《細胞工程》理論與實踐教學(xué)的探索與研究

邵景俠+張小紅+徐虹+馬瑞麗+楊淑慎

摘要：細胞工程是現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分，也是生物技術(shù)、生物工程和生物科學(xué)專業(yè)的骨干課程。本文從西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院細胞工程課程理論與實踐教學(xué)體系的改革入手，總結(jié)了該門課程在理論與實踐教學(xué)上進行的改革嘗試及經(jīng)驗體會，旨在探討利用實驗教學(xué)培養(yǎng)本科生創(chuàng)新能力的方法。

關(guān)鍵詞：細胞工程;教學(xué)改革;創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）42-0117-02

一、細胞工程的重要性

細胞工程是一門現(xiàn)代生物科學(xué)理論與工程技術(shù)相結(jié)合的綜合性學(xué)科，是現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分。它是應(yīng)用細胞生物學(xué)的方法和工程學(xué)的原理，按照人們的預(yù)定目標，在細胞水平上對生物體進行創(chuàng)造設(shè)計，有計劃地保存、改變和創(chuàng)造遺傳物質(zhì)，改變生物性狀，以生產(chǎn)有用物質(zhì)或創(chuàng)造新物種的技術(shù)。細胞工程是一門實踐性很強的學(xué)科，涉及到的細胞工程技術(shù)是生命科學(xué)領(lǐng)域的重要技術(shù)和手段，因此是生物技術(shù)、生物工程、生物科學(xué)專業(yè)的骨干課程。通過該課程的學(xué)習(xí)可為從事生物學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)研究以及相關(guān)的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)。

為了適應(yīng)社會的發(fā)展，拓寬學(xué)生的知識面，培養(yǎng)全面的人才，我校生命科學(xué)學(xué)院生物工程教研室為本院生物工程、生物技術(shù)以及生物科學(xué)專業(yè)開設(shè)了細胞工程課程。我校生物工程教研室自1999年成立以來，在教學(xué)中不斷完善教學(xué)內(nèi)容和課程體系，結(jié)合課程特點和日常教學(xué)實際情況，就如何提高細胞工程課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新型專業(yè)人才，進行了一系列教學(xué)改革，探索出適合該校實際情況的新方法，努力爭取提高學(xué)生的創(chuàng)新與實踐能力，并取得了良好的效果。本文將對該課程教學(xué)和實踐改革的內(nèi)容和經(jīng)驗做一總結(jié)。

1.完善教學(xué)體系。

2.完善理論內(nèi)容。我校生物工程教研室自1999年成立，當時由于師資和各種硬件條件的限制，所開設(shè)的《細胞工程》內(nèi)容只涉及到植物部分，課程名稱為《植物細胞工程》。因此，在后來的教學(xué)中，我們首先補充師資力量，并且從教學(xué)內(nèi)容上做了調(diào)整，補充了動物細胞工程方面的內(nèi)容。細胞工程包含的內(nèi)容很多，有基本原理、組織器官培養(yǎng)、快繁技術(shù)、脫毒技術(shù)、胚胎培養(yǎng)、細胞培養(yǎng)、原生質(zhì)體培養(yǎng)、種質(zhì)資源保存等。各種技術(shù)的基本原理相同，但眾多技術(shù)關(guān)聯(lián)度差，知識體系框架不明晰，為了優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容準確把握內(nèi)容框架。在教學(xué)中，我們采用結(jié)合實踐歸類法進行教學(xué)，把所有內(nèi)容分為基本原理、基本技術(shù)和實踐應(yīng)用三部分。基本原理即細胞的全能性是細胞工程學(xué)科的理論基礎(chǔ)，因此我們以此為重點。基本技術(shù)分為取材、消毒、預(yù)處理、接種、培養(yǎng)等，分析掌握各種培養(yǎng)技術(shù)如外植體的選擇、培養(yǎng)基的選擇、培養(yǎng)條件的要求等具體差別。同時從實踐應(yīng)用上分為育種、種質(zhì)保存和產(chǎn)物生產(chǎn)三個方面，并且圍繞以上三個方面進行歸類，即把快繁技術(shù)、脫毒技術(shù)、原生質(zhì)體雜交都屬于育種體系;胚挽救技術(shù)作為種質(zhì)保存方法;胚胎培養(yǎng)、細胞培養(yǎng)是次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)。

