生物技術專業細胞工程課程設計與實踐

高強國　楊勁　李玉紅

[摘要] 細胞工程是生物技術專業的必修課程。為了設計出符合第三軍醫大學實際情況的生物技術專業細胞工程課程，筆者在調研多所國內院校細胞工程課程開設情況后，總結出細胞工程課程的特點是技術性強、涉及的內容廣。細胞工程教學中需要充分利用前導課程知識，利用小班課優勢和實踐課多的優勢來指導教學，構建了包含細胞工程基礎知識、動物細胞培養、細胞融合、胚胎工程、染色體工程、干細胞工程等內容的教學框架。在此基礎上設計了第三軍醫大學的細胞工程課程，并進行了課程實踐。總結近幾年對生物技術專業開設細胞工程課程的實踐經驗，主要包括采用多樣化的教學方法、小班課教學模式、培養學生科研思維與動手能力。

[關鍵詞] 細胞工程；生物技術；課程設計；教學方法

[中圖分類號] G643 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）10（a）-0137-03

[Abstract] Cell engineering is a required course for students major in biotechnology. To design a course of cell engineering that is suitable for the situation of Third Military Medical University， the authors have investigated on the course status of several universities and proposed the basic characteristics of cell engineering is high in technique， and large scale in content. The teaching thoughts of the course are thoroughly using the previous courses， making use of small class teaching and practical teaching. the authors have constructed the outline of teaching contents， including basic knowledge of cell engineering， animal cell culture， cell fusion， embryo engineering， chromosome engineering and stem cell engineering. Combined with the background of Third Military Medical University， the authors propose a set of effective course design， and take it into practice， in addition， summarize the teaching practice of cell engineering for biotechnology during these years， the major experiences are applying variegated teaching methods， small class teaching， training the scientific research and experimental abilities.

[Key words] Cell engineering； Biotechnology； Course design； Teaching method

細胞工程指以細胞為對象，應用生命科學理論，借助工程學原理與技術，有目的地利用或改造生物遺傳性狀，以獲得特定的細胞、組織產品或新型物種的一門綜合性科學技術。細胞工程是現代生物工程與生物技術的重要組成部分，在醫藥、農業、食品、能源、環境等領域有著廣泛應用[1-4]。

醫學院校生物技術專業是生物技術與醫學結合的產物，與綜合院校及植物的生物技術專業存在顯著區別。首先，醫學院校生物技術專業涉及大量醫學基礎課程，如細胞生物學、組織胚胎學、生物化學與分子生物學、病理學、免疫學等，學生具有醫學知識背景，在學習醫學相關技術時理解程度更高[5-6]。其次，醫學院校重視動手能力，開展大量動物實驗，這對細胞工程實驗教學來說是一大優勢[7]。綜合院校的生物技術專業課程涉及的范圍廣泛，包括動物學、植物學、生態學等，但不同院校根據本校特點各有側重[8]。第三軍醫大學（以下簡稱“我校”）經過充分論證并擬定人才培養方案后，從2012年開設本專業，并設立了一系列的專業課程。關于細胞工程課程，我校做了精細的課程設計，經過幾年的探索，取得了一些經驗和成果。

1 課程基本理念

1.1 細胞工程課程在生物技術專業中的地位

學習細胞工程課程的學生專業為生物技術四年制本科，整體背景為醫學。細胞工程課程的前導課程包括細胞生物學和生物化學與分子生物學，后續課程包括細胞生物學技術、實驗動物技術、組織工程和生物技術制藥。與細胞工程并行的幾大工程課程分別是基因工程、蛋白質工程和組織工程。

1.2 課程教學的指導思想

細胞工程課程的特點是技術性強，涉及的內容廣。因此，必須讓學員建立應用的觀念，要求學員掌握細胞及分子生物學基礎知識，并結合學科特點及前沿進展進行適當拓展和補充[9]，注重實際應用能力的培養，同時加強創新能力的培養。

1.3 課程教學的基本原則

①有效結合學員已學的細胞生物學、生物化學及分子生物學、組織胚胎學基礎，借助生物工程方面的技術，使學員實現各門知識體系的有機融合，逐步建立自己對已學醫學基礎知識的綜合。②利用小班課優勢，充分利用課堂討論和專題研討等，引導學員查閱文獻，拓展知識面，引導學員思考細胞工程應用的相關問題和前沿進展，既幫助學員掌握相關的理論知識，又培養其邏輯思維能力，并系統訓練學員綜合素質和創新思維能力[10-12]。③充分利用實驗教學，培養學員實驗技能及嚴謹的實驗態度，在完成基本實驗的情況下，鼓勵學員自己設計實驗，對經典實驗提出質疑，逐步培養科研思維。endprint

2 課程設計思路

2.1 框架設計

細胞工程課程有理論課、實驗課、自修課、專題討論、網絡課程等形式。首先讓學員從總體把握細胞工程的基本內容、課程性質和地位、研究進展和應用，再通過實驗鍛煉學員動手操作能力，體會細胞工程技術的應用。同時利用自修和專題討論讓學員走出課堂，鍛煉自學能力，學會思考并闡述自己的觀點。

