融合STEAM理念的“細(xì)胞工程”課程教學(xué)改革探索

［摘 要］ “細(xì)胞工程”是生物技術(shù)、生物工程等生物專(zhuān)業(yè)的核心基礎(chǔ)課程之一。面向新工科建設(shè)背景下對(duì)人才培養(yǎng)的新要求，基于STEAM教育理念，結(jié)合“細(xì)胞工程”課程特點(diǎn)，堅(jiān)持立德樹(shù)人根本任務(wù)，以學(xué)生為中心，面向生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，對(duì)課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)體系、教學(xué)理念、教學(xué)方法、教學(xué)考核評(píng)價(jià)等進(jìn)行改革，旨在激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科交叉融合理念，使學(xué)生善于從多學(xué)科角度思考問(wèn)題、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，提高學(xué)生創(chuàng)新思維，提高課程教學(xué)效果。

［關(guān)鍵詞］ STEAM教育理念；細(xì)胞工程；教學(xué)改革

［中圖分類(lèi)號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）31-0069-04 ［收稿日期］ 2023-05-09

引言

2017年發(fā)布的《教育部高等教育司關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》中提出，要加快工程教育改革創(chuàng)新，推進(jìn)新工科的建設(shè)與發(fā)展［1］。在新工科建設(shè)背景下，面對(duì)新的發(fā)展要求，高校人才培養(yǎng)應(yīng)緊密?chē)@黨中央提出的“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”新發(fā)展理念，將學(xué)科交叉融合同工程實(shí)踐深度融入高校新工科建設(shè)中的人才培養(yǎng)機(jī)制中，培養(yǎng)適應(yīng)前沿工程科技發(fā)展要求的高素質(zhì)人才，為未來(lái)工程科技各領(lǐng)域領(lǐng)軍人才的前瞻性和戰(zhàn)略性培養(yǎng)做好準(zhǔn)備。

隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展及其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，相關(guān)行業(yè)急需大量的生物類(lèi)專(zhuān)業(yè)高素質(zhì)人才。“細(xì)胞工程”是生物技術(shù)、生物工程等生物專(zhuān)業(yè)的核心基礎(chǔ)課程之一，是知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)養(yǎng)成“三位一體”的生物專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。因此，在新工科建設(shè)的大背景下，針對(duì)生物相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，對(duì)“細(xì)胞工程”課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)體系、教學(xué)理念、教學(xué)方法、教學(xué)考核評(píng)價(jià)等進(jìn)行改革和實(shí)踐，對(duì)于激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科交叉融合理念、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、工程實(shí)踐能力等具有重要作用，為培養(yǎng)生物專(zhuān)業(yè)高素質(zhì)人才提供保障。

一、STEAM教育理念

STEAM一詞代表科學(xué)（science）、技術(shù)（technology）、工程（engineering）、藝術(shù)（art）和數(shù)學(xué)（mathematics）［2］。2010年，美國(guó)弗吉尼亞科技大學(xué)學(xué)者格雷特·亞克門(mén)（Georgette Yakman）在STEM基礎(chǔ)上，將art加入STEM中，首次提出STEAM學(xué)科整合教育框架［3］。

STEAM教育理念以富有創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)過(guò)程作為教育核心，強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)與實(shí)踐的相互聯(lián)系，是一種重實(shí)踐的跨學(xué)科教育理念，區(qū)別于傳統(tǒng)單一學(xué)科注重理論知識(shí)教育［4-5］。STEAM教育理念包括5大核心思想：學(xué)生是整個(gè)教育活動(dòng)的核心；跨學(xué)科融合的學(xué)習(xí)內(nèi)容；基于項(xiàng)目、問(wèn)題、情景的學(xué)習(xí)活動(dòng)形式；溝通和表達(dá)的交互形式；創(chuàng)新成果導(dǎo)向的學(xué)習(xí)目標(biāo)［6］。魏曉東等［7］提出，STEAM教育可以培養(yǎng)學(xué)生以學(xué)科整合的方式認(rèn)識(shí)世界，使學(xué)生在更廣闊的視野上去認(rèn)識(shí)各種知識(shí)和技能與真實(shí)世界的聯(lián)系，這將有利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。

