基于OBE理念的細(xì)胞工程混合式一流課程建設(shè)與實踐

張 潔,劉 娜,吳立柱,王榮納,魏鳳菊,劉 剛,孫天杰

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,河北 保定 071001)

細(xì)胞工程是現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分,課程內(nèi)容與生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化密切相關(guān),是該領(lǐng)域中最直接應(yīng)用于生產(chǎn)實踐并取得顯著效益的一門應(yīng)用科學(xué)[1],在生命科學(xué)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)境保護等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用,已成為生命科學(xué)研究諸領(lǐng)域中最具活力和最引人注目的學(xué)科之一[2,3]。很多地方農(nóng)業(yè)院校將細(xì)胞工程課程列為生物技術(shù)專業(yè)的重要專業(yè)核心課程之一[4]。

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院在建院之初就在生物技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案中,將細(xì)胞工程課程列為必修課;結(jié)合農(nóng)林教育的特點,配套選用了西北農(nóng)林大學(xué)楊淑慎教授主編、科學(xué)出版社出版的普通高等教育“十三五”規(guī)劃系列教材《細(xì)胞工程》和《細(xì)胞工程實驗技術(shù)》。該課程在大三年級第二學(xué)期開設(shè),學(xué)生已完成多門專業(yè)相關(guān)課程的學(xué)習(xí),逐漸失去了對生物技術(shù)專業(yè)的新鮮感,以教師講授為主的教學(xué)模式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外,由于生命科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的突飛猛進,課程研究內(nèi)容日新月異,教學(xué)工作必須緊跟時代前沿,引入新的教學(xué)模式和教學(xué)手段。基于此,教學(xué)團隊近年來對課程進行了一系列的改革探索與實踐。

1 探索課堂教學(xué)新模式,提升學(xué)習(xí)自驅(qū)力

BOPPPS教學(xué)方法由溫哥華大學(xué)的Douglas Kerr團隊創(chuàng)建,以學(xué)生為主體,將課程知識點按照引入(B)、建立學(xué)習(xí)目標(biāo)(O)、前測(P1)、師生參與式學(xué)習(xí)(P2)、后測(P3)和總結(jié)(S)6個要素貫穿于整個教學(xué)過程[5,6],使課程具有系統(tǒng)性、邏輯性和完整性,突出學(xué)生的參與和教學(xué)效果的反饋,有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,使學(xué)生能主動參與學(xué)習(xí),并獲得高效教學(xué)成果[7]。國內(nèi)多個高校陸續(xù)引進這一教學(xué)模式,本課程教學(xué)團隊于2021年參加了河北農(nóng)業(yè)大學(xué)教師發(fā)展中心組織的ISW教學(xué)工作坊,作為引導(dǎo)員指導(dǎo)11名青年教師完成了入職培訓(xùn),并將這一教學(xué)模式引入細(xì)胞工程課程的線上、線下混合式教學(xué)中,借助智慧教學(xué)平臺超星學(xué)習(xí)通輔助實施,進行了知識體系的重構(gòu),并在2019級生物技術(shù)專業(yè)細(xì)胞工程理論課教學(xué)中進行了實踐。

基于BOPPPS的線上線下混合式教學(xué)模式把以學(xué)生的學(xué)習(xí)為中心與教師引導(dǎo)相結(jié)合,將BOPPPS模式融入教師講授和學(xué)生小組協(xié)作自主學(xué)習(xí),整合多種教學(xué)資源和教學(xué)手段,實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)和個性化學(xué)習(xí)的目標(biāo)[8]。在細(xì)胞工程教學(xué)中,將學(xué)習(xí)目標(biāo)、核心知識點、思政育人和項目創(chuàng)新等融入教學(xué)大綱,優(yōu)化了課前、課中和課后三大環(huán)節(jié)(見圖1)。借助團隊近5年來建設(shè)的超星學(xué)習(xí)通細(xì)胞工程線上資源平臺,輔助以騰訊會議和QQ群,實現(xiàn)BOPPPS模式與線上、線下混合式教學(xué)的有機融合。

在課前發(fā)放學(xué)情調(diào)研問卷、專題講座視頻、課程思政案例、任務(wù)清單以及其他輔助資料等,學(xué)生初步了解課程內(nèi)容,并就自己感興趣和不理解的部分進行質(zhì)疑,在超星學(xué)習(xí)通討論區(qū)進行討論,教師在后臺收集相關(guān)信息、充分了解學(xué)情,有針對性地完善課堂教學(xué)設(shè)計;課堂教學(xué)過程中,以線下課堂討論和互動教學(xué)為主,輔以學(xué)習(xí)通觀看任務(wù)點、穿插完成隨堂練習(xí)和主題討論以及采用騰訊會議直播等形式作為補充;課后環(huán)節(jié)通過完成章節(jié)小測和創(chuàng)新項目報告、專題文獻報告等進行課程相關(guān)知識的鞏固和融合貫通,做到學(xué)以致用。

