生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)細(xì)胞工程課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐

高強(qiáng)國(guó)　楊勁　李玉紅

[摘要] 細(xì)胞工程是生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)的必修課程。為了設(shè)計(jì)出符合第三軍醫(yī)大學(xué)實(shí)際情況的生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)細(xì)胞工程課程，筆者在調(diào)研多所國(guó)內(nèi)院校細(xì)胞工程課程開(kāi)設(shè)情況后，總結(jié)出細(xì)胞工程課程的特點(diǎn)是技術(shù)性強(qiáng)、涉及的內(nèi)容廣。細(xì)胞工程教學(xué)中需要充分利用前導(dǎo)課程知識(shí)，利用小班課優(yōu)勢(shì)和實(shí)踐課多的優(yōu)勢(shì)來(lái)指導(dǎo)教學(xué)，構(gòu)建了包含細(xì)胞工程基礎(chǔ)知識(shí)、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合、胚胎工程、染色體工程、干細(xì)胞工程等內(nèi)容的教學(xué)框架。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了第三軍醫(yī)大學(xué)的細(xì)胞工程課程，并進(jìn)行了課程實(shí)踐?？偨Y(jié)近幾年對(duì)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)細(xì)胞工程課程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主要包括采用多樣化的教學(xué)方法、小班課教學(xué)模式、培養(yǎng)學(xué)生科研思維與動(dòng)手能力。

[關(guān)鍵詞] 細(xì)胞工程；生物技術(shù)；課程設(shè)計(jì)；教學(xué)方法

[中圖分類(lèi)號(hào)] G643 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-7210（2017）10（a）-0137-03

[Abstract] Cell engineering is a required course for students major in biotechnology. To design a course of cell engineering that is suitable for the situation of Third Military Medical University， the authors have investigated on the course status of several universities and proposed the basic characteristics of cell engineering is high in technique， and large scale in content. The teaching thoughts of the course are thoroughly using the previous courses， making use of small class teaching and practical teaching. the authors have constructed the outline of teaching contents， including basic knowledge of cell engineering， animal cell culture， cell fusion， embryo engineering， chromosome engineering and stem cell engineering. Combined with the background of Third Military Medical University， the authors propose a set of effective course design， and take it into practice， in addition， summarize the teaching practice of cell engineering for biotechnology during these years， the major experiences are applying variegated teaching methods， small class teaching， training the scientific research and experimental abilities.

[Key words] Cell engineering； Biotechnology； Course design； Teaching method

細(xì)胞工程指以細(xì)胞為對(duì)象，應(yīng)用生命科學(xué)理論，借助工程學(xué)原理與技術(shù)，有目的地利用或改造生物遺傳性狀，以獲得特定的細(xì)胞、組織產(chǎn)品或新型物種的一門(mén)綜合性科學(xué)技術(shù)。細(xì)胞工程是現(xiàn)代生物工程與生物技術(shù)的重要組成部分，在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品、能源、環(huán)境等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用[1-4]。

醫(yī)學(xué)院校生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)是生物技術(shù)與醫(yī)學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，與綜合院校及植物的生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)存在顯著區(qū)別。首先，醫(yī)學(xué)院校生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)涉及大量醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程，如細(xì)胞生物學(xué)、組織胚胎學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)、病理學(xué)、免疫學(xué)等，學(xué)生具有醫(yī)學(xué)知識(shí)背景，在學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)相關(guān)技術(shù)時(shí)理解程度更高[5-6]。其次，醫(yī)學(xué)院校重視動(dòng)手能力，開(kāi)展大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，這對(duì)細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)說(shuō)是一大優(yōu)勢(shì)[7]。綜合院校的生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)課程涉及的范圍廣泛，包括動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)、生態(tài)學(xué)等，但不同院校根據(jù)本校特點(diǎn)各有側(cè)重[8]。第三軍醫(yī)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我校”）經(jīng)過(guò)充分論證并擬定人才培養(yǎng)方案后，從2012年開(kāi)設(shè)本專(zhuān)業(yè)，并設(shè)立了一系列的專(zhuān)業(yè)課程。關(guān)于細(xì)胞工程課程，我校做了精細(xì)的課程設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)幾年的探索，取得了一些經(jīng)驗(yàn)和成果。

