圍繞CDIO人才培養(yǎng)模式的基因工程課程教學改革

李健 韓增勝 栗坤

摘要：基因工程是一門理論和實驗并重的專業(yè)基礎課，必須適應當今教育要求，重點培養(yǎng)學生綜合素質和能力。CDIO工程教育模式利用教育理念及方法系統(tǒng)指導工程訓練模式。本文從教學整體設計思路、教學方法和手段、教學過程和課程考核等方面，突出對學生基因工程課程理論與實踐結合能力及工程能力的培養(yǎng)，旨在不斷增強學生學習的主導型，從而全面提高學生綜合素質。

關鍵詞：基因工程；CDIO；理論與實踐；工程能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）14-0143-02

基因工程是生物科學的前沿。它的發(fā)展促進了以它為中心的生物工程技術的發(fā)展，并促進了生命科學的發(fā)展。因為基因工程是從分子水平理解和操作復雜的生命現(xiàn)象，所以它內容豐富，理論強，實驗操作水平高。因此，本課程的質量將直接影響生物工程專業(yè)學生的專業(yè)素質和創(chuàng)新能力。

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產品開發(fā)的生命周期到產品運行的生命周期為載體，讓學生在課程之間以積極、實用和有機聯(lián)系的方式學習工程。CDIO培訓大綱將工程專業(yè)畢業(yè)生的能力分為四個層次：工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力。

一、整體教學設計的理念

1.優(yōu)化教學內容，構建“一線兩基”理論體系，培養(yǎng)學生的基礎知識和能力水平。在組織教學內容和課程總體規(guī)劃時，我們應該注意課程的科學、先進、系統(tǒng)、有條不紊和工程特點，努力反映國內外的研究趨勢和成果，注意經典與現(xiàn)代、理論與工程實踐的關系。因此，我們建立了基于“一條線”、基因工程原理基礎知識和基因工程應用基礎知識的“兩個基礎”理論教學體系，旨在培養(yǎng)生物工程專業(yè)學生的工程基礎知識和個人能力。

2.加強實踐能力培養(yǎng)，構建“三層次”實踐教學體系，對本專業(yè)學生實驗設計能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力三個層面進行培養(yǎng)。培養(yǎng)學生的工程素質和綜合素質已經成為當前工科院校發(fā)展趨勢。實踐能力是一種綜合能力，它必須在通常的教學實踐中有計劃、有步驟地進行。為此，本課程構建了基礎實驗—三級項目實驗—討論分析辯論相結合的“三層次”實踐教學體系。在學習理論課基礎知識的基礎上，開設實驗課環(huán)節(jié)加深對課堂理論課的理解并予以驗證；在掌握基礎基因工程理論和基本實驗技能操作的基礎上，提出“××重組質粒載體構建在原核細胞中的表達與表達產物鑒定”及“××真核表達載體的構建與表達產物鑒定”等三級項目題目，學生分小組討論三級實驗方案，撰寫實驗計劃和實驗大綱，并按照實驗計劃開展三級項目；最后，通過PPT展示實驗結果，提出三級項目所遇問題和解決方案，深入鞏固了對理論體系和實驗操作體系的理解和認識，形成一個以學生為主體，教師為主導的學習良性反饋。在此過程中，學生的實驗設計思維能力、人際團隊能力以及工程系統(tǒng)能力三個層次得到系統(tǒng)訓練。

二、教學方法與手段

在教學過程中，為了提高教學效果，該課程改進了教學方法，構建了“四結合”教學模式。本課程實施“四結合”教學模式，將傳統(tǒng)的板書教學與多媒體教學相結合，教師傳授知識與學生自主學習、討論、基礎理論知識相結合，與學科前沿知識、基因工程理論教學和實踐教學相結合，特別是基于基因工程技術路線的普通學生課程。主題形式的課堂小組討論和辯論教學增強了學生學習的主動性和興趣，大大提高了學生獨立學習和自我思考的能力，加強了學生綜合素質的培養(yǎng)。

