基于OBE理念的“細(xì)胞工程”課程教學(xué)探索

鞏慧玲，袁惠君，王艷玲

（蘭州理工大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

成果導(dǎo)向教育（Outcomes-based Education,OBE）是20世紀(jì)90年代在美國等國家最早發(fā)展起來的，又被稱作目標(biāo)導(dǎo)向教育、能力導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育，是一種基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式，通過預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出為中心進(jìn)行組織、實(shí)施和評價(jià)，利用學(xué)習(xí)成果驅(qū)動整個課程活動和學(xué)生學(xué)習(xí)的產(chǎn)出評價(jià)，是目前國內(nèi)外高等教育發(fā)展的趨勢。OBE教學(xué)模式主要通過以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)三個理念來促進(jìn)、改善和提高工程教育的人才培養(yǎng)質(zhì)量。我校生物工程專業(yè)以提升專業(yè)工程教育質(zhì)量為主旨，不斷加強(qiáng)專業(yè)建設(shè)，其中“細(xì)胞工程”課程是生物工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)方向課。

一、修訂課程教學(xué)大綱，精選教學(xué)內(nèi)容

“細(xì)胞工程”是應(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綜合性科學(xué)技術(shù)，具有前沿性（現(xiàn)代生物技術(shù)的熱點(diǎn)）、綜合性（多學(xué)科交叉）、應(yīng)用性（工程類課程，重在產(chǎn)品與技術(shù)）和爭議性（新技術(shù)給倫理道德帶來的沖擊）等特點(diǎn)。“細(xì)胞工程”是生物工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)方向課。為提升我校生物工程教育質(zhì)量，我們根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念即“以成果為導(dǎo)向”，結(jié)合生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求需掌握的核心能力和素質(zhì)要求，并遵循價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授“三位一體”的教育理念，修訂細(xì)胞工程課程教學(xué)大綱，即明確了細(xì)胞工程課程教學(xué)目標(biāo)，理順了細(xì)胞工程課程目標(biāo)與專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，制定了細(xì)胞工程課程知識、能力培養(yǎng)和思政目標(biāo)計(jì)劃表，將課程教學(xué)目標(biāo)落實(shí)到具體章節(jié)內(nèi)容中。

細(xì)胞工程作為一門綜合性和應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，其理論知識涵蓋面廣，融合多個學(xué)科的技術(shù)。因此，合理規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，及時(shí)補(bǔ)充新知識是細(xì)胞工程課程建設(shè)的長期任務(wù)。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，我們認(rèn)真精選教學(xué)內(nèi)容并梳理重點(diǎn)、難點(diǎn)，為保證教學(xué)內(nèi)容的相對穩(wěn)定，經(jīng)過對比多本教材，我們選擇上海交通大學(xué)李志勇編著的《細(xì)胞工程》一書作為主要教材（該教材2021年已更新至第三版），以楊淑慎編著的《細(xì)胞工程》、安利國編著的《細(xì)胞工程》和王永飛編著的《細(xì)胞工程》等書作為助教材。此外，由于細(xì)胞工程的發(fā)展日新月異，教材內(nèi)容無法做到及時(shí)更新，一些新的技術(shù)進(jìn)展無法及時(shí)加入教材，使得理論與現(xiàn)實(shí)脫節(jié)，因此我們在授課時(shí)密切關(guān)注近年來細(xì)胞工程的最新科研進(jìn)展。

二、融合文獻(xiàn)閱讀法與其他教學(xué)方法，凸顯以學(xué)生為中心

教學(xué)有法，教無定法。細(xì)胞工程的理論知識抽象，課程內(nèi)容涉及多個專業(yè)領(lǐng)域如普通生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)等的基本知識，還涉及基因工程、酶工程及部分生物工程設(shè)備等方面的知識；另外，細(xì)胞工程各個章節(jié)之間獨(dú)立性強(qiáng)，理論知識之間邏輯聯(lián)系較弱且理論表述較少，而較多內(nèi)容涉及實(shí)驗(yàn)操作流程或步驟，學(xué)生理解和學(xué)習(xí)起來感到枯燥且有一定難度。因此，細(xì)胞工程的教學(xué)方法尤為重要。為提升我校生物工程教育質(zhì)量，根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念即“以成果為導(dǎo)向”，并基于本課程的特點(diǎn)，我們在課程教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)方法的選擇上，以學(xué)生為中心，注重學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，按照教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo)，以課前布置作業(yè)的方式要求學(xué)生分組精讀或泛讀本專業(yè)領(lǐng)域的經(jīng)典文獻(xiàn)和熱點(diǎn)文獻(xiàn)，將文獻(xiàn)閱讀教學(xué)法融入其他教學(xué)方法（案例式教學(xué)法、PBL教學(xué)法和討論式教學(xué)法等），從而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、思維能力和創(chuàng)新意識，以及培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決科學(xué)問題和相應(yīng)工程問題的能力。文獻(xiàn)閱讀法與其他教學(xué)方法相融合的運(yùn)用具體如下。

