“模块化小组讨论”在动物胚胎工程教学中的应用

潘阳阳，王 萌，刘 犇2，包世俊，王立斌，余四九，徐庚全

(1.甘肃农业大学 动物医学院，甘肃 兰州 730070；2.宜春学院 生命科学与资源环境学院，江西 宜春 336000)

动物胚胎工程，即胚胎工程(embryo engineering)，指通过人为手段干预配子或胚胎发生的自然过程，改变动物生殖与发育模式的一系列操作技术[1]。它是《兽医生物技术》的核心内容，主要有胚胎移植技术、胚胎操作基本技术、核移植技术、胚胎干细胞技术和动物遗传修饰技术[2-3]。动物胚胎工程拓宽了动物遗传育种、基因编辑动物生产等研究及应用领域[4]，对畜牧业的发展、人类疾病的治疗和科学研究水平的提升具有重大推动作用，产生巨大经济效益[5]。动物胚胎工程要求理论联系实践，最终以应用为主要目的，但目前该内容在本科教学中面临诸多困难。首先实验开展受课时，实验动物繁殖周期和实验室配制高要求的限制，教学只能以理论讲授为主，无法满足学生动手操作的要求；其次，理论知识抽象难懂，不仅需要学生具有扎实的专业基础知识，如动物生理学、动物发育生物学、细胞生物学、生物化学、分子生物学、动物组织与胚胎学、兽医产科学等知识，而且要求学生能够对各学科知识融会贯通，活学活用[6]；再次，学生的学习只能靠机械记忆以应付考试，且没有机会应用以解决实际生产问题。因此，如何通过改进动物胚胎工程的教学模式和方法，促进学生对该内容的理解、记忆和学以致用是该内容教学面临的主要问题。本文将模块化小组讨论的教学模式应用于动物胚胎工程的教学中，以期能够克服学生学习该课程的困难，为改善教学质量提供参考。

1 授课对象与教学模式

1.1 授课对象

随机选取甘肃农业大学动物医学院2016级动物医学1班，为一本小班授课，共30名本科生作为研究对象。为减小学生成绩的组间差异，根据学生入学后的学习成绩排序并初步分为6组，5人/组；再随机分别从6个小组中抽取1人，重新组成5个小组，6人/组。

1.2 教学模式

首先，根据理论和实践并重的原则，结合动物胚胎发育的过程，动物胚胎工程在家畜繁育、基因编辑动物生产中的应用，由简到繁的将动物胚胎工程的主要内容模块化。其次，以兴趣和学科热点，并结合应用为导向，挖掘模块化讨论的主题。由教师与教师讨论，确定每个模块需要讨论的主题，列出每个模块需要进行讨论的10个备选题目，并最终通过教师间讨论确定3个题目。再次，在教学实施过程中，要求学生的课下文献调研、学生与学生的课堂小组讨论，布置讨论作业。最后，对讨论课堂中的问题进行总结和教学效果评价，并反馈给学生和教研室，以期改善该课程的教学效果。比较传统授课与模块化小组讨论授课模式的教学效果评价手段：(1)教师对学生讨论过程的评价。过程评价成绩为四级制：优秀、良好、一般和及格。(2)作业评阅成绩。讨论作业以思维导图等的多种形式考察学生对知识要点理解的逻辑性。讨论作业成绩评定为五级制：优秀(90-100分)、良好(80-89分)、一般(70-79分)、及格(60-69分)和不及格(低于60分)(3)学生对模块式小组讨论的满意度调查。学生满意度为四级制：非常满意、满意、一般、不满意。

2 教学内容模块化

动物胚胎工程的操作对象处于从生殖细胞发生、受精到胚胎着床前发育的范围，需要通过体外操作过程达到培育出动物个体的目标。结合动物胚胎发育的过程，根据动物胚胎工程在家畜繁育、基因编辑动物生产中的应用将其主要内容分为5个模块，即胚胎移植技术、胚胎操作基本技术、核移植技术、胚胎干细胞技术和动物遗传修饰技术。