1.研究風格與啟發(fā)式教學。本課程的教學充分利用了科學研究資源和網絡資源，展示了參與基因工程研究的照片、圖譜、操作流程動態(tài)視頻和普通生物信息數(shù)據(jù)庫網站。增加學生的感性認識、加深對基礎知識的理解；將科學研究中遇到的問題引入課堂，引導學生思考和討論，開展啟發(fā)式教學；將基因工程領域的科研成果和重大事件引入課堂或課外作業(yè)中，引導學生探究和設計解決方案，并在課后進行研究性教學。

2.討論和辯論教學。討論和辯論教學可以極大地調動學生學習的主動性、自主性和創(chuàng)造性，使學生成為學習的主體。課本最后兩章，基因工程的應用、基因工程技術的安全控制與管理對于學生來說是非常重要的內容。如基因工程的安全性問題并非一個有唯一答案的問題，如果采用傳統(tǒng)的課堂講授方式，教師很容易受主觀意見的支配，學生得到的信息很可能是片面的。因此，我們采用討論式和辯論式教學方式來講授。內容主要涉及：基因工程的應用，基因工程技術及基因工程產品安全性的利與弊，基因工程技術的安全控制及管理。學生分為若干個小組，每個小組4-5人，利用課下整理、收集相關資料，撰寫相關報告，最后每組集中進行PPT展示和講解，其他組同學則可針對相關內容進行討論和辯論。學生在課下查閱大量最新的文獻，并到市場進行了轉基因食品的認可度相關調查，因此避免了課堂講授可能造成的片面性和知識的陳舊性，在整個學習過程中學生積極主動，基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層次也得到培養(yǎng)。

（1）課堂總結式教學。在每節(jié)課的開始，會利用3-5分鐘對上一節(jié)課主要內容簡單進行總結；課程結束時，每個學生被要求在A4紙上寫一份基因工程課程的總結。要求根據(jù)自己的思維和邏輯編寫課程的關鍵內容，以便學生全面系統(tǒng)地理解課程的主要內容和主線，從而易于理解課程的關鍵內容和知識點，這不僅有助于復習和重新學習。同時，它也培養(yǎng)了學生的總結能力和邏輯思維能力。

（2）提問和指導教學。以課堂提問為主，以引起學生的注意，進一步調動學生的主動性，活躍課堂氣氛。在教學結束后，作為一個問題提出下一個教學內容的2-3個要點，讓2-3個學生提前查閱、準備，下次授課時由他們首先針對性地講解3-5分鐘，這種提問教學方法允許學生主動預習新知識，變被動學習為主動學習，提高學生分析問題、總結問題的能力，使學生在工程基礎知識、個人能力層面得到有力鍛煉。

三、教學過程

本課程將傳統(tǒng)的以教師講授為主體、學生被動聽課的教學模式轉變?yōu)橐詫W生為主導、教師為引導和輔助的教學模式，從而使學生積極主動參與教學，得到生動活潑、創(chuàng)造性的發(fā)展。整個教學過程如圖1所示：

四、課程考核

該課程采取新的課程考核評價體系，避開傳統(tǒng)的一卷定成績的片面、主觀的評價機制，將基本實驗操作、三級項目實驗設計及實施、討論課及項目展示以及基本知識內容均納入到課程考核范疇，不僅能客觀、全面地反映學生對本課程的理解和掌握情況，也對學生工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層次進行了系統(tǒng)評價。

利用CDIO工程教育的理念，對生物工程專業(yè)的學生進行基因工程相關課程的教學，并結合實際項目，學生可以從基本操作和設計思維以及專業(yè)知識的實際應用中全面熟練地掌握基因工程，從而擺脫片面強調理論的誤區(qū)。同時，CDIO教學理念的四個環(huán)節(jié)使整個教學工作的各個部分更加緊密地聯(lián)系在一起。

參考文獻：

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