2.2 內容安排

細胞工程課課時總計60學時，其中，理論講授36學時，學員自修安排2學時，專題討論2學時。理論課內容共安排七章，先學習總論，從總體上把握細胞工程的基礎知識；再開展動物細胞培養、細胞融合、基因打靶、干細胞工程等內容，使學員掌握基礎和前沿的細胞工程知識，其中動物細胞培養和干細胞工程為重點內容。根據當年授課安排開設專題討論（學術論壇），擴大學員知識面，提高學員自學能力，培養邏輯思維能力，強化探討科學問題的學術爭鳴意識。實驗課安排20學時，實驗內容包括細胞器的觀察、染色體制備、免疫熒光和細胞遷移，盡可能涵蓋理論課的內容，體現綜合性和創新性。

3 教學實踐與經驗總結

3.1 教學實施

由專職教學組負責。教學組組成包括經驗豐富的高年資教授和敢做敢闖的年輕副教授，這種方式的組合，可以在保證教學質量的前提下，進行教學改革。教學實施時，首先進行理論課授課，實驗課在細胞生物學技術實驗后進行，在學員掌握細胞培養技術（包括細胞復蘇、傳代、凍存等）后，進行細胞工程方面的實驗，以避免理論實踐脫節和增加教學實施難度。研討課根據具體情況，安排在理論課中或課后進行。網絡課程教育已成為教育的新手段、新模式，學員在課余時間通過細胞生物學網絡課程，進一步加深細胞工程知識的理解。課后學員可以通過網絡課程中的視頻點播對不懂的地方反復觀看復習和深入理解。

3.2 教學體會

3.2.1 采用多樣化的教學方法 細胞工程的特點之一是各章節內容差異較大，有的章節具有很好的邏輯性，有的章節應用技術細節多，理論表述少[6]，而有的章節二者兼有。針對不同章節的特點，需要采取不同的教學方法，有的章節甚至需要綜合運用多種教學方法[13-14]。例如，動物細胞培養工程章節，涉及基礎細胞培養的各種技術細節，同時還涉及大規模細胞培養的技術細節，學生在理解、記憶課本內容時有較大難度。但是，其實該章節具有較好的邏輯性，如果以細胞培養的準備及操作作為主線，將各個知識點貫穿在該主線上，同時綜合運用啟發式教學與實踐式教學模式，鼓勵學生積極思考、自由探索、大膽質疑，就能更好的理解。案例法教學是利用以真實事件為基礎撰寫的案例進行課堂教學的過程，使學生通過對特殊事例的分析，掌握一般分析原理，并借助這一原理獨立分析和解決問題。一個好的案例常常有助于提高課堂教學的質量和效果，增加學生對專業學習的熱情和積極性，并啟發學生對現實社會中相關事例與情境的深入觀察與思考[11]。細胞培養工程應用性很強，有的內容可以單獨提取出來開展案例式教學。教學實踐中結合實驗課內容，選取表皮細胞的培養作為案例進行教學，取得了非常好的效果。同時，結合其他院校的經驗，筆者在該課程中還進行了其他教學方法的嘗試。

3.2.2 探索小班課教學模式 由于軍隊院校招生特點，我校生物技術專業每年招生人數在10名左右，這給進行小班課教學探索提供了有利條件。因此，筆者借鑒其他院校的方法[10]，設置了部分小班研討課。例如，其中一堂課研討誘導多能干細胞對細胞工程發展的影響。提前一個月將題目布置給學生進行準備，讓學生去查閱資料，閱讀文獻，同時復習細胞工程各章節內容，靈活運用學習知識整理研討內容；在課堂上每名學生進行個人匯報發言，互相學習，課堂研討；最后由教師進行集中總結點評，集中解讀經典文獻。在研討課后，學生根據研討情況，提交研討報告及體會[15-20]。通過幾年的實施，總結出一套行之有效的研討方案：教研室集體備課，確定研討主題和具體組織形式，形成完整的研討方案和課堂教學設計。

3.2.3 培養學生科研思維與動手能力 細胞工程是一門實踐性很強的應用科學，可以從兩方面培養學生的科研思維和動手能力。一方面，學生通過積極參與教學活動，尋找自己感興趣的的知識點并自覺進行學習和接受，在與老師和同學的交流中加深對新知識和新技能的理解和掌握，并從中逐漸掌握更有效的學習的途徑和學習方法。教師在講授過程中要有意識引導學生將理論和實踐聯系起來。例如，講解細胞融合技術時，結合其研究范圍最廣、應用最成熟、發展潛力最大的單克隆抗體的生產制備來介紹，擴展到當今抗體藥物的市場應用前景與生產狀況，使學生加深對細胞融合技術的理解[6]。另一方面，學生利用實驗課所提供的實驗條件，積極學習細胞工程所涉及的基本實驗技術和方法[21]，并在教師的引導下，逐步加深對科學研究和實驗室工作的認識，初步學習建立科學研究的思維方式[6]。教師可以在此基礎上，遴選部分對科研有濃厚興趣，動手能力較強的學生，參與到課題研究中，在培養學生科研思維的同時，部分解決研究生生源較少的難題，從而真正達到教學相長的目標。

通過近幾年對細胞工程課程的教學實踐和不斷改進教學設計，學生對細胞工程實驗課程的興趣明顯增加，綜合能力得以加強，教學效果有了顯著提高。同時，通過教學相長的過程，培養和鍛煉了大量的年輕教師，并嘗試了一些特殊的教學方法，為以后的教學提供更多借鑒。

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（收稿日期：2017-07-05 本文編輯：程 銘）endprint