项目教学法在高校本科实验教学中的应用

田 伟 ， 邹本革 ， 宋伊真 ， 刘 伟 ， 王美艳

(青岛农业大学海都学院 ， 山东 莱阳 265200)

教育部“关于高等学校本科教学质量和教学改革工程的意见”明确要求大力加强实验教学改革，推进高校实验教学内容、方法、手段、队伍、管理及实验教学模式的改革与创新[1]。因此，高等学校课程实验教学要以综合利用各种教学资源为手段，以培养学生的实践能力和创新意识为核心，以培养学生的全面发展为目的，以适应中国高等教育改革的要求[2]。青岛农业大学海都学院是一所培养应用型人才的独立学院，近年来，随着学院资金投入的持续增长，实验教学环境得到了明显改善和显著提升。但与国家重点院校相比，在实验环境、教学模式、仪器设备、师资队伍等方面仍存在一定的距离。因此，在学院实验教学条件短期内无法显著优化的状态下，要想快速提升实验教学的质量，必须充分考虑专业特点和课程体系，改进教学模式。笔者在山东省本科教学改革研究项目和青岛农业大学海都学院教学研究课题的启发下，以基因工程实验课程为例，采用项目教学法进行教学改革与探索，实践证明这种教学模式更加有利于培养学生的科研思维和综合能力。

1 项目教学法概述

项目教学法是“以项目为主线、教师为主导、学生为主体、注重学习过程与实践活动的融合”，通过实施一个完整项目而进行的教学活动，其关键是设计和制定一个项目的工作任务[3-5]。基因工程是青岛农业大学海都学院园林、园艺和动物医学的专业课，具有很强的理论性和实践性。实验教学作为课堂教学的辅助过程，普遍运用“课程加实验”的模式，各个实验之间相对独立。这种模式缺乏应用背景，不能对独立实验形成系统的认识，实验的效果大打折扣。因此，在基因工程实验教学中应用项目教学法，具有高度的可行性。

1.1 课程教学目标的构建原则 项目教学法将课程的实验教学目标设定为由学生实施完成的一系列实验项目，并按照教学内容的系统性原则有机整合传统教学方法中独立的实验内容。项目主题必须满足课程教学大纲的要求，同时又能激发学生的学习兴趣，还需要个人、小组和教师共同努力才能够完成，学生完成项目的过程就是实现课程教学目标，积累知识、掌握技能和综合能力提升的过程[3-6]。

1.2 项目教学方案的设计 基因工程实验教学大纲包含了与基因工程原理和应用对应的基因操作技术，按照项目教学法的设计原则，把教学大纲要求的实验内容整合成基础性、研究性和应用性三方面的实验教学体系，其方案设计、主要技术与涉及学科见表1。

表1 基因工程实验教学体系

基础性项目以基因工程的基本流程“切、接、转、增、检”进行设计，涉及了基因工程操作的多种技术，主要训练学生的基本实验技能。研究性项目是把科研的过程融入到本科实验教学，既可以使实验过程充满时代内涵和科研感召力，又帮助学生理清科研思路，提高科学研究的基本素养[7]。应用性项目强调基因工程在社会生产中的应用，通过与企业建立校企合作横向课题，对养殖场有病症的动物进行致病菌的检测及其敏感噬菌体的筛选，让学生既了解噬菌体疗法的先进理念，又能使产学研高度结合，有利于服务地方经济。

2 项目教学法实施

以青岛农业大学海都学院2016级动物医学专业基因工程教学改革为例，介绍研究性项目实验教学。本班级48名同学，每6人为一组，共8组，将实验集中在理论课程结束前的2周内完成，共计24学时，实验室从早上8：00到夜晚10：00向学生开放。

2.1 确定项目选题 实验项目围绕“提高动物的抗病性”展开，选取对病毒有防御和抑制作用的干扰素基因进行研究，构建了“一条龙”式的实验教学体系，学生在教师的指导下，查阅文献并完成实验规划。每组同学按照实验设计合理安排时间，自己准备实验材料，亲自操作仪器和独立分析实验结果。

2.2 项目实施步骤 整个实验内容、技术及要求见表2。实验从动物组织干扰素基因的扩增、重组、转化、增殖及筛选鉴定展开，整个体系包括了基因工程“切、接、转、增、检”5个环节，囊括了基因工程及相关学科的15种技术，部分实验步骤如细菌培养、PCR扩增和琼脂糖凝胶电泳等技术多次重复进行，充分提高了学生的实践技能及熟练程度。整个实验体系环环相扣，前一实验的结果恰好是下一实验的原料，这极大提高了学生做实验的责任心，同学之间的团结协调能力。

表2 基因工程研究性项目内容和要求

教师主要是搭建一个实验平台，根据科研和教学需要不断更新和补充实验。在项目设计和实施过程中，教师必须具备项目所涉及的专业知识和技能，根据科研和服务的需要，选取不同的基因，合理的设计实验项目，使学生在实施项目过程中，完成知识的积累和综合能力的提升，有效体现了独立学院应用型人才的办学理念。