（一）文獻(xiàn)閱讀法與案例式教學(xué)法相融合

案例式教學(xué)是以真實(shí)事件為基礎(chǔ)撰寫案例進(jìn)行課堂教學(xué)，使學(xué)生通過對特殊事例的分析，掌握一般分析原理，并借助這一原理獨(dú)立分析和解決問題的教學(xué)方法。我們在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)選用的案例來自學(xué)生提前閱讀的經(jīng)典文獻(xiàn)或熱點(diǎn)文獻(xiàn)，在授課時(shí)，通過讓學(xué)生分享相關(guān)文獻(xiàn)的主要內(nèi)容，主動參與課堂教學(xué)過程。例如，在講授植物組織培養(yǎng)再生植株途徑的方式時(shí)，我們讓學(xué)生在課堂上分享發(fā)表于1958年的一篇關(guān)于胡蘿卜細(xì)胞離體培養(yǎng)的經(jīng)典文獻(xiàn)，即以胡蘿卜體細(xì)胞再生途徑為案例，讓學(xué)生理解細(xì)胞全能性這一基本概念，并掌握胚狀體發(fā)生這一植株再生途徑；在講授植物細(xì)胞次生代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)時(shí)，通過讓學(xué)生分享一篇關(guān)于紅豆杉細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)紫衫醇的文獻(xiàn)，來分析細(xì)胞系的篩選流程、細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物的步驟及提高次級代謝產(chǎn)物的策略，并以此為基礎(chǔ)，讓學(xué)生進(jìn)一步查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)我國北方黃花蒿細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)青蒿素的方案，并探討實(shí)驗(yàn)室搖瓶式培養(yǎng)和工廠化放大培養(yǎng)的差異，以及如何設(shè)計(jì)適合植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的發(fā)酵罐，從而提高學(xué)生利用所學(xué)知識解決細(xì)胞工程在生產(chǎn)實(shí)踐中的問題的能力，促進(jìn)學(xué)生對細(xì)胞工程學(xué)科知識的理解和應(yīng)用。

（二）文獻(xiàn)閱讀法與PBL教學(xué)法相融合

PBL教學(xué)法（Problem-based learning）是以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，是基于現(xiàn)實(shí)世界的以學(xué)生為中心的教育方式，是在教師的引導(dǎo)下以學(xué)生為中心、以問題為基礎(chǔ)，以小組合作的方式進(jìn)行自由選題、課下圍繞問題收集資料、課上講解和討論，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)模式。基于PBL教學(xué)法的特點(diǎn)和優(yōu)勢，我們將一些教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)成問題提前發(fā)放給學(xué)生，并隨之發(fā)放幾篇必讀文獻(xiàn)；學(xué)生以小組的形式選擇題目，課下查閱、整理資料和討論，然后進(jìn)行課堂展示。例如，在講授植物組織培養(yǎng)與快速繁殖時(shí)，教師提出問題：水稻、小麥等糧食作物的繁殖方式是通過有性繁殖，而第四大糧食作物馬鈴薯的繁殖為什么不采用有性繁殖而采用無性繁殖，如何進(jìn)行馬鈴薯的無性繁殖。然后讓學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料并進(jìn)行深入的小組討論，重點(diǎn)明確植物脫毒的方法和脫毒植物鑒定的方法，并在閱讀教師提供的關(guān)于馬鈴薯種薯良繁方式的文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)植物組培快繁的一般流程，教師可建議學(xué)生延伸擴(kuò)展閱讀最新發(fā)表的關(guān)于莖尖脫毒的分子基礎(chǔ)的相關(guān)文獻(xiàn)。學(xué)生小組針對這些問題，在課下查閱資料、閱讀、討論和準(zhǔn)備后，在課堂上以PPT的形式展示、匯報(bào)和答辯（采取隨機(jī)抽取的方式確定展示的學(xué)生，其余小組成員補(bǔ)充或回答提問），最后教師在課堂上總結(jié)和點(diǎn)評，對基本概念和理論進(jìn)行概括和總結(jié)，并對學(xué)生設(shè)計(jì)的植物組培快繁的流程進(jìn)行梳理和重點(diǎn)講授。