在教學(xué)實踐過程中,BOPPPS教學(xué)模式存在各要素邏輯不當(dāng)、學(xué)習(xí)主體性地位不強、生成性成果不足等問題[7]。結(jié)合細(xì)胞工程課的教學(xué)實踐和反思,對BOPPPS模式進行了改良,將前測P1調(diào)整到課前在學(xué)習(xí)通平臺發(fā)布、后測與課后學(xué)術(shù)拓展相結(jié)合調(diào)整到課后環(huán)節(jié),形成課前、課堂教學(xué)過程中以及課后三個環(huán)節(jié)的有效融合貫通,使教學(xué)過程更完整流暢,充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,實現(xiàn)課程建設(shè)的“兩性一度”目標(biāo)。

2 科創(chuàng)融合,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,實踐高階應(yīng)用

細(xì)胞工程是一門實踐性和應(yīng)用性非常強的學(xué)科,涉及多種新技術(shù)、新方法及其推廣應(yīng)用,需要不斷融入新的研究進展。從知識背景到實驗設(shè)計、實驗原理、實驗操作,再到成果應(yīng)用和推廣,哪一個環(huán)節(jié)的缺失或與實際脫離,都會影響到教學(xué)質(zhì)量和成效[9]。如何系統(tǒng)地將專業(yè)知識和技能內(nèi)化為創(chuàng)造力,提升學(xué)生自主創(chuàng)新能力成為細(xì)胞工程教學(xué)改革的核心點之一。

以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的OBE教學(xué)理念,關(guān)注學(xué)生專業(yè)技能的提高,明確教學(xué)設(shè)計與實施目標(biāo)是讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)取得學(xué)習(xí)成果[10]。所以,應(yīng)緊密結(jié)合應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo),對細(xì)胞工程課堂教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化,將實用性強的細(xì)胞工程專創(chuàng)融合案例以及專業(yè)拓展性的學(xué)科前沿進展與課程內(nèi)容相融合,提升課程的高階性和挑戰(zhàn)度,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力。

在實踐性和應(yīng)用性強的植物離體快繁、植物脫毒和植物次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)等章節(jié),優(yōu)選與生產(chǎn)生活實際緊密相關(guān)的專創(chuàng)融合案例,組建興趣小組分別完成不同案例,并進行調(diào)研和匯報,通過路演和答辯提升學(xué)生綜合素養(yǎng)。

首先在超星學(xué)習(xí)通發(fā)布與專創(chuàng)融合案例相關(guān)聯(lián)的拓展性視頻資源、學(xué)科前沿的課外閱讀資料(科技創(chuàng)新實例、專題學(xué)術(shù)文獻),引導(dǎo)學(xué)生利用碎片化時間對專創(chuàng)融合案例相關(guān)的知識點以及相關(guān)資料進行學(xué)習(xí),激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和探索的求學(xué)欲望。課下學(xué)生以小組為單位通過查閱專業(yè)文獻進行調(diào)研,并提出可行的設(shè)計方案,形成案例報告并進行組內(nèi)討論;課上采用以項目案例為導(dǎo)向的翻轉(zhuǎn)課堂形式進行項目匯報,結(jié)合生生互動以及師生互動形式激活課堂。經(jīng)過組內(nèi)、組間的小組討論和師生討論等多個環(huán)節(jié),最終形成專創(chuàng)融合項目報告或者完成創(chuàng)新產(chǎn)品,實現(xiàn)學(xué)習(xí)成果真正的產(chǎn)出。在2019級生物技術(shù)專業(yè)細(xì)胞工程課程教學(xué)過程中,發(fā)掘出“鐵皮石斛胚芽離體快繁體系建立”“迷你多肉植物鑰匙鏈制備”和“耐鹽轉(zhuǎn)基因大豆新材料培育”等一批優(yōu)秀的專創(chuàng)融合案例,已推薦參加學(xué)校和省級的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽(見表1)。

表1 2019級生物技術(shù)專業(yè)混合式教學(xué)中部分創(chuàng)新案例、專題文獻對應(yīng)的課程內(nèi)容

在技術(shù)性和前沿性強的原生質(zhì)體制備與應(yīng)用、動物疫苗生產(chǎn)以及動植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)等章節(jié),以分組形式對相關(guān)內(nèi)容的最新科研進展進行深入分析,通過翻轉(zhuǎn)課堂進行展示,同學(xué)們進行討論和評分。通過學(xué)術(shù)文獻導(dǎo)讀引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題,結(jié)合文獻精讀和翻轉(zhuǎn)課堂展示進行科學(xué)反思,通過學(xué)術(shù)拓展引導(dǎo)學(xué)生探索科學(xué)問題的普遍性,培養(yǎng)學(xué)生的批判性思辨和顛覆式創(chuàng)新能力。

另外,利用BOPPPS教學(xué)法給學(xué)生進行示范,指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)思文獻講解的思路。首先明確文獻講解的主題是什么,為什么要講這篇文獻(B);學(xué)習(xí)這篇文獻的目標(biāo)是什么,通過這篇文獻學(xué)習(xí)同學(xué)們將會有哪些提升(O);這篇文獻與課程所學(xué)內(nèi)容有什么關(guān)聯(lián),如何通過前測判斷同學(xué)們已經(jīng)具備哪些能力或知識(P1);講解過程中如何引領(lǐng)同學(xué)們參與老師的科學(xué)問題解析過程(P2);如何對于同學(xué)們的參與和表現(xiàn)給予回饋,引領(lǐng)大家一起思考(P3);最后怎樣進行講解內(nèi)容的總結(jié),讓同學(xué)們對教師講述的科學(xué)問題有深刻的認(rèn)知(S)。

