基于OBE理念的細(xì)胞工程混合式一流課程建設(shè)與實(shí)踐

張 潔,劉 娜,吳立柱,王榮納,魏鳳菊,劉 剛,孫天杰

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,河北 保定 071001)

細(xì)胞工程是現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分,課程內(nèi)容與生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化密切相關(guān),是該領(lǐng)域中最直接應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐并取得顯著效益的一門(mén)應(yīng)用科學(xué)[1],在生命科學(xué)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,已成為生命科學(xué)研究諸領(lǐng)域中最具活力和最引人注目的學(xué)科之一[2,3]。很多地方農(nóng)業(yè)院校將細(xì)胞工程課程列為生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)核心課程之一[4]。

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院在建院之初就在生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案中,將細(xì)胞工程課程列為必修課;結(jié)合農(nóng)林教育的特點(diǎn),配套選用了西北農(nóng)林大學(xué)楊淑慎教授主編、科學(xué)出版社出版的普通高等教育“十三五”規(guī)劃系列教材《細(xì)胞工程》和《細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)》。該課程在大三年級(jí)第二學(xué)期開(kāi)設(shè),學(xué)生已完成多門(mén)專(zhuān)業(yè)相關(guān)課程的學(xué)習(xí),逐漸失去了對(duì)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)的新鮮感,以教師講授為主的教學(xué)模式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外,由于生命科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的突飛猛進(jìn),課程研究?jī)?nèi)容日新月異,教學(xué)工作必須緊跟時(shí)代前沿,引入新的教學(xué)模式和教學(xué)手段。基于此,教學(xué)團(tuán)隊(duì)近年來(lái)對(duì)課程進(jìn)行了一系列的改革探索與實(shí)踐。

1 探索課堂教學(xué)新模式,提升學(xué)習(xí)自驅(qū)力

BOPPPS教學(xué)方法由溫哥華大學(xué)的Douglas Kerr團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建,以學(xué)生為主體,將課程知識(shí)點(diǎn)按照引入(B)、建立學(xué)習(xí)目標(biāo)(O)、前測(cè)(P1)、師生參與式學(xué)習(xí)(P2)、后測(cè)(P3)和總結(jié)(S)6個(gè)要素貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程[5,6],使課程具有系統(tǒng)性、邏輯性和完整性,突出學(xué)生的參與和教學(xué)效果的反饋,有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,使學(xué)生能主動(dòng)參與學(xué)習(xí),并獲得高效教學(xué)成果[7]。國(guó)內(nèi)多個(gè)高校陸續(xù)引進(jìn)這一教學(xué)模式,本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)于2021年參加了河北農(nóng)業(yè)大學(xué)教師發(fā)展中心組織的ISW教學(xué)工作坊,作為引導(dǎo)員指導(dǎo)11名青年教師完成了入職培訓(xùn),并將這一教學(xué)模式引入細(xì)胞工程課程的線上、線下混合式教學(xué)中,借助智慧教學(xué)平臺(tái)超星學(xué)習(xí)通輔助實(shí)施,進(jìn)行了知識(shí)體系的重構(gòu),并在2019級(jí)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)細(xì)胞工程理論課教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐。

基于BOPPPS的線上線下混合式教學(xué)模式把以學(xué)生的學(xué)習(xí)為中心與教師引導(dǎo)相結(jié)合,將BOPPPS模式融入教師講授和學(xué)生小組協(xié)作自主學(xué)習(xí),整合多種教學(xué)資源和教學(xué)手段,實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)的目標(biāo)[8]。在細(xì)胞工程教學(xué)中,將學(xué)習(xí)目標(biāo)、核心知識(shí)點(diǎn)、思政育人和項(xiàng)目創(chuàng)新等融入教學(xué)大綱,優(yōu)化了課前、課中和課后三大環(huán)節(jié)(見(jiàn)圖1)。借助團(tuán)隊(duì)近5年來(lái)建設(shè)的超星學(xué)習(xí)通細(xì)胞工程線上資源平臺(tái),輔助以騰訊會(huì)議和QQ群,實(shí)現(xiàn)BOPPPS模式與線上、線下混合式教學(xué)的有機(jī)融合。

