融合STEAM理念的“細胞工程”課程教學改革探索

［摘 要］ “細胞工程”是生物技術、生物工程等生物專業的核心基礎課程之一。面向新工科建設背景下對人才培養的新要求，基于STEAM教育理念，結合“細胞工程”課程特點，堅持立德樹人根本任務，以學生為中心，面向生物醫藥產業的發展需求，對課程的教學目標、教學設計、教學體系、教學理念、教學方法、教學考核評價等進行改革，旨在激發學生的求知欲，培養學生多學科交叉融合理念，使學生善于從多學科角度思考問題、提出問題、分析問題和解決問題，提高學生創新思維，提高課程教學效果。

［關鍵詞］ STEAM教育理念；細胞工程；教學改革

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）31-0069-04 ［收稿日期］ 2023-05-09

引言

2017年發布的《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》中提出，要加快工程教育改革創新，推進新工科的建設與發展［1］。在新工科建設背景下，面對新的發展要求，高校人才培養應緊密圍繞黨中央提出的“創新、協調、綠色、開放、共享”新發展理念，將學科交叉融合同工程實踐深度融入高校新工科建設中的人才培養機制中，培養適應前沿工程科技發展要求的高素質人才，為未來工程科技各領域領軍人才的前瞻性和戰略性培養做好準備。

隨著生物技術的飛速發展及其產業化進程的不斷推進，相關行業急需大量的生物類專業高素質人才。“細胞工程”是生物技術、生物工程等生物專業的核心基礎課程之一，是知識傳授、能力培養、素質養成“三位一體”的生物專業人才培養的重要環節。因此，在新工科建設的大背景下，針對生物相關產業發展需求，對“細胞工程”課程的教學目標、教學設計、教學體系、教學理念、教學方法、教學考核評價等進行改革和實踐，對于激發學生的求知欲，培養學生多學科交叉融合理念、創新創業能力、工程實踐能力等具有重要作用，為培養生物專業高素質人才提供保障。

一、STEAM教育理念

STEAM一詞代表科學（science）、技術（technology）、工程（engineering）、藝術（art）和數學（mathematics）［2］。2010年，美國弗吉尼亞科技大學學者格雷特·亞克門（Georgette Yakman）在STEM基礎上，將art加入STEM中，首次提出STEAM學科整合教育框架［3］。

STEAM教育理念以富有創造性的學習過程作為教育核心，強調理論知識與實踐的相互聯系，是一種重實踐的跨學科教育理念，區別于傳統單一學科注重理論知識教育［4-5］。STEAM教育理念包括5大核心思想：學生是整個教育活動的核心；跨學科融合的學習內容；基于項目、問題、情景的學習活動形式；溝通和表達的交互形式；創新成果導向的學習目標［6］。魏曉東等［7］提出，STEAM教育可以培養學生以學科整合的方式認識世界，使學生在更廣闊的視野上去認識各種知識和技能與真實世界的聯系，這將有利于培養具有創新精神與創新能力的高素質人才。

STEAM教育理念是將科學（S）、技術（T）、工程（E）、藝術（A）和數學（M）等學科知識整合到一種教學范式中，使零碎知識整體化，提倡由問題解決驅動的跨學科綜合教育理念。該理念自2010年形成以來，受到我國學者關注，逐步被應用于課程教學中［8］。STEAM理念以學生為中心，以人格培養、綜合發展、國際化意識為教育目標，全面提升學生的綜合創新意識和創新能力，并強調跨學科融合學習、交互式溝通協作、創新成果導向式教育模式。基于STEAM理念的教學模式，能夠實現以“教師教為中心”轉向以“學生學為中心”，從“教學范式”轉向“學習范式”的整體性變革。

二、融合STEAM教育理念的“細胞工程”課程教學改革

（一）課程教學目標改革

作為生物技術、生物工程等生物專業的核心基礎課程之一，“細胞工程”課程是一門具有很強實踐性的課程，內容涉及多個學科，且發展迅速，在培養生物專業人才中起著重要作用。因此，“細胞工程”課程的教學目標設置應在新工科建設背景下，以生物相關產業發展對專業人才的需求為導向。本課程主要教學目標如下。