3.完善實踐教學(xué)。（1）實驗課教學(xué)內(nèi)容整合和優(yōu)化研究。對原有短時間的、驗證性實驗、需時間周期較長的實驗內(nèi)容進行整合和優(yōu)化，合理規(guī)劃實驗內(nèi)容和環(huán)節(jié)，豐富實驗內(nèi)容、節(jié)約實驗時間，使實驗結(jié)構(gòu)緊湊、銜接緊密;除基礎(chǔ)實驗外，結(jié)合不同專業(yè)的學(xué)科方向，選擇性地開設(shè)一些內(nèi)容新穎、技術(shù)先進并與生產(chǎn)和科研關(guān)系較為密切的實驗。（2）全程性實驗?zāi)Ｊ窖芯俊Ｌ剿鲗F(xiàn)有的零碎部分性實驗變?yōu)槿绦詫嶒灒寣W(xué)生自己動手完成實驗的全部過程，以利于他們掌握實驗的基本方法，提高學(xué)生動手能力。（3）綜合性和研究性實驗內(nèi)容的探索。為培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和探究精神，提高學(xué)生的實驗興趣，研究確立綜合性和研究性實驗的內(nèi)容，進行盡可能讓學(xué)生自選性選擇一些實驗，使學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和愛好，自選一些實驗材料，獨立完成，也可以結(jié)合教師科研和大學(xué)生科創(chuàng)項目進行，提高學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰Α＃?）優(yōu)化課程實習(xí)內(nèi)容與方法。如增補了觀賞植物實習(xí)內(nèi)容，有效地利用了課題組科研相關(guān)的觀賞植物繁殖公司，加強觀賞植物應(yīng)用認知。選擇掌握組織培養(yǎng)與細胞工程學(xué)研究系列化技術(shù)、儀器設(shè)備的企業(yè)例如西部蘭花基地進行實習(xí)。（5）拓寬實踐渠道。深化校企實習(xí)基地建設(shè)，鞏固目前已經(jīng)有的校外教學(xué)實習(xí)基地。優(yōu)化出校外教學(xué)實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、科研訓(xùn)練、創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、工程訓(xùn)練等實踐教學(xué)課程體系的運行、管理模式，并探索出校外實習(xí)基地長期良性發(fā)展的機制。

二、改變教學(xué)方法

1.變理論教學(xué)為理論與實踐相結(jié)合。細胞工程為應(yīng)用性很強的課程，涉及眾多的實驗操作技術(shù)，一方面加強多媒體教學(xué)，教師可以通過圖片、視頻加強學(xué)生的印象，另一方面結(jié)合實驗操作進行理論講述也取得了良好的效果。例如在講述胚狀體概念時，我們結(jié)合胚狀體形成實驗和發(fā)育變化，使學(xué)生非常清晰的掌握這一抽象概念。

2.增加互動式教學(xué)。例如基本原理、基本技術(shù)講述完成后，以不同作物為試材，我們讓學(xué)生分小組按照細胞實踐應(yīng)用在不同方面的應(yīng)用，查閱資料，并進行課前講授，其他小組成員積極提問。這一做法改變了被動學(xué)習(xí)的局面，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。另外提前給出討論題目，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極討論，上好討論課也是一個極其有效的方法。

3.采用對比的方法進行教學(xué)。通過對內(nèi)容加以比較，引導(dǎo)學(xué)生分析，加深對相關(guān)內(nèi)容的印象。例如在介紹利用“超低溫冷凍保存法”來保存生物種質(zhì)資源的優(yōu)點時，利用比較法，將其與傳統(tǒng)生物種質(zhì)保存方法加以比較，其優(yōu)勢一目了然。講解脫毒苗與普通苗生產(chǎn)上差異時，結(jié)合本地草莓病害和結(jié)果圖片進行對比，使學(xué)生深刻認識技術(shù)的關(guān)鍵作用。

