基于项目导向的细胞工程课程改革研究

□王莲哲 宋 巍 李冰冰

细胞工程是生命科学的重要领域之一，它的内容是以细胞为基础，应用各种技术，包括细胞培养及遗传操作等，对细胞进行有目的的操作与改良，以获得新物种或新产物，具有很强的实践应用性。该课程是生命科学相关专业例如生物工程、生物技术、生物制药等专业核心课程。该课程紧密结合学科发展前沿，在培养生命科学具有创新思维的应用型人才方面具有至关重要的作用[1]。

一、细胞工程传统教学中存在的问题

细胞工程是一门实践性和应用型很强的专业课。目前该课程传统教学普遍存在部分问题。一是课程涉及概念多、范围广，知识点多而琐碎，在讲授过程重点不够分明，容易造成学生学习目标不明确，学习积极性差，学习效果不好。二是依托前期生物专业基础，细胞工程课程基础理论比较容易理解，但是前沿进展丰富，前沿内容涉及到多学科的交叉融合，需要及时将最新的学术成果添加到教学内容中，否则就会造成知识陈旧，这对教师备课及教学准备有很大挑战。前沿进展讲授过浅显易形成科普课程，讲授过深学生不容易理解。三是该课程应用性强，受到实验条件影响课程涉及到的技术在开设的实验课中不能完全体现，造成学生直观感受不强，理解不深，目的性差。影响学生的学习效果，不利于创新能力和应用实践能力的培养[2～4]。

二、基于项目导向目标改革措施

大学的根本任务在于培养创新型人才。能够独立思考、有实践能力，可以开展研究、并注重团结协作、有终身学习能力的人才是高等教育人才培养的目标。作为现代生命科学的核心内容，细胞工程有助于学生培养全面完整的生物学知识体系，培养创造性思维和应用实践能力[5]。细胞工程课程一般面向大三生物工程、生物技术、生物制药专业学生开课，而采用项目导向的教学模式，能充分锻炼学生的应用实践能力，取得良好的教学效果。

(一)项目导向目标下细胞工程课程目标的定制。充分分析目前细胞工程传统课堂教学的问题，根据项目导向的目标要求，从工程知识、问题分析能力、设计开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、可持续发展、职业规范、团队协作、沟通、项目管理、终身学习这十二个方面，制定系统详尽的课程目标。明确课程在培养学生细胞工程理论知识和实践技能中的作用。培养学生具有分析问题的能力，可以独立开展项目设计和实验设计的能力，能够解决实际问题的能力。

(二)项目导向目标下教学内容设计。项目导向目标下对教学内容进行统筹分析与课程内容设计。摒弃传统的章节内容介绍，形成完整的知识体系与框架，按照知识体系和知识单元来进行课堂理论的讲解，为每一个知识单元配备相应的学习任务，推进课堂教学效果的实施。进一步完善课程定位与课程任务分解。根据课程任务设置相应的课题项目。完善教学任务设计，教学内容设计中要补充当年所发生的一些重要科技进展。通过最新的文献阅读，让学生追踪细胞工程最新实验进展与最新的技术发展，提升学生综合所学知识，分析问题，独立学习等能力。教学内容设计中融知识传授、能力培养、素质提高为一体,培养学生全面发展。

(三)创新教学方法。注重线上线下混合式教学，采用多种教学手段，充分激发学生兴趣，扩宽学生知识面。基础理论知识可以采用线上学生自主学习与测试，前沿知识及能力扩展采用线下课堂教学进行。教师结合学生在线学习情况，如单元测试、主题讨论、互评作业等，了解学生基础知识掌握的情况，促进教师及时改进教学方法，增加师生之间、学生之间的交流和协作学习。课堂教学通过开展案例式、讨论式、探究式等多种教学模式，将教师的科研项目融入课堂，将学生的科技创新项目在课堂中学习应用，将前沿进展应用到的实验技术，及时在课堂中进行传播和讲解，设计作业及讨论，以此激发学生学习兴趣，提高课堂参与度。例如在植物组织培养技术章节学习中，根据课程内容分为三个阶段，基础理论、思维延伸、文献扩展。植物组培基础理论部分通过线上网络课学习，并配以测试习题。学生通过网络课堂进行知识点及微课的学习，并通过测试，以完成基础理论部分的课程目标和要求。思维延伸部分在课堂实现，结合教师科研或者合作公司的生产实际问题，以具体项目课题出发，将理论知识进行融入，通过小组讨论、提问、点评等方式，将具体知识在项目中深入理解和应用。在此过程中教师对重点知识进行串讲，引导学生思考，小组讨论中把握重点及方向，对疑问进行解答。中间穿插学生参观植物组培室、温室大棚、实习基地企业的育苗车间等，让企业的校外指导教师为学生讲解实践中的问题及应用。文献扩展环节，要求学生阅读最近科研进展文献，进行文献讲解与讨论，教师进行指导与点评。通过上述三个环节，让学生从理论知识积累，过渡到实践应用，以项目为导向，在实践中学习和应用，充分调动学生的积极性和参与度，提高学习效果。