（三）文獻(xiàn)閱讀法與討論式教學(xué)法相融合

細(xì)胞工程的特點(diǎn)之一是爭議性，即新技術(shù)給倫理道德帶來的沖擊。因此，在授課時(shí)我們對細(xì)胞工程技術(shù)應(yīng)用中引起的有爭議性的問題，安排學(xué)生進(jìn)行討論、演講和辯論等。如在講授體外受精與核移植動物時(shí)，在課前提出幾個討論問題，例如，你支持還是反對克隆人，你對試管嬰兒的態(tài)度。學(xué)生課下經(jīng)過查閱文獻(xiàn)，深入了解相關(guān)知識，并在認(rèn)真思考后提出自己的觀點(diǎn)，然后進(jìn)行課堂討論和辯論，這樣不僅提高了學(xué)生查閱資料和積極主動學(xué)習(xí)的能力，還鍛煉了其語言表達(dá)和演講等多方面的能力，在討論中也培養(yǎng)了自己的批判精神。

總之，我們在細(xì)胞工程教學(xué)中，注重教學(xué)設(shè)計(jì)，針對不同的教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)方法，把文獻(xiàn)閱讀法與案例式教學(xué)法、PBL教學(xué)法、討論式教學(xué)法相融合，靈活運(yùn)用于課堂，將細(xì)胞工程課堂理論教學(xué)由教師一人講授轉(zhuǎn)換為以學(xué)生為中心，教師作為課堂的“導(dǎo)演”，學(xué)生是真正的“主角”，使課堂從單純的以教師講授為主轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生參與式教學(xué)，著重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用細(xì)胞工程知識解決細(xì)胞工程問題的能力。

三、以成果導(dǎo)向加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

細(xì)胞工程是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的工程技術(shù)課程，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要和工程教育的要求。我們在教學(xué)中除了加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)基本操作能力的訓(xùn)練，還不斷注重研究性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐，以成果為導(dǎo)向，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和解決工程問題的能力。

細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)中的多個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及試劑、培養(yǎng)基的配制和滅菌等，但由于課時(shí)限制，這些內(nèi)容之前多由實(shí)驗(yàn)教師提前準(zhǔn)備或完成，學(xué)生無法全程參與。為進(jìn)一步提高學(xué)生的動手能力，我們在教學(xué)改革中，采用自愿和輪流原則，學(xué)生可利用課余時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下參與試劑和培養(yǎng)基的配制及預(yù)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生能夠充分掌握實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備和整個步驟、流程，學(xué)生也有更多的機(jī)會與實(shí)驗(yàn)教師交流和溝通。在正式開展本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，由這些參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的學(xué)生給同學(xué)親自講解實(shí)驗(yàn)的主要操作過程和注意事項(xiàng)（實(shí)驗(yàn)教師點(diǎn)評并做適當(dāng)補(bǔ)充），即參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的學(xué)生充當(dāng)了助教的角色，從而增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位和實(shí)驗(yàn)興趣，學(xué)生爭先恐后地參與實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作，課后總結(jié)時(shí)學(xué)生普遍反映參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備加深了對實(shí)驗(yàn)原理的理解，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)基本操作能力，并改正了一些實(shí)驗(yàn)基本操作中的小錯誤。