1 課程基本理念

1.1 細(xì)胞工程課程在生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)中的地位

學(xué)習(xí)細(xì)胞工程課程的學(xué)生專(zhuān)業(yè)為生物技術(shù)四年制本科，整體背景為醫(yī)學(xué)。細(xì)胞工程課程的前導(dǎo)課程包括細(xì)胞生物學(xué)和生物化學(xué)與分子生物學(xué)，后續(xù)課程包括細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)、組織工程和生物技術(shù)制藥。與細(xì)胞工程并行的幾大工程課程分別是基因工程、蛋白質(zhì)工程和組織工程。

1.2 課程教學(xué)的指導(dǎo)思想

細(xì)胞工程課程的特點(diǎn)是技術(shù)性強(qiáng)，涉及的內(nèi)容廣。因此，必須讓學(xué)員建立應(yīng)用的觀念，要求學(xué)員掌握細(xì)胞及分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，并結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)及前沿進(jìn)展進(jìn)行適當(dāng)拓展和補(bǔ)充[9]，注重實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，同時(shí)加強(qiáng)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.3 課程教學(xué)的基本原則

①有效結(jié)合學(xué)員已學(xué)的細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)及分子生物學(xué)、組織胚胎學(xué)基礎(chǔ)，借助生物工程方面的技術(shù)，使學(xué)員實(shí)現(xiàn)各門(mén)知識(shí)體系的有機(jī)融合，逐步建立自己對(duì)已學(xué)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合。②利用小班課優(yōu)勢(shì)，充分利用課堂討論和專(zhuān)題研討等，引導(dǎo)學(xué)員查閱文獻(xiàn)，拓展知識(shí)面，引導(dǎo)學(xué)員思考細(xì)胞工程應(yīng)用的相關(guān)問(wèn)題和前沿進(jìn)展，既幫助學(xué)員掌握相關(guān)的理論知識(shí)，又培養(yǎng)其邏輯思維能力，并系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)員綜合素質(zhì)和創(chuàng)新思維能力[10-12]。③充分利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)員實(shí)驗(yàn)技能及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度，在完成基本實(shí)驗(yàn)的情況下，鼓勵(lì)學(xué)員自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，對(duì)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)提出質(zhì)疑，逐步培養(yǎng)科研思維。endprint

2 課程設(shè)計(jì)思路

2.1 框架設(shè)計(jì)

細(xì)胞工程課程有理論課、實(shí)驗(yàn)課、自修課、專(zhuān)題討論、網(wǎng)絡(luò)課程等形式。首先讓學(xué)員從總體把握細(xì)胞工程的基本內(nèi)容、課程性質(zhì)和地位、研究進(jìn)展和應(yīng)用，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)鍛煉學(xué)員動(dòng)手操作能力，體會(huì)細(xì)胞工程技術(shù)的應(yīng)用。同時(shí)利用自修和專(zhuān)題討論讓學(xué)員走出課堂，鍛煉自學(xué)能力，學(xué)會(huì)思考并闡述自己的觀點(diǎn)。

2.2 內(nèi)容安排

細(xì)胞工程課課時(shí)總計(jì)60學(xué)時(shí)，其中，理論講授36學(xué)時(shí)，學(xué)員自修安排2學(xué)時(shí)，專(zhuān)題討論2學(xué)時(shí)。理論課內(nèi)容共安排七章，先學(xué)習(xí)總論，從總體上把握細(xì)胞工程的基礎(chǔ)知識(shí)；再開(kāi)展動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合、基因打靶、干細(xì)胞工程等內(nèi)容，使學(xué)員掌握基礎(chǔ)和前沿的細(xì)胞工程知識(shí)，其中動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)和干細(xì)胞工程為重點(diǎn)內(nèi)容。根據(jù)當(dāng)年授課安排開(kāi)設(shè)專(zhuān)題討論（學(xué)術(shù)論壇），擴(kuò)大學(xué)員知識(shí)面，提高學(xué)員自學(xué)能力，培養(yǎng)邏輯思維能力，強(qiáng)化探討科學(xué)問(wèn)題的學(xué)術(shù)爭(zhēng)鳴意識(shí)。實(shí)驗(yàn)課安排20學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括細(xì)胞器的觀察、染色體制備、免疫熒光和細(xì)胞遷移，盡可能涵蓋理論課的內(nèi)容，體現(xiàn)綜合性和創(chuàng)新性。