2.3 拓宽项目内容 动物孵化实验室招聘动医专业小助手多名，团队负责人和科研助理负责培训小助手，培训合格后在教师指导下与教师共同承担对外检测服务项目，这不仅使同学掌握了动物医学所学专业知识的应用，也减轻了教师的科研服务工作强度，又能使产学研高度结合，提高了高校服务社会的能力。

2020年新冠疫情期间，本院积极响应国家提出的“停课不停学”的号召，采用具有高度还原性和安全性的虚拟仿真教学技术进行线上教学[8]。主要是利用浙江理工大学“基因工程方法制备ScFv抗体大实验虚拟仿真软件”的项目进行，学生通过虚拟11个操作步骤，掌握了基因工程操作流程，强化了关键点。同时，抗体的制备与2020年军事科学院陈薇院士新冠病毒重组疫苗的制备有很多契合之处，在虚拟软件项目操作的过程中注入当今疫苗研究的元素，不仅达到了预期的教学目的，学生也见识了科学家的风采，达到了育人的目的。

3 项目教学法成绩评定

科学、准确、客观的实验成绩评定体系，直接影响学生的实验动力、态度和教学成效。教师在各个实验项目实施过程中跟踪测评，多元考核，打破了改革前“一张报告，一节课”的模式，同时针对各组学生在实验过程出现的问题，以启发式和研讨式找出解决问题的办法，具体评价指标和考核能力见图1。项目式教学法最重要的应用是学生需要根据项目的实施过程和结果书写一篇完整的研究论文，包括文章标题、中英文摘要、前言、材料与方法、结果与分析和讨论等，教师要根据科研论文的写作情况科学地评分，极大地提高了同学论文写作的能力，结果分析的能力和解决问题的能力。

图1 基因工程实验教学考核体系

4 教学改革的成效与体会

项目教学法的优点在于极大地引起学生对学科的兴趣，在注重知识传授的同时着力培养学生的创新精神[3-6]。基因工程课程结束后，通过问卷调查的方式，调查学生对基因工程实验教学改革的满意度。结果证明，开展项目式实践教学体系改革取得了明显的效果：(1)98.0%的学生认为该教学体系调动了实验积极性；95.7%的学生表示喜欢该课程；94.3%的学生认为该体系符合青岛农业大学海都学院人才培养目标。(2)98.5%的学生认为该教学体系搭建了独立思考和自主解决实际问题的平台。教师通过鼓励学生参与实验的设计，让学生在实验中培养独立思考的能力。(3)99.0%的学生认为该教学体系培养了学生的科研思维。教师将各个独立实验整合为一个系统的科研项目，在实验过程中恢复了科研的原貌，激发了学生的科研好奇心，帮助他们理清了科研思路。(4)95.0%的学生认为该实验教学改革增强了就业信心和研究生面试信心。目前许多毕业生能够到大型的生物公司和科研院所实习和就业，根据就业单位反映，本院培养的学生踏实肯干、基本功夯实和创新能力强。在2020年的硕士研究生复试中，我本院学生实验技能的考核成绩显著高于其他院校的考生。(5)90.0%的学生认为该实验教学改革提高了学生科研论文的写作能力。项目教学法引导基因工程实验教学改革进行后，学生积极查阅文献，书写科研论文，学生在写作的过程中锻炼了科研思维。

目前为止，笔者对学院动物医学、园艺专业已进行了三元猪、白毛乌骨鸡、黑凤鸡和五龙鹅干扰素基因；苹果、梨赤霉素合成关键基因(贝壳杉烯氧化酶基因)进行了研究性项目的设计，共获得了基因8个；申请省级和院级教学研究课题各1项；教师根据学生科研论文情况进一步组织，目前已发表全国中文核心期刊论文5篇；指导作品“五龙鹅干扰素基因克隆及序列分析”获第十六届“挑战杯”山东省大学生课外学术科技作品竞赛三等奖；对20家养殖公司的近千个病样进行检测，筛选鉴定出沙门菌8种、大肠杆菌5种、金黄色葡萄球菌3种等，筛选出沙门菌噬菌体3种、成团泛菌噬菌体2种，与企业合作生产噬菌体产品5种。

5 结语

项目教学法营造了一种具有探索性质的团结合作、教学相长的教学氛围，学生完成项目的过程既是学习知识的过程，也是综合运用知识解决问题的过程，符合高校本科实践教学的要求；而在项目实现过程中，能进一步提高教师的综合水平，使教师具备项目所涉及的专业知识和技能。从项目教学法的实施过程可以看出，教学改革实验项目的选取和设计，既要满足学科主要知识点和实验技能的掌握，同时也要引领学生立足生产实践和追踪学科发展，因此此方法在高等本科院校其他课程如动物生理学、兽医免疫学、动物生物化学等同样适用。项目教学法的实验教学模式，在传授给学生理论知识和操作技能的同时，更重要的是培养学生的科研思维和自主思考的能力，更好地满足当前创新性教育的发展需要。