為培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和解決生物工程問題的能力，對細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)中研究性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師提前并不給學(xué)生發(fā)放實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，而是通過設(shè)置科學(xué)問題或工程應(yīng)用問題，要求學(xué)生自行分組后查閱文獻(xiàn)資料，共同討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和具體的實(shí)驗(yàn)步驟，然后由教師審核后確定實(shí)驗(yàn)方案，最后開展實(shí)驗(yàn)。例如，在植物的組織培養(yǎng)和快速繁殖的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料，不同小組分別設(shè)計(jì)了馬鈴薯、蘭州百合、麗格海棠、構(gòu)樹等植物的組培快繁的實(shí)驗(yàn)方案，包括外植體的選擇、培養(yǎng)基的配方（分化培養(yǎng)和繼代培養(yǎng)）設(shè)計(jì)、生根培養(yǎng)和移栽方法等，然后經(jīng)實(shí)驗(yàn)教師的審核及學(xué)生的完善和補(bǔ)充后開展實(shí)驗(yàn)。學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案親自實(shí)施實(shí)驗(yàn)，并對實(shí)驗(yàn)中碰到的外植體消毒不徹底而引發(fā)的污染、外植體不宜脫分化和分化、試管苗生根率低和移栽不宜成活等問題，及時(shí)和教師溝通并適當(dāng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，從而全面掌握了植物組培快繁的方法和技術(shù)，也提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和動手操作能力，以及分析問題和解決問題的能力。此外，在完成本實(shí)驗(yàn)后，我們給學(xué)生的課后作業(yè)是：解決某花卉工廠化生產(chǎn)的工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮哪些方面？教師提醒學(xué)生在回答這一問題時(shí)，不要忽略植物工廠的廠區(qū)設(shè)計(jì)、組培車間設(shè)計(jì)和溫室設(shè)計(jì)等方面，從而培養(yǎng)學(xué)生解決生物工程問題的能力。

對實(shí)驗(yàn)的成績考核，除了預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告外，我們更注重過程考核，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中用智能手機(jī)拍照或拍視頻記錄實(shí)驗(yàn)操作的關(guān)鍵步驟和主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并將所拍的照片整理編輯排版后打印出來粘貼在實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊上，并將實(shí)驗(yàn)中拍攝的資料編輯成3～5分鐘的短視頻，進(jìn)行交流和答辯，并計(jì)入平時(shí)成績。學(xué)生將自己的實(shí)驗(yàn)短視頻作品掛在自己的社交賬號，吸引了朋友的關(guān)注、點(diǎn)贊和評論，學(xué)生在回復(fù)朋友的評論時(shí)，成就感、自豪感滿滿，也增強(qiáng)了對專業(yè)的熱愛。

四、課程教學(xué)融入創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)教育

在傳授細(xì)胞工程專業(yè)知識和技術(shù)的基礎(chǔ)上，我們引導(dǎo)學(xué)生將細(xì)胞工程原理與技術(shù)運(yùn)用于科學(xué)研究、成果轉(zhuǎn)化與應(yīng)用中，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、科研創(chuàng)新及工程應(yīng)用能力。我們組織學(xué)有余力、對細(xì)胞工程感興趣的學(xué)生形成大學(xué)生科研創(chuàng)新小組，并邀請低年級學(xué)生參加，將專業(yè)知識與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動緊密結(jié)合，以細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)課中的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)繼續(xù)開展研究，并申報(bào)學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目及參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽。以高年級學(xué)生帶動低年級學(xué)生，從資料的查閱、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備到實(shí)驗(yàn)的操作和實(shí)施、撰寫論文等完成完整的科研過程，科研思維能力和科研寫作能力得到訓(xùn)練和提高。此外，以科研成果為基礎(chǔ)，進(jìn)行成果的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，如進(jìn)行商業(yè)計(jì)劃書的撰寫和路演，從而提高了學(xué)生的溝通和表達(dá)能力，為今后從事相關(guān)行業(yè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。經(jīng)過幾年的不斷實(shí)踐，學(xué)生完成的油用牡丹的組培快繁、蘭州百合的組培快繁和構(gòu)樹的組培快繁等項(xiàng)目在省級和校級科技競賽中獲獎。

結(jié)語

基于OBE教學(xué)理念，我們對“細(xì)胞工程”課程進(jìn)行了教學(xué)探索和實(shí)踐，以學(xué)生為中心，修訂課程教學(xué)大綱、精選教學(xué)內(nèi)容，通過文獻(xiàn)閱讀法和其他教學(xué)方法相融合進(jìn)行理論教學(xué)，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)和工程能力的提升，并在課程教學(xué)中融入創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)教育，從而有效實(shí)現(xiàn)了對學(xué)生素質(zhì)與能力的培養(yǎng)和提高，為學(xué)生畢業(yè)后從事生物工程相關(guān)行業(yè)并解決相關(guān)工程問題奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。