还购买大量电子图书的版权和生命科学相关数据库的使用权,师生可以方便地利用网络资源辅助教与学,提高教学效果和学习效率。
??? 2003年,课程组在校园网的框架下建立了“基因操作原理”课程的教学网站,华中农业大学为了使精品课程网站顺利、安全和方便的使用,专门为精品课程设置了网络服务器。同时现代教育技术中心为精品课程的硬件、软件提供技术支持。网站经过三年以来的运行,反应良好,方便了学习,促进了教学。现在已经建立了完整的课程网站。网址:http://nhjy.hzau.edu.cn/kech/jycz/
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