(四)完善课程教学资源。随着时代发展，知识技术更新迅速。细胞工程技术发展日新月异，应该充分利用互联网资源，补充新的前沿进展，从而突破教材在内容以及时间滞后方面的局限[6]。加强网络课建设，依托学习通平台建设细胞工程网络课，为各个章节知识点添加对应的课件、教案、教学任务、知识点任务、章节任务，并丰富作业试题库；录制视频课、微课；并添加慕课资源及其他兄弟院校精品课资源；添加微信公众号及相关的公开课网站等信息。根据每年的科技发展，补充细胞工程领域最新技术进展，最新文献，例如每年的诺贝尔生理医学奖获奖人员案例及科研经历等，让学生深入理解基础知识的应用，了解科技前沿进展，从而激发学习兴趣。不断丰富完善网络课资源库，为学生提供更多学习资源。

(五)实验课程改革。实践环节课程改革包括课内和课外两个方面，其中课内依托细胞工程两周大实验开展相关实验项目，将实验项目分为基础性实验和设计性实验两部分，基础性实验主要锻炼动植物组织及细胞培养技术、细胞的遗传操作技术等细胞工程中常用的核心技术。这些基础实验要求每个同学必须熟练掌握。针对有些受到实验条件限制不能开设的实验技术，建立虚拟仿真实验。用VR技术模拟实际操作，让学生对相关实验关键技术加深认识和学习。例如针对实验设备昂贵、实验周期长的问题，设计动植物细胞大规模培养虚拟仿真实验，包括种子细胞的筛选鉴定，分离培养及逐级放大培养，到生物反应器培养，通过虚拟仿真，模拟生物反应器的操作及应用，对反应条件的在线控制，问题及处理等内容，让学生能够更深入理解具体的实践应用。设计性实验部分另外设置十个学时，要求学生自行设计一个细胞工程实验课题内容，并在实验中去开展完成，有助于培养课题设计的思路以及通过动手实践，去实际解决问题，锻炼综合性思维。课外部分通过鼓励学生积极开展开放课题及暑期的课程实践，参与教师科研课题，依托本课程内容参加学科竞赛及各项大学生创新创业大赛。例如课程作业中有一项是自行查阅资料，开展课题设计，撰写大学生科技创新项目申报书。依托该课程作业，同学们可以申报学校的大学生科技创新项目，并开展科研创新训练，优秀的成果可以发表论文或申报专利。

(六)改革教学评价体系。合理的评价体系有助于评价学生对于课程任务的完成情况，评价课程目标的达成度，有助于对课程任务及教学进行及时反馈和完善调整。课程的考核分做平时过程性考核和综合项目考核。平时成绩用来评判学生对于基础知识和实践技能的掌握情况。根据日常学习，课堂小组讨论，问题分析、作业以及网络课堂自学时间、测试成绩等给定过程成绩，其占总成绩的60%。项目成绩是要求学生结合研究热点以及细胞工程的实验技术，自行设计一个课题项目来解决日常生产生活中的问题，依据项目设计的合理性、实施的可行性、计划的严密性来综合判定项目成绩，体现以项目为导向的课程综合能力的提升，占总成绩的40%。

实践环节的评价包括基础实验部分和设计实验部分。其中基础实验部分通过课堂考勤、课堂动手实践、课堂表现、实验报告的撰写、实验结果的正确与否等方面进行评价，占成绩的60%。在设计实验环节通过实验设计的合理性，实验设计的可行性以及设计部分实验进展的情况，实验结果，以及现场答辩表现等方面进行评价，占实验成绩的40%。教学评价体系充分评估教学和学习效果，突出实践能力的培养要求。

三、结语

本项目基于任务驱动和项目导向开展细胞工程课程改革，通过课程目标的定制、教学内容设计、教学方法创新、教学资源完善、实验课程改革及评价体系改革等措施，为每个环节设计具体任务，用案例和项目引导学生，让学生结合任务进行自主学习及实践，独立思考，相互协作，带着问题探究，获得学习的主动性和乐趣，从而收获知识，增长能力，提升素质，进而培养创新思维和应用实践能力。