3 教學(xué)實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

3.1 教學(xué)實(shí)施

由專(zhuān)職教學(xué)組負(fù)責(zé)。教學(xué)組組成包括經(jīng)驗(yàn)豐富的高年資教授和敢做敢闖的年輕副教授，這種方式的組合，可以在保證教學(xué)質(zhì)量的前提下，進(jìn)行教學(xué)改革。教學(xué)實(shí)施時(shí)，首先進(jìn)行理論課授課，實(shí)驗(yàn)課在細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行，在學(xué)員掌握細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)（包括細(xì)胞復(fù)蘇、傳代、凍存等）后，進(jìn)行細(xì)胞工程方面的實(shí)驗(yàn)，以避免理論實(shí)踐脫節(jié)和增加教學(xué)實(shí)施難度。研討課根據(jù)具體情況，安排在理論課中或課后進(jìn)行。網(wǎng)絡(luò)課程教育已成為教育的新手段、新模式，學(xué)員在課余時(shí)間通過(guò)細(xì)胞生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程，進(jìn)一步加深細(xì)胞工程知識(shí)的理解。課后學(xué)員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)課程中的視頻點(diǎn)播對(duì)不懂的地方反復(fù)觀看復(fù)習(xí)和深入理解。

3.2 教學(xué)體會(huì)

3.2.1 采用多樣化的教學(xué)方法 細(xì)胞工程的特點(diǎn)之一是各章節(jié)內(nèi)容差異較大，有的章節(jié)具有很好的邏輯性，有的章節(jié)應(yīng)用技術(shù)細(xì)節(jié)多，理論表述少[6]，而有的章節(jié)二者兼有。針對(duì)不同章節(jié)的特點(diǎn)，需要采取不同的教學(xué)方法，有的章節(jié)甚至需要綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法[13-14]。例如，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)工程章節(jié)，涉及基礎(chǔ)細(xì)胞培養(yǎng)的各種技術(shù)細(xì)節(jié)，同時(shí)還涉及大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)的技術(shù)細(xì)節(jié)，學(xué)生在理解、記憶課本內(nèi)容時(shí)有較大難度。但是，其實(shí)該章節(jié)具有較好的邏輯性，如果以細(xì)胞培養(yǎng)的準(zhǔn)備及操作作為主線，將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)貫穿在該主線上，同時(shí)綜合運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)與實(shí)踐式教學(xué)模式，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考、自由探索、大膽質(zhì)疑，就能更好的理解。案例法教學(xué)是利用以真實(shí)事件為基礎(chǔ)撰寫(xiě)的案例進(jìn)行課堂教學(xué)的過(guò)程，使學(xué)生通過(guò)對(duì)特殊事例的分析，掌握一般分析原理，并借助這一原理獨(dú)立分析和解決問(wèn)題。一個(gè)好的案例常常有助于提高課堂教學(xué)的質(zhì)量和效果，增加學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的熱情和積極性，并啟發(fā)學(xué)生對(duì)現(xiàn)實(shí)社會(huì)中相關(guān)事例與情境的深入觀察與思考[11]。細(xì)胞培養(yǎng)工程應(yīng)用性很強(qiáng)，有的內(nèi)容可以單獨(dú)提取出來(lái)開(kāi)展案例式教學(xué)。教學(xué)實(shí)踐中結(jié)合實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，選取表皮細(xì)胞的培養(yǎng)作為案例進(jìn)行教學(xué)，取得了非常好的效果。同時(shí)，結(jié)合其他院校的經(jīng)驗(yàn)，筆者在該課程中還進(jìn)行了其他教學(xué)方法的嘗試。