STEAM教育理念是將科學(xué)（S）、技術(shù)（T）、工程（E）、藝術(shù)（A）和數(shù)學(xué)（M）等學(xué)科知識(shí)整合到一種教學(xué)范式中，使零碎知識(shí)整體化，提倡由問(wèn)題解決驅(qū)動(dòng)的跨學(xué)科綜合教育理念。該理念自2010年形成以來(lái)，受到我國(guó)學(xué)者關(guān)注，逐步被應(yīng)用于課程教學(xué)中［8］。STEAM理念以學(xué)生為中心，以人格培養(yǎng)、綜合發(fā)展、國(guó)際化意識(shí)為教育目標(biāo)，全面提升學(xué)生的綜合創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，并強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合學(xué)習(xí)、交互式溝通協(xié)作、創(chuàng)新成果導(dǎo)向式教育模式。基于STEAM理念的教學(xué)模式，能夠?qū)崿F(xiàn)以“教師教為中心”轉(zhuǎn)向以“學(xué)生學(xué)為中心”，從“教學(xué)范式”轉(zhuǎn)向“學(xué)習(xí)范式”的整體性變革。

二、融合STEAM教育理念的“細(xì)胞工程”課程教學(xué)改革

（一）課程教學(xué)目標(biāo)改革

作為生物技術(shù)、生物工程等生物專(zhuān)業(yè)的核心基礎(chǔ)課程之一，“細(xì)胞工程”課程是一門(mén)具有很強(qiáng)實(shí)踐性的課程，內(nèi)容涉及多個(gè)學(xué)科，且發(fā)展迅速，在培養(yǎng)生物專(zhuān)業(yè)人才中起著重要作用。因此，“細(xì)胞工程”課程的教學(xué)目標(biāo)設(shè)置應(yīng)在新工科建設(shè)背景下，以生物相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)專(zhuān)業(yè)人才的需求為導(dǎo)向。本課程主要教學(xué)目標(biāo)如下。

1.通過(guò)學(xué)習(xí)“細(xì)胞工程”課程，學(xué)生能夠掌握動(dòng)物細(xì)胞工程和植物細(xì)胞工程相關(guān)基本概念、原理和技術(shù)操作等。

2.通過(guò)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠了解細(xì)胞工程相關(guān)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

3.通過(guò)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠及時(shí)了解細(xì)胞工程領(lǐng)域前沿研究進(jìn)展與應(yīng)用情況。

4.通過(guò)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)⒗碚搼?yīng)用于實(shí)踐中，能夠針對(duì)實(shí)際問(wèn)題提出自己的想法，并能提出解決方案。

5.通過(guò)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生具備創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力，具備團(tuán)隊(duì)合作精神、交流討論能力等。

（二）課程教學(xué)設(shè)計(jì)改革

“細(xì)胞工程”課程內(nèi)容涉及生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程等多學(xué)科知識(shí)，在該課程的學(xué)習(xí)中，需要學(xué)生理解生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程等相關(guān)知識(shí)，并且需要結(jié)合具體實(shí)踐技術(shù)，以達(dá)到對(duì)整體知識(shí)體系的掌握與實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，所以傳統(tǒng)課程體系和教學(xué)模式已無(wú)法滿足全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新實(shí)踐能力的要求及相關(guān)行業(yè)對(duì)創(chuàng)新型人才的需求，需要改革課程體系與教學(xué)方法，建立更有效的教學(xué)方式，以適應(yīng)國(guó)家與社會(huì)對(duì)多元化、創(chuàng)新型人才的需求。

在STEAM教育理念的指導(dǎo)下，“細(xì)胞工程”課程教學(xué)設(shè)計(jì)改革主要思路如圖1所示。課程教學(xué)設(shè)計(jì)將更加注重從多學(xué)科角度全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新實(shí)踐能力。將STEAM理念應(yīng)用到“細(xì)胞工程”課程教學(xué)實(shí)踐，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改變教學(xué)方式和手段、優(yōu)化課程考核評(píng)價(jià)方式等多個(gè)方面實(shí)施課程改革。在此過(guò)程中，通過(guò)定期與相關(guān)專(zhuān)業(yè)教師、臨床醫(yī)生、企業(yè)人員等進(jìn)行溝通交流，進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)設(shè)計(jì)，旨在培養(yǎng)學(xué)生多視角思考與解決問(wèn)題能力、理論聯(lián)系實(shí)際能力、批判思維和創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，為新形勢(shì)下國(guó)家發(fā)展強(qiáng)大提供強(qiáng)有力的人才保障和智力支撐。