4.開展實踐技能大比武。我們組織學(xué)生參觀西部蘭花基地基地及其組織培養(yǎng)實驗室，同學(xué)們見到了大批蘭花脫毒苗及其在田間的栽培和應(yīng)用。參觀后我們提供基本實驗試劑、儀器、組培室、蘭花苗，要求每位同學(xué)在全天開放的實驗室獨立完成蘭花脫毒苗的生產(chǎn)，課程結(jié)束時進行評分，組培成功、蘭花漲勢優(yōu)良者考核評為優(yōu)秀，經(jīng)過幾次實驗雖然也獲得了脫毒苗，但由于實驗技能原因?qū)е旅缱虞^小者評為良好，依次給分。這一創(chuàng)舉極大鍛煉了同學(xué)們的實踐技能。endprint

三、改革實驗考核方式

改革與完善學(xué)生實驗考核方法和考評標準，把動手能力、綜合分析問題的能力和創(chuàng)新能力作為主要考核內(nèi)容。傳統(tǒng)的實驗課成績多是以實驗報告為打分的依據(jù)，實驗課成績不能真實體現(xiàn)學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況。第一普通實驗我們給學(xué)生的實驗課成績的評定包括實驗報告30%、課堂紀律10%、實驗技能20%、實驗結(jié)果10%和實驗習(xí)慣（衛(wèi)生、實驗用品使用等）10%，通過這幾個方面綜合評定實驗成績，不僅要求學(xué)生掌握較好的實驗技能，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣。第二討論課和參與課學(xué)生以小組為單位通過報告會的形式匯報實驗結(jié)果。由于每個學(xué)生能力和參加科研組的背景不同，會出現(xiàn)各種各樣的問題和實驗現(xiàn)象。在報告會上要求學(xué)生進行幻燈片演示，把實驗過程中遇到的各種問題提出來共同探討，學(xué)生運用所學(xué)知識解釋實驗現(xiàn)象，達到相互交流相互學(xué)習(xí)的目的，也可提高學(xué)生的口頭表達能力。各組相互評分。第三大比武實驗課程按照實驗材料最終生長狀況由任課教師直接評分。第四學(xué)生撰寫的實驗報告、科研論文、課后作業(yè)、課堂測試題能提高學(xué)生的查閱文獻、綜合歸納資料的能力，授課教師按照學(xué)生撰寫和測試的結(jié)果給出五級評分。

四、重視課程團隊建設(shè) 以科研促教學(xué)

我院細胞工程課程團隊現(xiàn)有教授1人，副教授2人，講師2人。課程團隊人員近年來主持國家基金兩項，省基金2項，鼓勵學(xué)生盡早加入到科研項目中，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維的能力和提高試驗技能。近幾年，學(xué)校鼓勵學(xué)生盡早參與教師的相關(guān)科研課題組，協(xié)助進行相關(guān)實踐工作。指導(dǎo)學(xué)生積極申請大學(xué)生科技創(chuàng)新項目3項，其中一項為國家級項目。

五、注重教材建設(shè)和更新

細胞工程教學(xué)團隊在不斷完善知識理論體系同時及時總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗出版了《細胞工程》國家十一五規(guī)劃教材。根據(jù)實驗教學(xué)內(nèi)容改革，重新修訂實驗指導(dǎo)，增加綜合性、研究性實驗的比重，補充學(xué)科前沿的研究成果和最新實驗技術(shù)，出版完成了《細胞工程實驗指導(dǎo)》。細胞工程教學(xué)團隊的教師們及時錄制、搜集實驗影像資料和圖片，不斷更新和完善多媒體教學(xué)課件，先后更新多媒體圖片300余張，錄制視頻20多節(jié)，極大的豐富了教學(xué)內(nèi)容全面的提高了教學(xué)質(zhì)量。但是，實踐是永無止境的，任何優(yōu)良的教學(xué)方法都有一個不斷創(chuàng)新和完善的過程。因此，還需進一步吸收與借鑒不同專業(yè)的成功經(jīng)驗，斷地探索教學(xué)新方法與新途徑，努力使植物細胞培養(yǎng)與細胞工程課程的教學(xué)在學(xué)生專業(yè)能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)中發(fā)揮更大的作用。

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