在課前發(fā)放學(xué)情調(diào)研問(wèn)卷、專(zhuān)題講座視頻、課程思政案例、任務(wù)清單以及其他輔助資料等,學(xué)生初步了解課程內(nèi)容,并就自己感興趣和不理解的部分進(jìn)行質(zhì)疑,在超星學(xué)習(xí)通討論區(qū)進(jìn)行討論,教師在后臺(tái)收集相關(guān)信息、充分了解學(xué)情,有針對(duì)性地完善課堂教學(xué)設(shè)計(jì);課堂教學(xué)過(guò)程中,以線下課堂討論和互動(dòng)教學(xué)為主,輔以學(xué)習(xí)通觀看任務(wù)點(diǎn)、穿插完成隨堂練習(xí)和主題討論以及采用騰訊會(huì)議直播等形式作為補(bǔ)充;課后環(huán)節(jié)通過(guò)完成章節(jié)小測(cè)和創(chuàng)新項(xiàng)目報(bào)告、專(zhuān)題文獻(xiàn)報(bào)告等進(jìn)行課程相關(guān)知識(shí)的鞏固和融合貫通,做到學(xué)以致用。

在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中,BOPPPS教學(xué)模式存在各要素邏輯不當(dāng)、學(xué)習(xí)主體性地位不強(qiáng)、生成性成果不足等問(wèn)題[7]。結(jié)合細(xì)胞工程課的教學(xué)實(shí)踐和反思,對(duì)BOPPPS模式進(jìn)行了改良,將前測(cè)P1調(diào)整到課前在學(xué)習(xí)通平臺(tái)發(fā)布、后測(cè)與課后學(xué)術(shù)拓展相結(jié)合調(diào)整到課后環(huán)節(jié),形成課前、課堂教學(xué)過(guò)程中以及課后三個(gè)環(huán)節(jié)的有效融合貫通,使教學(xué)過(guò)程更完整流暢,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,實(shí)現(xiàn)課程建設(shè)的“兩性一度”目標(biāo)。

2 科創(chuàng)融合,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,實(shí)踐高階應(yīng)用

細(xì)胞工程是一門(mén)實(shí)踐性和應(yīng)用性非常強(qiáng)的學(xué)科,涉及多種新技術(shù)、新方法及其推廣應(yīng)用,需要不斷融入新的研究進(jìn)展。從知識(shí)背景到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作,再到成果應(yīng)用和推廣,哪一個(gè)環(huán)節(jié)的缺失或與實(shí)際脫離,都會(huì)影響到教學(xué)質(zhì)量和成效[9]。如何系統(tǒng)地將專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能內(nèi)化為創(chuàng)造力,提升學(xué)生自主創(chuàng)新能力成為細(xì)胞工程教學(xué)改革的核心點(diǎn)之一。

以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的OBE教學(xué)理念,關(guān)注學(xué)生專(zhuān)業(yè)技能的提高,明確教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施目標(biāo)是讓學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)取得學(xué)習(xí)成果[10]。所以,應(yīng)緊密結(jié)合應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo),對(duì)細(xì)胞工程課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化,將實(shí)用性強(qiáng)的細(xì)胞工程專(zhuān)創(chuàng)融合案例以及專(zhuān)業(yè)拓展性的學(xué)科前沿進(jìn)展與課程內(nèi)容相融合,提升課程的高階性和挑戰(zhàn)度,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

在實(shí)踐性和應(yīng)用性強(qiáng)的植物離體快繁、植物脫毒和植物次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)等章節(jié),優(yōu)選與生產(chǎn)生活實(shí)際緊密相關(guān)的專(zhuān)創(chuàng)融合案例,組建興趣小組分別完成不同案例,并進(jìn)行調(diào)研和匯報(bào),通過(guò)路演和答辯提升學(xué)生綜合素養(yǎng)。

