基于OBE理念的“細胞工程”課程教學探索

鞏慧玲，袁惠君，王艷玲

（蘭州理工大學 生命科學與工程學院，甘肅 蘭州 730050）

成果導向教育（Outcomes-based Education,OBE）是20世紀90年代在美國等國家最早發展起來的，又被稱作目標導向教育、能力導向教育或需求導向教育，是一種基于學習產出的教育模式，通過預期學習產出為中心進行組織、實施和評價，利用學習成果驅動整個課程活動和學生學習的產出評價，是目前國內外高等教育發展的趨勢。OBE教學模式主要通過以學生為中心、成果導向和持續改進三個理念來促進、改善和提高工程教育的人才培養質量。我校生物工程專業以提升專業工程教育質量為主旨，不斷加強專業建設，其中“細胞工程”課程是生物工程專業的一門重要的專業方向課。

一、修訂課程教學大綱，精選教學內容

“細胞工程”是應用生命科學理論，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，具有前沿性（現代生物技術的熱點）、綜合性（多學科交叉）、應用性（工程類課程，重在產品與技術）和爭議性（新技術給倫理道德帶來的沖擊）等特點。“細胞工程”是生物工程專業的一門重要的專業方向課。為提升我校生物工程教育質量，我們根據工程教育專業認證的理念即“以成果為導向”，結合生物工程專業人才培養目標和畢業要求需掌握的核心能力和素質要求，并遵循價值塑造、能力培養、知識傳授“三位一體”的教育理念，修訂細胞工程課程教學大綱，即明確了細胞工程課程教學目標，理順了細胞工程課程目標與專業畢業要求指標點的對應關系，制定了細胞工程課程知識、能力培養和思政目標計劃表，將課程教學目標落實到具體章節內容中。

細胞工程作為一門綜合性和應用性很強的學科，其理論知識涵蓋面廣，融合多個學科的技術。因此，合理規劃教學內容，及時補充新知識是細胞工程課程建設的長期任務。根據教學目標，我們認真精選教學內容并梳理重點、難點，為保證教學內容的相對穩定，經過對比多本教材，我們選擇上海交通大學李志勇編著的《細胞工程》一書作為主要教材（該教材2021年已更新至第三版），以楊淑慎編著的《細胞工程》、安利國編著的《細胞工程》和王永飛編著的《細胞工程》等書作為助教材。此外，由于細胞工程的發展日新月異，教材內容無法做到及時更新，一些新的技術進展無法及時加入教材，使得理論與現實脫節，因此我們在授課時密切關注近年來細胞工程的最新科研進展。

二、融合文獻閱讀法與其他教學方法，凸顯以學生為中心

教學有法，教無定法。細胞工程的理論知識抽象，課程內容涉及多個專業領域如普通生物學、細胞生物學、遺傳學等的基本知識，還涉及基因工程、酶工程及部分生物工程設備等方面的知識；另外，細胞工程各個章節之間獨立性強，理論知識之間邏輯聯系較弱且理論表述較少，而較多內容涉及實驗操作流程或步驟，學生理解和學習起來感到枯燥且有一定難度。因此，細胞工程的教學方法尤為重要。為提升我校生物工程教育質量，根據工程教育專業認證的理念即“以成果為導向”，并基于本課程的特點，我們在課程教學設計和教學方法的選擇上，以學生為中心，注重學生學習的自主性，按照教學大綱和教學目標，以課前布置作業的方式要求學生分組精讀或泛讀本專業領域的經典文獻和熱點文獻，將文獻閱讀教學法融入其他教學方法（案例式教學法、PBL教學法和討論式教學法等），從而培養學生的學習能力、思維能力和創新意識，以及培養學生運用所學知識解決科學問題和相應工程問題的能力。文獻閱讀法與其他教學方法相融合的運用具體如下。