（三）課程教學(xué)體系改革

基于STEAM教育理念，根據(jù)細(xì)胞工程特點(diǎn)，結(jié)合我們對(duì)“細(xì)胞工程”課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，重塑“細(xì)胞工程”課程教學(xué)體系。“細(xì)胞工程”課程在融合了STEAM理念后，除了對(duì)理論知識(shí)的傳授之外，更側(cè)重學(xué)生跨學(xué)科知識(shí)的交叉融合，并結(jié)合相關(guān)行業(yè)需求，側(cè)重對(duì)學(xué)生應(yīng)用能力、解決實(shí)際問(wèn)題能力、管理藝術(shù)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、實(shí)踐創(chuàng)新等能力素質(zhì)的全方面提升。

（四）改變教學(xué)理念，提升授課團(tuán)隊(duì)教師專(zhuān)業(yè)素質(zhì)

1.在STEAM教育理念指導(dǎo)下，堅(jiān)持“以學(xué)生為教學(xué)活動(dòng)核心”的教學(xué)理念。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的核心作用，使學(xué)生掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，體驗(yàn)到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科交叉融合理念，善于從多學(xué)科角度思考問(wèn)題和分析問(wèn)題，勇于創(chuàng)新性解決問(wèn)題。

2.堅(jiān)持立德樹(shù)人，培養(yǎng)學(xué)生健康人格。堅(jiān)持立德樹(shù)人，在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生高尚的道德情操，弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，增強(qiáng)學(xué)生的民族自信心，培養(yǎng)學(xué)生健康人格。

3.建立產(chǎn)學(xué)研教學(xué)理念。在課程教學(xué)中結(jié)合具體產(chǎn)業(yè)需求與問(wèn)題進(jìn)行授課，將理論與實(shí)踐密切結(jié)合。在教學(xué)過(guò)程中，提升課堂內(nèi)容的理論性、應(yīng)用性與前沿性，使學(xué)生了解本領(lǐng)域科研成果和研究熱點(diǎn)問(wèn)題，尤其是國(guó)家亟須解決的“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題。以國(guó)家與社會(huì)發(fā)展需求為引領(lǐng)，讓學(xué)生真正認(rèn)識(shí)研究的意義與應(yīng)用價(jià)值，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、開(kāi)闊學(xué)生視野、激發(fā)學(xué)生潛能、鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新。

（五）改革教學(xué)方法，提升教學(xué)質(zhì)量

1.指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展課前學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。課前，教師根據(jù)教學(xué)大綱及教學(xué)目標(biāo)制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃，在課程平臺(tái)、QQ群和微信群發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)和自己的排課情況自由安排學(xué)習(xí)時(shí)間開(kāi)展課前學(xué)習(xí)，以提升課堂教學(xué)質(zhì)量。在課堂教學(xué)時(shí)，教師會(huì)隨機(jī)結(jié)合所教知識(shí)點(diǎn)對(duì)學(xué)生提前學(xué)習(xí)情況進(jìn)行考查，以檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。

2.探索實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂，提高課堂教學(xué)效果。結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，以學(xué)生為核心、教師為主導(dǎo)，對(duì)不同學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)，同時(shí)促使學(xué)生積極主動(dòng)參與整個(gè)教學(xué)過(guò)程。

3.面向科學(xué)前沿，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。面向國(guó)家對(duì)新時(shí)代具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新型人才的迫切需求，建立基于STEAM的5大核心思想（學(xué)生是整個(gè)教育活動(dòng)的核心；跨學(xué)科融合的學(xué)習(xí)內(nèi)容；基于項(xiàng)目、問(wèn)題、情景的學(xué)習(xí)活動(dòng)形式；溝通和表達(dá)的交互形式；創(chuàng)新成果導(dǎo)向的學(xué)習(xí)目標(biāo)）的教學(xué)理念，從多學(xué)科交叉融合角度提升課堂內(nèi)容的理論性與應(yīng)用性，將本領(lǐng)域前沿研究進(jìn)展與發(fā)現(xiàn)引入課堂，使學(xué)生密切了解科研前沿和熱點(diǎn)科學(xué)問(wèn)題，尤其是國(guó)家亟須解決的“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題，對(duì)學(xué)生進(jìn)行科研思想滲透，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)與科研興趣，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛能。此外，結(jié)合“研究生創(chuàng)新基金”等科研項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用、以創(chuàng)新能力解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的責(zé)任和擔(dān)當(dāng)。