在动物胚胎工程各教学模块确定后，集中编写针对各模块内容使用的基于小组讨论的学习指导和文献资料，主要包括了与繁殖育种和动物生产中的实践问题5个、与细胞治疗相关的科学问题5个、与时俱进的基础研究热点问题5个，与模块化内容紧密结合的案例5个，及其相关的中英文资源等若干，经过教师与教师的讨论后，拟定小组讨论的主题并确定小组讨论的作业。

3 结合多样化教学手段的小组讨论

小组讨论式课堂教学基于教学互动论、主体教育论和建构主义学习理论三方面[7-8]。动物胚胎工程模块化小组讨论教学方式是通过教师间讨论确定各教学模块的教学目的，在教师的指导下，学生间以小组讨论的形式开展的自主性学习活动；同时学生需要综合应用其他学科的基础理论知识和分析方法，对动物胚胎工程各模块的问题进行思考、分析和探究，由被动的学习变为求知欲和主动探索；应用科研思维的方式训练学生对未知的探索，促进学生对理论知识的理解和应用；结合多样化的教学手段和技术，使课堂更为形象直观和生动有趣。包括科研反哺本科教学，参观甘肃省牛羊胚胎工程中心、甘肃省草食动物品种改良重点实验室，是学生能够结合科研项目了解动物胚胎工程相关技术的实施和设备；通过对甘肃农业大学动物场实验动物的观察和甘肃农业大学天祝白牦牛实验基地的参观，结合理论应用于实践，使学生对动物胚胎工程技术的应用和意义有深入了解。

经教师讨论根据教学内容模块，最终选定本学期各个模块对应的讨论话题如下：模块1胚胎移植技术讨论话题：已知白牦牛的种质资源匮乏，如何利用胚胎移植技术扩增白牦牛品种资源？教师为学生提供话题和科研材料，学生在课后查阅文献，并完成讨论过程和作业，作业形式多样化，最终以课堂提问的方式考核作业完成情况，并记入平时成绩。模块2胚胎操作基本技术讨论话题：用思维导图的方式讨论：如何应用胚胎操作基本技术改善家畜的种质资源并实现性别控制？教师为学生提供学术资源，学生在课下讨论并完成讨论作业，作业提交形式为PPT或思维导图，随机抽取几组，利用课间5-10分钟展示与完善讨论话题。模块3核移植技术讨论话题3：结合胚胎移植技术和核移植技术在生产和科研中应用，举例说明二者的区别和联系。要求学生以书面作业的形成提交，考核学生的归纳总结能力，并记入平时成绩。模块4胚胎干细胞技术讨论话题：胚胎肝细胞技术在疾病治疗和器官移植中的应用。要求学生结合诺贝尔生理/医学奖获得者的研究成果，在UMU、微信群等现代化教学平台进行交流互动，并根据互动内容和互动频率打分，记入平时成绩。模块5动物遗传修饰技术讨论话题：举例说明动物遗传修饰技术在科研和生产中的应用。教师为学生提供讨论的关键词，培养学生主动获取知识的能力，积极关注科研热点和知识转化新动态，课前交流学术案例，完成讨论作业，作业形式多样化。教师根据学生讨论中的问题，结合案例进行课堂理论教学。讨论话题6，针对整个动物胚胎工程教学内容的综合性讨论话题：以思维导图形式分析胚胎移植技术、动物胚胎工程基本操作技术、体细胞核移植技术、胚胎干细胞技术及动物遗传修饰技术之间的关联性。讨论方式：以小组为单位做成ppt，随机选择2-3小组在讨论课堂汇报。

4 教学效果评价结果与分析

4.1 讨论过程评价结果

教师根据追踪学生通过UMU教学软件、微信等课下讨论过程和课堂讨论过程，对学生的讨论过程从学生的学习积极主动性、知识系统完整性和交流沟通能力三方面进行评价，结果如表1所示。绝大多数同学能够积极主动参与到讨论中，通过查阅文献和教师提供的资源，能够将各学科知识融会贯通，形成自己完整的知识体系，并且能够运用到解决简单的生产和科研问题。模块化小组讨论6次全部结束后，学生的表达沟通能力有较大提升。在讨论过程中，有2位同学的学习主动性不高，原因是其对该教学内容相关的基础课程知识掌握较差，1人生物化学不及格，1人细胞生物学不及格，且2人专业课平均成绩均<70分，缺乏自信，对小组讨论具有恐惧心理。通过交流和鼓励，该2位学生的学习积极主动性有所提高。