3.2.2 探索小班課教學(xué)模式 由于軍隊(duì)院校招生特點(diǎn)，我校生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)每年招生人數(shù)在10名左右，這給進(jìn)行小班課教學(xué)探索提供了有利條件。因此，筆者借鑒其他院校的方法[10]，設(shè)置了部分小班研討課。例如，其中一堂課研討誘導(dǎo)多能干細(xì)胞對(duì)細(xì)胞工程發(fā)展的影響。提前一個(gè)月將題目布置給學(xué)生進(jìn)行準(zhǔn)備，讓學(xué)生去查閱資料，閱讀文獻(xiàn)，同時(shí)復(fù)習(xí)細(xì)胞工程各章節(jié)內(nèi)容，靈活運(yùn)用學(xué)習(xí)知識(shí)整理研討內(nèi)容；在課堂上每名學(xué)生進(jìn)行個(gè)人匯報(bào)發(fā)言，互相學(xué)習(xí)，課堂研討；最后由教師進(jìn)行集中總結(jié)點(diǎn)評(píng)，集中解讀經(jīng)典文獻(xiàn)。在研討課后，學(xué)生根據(jù)研討情況，提交研討報(bào)告及體會(huì)[15-20]。通過(guò)幾年的實(shí)施，總結(jié)出一套行之有效的研討方案：教研室集體備課，確定研討主題和具體組織形式，形成完整的研討方案和課堂教學(xué)設(shè)計(jì)。

3.2.3 培養(yǎng)學(xué)生科研思維與動(dòng)手能力 細(xì)胞工程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用科學(xué)，可以從兩方面培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和動(dòng)手能力。一方面，學(xué)生通過(guò)積極參與教學(xué)活動(dòng)，尋找自己感興趣的的知識(shí)點(diǎn)并自覺(jué)進(jìn)行學(xué)習(xí)和接受，在與老師和同學(xué)的交流中加深對(duì)新知識(shí)和新技能的理解和掌握，并從中逐漸掌握更有效的學(xué)習(xí)的途徑和學(xué)習(xí)方法。教師在講授過(guò)程中要有意識(shí)引導(dǎo)學(xué)生將理論和實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)。例如，講解細(xì)胞融合技術(shù)時(shí)，結(jié)合其研究范圍最廣、應(yīng)用最成熟、發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮膯慰寺】贵w的生產(chǎn)制備來(lái)介紹，擴(kuò)展到當(dāng)今抗體藥物的市場(chǎng)應(yīng)用前景與生產(chǎn)狀況，使學(xué)生加深對(duì)細(xì)胞融合技術(shù)的理解[6]。另一方面，學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)課所提供的實(shí)驗(yàn)條件，積極學(xué)習(xí)細(xì)胞工程所涉及的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法[21]，并在教師的引導(dǎo)下，逐步加深對(duì)科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)室工作的認(rèn)識(shí)，初步學(xué)習(xí)建立科學(xué)研究的思維方式[6]。教師可以在此基礎(chǔ)上，遴選部分對(duì)科研有濃厚興趣，動(dòng)手能力較強(qiáng)的學(xué)生，參與到課題研究中，在培養(yǎng)學(xué)生科研思維的同時(shí)，部分解決研究生生源較少的難題，從而真正達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)的目標(biāo)。

通過(guò)近幾年對(duì)細(xì)胞工程課程的教學(xué)實(shí)踐和不斷改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生對(duì)細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)課程的興趣明顯增加，綜合能力得以加強(qiáng)，教學(xué)效果有了顯著提高。同時(shí)，通過(guò)教學(xué)相長(zhǎng)的過(guò)程，培養(yǎng)和鍛煉了大量的年輕教師，并嘗試了一些特殊的教學(xué)方法，為以后的教學(xué)提供更多借鑒。

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（收稿日期：2017-07-05 本文編輯：程 銘）endprint