首先在超星學(xué)習(xí)通發(fā)布與專(zhuān)創(chuàng)融合案例相關(guān)聯(lián)的拓展性視頻資源、學(xué)科前沿的課外閱讀資料(科技創(chuàng)新實(shí)例、專(zhuān)題學(xué)術(shù)文獻(xiàn)),引導(dǎo)學(xué)生利用碎片化時(shí)間對(duì)專(zhuān)創(chuàng)融合案例相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)以及相關(guān)資料進(jìn)行學(xué)習(xí),激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和探索的求學(xué)欲望。課下學(xué)生以小組為單位通過(guò)查閱專(zhuān)業(yè)文獻(xiàn)進(jìn)行調(diào)研,并提出可行的設(shè)計(jì)方案,形成案例報(bào)告并進(jìn)行組內(nèi)討論;課上采用以項(xiàng)目案例為導(dǎo)向的翻轉(zhuǎn)課堂形式進(jìn)行項(xiàng)目匯報(bào),結(jié)合生生互動(dòng)以及師生互動(dòng)形式激活課堂。經(jīng)過(guò)組內(nèi)、組間的小組討論和師生討論等多個(gè)環(huán)節(jié),最終形成專(zhuān)創(chuàng)融合項(xiàng)目報(bào)告或者完成創(chuàng)新產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)成果真正的產(chǎn)出。在2019級(jí)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)細(xì)胞工程課程教學(xué)過(guò)程中,發(fā)掘出“鐵皮石斛胚芽離體快繁體系建立”“迷你多肉植物鑰匙鏈制備”和“耐鹽轉(zhuǎn)基因大豆新材料培育”等一批優(yōu)秀的專(zhuān)創(chuàng)融合案例,已推薦參加學(xué)校和省級(jí)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽(見(jiàn)表1)。

表1 2019級(jí)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)混合式教學(xué)中部分創(chuàng)新案例、專(zhuān)題文獻(xiàn)對(duì)應(yīng)的課程內(nèi)容

在技術(shù)性和前沿性強(qiáng)的原生質(zhì)體制備與應(yīng)用、動(dòng)物疫苗生產(chǎn)以及動(dòng)植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)等章節(jié),以分組形式對(duì)相關(guān)內(nèi)容的最新科研進(jìn)展進(jìn)行深入分析,通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行展示,同學(xué)們進(jìn)行討論和評(píng)分。通過(guò)學(xué)術(shù)文獻(xiàn)導(dǎo)讀引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)科學(xué)問(wèn)題,結(jié)合文獻(xiàn)精讀和翻轉(zhuǎn)課堂展示進(jìn)行科學(xué)反思,通過(guò)學(xué)術(shù)拓展引導(dǎo)學(xué)生探索科學(xué)問(wèn)題的普遍性,培養(yǎng)學(xué)生的批判性思辨和顛覆式創(chuàng)新能力。

另外,利用BOPPPS教學(xué)法給學(xué)生進(jìn)行示范,指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)思文獻(xiàn)講解的思路。首先明確文獻(xiàn)講解的主題是什么,為什么要講這篇文獻(xiàn)(B);學(xué)習(xí)這篇文獻(xiàn)的目標(biāo)是什么,通過(guò)這篇文獻(xiàn)學(xué)習(xí)同學(xué)們將會(huì)有哪些提升(O);這篇文獻(xiàn)與課程所學(xué)內(nèi)容有什么關(guān)聯(lián),如何通過(guò)前測(cè)判斷同學(xué)們已經(jīng)具備哪些能力或知識(shí)(P1);講解過(guò)程中如何引領(lǐng)同學(xué)們參與老師的科學(xué)問(wèn)題解析過(guò)程(P2);如何對(duì)于同學(xué)們的參與和表現(xiàn)給予回饋,引領(lǐng)大家一起思考(P3);最后怎樣進(jìn)行講解內(nèi)容的總結(jié),讓同學(xué)們對(duì)教師講述的科學(xué)問(wèn)題有深刻的認(rèn)知(S)。

BOPPPS教學(xué)模式在學(xué)生講解文獻(xiàn)中的應(yīng)用,對(duì)于深入理解文獻(xiàn)所闡述的科學(xué)問(wèn)題、提升翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果發(fā)揮了重要作用。近三年的教學(xué)過(guò)程中,先后有30多名同學(xué)通過(guò)查閱資料、制作幻燈片在課堂上進(jìn)行了文獻(xiàn)講解,收獲了老師和同學(xué)們的一致好評(píng)(表1)。其中,有6名同學(xué)順利通過(guò)研究生推免復(fù)試,到中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育研究所等國(guó)內(nèi)重點(diǎn)學(xué)府和科研機(jī)構(gòu)深造,BOPPPS模式指導(dǎo)的科技文獻(xiàn)解析大大提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和綜合能力。

3 強(qiáng)化實(shí)踐,拓展視野,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和工匠精神

