項目教學法在高校本科實驗教學中的應用

田 偉 ， 鄒本革 ， 宋伊真 ， 劉 偉 ， 王美艷

(青島農業大學海都學院 ， 山東 萊陽 265200)

教育部“關于高等學校本科教學質量和教學改革工程的意見”明確要求大力加強實驗教學改革，推進高校實驗教學內容、方法、手段、隊伍、管理及實驗教學模式的改革與創新[1]。因此，高等學校課程實驗教學要以綜合利用各種教學資源為手段，以培養學生的實踐能力和創新意識為核心，以培養學生的全面發展為目的，以適應中國高等教育改革的要求[2]。青島農業大學海都學院是一所培養應用型人才的獨立學院，近年來，隨著學院資金投入的持續增長，實驗教學環境得到了明顯改善和顯著提升。但與國家重點院校相比，在實驗環境、教學模式、儀器設備、師資隊伍等方面仍存在一定的距離。因此，在學院實驗教學條件短期內無法顯著優化的狀態下，要想快速提升實驗教學的質量，必須充分考慮專業特點和課程體系，改進教學模式。筆者在山東省本科教學改革研究項目和青島農業大學海都學院教學研究課題的啟發下，以基因工程實驗課程為例，采用項目教學法進行教學改革與探索，實踐證明這種教學模式更加有利于培養學生的科研思維和綜合能力。

1 項目教學法概述

項目教學法是“以項目為主線、教師為主導、學生為主體、注重學習過程與實踐活動的融合”，通過實施一個完整項目而進行的教學活動，其關鍵是設計和制定一個項目的工作任務[3-5]。基因工程是青島農業大學海都學院園林、園藝和動物醫學的專業課，具有很強的理論性和實踐性。實驗教學作為課堂教學的輔助過程，普遍運用“課程加實驗”的模式，各個實驗之間相對獨立。這種模式缺乏應用背景，不能對獨立實驗形成系統的認識，實驗的效果大打折扣。因此，在基因工程實驗教學中應用項目教學法，具有高度的可行性。

1.1 課程教學目標的構建原則 項目教學法將課程的實驗教學目標設定為由學生實施完成的一系列實驗項目，并按照教學內容的系統性原則有機整合傳統教學方法中獨立的實驗內容。項目主題必須滿足課程教學大綱的要求，同時又能激發學生的學習興趣，還需要個人、小組和教師共同努力才能夠完成，學生完成項目的過程就是實現課程教學目標，積累知識、掌握技能和綜合能力提升的過程[3-6]。

1.2 項目教學方案的設計 基因工程實驗教學大綱包含了與基因工程原理和應用對應的基因操作技術，按照項目教學法的設計原則，把教學大綱要求的實驗內容整合成基礎性、研究性和應用性三方面的實驗教學體系，其方案設計、主要技術與涉及學科見表1。

表1 基因工程實驗教學體系

基礎性項目以基因工程的基本流程“切、接、轉、增、檢”進行設計，涉及了基因工程操作的多種技術，主要訓練學生的基本實驗技能。研究性項目是把科研的過程融入到本科實驗教學，既可以使實驗過程充滿時代內涵和科研感召力，又幫助學生理清科研思路，提高科學研究的基本素養[7]。應用性項目強調基因工程在社會生產中的應用，通過與企業建立校企合作橫向課題，對養殖場有病癥的動物進行致病菌的檢測及其敏感噬菌體的篩選，讓學生既了解噬菌體療法的先進理念，又能使產學研高度結合，有利于服務地方經濟。

2 項目教學法實施

以青島農業大學海都學院2016級動物醫學專業基因工程教學改革為例，介紹研究性項目實驗教學。本班級48名同學，每6人為一組，共8組，將實驗集中在理論課程結束前的2周內完成，共計24學時，實驗室從早上8：00到夜晚10：00向學生開放。

2.1 確定項目選題 實驗項目圍繞“提高動物的抗病性”展開，選取對病毒有防御和抑制作用的干擾素基因進行研究，構建了“一條龍”式的實驗教學體系，學生在教師的指導下，查閱文獻并完成實驗規劃。每組同學按照實驗設計合理安排時間，自己準備實驗材料，親自操作儀器和獨立分析實驗結果。

2.2 項目實施步驟 整個實驗內容、技術及要求見表2。實驗從動物組織干擾素基因的擴增、重組、轉化、增殖及篩選鑒定展開，整個體系包括了基因工程“切、接、轉、增、檢”5個環節，囊括了基因工程及相關學科的15種技術，部分實驗步驟如細菌培養、PCR擴增和瓊脂糖凝膠電泳等技術多次重復進行，充分提高了學生的實踐技能及熟練程度。整個實驗體系環環相扣，前一實驗的結果恰好是下一實驗的原料，這極大提高了學生做實驗的責任心，同學之間的團結協調能力。

表2 基因工程研究性項目內容和要求

教師主要是搭建一個實驗平臺，根據科研和教學需要不斷更新和補充實驗。在項目設計和實施過程中，教師必須具備項目所涉及的專業知識和技能，根據科研和服務的需要，選取不同的基因，合理的設計實驗項目，使學生在實施項目過程中，完成知識的積累和綜合能力的提升，有效體現了獨立學院應用型人才的辦學理念。