BOPPPS教學(xué)模式在學(xué)生講解文獻中的應(yīng)用,對于深入理解文獻所闡述的科學(xué)問題、提升翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果發(fā)揮了重要作用。近三年的教學(xué)過程中,先后有30多名同學(xué)通過查閱資料、制作幻燈片在課堂上進行了文獻講解,收獲了老師和同學(xué)們的一致好評(表1)。其中,有6名同學(xué)順利通過研究生推免復(fù)試,到中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育研究所等國內(nèi)重點學(xué)府和科研機構(gòu)深造,BOPPPS模式指導(dǎo)的科技文獻解析大大提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力。

3 強化實踐,拓展視野,培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和工匠精神

實踐教學(xué)與生產(chǎn)聯(lián)系不足、學(xué)生專業(yè)技能及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力薄弱是細(xì)胞工程課程改革的壁壘之一。細(xì)胞工程課的學(xué)習(xí)離不開實踐,只有深入生產(chǎn)實際才能學(xué)以致用。積極拓寬教學(xué)實踐途徑,與國內(nèi)某知名企業(yè)簽訂協(xié)議,作為學(xué)校生物技術(shù)、生物科學(xué)專業(yè)研究生以及本科生的教學(xué)實踐基地。以校企合作為基礎(chǔ),搭建了細(xì)胞工程創(chuàng)新實踐教學(xué)平臺,指導(dǎo)學(xué)生參加課外科技創(chuàng)新,擴大知識的深度和廣度,全方位培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力,以研促學(xué)。

2018年春季,利用細(xì)胞工程課程實踐的機會帶領(lǐng)2015級生物技術(shù)和生物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生到合作企業(yè)的研發(fā)中心進行參觀學(xué)習(xí),學(xué)生們親眼看到了設(shè)計嚴(yán)密、管理規(guī)范、技術(shù)一流的組織培養(yǎng)室和現(xiàn)代化育苗溫室。了解到了大型溫室的潮汐灌溉、LED花期燈照明等一系列新材料新技術(shù),感受了公司研發(fā)人員二十年如一日,扎根基地,研發(fā)名貴花木快繁技術(shù)體系的忘我鉆研的科學(xué)精神。通過實地考察,同學(xué)們迫切地希望把課堂上學(xué)到的細(xì)胞工程實驗的設(shè)計方法和組織培養(yǎng)實驗操作等基本知識真正與生產(chǎn)實際結(jié)合,利用快繁技術(shù)培育出世界一流的優(yōu)質(zhì)花木新品種。當(dāng)了解到很多的設(shè)備和技術(shù)主要依靠進口、自主知識產(chǎn)權(quán)的新品種和新技術(shù)還比較少的情況,老師們及時啟發(fā)學(xué)生拓展思路、開闊視野,積極投身到科技創(chuàng)新大潮,讓“中國制造”變成“中國創(chuàng)造”[11],將工匠精神的思政元素融入理論課和實踐教學(xué)的各個環(huán)節(jié)。

4 構(gòu)建多元化教學(xué)評價體系,提升課程挑戰(zhàn)度

在教學(xué)方法和模式不斷更新的同時,教學(xué)評價也需要全面改革[12]。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)主要是終結(jié)評價,一考定成績,這給了很多學(xué)生蒙混過關(guān)的機會,將BOPPPS模式應(yīng)用于課程混合式教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)模式很好地解決了這一問題。每位同學(xué)在學(xué)期開始就領(lǐng)取了各自感興趣的科學(xué)問題(創(chuàng)新實踐項目或?qū)ｎ}文獻解析),通過互動式、探究式深入學(xué)習(xí),學(xué)期末以項目報告或文獻綜述的形式上交,作為平時成績(30%)的主要依據(jù);學(xué)習(xí)過程中實行組長負(fù)責(zé)制,合理安排小組每個成員的任務(wù),避免雷同;在項目匯報和文獻精講環(huán)節(jié),由同學(xué)們?yōu)橹v解的學(xué)生打分,有機會進行講授的同學(xué)每人增加最高10%的平時成績,根據(jù)參與度和互動情況給參加評分的同學(xué)計入平時成績,無故未參加評分的扣一次平時成績。

實驗課教學(xué)過程中,實現(xiàn)了部分試驗的自主選材,讓學(xué)生帶著問題去深入學(xué)習(xí),根據(jù)學(xué)生自主學(xué)習(xí)情況、項目成果匯報成績以及動手操作情況給出綜合評價(占總成績30%)。將細(xì)胞工程課程的學(xué)習(xí)過程階段化、利用線上平臺實現(xiàn)學(xué)習(xí)狀態(tài)的實時跟蹤,發(fā)現(xiàn)問題及時溝通交流,形成全方位、一體化的考核形式。