（六）優(yōu)化教學(xué)考核評(píng)價(jià)體系

從過(guò)程性考核和多元化考核兩方面優(yōu)化教學(xué)考核評(píng)價(jià)體系。

1.加大過(guò)程性考核比例。過(guò)程性考核主要包括課堂隨機(jī)測(cè)試、課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況等，重在考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度，以及應(yīng)用能力。加大過(guò)程性考核旨在強(qiáng)化學(xué)生對(duì)平時(shí)學(xué)習(xí)的重視，促使學(xué)生注重平時(shí)學(xué)習(xí)積累，及時(shí)掌握課程內(nèi)容，并培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極主動(dòng)性。

2.多元化考核模式。多元化考核包括學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)閱讀，并采用翻轉(zhuǎn)課堂形式進(jìn)行相關(guān)研究講解。以設(shè)置專(zhuān)題形式，把學(xué)生分組，學(xué)生以小組為單位圍繞專(zhuān)題的前沿研究與進(jìn)展，進(jìn)行文獻(xiàn)查閱、整理，并制作PPT進(jìn)行講解，同時(shí)圍繞所講解內(nèi)容展開(kāi)討論。通過(guò)此過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)文獻(xiàn)的查找、閱讀、歸納整理的能力，溝通交流能力，思考問(wèn)題、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力，同時(shí)使學(xué)生不斷拓寬自己的視野，加深和鞏固對(duì)所學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和運(yùn)用。多元化考核模式旨在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、交流溝通能力等綜合能力，并加深學(xué)生對(duì)基本理論知識(shí)的掌握。

結(jié)語(yǔ)

在新工科建設(shè)背景下，對(duì)人才培養(yǎng)提出了新的要求。“細(xì)胞工程”課程作為生物技術(shù)、生物工程等專(zhuān)業(yè)的核心基礎(chǔ)課程之一，其教學(xué)需要與生物產(chǎn)業(yè)等對(duì)專(zhuān)業(yè)人才的需求密切結(jié)合。STEAM教育理念以富有創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)過(guò)程作為教育核心，強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)與實(shí)踐的相互聯(lián)系，并提倡由問(wèn)題解決驅(qū)動(dòng)的跨學(xué)科綜合教育理念。這與“細(xì)胞工程”課程特點(diǎn)相吻合，其理念應(yīng)用于課程教學(xué)中可改善現(xiàn)有教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科交叉融合理念，提升教學(xué)質(zhì)量。本文提出了將STEAM教育理念融合在“細(xì)胞工程”課程教學(xué)改革中的應(yīng)用，對(duì)于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)細(xì)胞工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解、理論聯(lián)系實(shí)際的能力、多學(xué)科角度思考和解決問(wèn)題能力、溝通交流能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力等的提高，起到了很好的教學(xué)效果。

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The Exploration of Cell Engineering Course Teaching Reform Integrating STEAM Concept

Abstract： Cell Engineering is one of the core basic courses for biotechnology and bioengineering majors. Facing the new requirements of talent cultivation under the background of “new engineering” construction， this paper proposes the exploration of the reform on teaching objectives， teaching design， teaching system， teaching philosophy， teaching method， and teaching evaluation method， integrating the STEAM teaching philosophy and based on the characteristics of Cell Engineering course. This reform adheres to the fundamental task of building morality and cultivating talents， which is student-centered， and aims at the development needs of the biomedical industry. The reform of Cell Engineering course aims to stimulate students’ desire for knowledge， cultivate students’ interdisciplinary integration concept， help students perform well at thinking， raising， analyzing and solving problems from a multidisciplinary perspective， improve students’ innovative thinking and improve the teaching effect of the course.

Key words： STEAM teaching philosophy; Cell Engineering; educational reform