（一）文獻閱讀法與案例式教學法相融合

案例式教學是以真實事件為基礎撰寫案例進行課堂教學，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的教學方法。我們在教學設計時選用的案例來自學生提前閱讀的經典文獻或熱點文獻，在授課時，通過讓學生分享相關文獻的主要內容，主動參與課堂教學過程。例如，在講授植物組織培養再生植株途徑的方式時，我們讓學生在課堂上分享發表于1958年的一篇關于胡蘿卜細胞離體培養的經典文獻，即以胡蘿卜體細胞再生途徑為案例，讓學生理解細胞全能性這一基本概念，并掌握胚狀體發生這一植株再生途徑；在講授植物細胞次生代謝產物的生產時，通過讓學生分享一篇關于紅豆杉細胞培養生產紫衫醇的文獻，來分析細胞系的篩選流程、細胞培養生產次生代謝產物的步驟及提高次級代謝產物的策略，并以此為基礎，讓學生進一步查閱文獻，設計我國北方黃花蒿細胞培養生產青蒿素的方案，并探討實驗室搖瓶式培養和工廠化放大培養的差異，以及如何設計適合植物細胞大規模培養的發酵罐，從而提高學生利用所學知識解決細胞工程在生產實踐中的問題的能力，促進學生對細胞工程學科知識的理解和應用。

（二）文獻閱讀法與PBL教學法相融合

PBL教學法（Problem-based learning）是以問題為導向的教學方法，是基于現實世界的以學生為中心的教育方式，是在教師的引導下以學生為中心、以問題為基礎，以小組合作的方式進行自由選題、課下圍繞問題收集資料、課上講解和討論，培養學生自主學習能力和創新能力的教學模式。基于PBL教學法的特點和優勢，我們將一些教學內容設計成問題提前發放給學生，并隨之發放幾篇必讀文獻；學生以小組的形式選擇題目，課下查閱、整理資料和討論，然后進行課堂展示。例如，在講授植物組織培養與快速繁殖時，教師提出問題：水稻、小麥等糧食作物的繁殖方式是通過有性繁殖，而第四大糧食作物馬鈴薯的繁殖為什么不采用有性繁殖而采用無性繁殖，如何進行馬鈴薯的無性繁殖。然后讓學生通過查閱文獻資料并進行深入的小組討論，重點明確植物脫毒的方法和脫毒植物鑒定的方法，并在閱讀教師提供的關于馬鈴薯種薯良繁方式的文獻的基礎上，設計植物組培快繁的一般流程，教師可建議學生延伸擴展閱讀最新發表的關于莖尖脫毒的分子基礎的相關文獻。學生小組針對這些問題，在課下查閱資料、閱讀、討論和準備后，在課堂上以PPT的形式展示、匯報和答辯（采取隨機抽取的方式確定展示的學生，其余小組成員補充或回答提問），最后教師在課堂上總結和點評，對基本概念和理論進行概括和總結，并對學生設計的植物組培快繁的流程進行梳理和重點講授。

（三）文獻閱讀法與討論式教學法相融合

細胞工程的特點之一是爭議性，即新技術給倫理道德帶來的沖擊。因此，在授課時我們對細胞工程技術應用中引起的有爭議性的問題，安排學生進行討論、演講和辯論等。如在講授體外受精與核移植動物時，在課前提出幾個討論問題，例如，你支持還是反對克隆人，你對試管嬰兒的態度。學生課下經過查閱文獻，深入了解相關知識，并在認真思考后提出自己的觀點，然后進行課堂討論和辯論，這樣不僅提高了學生查閱資料和積極主動學習的能力，還鍛煉了其語言表達和演講等多方面的能力，在討論中也培養了自己的批判精神。

總之，我們在細胞工程教學中，注重教學設計，針對不同的教學內容采用不同的教學方法，把文獻閱讀法與案例式教學法、PBL教學法、討論式教學法相融合，靈活運用于課堂，將細胞工程課堂理論教學由教師一人講授轉換為以學生為中心，教師作為課堂的“導演”，學生是真正的“主角”，使課堂從單純的以教師講授為主轉變為學生參與式教學，著重培養學生運用細胞工程知識解決細胞工程問題的能力。

三、以成果導向加強實驗教學

細胞工程是一門以實驗為基礎的工程技術課程，傳統的實驗課程以驗證性實驗為主，已遠遠不能滿足創新型人才培養的需要和工程教育的要求。我們在教學中除了加強實驗基本操作能力的訓練，還不斷注重研究性和設計性實驗教學的探索與實踐，以成果為導向，提高學生的實驗設計能力和解決工程問題的能力。