表1 模块化小组讨论授课模式中学生的讨论过程评价

4.2 模块化小组讨论授课模式作业评价

根据该教学内容的各模块分别设置讨论话题，布置形式多样的讨论作业，如思维导图、PPT、书面作业等，教师对模块化小组讨论授课模式学生的作业进行评阅，各讨论话题成绩如表2所示。讨论话题1时，学生首次接触讨论式教学，找不到适合自己的方法和方式，因此，讨论的效果仅有43.3%的优秀作业。随着讨论形式的熟悉，讨论话题的趣味性和开放性吸引更多学生积极参与到讨论中，并且能够形成自己的理论体系，从讨论话题2开始，讨论作业的优秀率逐渐升高至76.7%。通过对话题的分析发现，学生考研人数较多，更多学生关注科研问题。表现良好、一般和及格的学生逐渐适应该教学模式，讨论成绩逐步提高。由于多学科知识掌握欠缺，导致个别学生不能准确的完成讨论任务，通过5次讨论后，讨论成绩也能够达到及格水平。

表2 模块化小组讨论授课模式学生的作业成绩

4.3 学生满意度情况

通过评教系统调查学生对动物胚胎工程的模块化小组讨论教学模式的满意度，结果表3所示。有83.3%的学生非常满意，认为该教学模式新颖有趣，提高自学能力，既能扩展知识面，又能将理论知识用于解决实践问题。

表3 学生满意度调查情况

5 讨论与小结

模块化小组讨论教学模式有利学生主动学习的习惯培养和自学的能力培养。在动物胚胎工程传统教学模式课堂上，多数同学课堂被动记忆，忙于记笔记，无暇听教师授课，没有对知识的理解过程，课堂效率低。为了应付考试和课堂提问，学生留在脑子里的不是经过理解后的知识，仅仅是对教材文字的机械性记忆。模块化小组讨论的教学课堂，学生根据每个教学模块相应的讨论话题，目的明确的在课下积极查阅背景资料，课堂以主动摄取知识，以理解为主。

模块化小组讨论教学模式符合“学以致用”的教学目的。传统课堂的学生即使能够掌握课堂理论，但往往不知其有何用途，如何应用，学习带有盲目性[9]；在模块化讨论课堂上，学生带着问题在课堂上寻找能够解决问题的方案，既能掌握并理解知识，又能将理论应用于实际问题。借助思维导图、PPT和手绘等直观的展示方式，加深学生对知识的理解和记忆，提高课堂效率。讨论时要求学生对讨论话题有一定的背景知识，因此，学生课下会主动查阅教师给出的大量文献以备在讨论时可以更好的应用于解决生产或科研问题。

模块化小组讨论教学模式能够提高学生的表达能力和随机应变。传统教学中，学生对知识有只可意会不可言传的现象[10]，而讨论是知识输出过程，需要将意会的知识转化为语言后准确表达[11]。在此过程，学生的语言组织能力、口头表达能力会得到锻炼和提高。在讨论过程中，学生间会提出不同的问题和异议，学生需要快速整合归纳相关知识后作出解答，提高其随机应变能力。

模块化小组讨论教学模式拓展学生的知识面。学生不仅能够掌握大纲内知识，在文献调研的过程中能够关注到学科热点和实际生产问题。在讨论话题6针对整个动物胚胎工程教学内容的综合性讨论话题中，有学生提出CRISPR/Cas9和CRISPR/Cpf1可以应用于改良动物的抗病性并且提出具体构想方案，能够将科研热门技术应用于解决生产问题，说明模块化小组讨论教学模式在拓展知识面的同时，能够提高学生主动学习的热情，激发学生的创新思维。

总之，与传统教学模式相比，动物胚胎工程的模块化小组讨论教学模式有利于学生主动学习的习惯培养和自学的能力培养、将知识学以致用，提高表达能力和随机应变的同时，拓展知识面和培养学生的创新思维。最终为教学质量的提高提供有效的教学参考。