1.通過學習“細胞工程”課程，學生能夠掌握動物細胞工程和植物細胞工程相關基本概念、原理和技術操作等。

2.通過課程學習，學生能夠了解細胞工程相關技術的實際應用。

3.通過課程學習，學生能夠及時了解細胞工程領域前沿研究進展與應用情況。

4.通過課程學習，學生能夠將理論應用于實踐中，能夠針對實際問題提出自己的想法，并能提出解決方案。

5.通過課程學習，學生具備創新意識與創新能力，具備團隊合作精神、交流討論能力等。

（二）課程教學設計改革

“細胞工程”課程內容涉及生物學、醫學、材料科學、生物醫學工程等多學科知識，在該課程的學習中，需要學生理解生物學、醫學、材料科學、生物醫學工程等相關知識，并且需要結合具體實踐技術，以達到對整體知識體系的掌握與實踐創新能力的培養，所以傳統課程體系和教學模式已無法滿足全面培養學生的綜合創新實踐能力的要求及相關行業對創新型人才的需求，需要改革課程體系與教學方法，建立更有效的教學方式，以適應國家與社會對多元化、創新型人才的需求。

在STEAM教育理念的指導下，“細胞工程”課程教學設計改革主要思路如圖1所示。課程教學設計將更加注重從多學科角度全面培養學生的綜合創新實踐能力。將STEAM理念應用到“細胞工程”課程教學實踐，從優化教學內容、改變教學方式和手段、優化課程考核評價方式等多個方面實施課程改革。在此過程中，通過定期與相關專業教師、臨床醫生、企業人員等進行溝通交流，進一步優化教學內容與教學設計，旨在培養學生多視角思考與解決問題能力、理論聯系實際能力、批判思維和創新意識，培養創新型人才，為新形勢下國家發展強大提供強有力的人才保障和智力支撐。

（三）課程教學體系改革

基于STEAM教育理念，根據細胞工程特點，結合我們對“細胞工程”課程的教學經驗，重塑“細胞工程”課程教學體系。“細胞工程”課程在融合了STEAM理念后，除了對理論知識的傳授之外，更側重學生跨學科知識的交叉融合，并結合相關行業需求，側重對學生應用能力、解決實際問題能力、管理藝術、團隊協作、實踐創新等能力素質的全方面提升。

（四）改變教學理念，提升授課團隊教師專業素質

1.在STEAM教育理念指導下，堅持“以學生為教學活動核心”的教學理念。充分調動學生學習的積極主動性，發揮學生在教學活動中的核心作用，使學生掌握科學的學習方法，體驗到學習的樂趣，培養學生多學科交叉融合理念，善于從多學科角度思考問題和分析問題，勇于創新性解決問題。

2.堅持立德樹人，培養學生健康人格。堅持立德樹人，在教學過程中培養學生高尚的道德情操，弘揚中華優秀傳統文化，增強學生的民族自信心，培養學生健康人格。

3.建立產學研教學理念。在課程教學中結合具體產業需求與問題進行授課，將理論與實踐密切結合。在教學過程中，提升課堂內容的理論性、應用性與前沿性，使學生了解本領域科研成果和研究熱點問題，尤其是國家亟須解決的“卡脖子”技術問題。以國家與社會發展需求為引領，讓學生真正認識研究的意義與應用價值，調動學生學習興趣、開闊學生視野、激發學生潛能、鼓勵學生創新。

（五）改革教學方法，提升教學質量

1.指導學生開展課前學習，提高學習質量。課前，教師根據教學大綱及教學目標制訂學習計劃，在課程平臺、QQ群和微信群發布學習任務。學生根據學習任務和自己的排課情況自由安排學習時間開展課前學習，以提升課堂教學質量。在課堂教學時，教師會隨機結合所教知識點對學生提前學習情況進行考查，以檢驗學習效果。

2.探索實施翻轉課堂，提高課堂教學效果。結合翻轉課堂教學模式，以學生為核心、教師為主導，對不同學生進行個性化指導，同時促使學生積極主動參與整個教學過程。

3.面向科學前沿，培養學生創新意識。面向國家對新時代具有國際競爭力的創新型人才的迫切需求，建立基于STEAM的5大核心思想（學生是整個教育活動的核心；跨學科融合的學習內容；基于項目、問題、情景的學習活動形式；溝通和表達的交互形式；創新成果導向的學習目標）的教學理念，從多學科交叉融合角度提升課堂內容的理論性與應用性，將本領域前沿研究進展與發現引入課堂，使學生密切了解科研前沿和熱點科學問題，尤其是國家亟須解決的“卡脖子”技術問題，對學生進行科研思想滲透，調動學生的學習與科研興趣，激發學生創新潛能。此外，結合“研究生創新基金”等科研項目，培養學生學以致用、以創新能力解決現實問題的責任和擔當。