細胞工程實驗中的多個實驗項目涉及試劑、培養基的配制和滅菌等，但由于課時限制，這些內容之前多由實驗教師提前準備或完成，學生無法全程參與。為進一步提高學生的動手能力，我們在教學改革中，采用自愿和輪流原則，學生可利用課余時間，在實驗教師的指導下參與試劑和培養基的配制及預實驗，讓學生能夠充分掌握實驗的準備和整個步驟、流程，學生也有更多的機會與實驗教師交流和溝通。在正式開展本實驗項目時，由這些參與實驗準備的學生給同學親自講解實驗的主要操作過程和注意事項（實驗教師點評并做適當補充），即參與實驗準備的學生充當了助教的角色，從而增強了學生學習的主體地位和實驗興趣，學生爭先恐后地參與實驗的準備工作，課后總結時學生普遍反映參與實驗準備加深了對實驗原理的理解，增強了實驗基本操作能力，并改正了一些實驗基本操作中的小錯誤。

為培養學生的實驗設計和解決生物工程問題的能力，對細胞工程實驗中研究性和設計性實驗項目，教師提前并不給學生發放實驗指導書，而是通過設置科學問題或工程應用問題，要求學生自行分組后查閱文獻資料，共同討論、設計實驗方案和具體的實驗步驟，然后由教師審核后確定實驗方案，最后開展實驗。例如，在植物的組織培養和快速繁殖的設計性實驗中，學生通過查閱文獻資料，不同小組分別設計了馬鈴薯、蘭州百合、麗格海棠、構樹等植物的組培快繁的實驗方案，包括外植體的選擇、培養基的配方（分化培養和繼代培養）設計、生根培養和移栽方法等，然后經實驗教師的審核及學生的完善和補充后開展實驗。學生根據設計的實驗方案親自實施實驗，并對實驗中碰到的外植體消毒不徹底而引發的污染、外植體不宜脫分化和分化、試管苗生根率低和移栽不宜成活等問題，及時和教師溝通并適當調整實驗方案，從而全面掌握了植物組培快繁的方法和技術，也提高了實驗設計能力和動手操作能力，以及分析問題和解決問題的能力。此外，在完成本實驗后，我們給學生的課后作業是：解決某花卉工廠化生產的工藝設計時，應考慮哪些方面？教師提醒學生在回答這一問題時，不要忽略植物工廠的廠區設計、組培車間設計和溫室設計等方面，從而培養學生解決生物工程問題的能力。

對實驗的成績考核，除了預習報告和實驗報告外，我們更注重過程考核，要求學生在實驗過程中用智能手機拍照或拍視頻記錄實驗操作的關鍵步驟和主要實驗結果，并將所拍的照片整理編輯排版后打印出來粘貼在實驗報告冊上，并將實驗中拍攝的資料編輯成3～5分鐘的短視頻，進行交流和答辯，并計入平時成績。學生將自己的實驗短視頻作品掛在自己的社交賬號，吸引了朋友的關注、點贊和評論，學生在回復朋友的評論時，成就感、自豪感滿滿，也增強了對專業的熱愛。

四、課程教學融入創新和創業教育

在傳授細胞工程專業知識和技術的基礎上，我們引導學生將細胞工程原理與技術運用于科學研究、成果轉化與應用中，培養學生自主學習、科研創新及工程應用能力。我們組織學有余力、對細胞工程感興趣的學生形成大學生科研創新小組，并邀請低年級學生參加，將專業知識與創新創業活動緊密結合，以細胞工程實驗課中的實驗為基礎繼續開展研究，并申報學生創新項目及參加創新創業競賽。以高年級學生帶動低年級學生，從資料的查閱、實驗設計、實驗材料的準備到實驗的操作和實施、撰寫論文等完成完整的科研過程，科研思維能力和科研寫作能力得到訓練和提高。此外，以科研成果為基礎，進行成果的轉化和應用，如進行商業計劃書的撰寫和路演，從而提高了學生的溝通和表達能力，為今后從事相關行業打下了堅實的基礎。經過幾年的不斷實踐，學生完成的油用牡丹的組培快繁、蘭州百合的組培快繁和構樹的組培快繁等項目在省級和校級科技競賽中獲獎。

結語

基于OBE教學理念，我們對“細胞工程”課程進行了教學探索和實踐，以學生為中心，修訂課程教學大綱、精選教學內容，通過文獻閱讀法和其他教學方法相融合進行理論教學，以產出為導向，注重實驗教學和工程能力的提升，并在課程教學中融入創新和創業教育，從而有效實現了對學生素質與能力的培養和提高，為學生畢業后從事生物工程相關行業并解決相關工程問題奠定了堅實的基礎。