基于項目導向的細胞工程課程改革研究

□王蓮哲 宋 巍 李冰冰

細胞工程是生命科學的重要領域之一，它的內容是以細胞為基礎，應用各種技術，包括細胞培養及遺傳操作等，對細胞進行有目的的操作與改良，以獲得新物種或新產物，具有很強的實踐應用性。該課程是生命科學相關專業例如生物工程、生物技術、生物制藥等專業核心課程。該課程緊密結合學科發展前沿，在培養生命科學具有創新思維的應用型人才方面具有至關重要的作用[1]。

一、細胞工程傳統教學中存在的問題

細胞工程是一門實踐性和應用型很強的專業課。目前該課程傳統教學普遍存在部分問題。一是課程涉及概念多、范圍廣，知識點多而瑣碎，在講授過程重點不夠分明，容易造成學生學習目標不明確，學習積極性差，學習效果不好。二是依托前期生物專業基礎，細胞工程課程基礎理論比較容易理解，但是前沿進展豐富，前沿內容涉及到多學科的交叉融合，需要及時將最新的學術成果添加到教學內容中，否則就會造成知識陳舊，這對教師備課及教學準備有很大挑戰。前沿進展講授過淺顯易形成科普課程，講授過深學生不容易理解。三是該課程應用性強，受到實驗條件影響課程涉及到的技術在開設的實驗課中不能完全體現，造成學生直觀感受不強，理解不深，目的性差。影響學生的學習效果，不利于創新能力和應用實踐能力的培養[2～4]。

二、基于項目導向目標改革措施

大學的根本任務在于培養創新型人才。能夠獨立思考、有實踐能力，可以開展研究、并注重團結協作、有終身學習能力的人才是高等教育人才培養的目標。作為現代生命科學的核心內容，細胞工程有助于學生培養全面完整的生物學知識體系，培養創造性思維和應用實踐能力[5]。細胞工程課程一般面向大三生物工程、生物技術、生物制藥專業學生開課，而采用項目導向的教學模式，能充分鍛煉學生的應用實踐能力，取得良好的教學效果。

(一)項目導向目標下細胞工程課程目標的定制。充分分析目前細胞工程傳統課堂教學的問題，根據項目導向的目標要求，從工程知識、問題分析能力、設計開發解決方案、研究、使用現代工具、工程與社會、可持續發展、職業規范、團隊協作、溝通、項目管理、終身學習這十二個方面，制定系統詳盡的課程目標。明確課程在培養學生細胞工程理論知識和實踐技能中的作用。培養學生具有分析問題的能力，可以獨立開展項目設計和實驗設計的能力，能夠解決實際問題的能力。

(二)項目導向目標下教學內容設計。項目導向目標下對教學內容進行統籌分析與課程內容設計。摒棄傳統的章節內容介紹，形成完整的知識體系與框架，按照知識體系和知識單元來進行課堂理論的講解，為每一個知識單元配備相應的學習任務，推進課堂教學效果的實施。進一步完善課程定位與課程任務分解。根據課程任務設置相應的課題項目。完善教學任務設計，教學內容設計中要補充當年所發生的一些重要科技進展。通過最新的文獻閱讀，讓學生追蹤細胞工程最新實驗進展與最新的技術發展，提升學生綜合所學知識，分析問題，獨立學習等能力。教學內容設計中融知識傳授、能力培養、素質提高為一體,培養學生全面發展。

(三)創新教學方法。注重線上線下混合式教學，采用多種教學手段，充分激發學生興趣，擴寬學生知識面。基礎理論知識可以采用線上學生自主學習與測試，前沿知識及能力擴展采用線下課堂教學進行。教師結合學生在線學習情況，如單元測試、主題討論、互評作業等，了解學生基礎知識掌握的情況，促進教師及時改進教學方法，增加師生之間、學生之間的交流和協作學習。課堂教學通過開展案例式、討論式、探究式等多種教學模式，將教師的科研項目融入課堂，將學生的科技創新項目在課堂中學習應用，將前沿進展應用到的實驗技術，及時在課堂中進行傳播和講解，設計作業及討論，以此激發學生學習興趣，提高課堂參與度。例如在植物組織培養技術章節學習中，根據課程內容分為三個階段，基礎理論、思維延伸、文獻擴展。植物組培基礎理論部分通過線上網絡課學習，并配以測試習題。學生通過網絡課堂進行知識點及微課的學習，并通過測試，以完成基礎理論部分的課程目標和要求。思維延伸部分在課堂實現，結合教師科研或者合作公司的生產實際問題，以具體項目課題出發，將理論知識進行融入，通過小組討論、提問、點評等方式，將具體知識在項目中深入理解和應用。在此過程中教師對重點知識進行串講，引導學生思考，小組討論中把握重點及方向，對疑問進行解答。中間穿插學生參觀植物組培室、溫室大棚、實習基地企業的育苗車間等，讓企業的校外指導教師為學生講解實踐中的問題及應用。文獻擴展環節，要求學生閱讀最近科研進展文獻，進行文獻講解與討論，教師進行指導與點評。通過上述三個環節，讓學生從理論知識積累，過渡到實踐應用，以項目為導向，在實踐中學習和應用，充分調動學生的積極性和參與度，提高學習效果。