（六）優化教學考核評價體系

從過程性考核和多元化考核兩方面優化教學考核評價體系。

1.加大過程性考核比例。過程性考核主要包括課堂隨機測試、課堂表現、作業完成情況等，重在考查學生對所學知識的掌握程度，以及應用能力。加大過程性考核旨在強化學生對平時學習的重視，促使學生注重平時學習積累，及時掌握課程內容，并培養學生的學習積極主動性。

2.多元化考核模式。多元化考核包括學生進行文獻閱讀，并采用翻轉課堂形式進行相關研究講解。以設置專題形式，把學生分組，學生以小組為單位圍繞專題的前沿研究與進展，進行文獻查閱、整理，并制作PPT進行講解，同時圍繞所講解內容展開討論。通過此過程，培養學生對文獻的查找、閱讀、歸納整理的能力，溝通交流能力，思考問題、分析問題與解決問題的能力，同時使學生不斷拓寬自己的視野，加深和鞏固對所學知識的認識和運用。多元化考核模式旨在培養學生獨立自主學習能力、團結協作能力、交流溝通能力等綜合能力，并加深學生對基本理論知識的掌握。

結語

在新工科建設背景下，對人才培養提出了新的要求。“細胞工程”課程作為生物技術、生物工程等專業的核心基礎課程之一，其教學需要與生物產業等對專業人才的需求密切結合。STEAM教育理念以富有創造性的學習過程作為教育核心，強調理論知識與實踐的相互聯系，并提倡由問題解決驅動的跨學科綜合教育理念。這與“細胞工程”課程特點相吻合，其理念應用于課程教學中可改善現有教學模式，培養學生多學科交叉融合理念，提升教學質量。本文提出了將STEAM教育理念融合在“細胞工程”課程教學改革中的應用，對于加強學生對細胞工程專業知識的理解、理論聯系實際的能力、多學科角度思考和解決問題能力、溝通交流能力、創新實踐能力等的提高，起到了很好的教學效果。

參考文獻

［1］教育部高等教育司.關于開展新工科研究與實踐的通知：教高司函〔2017〕6號［A/OL］.（2017-02-20）［2023-02-20］.http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201702/t20170223_297158.html.

［2］BYBEE. What is STEM education？［J］. Science，2010，329（5995）：996.

［3］YAKMAN.What is the point of STEAM？： A brief overview［J］. STEAM education，2010（7）：3-7.

［4］范文翔，張一春.STEAM教育：發展、內涵與可能路徑［J］.現代教育技術，2018，28（3）：99-105.

［5］趙慧臣，陸曉婷.開展STEAM教育，提高學生創新能力：訪美國STEAM教育知名學者格雷特·亞克門教授［J］.開放教育研究，2016，22（5）：7.

［6］崔然紅.基于STEAM教育理念的人力資源管理專業創新實踐教學模式構建［J］.牡丹江大學學報，2020，29（3）：105-109.

［7］魏曉東，于冰，于海波.美國STEAM教育的框架，特點及啟示［J］.華東師范大學學報（教育科學版），2017，35（4）：40-46+134-135.

［8］YAKMAN.STEAM： A framework for Teaching Across the Disciplines［J］. STEAM education，2010（7）：3-7.

The Exploration of Cell Engineering Course Teaching Reform Integrating STEAM Concept

Abstract： Cell Engineering is one of the core basic courses for biotechnology and bioengineering majors. Facing the new requirements of talent cultivation under the background of “new engineering” construction， this paper proposes the exploration of the reform on teaching objectives， teaching design， teaching system， teaching philosophy， teaching method， and teaching evaluation method， integrating the STEAM teaching philosophy and based on the characteristics of Cell Engineering course. This reform adheres to the fundamental task of building morality and cultivating talents， which is student-centered， and aims at the development needs of the biomedical industry. The reform of Cell Engineering course aims to stimulate students’ desire for knowledge， cultivate students’ interdisciplinary integration concept， help students perform well at thinking， raising， analyzing and solving problems from a multidisciplinary perspective， improve students’ innovative thinking and improve the teaching effect of the course.

Key words： STEAM teaching philosophy; Cell Engineering; educational reform