實(shí)踐教學(xué)與生產(chǎn)聯(lián)系不足、學(xué)生專(zhuān)業(yè)技能及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力薄弱是細(xì)胞工程課程改革的壁壘之一。細(xì)胞工程課的學(xué)習(xí)離不開(kāi)實(shí)踐,只有深入生產(chǎn)實(shí)際才能學(xué)以致用。積極拓寬教學(xué)實(shí)踐途徑,與國(guó)內(nèi)某知名企業(yè)簽訂協(xié)議,作為學(xué)校生物技術(shù)、生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)研究生以及本科生的教學(xué)實(shí)踐基地。以校企合作為基礎(chǔ),搭建了細(xì)胞工程創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)平臺(tái),指導(dǎo)學(xué)生參加課外科技創(chuàng)新,擴(kuò)大知識(shí)的深度和廣度,全方位培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力,以研促學(xué)。

2018年春季,利用細(xì)胞工程課程實(shí)踐的機(jī)會(huì)帶領(lǐng)2015級(jí)生物技術(shù)和生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生到合作企業(yè)的研發(fā)中心進(jìn)行參觀學(xué)習(xí),學(xué)生們親眼看到了設(shè)計(jì)嚴(yán)密、管理規(guī)范、技術(shù)一流的組織培養(yǎng)室和現(xiàn)代化育苗溫室。了解到了大型溫室的潮汐灌溉、LED花期燈照明等一系列新材料新技術(shù),感受了公司研發(fā)人員二十年如一日,扎根基地,研發(fā)名貴花木快繁技術(shù)體系的忘我鉆研的科學(xué)精神。通過(guò)實(shí)地考察,同學(xué)們迫切地希望把課堂上學(xué)到的細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法和組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作等基本知識(shí)真正與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合,利用快繁技術(shù)培育出世界一流的優(yōu)質(zhì)花木新品種。當(dāng)了解到很多的設(shè)備和技術(shù)主要依靠進(jìn)口、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新品種和新技術(shù)還比較少的情況,老師們及時(shí)啟發(fā)學(xué)生拓展思路、開(kāi)闊視野,積極投身到科技創(chuàng)新大潮,讓“中國(guó)制造”變成“中國(guó)創(chuàng)造”[11],將工匠精神的思政元素融入理論課和實(shí)踐教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。

4 構(gòu)建多元化教學(xué)評(píng)價(jià)體系,提升課程挑戰(zhàn)度

在教學(xué)方法和模式不斷更新的同時(shí),教學(xué)評(píng)價(jià)也需要全面改革[12]。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)主要是終結(jié)評(píng)價(jià),一考定成績(jī),這給了很多學(xué)生蒙混過(guò)關(guān)的機(jī)會(huì),將BOPPPS模式應(yīng)用于課程混合式教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)模式很好地解決了這一問(wèn)題。每位同學(xué)在學(xué)期開(kāi)始就領(lǐng)取了各自感興趣的科學(xué)問(wèn)題(創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目或?qū)ｎ}文獻(xiàn)解析),通過(guò)互動(dòng)式、探究式深入學(xué)習(xí),學(xué)期末以項(xiàng)目報(bào)告或文獻(xiàn)綜述的形式上交,作為平時(shí)成績(jī)(30%)的主要依據(jù);學(xué)習(xí)過(guò)程中實(shí)行組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制,合理安排小組每個(gè)成員的任務(wù),避免雷同;在項(xiàng)目匯報(bào)和文獻(xiàn)精講環(huán)節(jié),由同學(xué)們?yōu)橹v解的學(xué)生打分,有機(jī)會(huì)進(jìn)行講授的同學(xué)每人增加最高10%的平時(shí)成績(jī),根據(jù)參與度和互動(dòng)情況給參加評(píng)分的同學(xué)計(jì)入平時(shí)成績(jī),無(wú)故未參加評(píng)分的扣一次平時(shí)成績(jī)。

實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過(guò)程中,實(shí)現(xiàn)了部分試驗(yàn)的自主選材,讓學(xué)生帶著問(wèn)題去深入學(xué)習(xí),根據(jù)學(xué)生自主學(xué)習(xí)情況、項(xiàng)目成果匯報(bào)成績(jī)以及動(dòng)手操作情況給出綜合評(píng)價(jià)(占總成績(jī)30%)。將細(xì)胞工程課程的學(xué)習(xí)過(guò)程階段化、利用線上平臺(tái)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)狀態(tài)的實(shí)時(shí)跟蹤,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)溝通交流,形成全方位、一體化的考核形式。