(四)完善課程教學資源。隨著時代發展，知識技術更新迅速。細胞工程技術發展日新月異，應該充分利用互聯網資源，補充新的前沿進展，從而突破教材在內容以及時間滯后方面的局限[6]。加強網絡課建設，依托學習通平臺建設細胞工程網絡課，為各個章節知識點添加對應的課件、教案、教學任務、知識點任務、章節任務，并豐富作業試題庫；錄制視頻課、微課；并添加慕課資源及其他兄弟院校精品課資源；添加微信公眾號及相關的公開課網站等信息。根據每年的科技發展，補充細胞工程領域最新技術進展，最新文獻，例如每年的諾貝爾生理醫學獎獲獎人員案例及科研經歷等，讓學生深入理解基礎知識的應用，了解科技前沿進展，從而激發學習興趣。不斷豐富完善網絡課資源庫，為學生提供更多學習資源。

(五)實驗課程改革。實踐環節課程改革包括課內和課外兩個方面，其中課內依托細胞工程兩周大實驗開展相關實驗項目，將實驗項目分為基礎性實驗和設計性實驗兩部分，基礎性實驗主要鍛煉動植物組織及細胞培養技術、細胞的遺傳操作技術等細胞工程中常用的核心技術。這些基礎實驗要求每個同學必須熟練掌握。針對有些受到實驗條件限制不能開設的實驗技術，建立虛擬仿真實驗。用VR技術模擬實際操作，讓學生對相關實驗關鍵技術加深認識和學習。例如針對實驗設備昂貴、實驗周期長的問題，設計動植物細胞大規模培養虛擬仿真實驗，包括種子細胞的篩選鑒定，分離培養及逐級放大培養，到生物反應器培養，通過虛擬仿真，模擬生物反應器的操作及應用，對反應條件的在線控制，問題及處理等內容，讓學生能夠更深入理解具體的實踐應用。設計性實驗部分另外設置十個學時，要求學生自行設計一個細胞工程實驗課題內容，并在實驗中去開展完成，有助于培養課題設計的思路以及通過動手實踐，去實際解決問題，鍛煉綜合性思維。課外部分通過鼓勵學生積極開展開放課題及暑期的課程實踐，參與教師科研課題，依托本課程內容參加學科競賽及各項大學生創新創業大賽。例如課程作業中有一項是自行查閱資料，開展課題設計，撰寫大學生科技創新項目申報書。依托該課程作業，同學們可以申報學校的大學生科技創新項目，并開展科研創新訓練，優秀的成果可以發表論文或申報專利。

(六)改革教學評價體系。合理的評價體系有助于評價學生對于課程任務的完成情況，評價課程目標的達成度，有助于對課程任務及教學進行及時反饋和完善調整。課程的考核分做平時過程性考核和綜合項目考核。平時成績用來評判學生對于基礎知識和實踐技能的掌握情況。根據日常學習，課堂小組討論，問題分析、作業以及網絡課堂自學時間、測試成績等給定過程成績，其占總成績的60%。項目成績是要求學生結合研究熱點以及細胞工程的實驗技術，自行設計一個課題項目來解決日常生產生活中的問題，依據項目設計的合理性、實施的可行性、計劃的嚴密性來綜合判定項目成績，體現以項目為導向的課程綜合能力的提升，占總成績的40%。

實踐環節的評價包括基礎實驗部分和設計實驗部分。其中基礎實驗部分通過課堂考勤、課堂動手實踐、課堂表現、實驗報告的撰寫、實驗結果的正確與否等方面進行評價，占成績的60%。在設計實驗環節通過實驗設計的合理性，實驗設計的可行性以及設計部分實驗進展的情況，實驗結果，以及現場答辯表現等方面進行評價，占實驗成績的40%。教學評價體系充分評估教學和學習效果，突出實踐能力的培養要求。

三、結語

本項目基于任務驅動和項目導向開展細胞工程課程改革，通過課程目標的定制、教學內容設計、教學方法創新、教學資源完善、實驗課程改革及評價體系改革等措施，為每個環節設計具體任務，用案例和項目引導學生，讓學生結合任務進行自主學習及實踐，獨立思考，相互協作，帶著問題探究，獲得學習的主動性和樂趣，從而收獲知識，增長能力，提升素質，進而培養創新思維和應用實踐能力。