2.3 拓寬項目內容 動物孵化實驗室招聘動醫專業小助手多名，團隊負責人和科研助理負責培訓小助手，培訓合格后在教師指導下與教師共同承擔對外檢測服務項目，這不僅使同學掌握了動物醫學所學專業知識的應用，也減輕了教師的科研服務工作強度，又能使產學研高度結合，提高了高校服務社會的能力。

2020年新冠疫情期間，本院積極響應國家提出的“停課不停學”的號召，采用具有高度還原性和安全性的虛擬仿真教學技術進行線上教學[8]。主要是利用浙江理工大學“基因工程方法制備ScFv抗體大實驗虛擬仿真軟件”的項目進行，學生通過虛擬11個操作步驟，掌握了基因工程操作流程，強化了關鍵點。同時，抗體的制備與2020年軍事科學院陳薇院士新冠病毒重組疫苗的制備有很多契合之處，在虛擬軟件項目操作的過程中注入當今疫苗研究的元素，不僅達到了預期的教學目的，學生也見識了科學家的風采，達到了育人的目的。

3 項目教學法成績評定

科學、準確、客觀的實驗成績評定體系，直接影響學生的實驗動力、態度和教學成效。教師在各個實驗項目實施過程中跟蹤測評，多元考核，打破了改革前“一張報告，一節課”的模式，同時針對各組學生在實驗過程出現的問題，以啟發式和研討式找出解決問題的辦法，具體評價指標和考核能力見圖1。項目式教學法最重要的應用是學生需要根據項目的實施過程和結果書寫一篇完整的研究論文，包括文章標題、中英文摘要、前言、材料與方法、結果與分析和討論等，教師要根據科研論文的寫作情況科學地評分，極大地提高了同學論文寫作的能力，結果分析的能力和解決問題的能力。

圖1 基因工程實驗教學考核體系

4 教學改革的成效與體會

項目教學法的優點在于極大地引起學生對學科的興趣，在注重知識傳授的同時著力培養學生的創新精神[3-6]。基因工程課程結束后，通過問卷調查的方式，調查學生對基因工程實驗教學改革的滿意度。結果證明，開展項目式實踐教學體系改革取得了明顯的效果：(1)98.0%的學生認為該教學體系調動了實驗積極性；95.7%的學生表示喜歡該課程；94.3%的學生認為該體系符合青島農業大學海都學院人才培養目標。(2)98.5%的學生認為該教學體系搭建了獨立思考和自主解決實際問題的平臺。教師通過鼓勵學生參與實驗的設計，讓學生在實驗中培養獨立思考的能力。(3)99.0%的學生認為該教學體系培養了學生的科研思維。教師將各個獨立實驗整合為一個系統的科研項目，在實驗過程中恢復了科研的原貌，激發了學生的科研好奇心，幫助他們理清了科研思路。(4)95.0%的學生認為該實驗教學改革增強了就業信心和研究生面試信心。目前許多畢業生能夠到大型的生物公司和科研院所實習和就業，根據就業單位反映，本院培養的學生踏實肯干、基本功夯實和創新能力強。在2020年的碩士研究生復試中，我本院學生實驗技能的考核成績顯著高于其他院校的考生。(5)90.0%的學生認為該實驗教學改革提高了學生科研論文的寫作能力。項目教學法引導基因工程實驗教學改革進行后，學生積極查閱文獻，書寫科研論文，學生在寫作的過程中鍛煉了科研思維。

目前為止，筆者對學院動物醫學、園藝專業已進行了三元豬、白毛烏骨雞、黑鳳雞和五龍鵝干擾素基因；蘋果、梨赤霉素合成關鍵基因(貝殼杉烯氧化酶基因)進行了研究性項目的設計，共獲得了基因8個；申請省級和院級教學研究課題各1項；教師根據學生科研論文情況進一步組織，目前已發表全國中文核心期刊論文5篇；指導作品“五龍鵝干擾素基因克隆及序列分析”獲第十六屆“挑戰杯”山東省大學生課外學術科技作品競賽三等獎；對20家養殖公司的近千個病樣進行檢測，篩選鑒定出沙門菌8種、大腸桿菌5種、金黃色葡萄球菌3種等，篩選出沙門菌噬菌體3種、成團泛菌噬菌體2種，與企業合作生產噬菌體產品5種。

5 結語

項目教學法營造了一種具有探索性質的團結合作、教學相長的教學氛圍，學生完成項目的過程既是學習知識的過程，也是綜合運用知識解決問題的過程，符合高校本科實踐教學的要求；而在項目實現過程中，能進一步提高教師的綜合水平，使教師具備項目所涉及的專業知識和技能。從項目教學法的實施過程可以看出，教學改革實驗項目的選取和設計，既要滿足學科主要知識點和實驗技能的掌握，同時也要引領學生立足生產實踐和追蹤學科發展，因此此方法在高等本科院校其他課程如動物生理學、獸醫免疫學、動物生物化學等同樣適用。項目教學法的實驗教學模式，在傳授給學生理論知識和操作技能的同時，更重要的是培養學生的科研思維和自主思考的能力，更好地滿足當前創新性教育的發展需要。