基于OBE理念“细胞工程”课程教学的探索

巩慧玲 ，袁惠君 ，王艳玲 

兰州理工大学生命科学与工程学院  甘肃  兰州  730050

[摘 要]：基于OBE的教学模式是目前国内高等教育的发展趋势。细胞工程是现代生物工程的重要内容之一，对生物工程专业工程教育能力的提升具有重要作用。笔者在多年细胞工程教学的基础上，遵循“以学生为中心”、“成果导向”和“持续改进”的OBE的教学理念，从课程教学大纲的修订和教学内容的精选、文献阅读法与其它教学方法相融合的运用、实验教学的改进以及课程教学融入创新和创业教育等方面进行了探索和实践，旨在提升学生专业应用能力和工程教育质量。

[关键词]：细胞工程；OBE理念；教学改革

[作者简介]：巩慧玲（1973-），女，甘肃正宁人，博士，兰州理工大学生命科学与工程学院，副教授（通讯作者），主要从事生物工程方面的教学和科研工作。

[中图分类号] G642.0     [文献标识码] A     

成果导向教育（Outcomes-based Education，OBE）是20世纪90年代在北美最早发展起来的，又被称作目标导向教育、能力导向教育或需求导向教育，是一种基于学习产出的教育模式，通过预期学习产出为中心进行组织、实施和评价，利用学习成果来驱动整个课程活动和学生学习的产出评价，是目前国内外高等教育发展的趋势^[1][2]。OBE教学模式主要通过“成果导向”、“以学生为中心”和“持续改进”三个理念来促进、改善和提高工程教育的人才培养质量^[3][4]。我校生物工程专业以提升专业工程教育质量为主旨，不断加强专业建设，其中“细胞工程”课程作为生物工程专业的一门重要的专业方向课。

一、修订课程教学大纲，精选教学内容

“细胞工程”是应用生命科学理论，借助工程学原理与技术，有目的地利用或改造生物遗传性状，以获得特定的细胞、组织产品或新型物种的一门综合性科学技术，具有前沿性（现代生物技术的热点）、综合性（多学科交叉）、应用性（工程类课程，重在产品与技术）和争议性（新技术给伦理道德带来的冲击）等特点^[5]。“细胞工程”是生物工程专业的一门重要的专业方向课。为了提升我校生物工程教育质量，我们根据工程教育专业认证的理念即“以成果为导向”，结合生物工程专业人才培养目标和毕业要求需掌握的核心能力和素质要求，并遵循知识传授、能力培养、价值引领的“三全育人”理念，修订细胞工程课程教学大纲，即明确了细胞工程课程教学目标，理顺了细胞工程课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系，制定了细胞工程课程知识、能力培养和思政目标计划表，将课程教学目标落实到具体章节内容中。

细胞工程作为一门综合性和应用性很强的学科，其理论知识涵盖面广，融合多个学科的技术。因此，合理规划教学内容、及时补充新知是细胞工程课程建设的长期任务^[6][7]。根据教学目标，我们认真精选教学内容并梳理重点、难点，为保证教学内容的相对稳定性，经过对多本教材的比较，我们选择上海交通大学李志勇编著的《细胞工程》一书作为主要教材（该教材2021年已更新至第三版），以杨淑慎编著的《细胞工程》、安利国编著的《细胞工程》和王永飞编著的《细胞工程》等几本书作为作为辅助教材。此外，由于细胞工程的发展日新月异，教材内容无法做到及时更新，一些新的技术进展无法及时加入教材，使得理论与现实脱节，因此我们在授课时密切关注近年来细胞工程的最新科研进展。

二、文献阅读法和其它教学方法相融合进行理论教学，凸显以学生为中心

教学有法，教无定法。《细胞工程》的理论知识抽象，课程内容涉及多个专业领域，如普通生物学、细胞生物学、遗传学等基本知识，还涉及基因工程、酶工程以及部分生物工程设备等方面的知识；另外，细胞工程各个章节之间独立性强，理论知识之间逻辑联系较弱且理论表述较少，而较多内容涉及实验操作流程或步骤，学生理解和学习起来感到枯燥且有一定难度，因此细胞工程的教学方法尤为重要^[8]。为了提升我校生物工程教育质量，根据工程教育专业认证的理念即“以成果为导向”，并基于本课程的特点，我们在课程教学设计和教学方法的选择上，以学生为中心，注重学生学习的自主性，按照教学大纲和教学目标，以课前布置作业的方式要求学生分组精读或泛读本专业领域的经典文献和热点文献，将文献阅读教学法融入其它教学方法（如案例法、PBL教学法和讨论式教学法等），从而培养学生的学习能力、思维能力和创新意识，以及培养学生运用所学知识来解决科学问题和相应的工程问题的能力。文献阅读法与其它教学方法相融合的运用具体如下：

（一）文献阅读法与案例法教学相融合。案例式教学是以真实事件为基础撰写的案例进行课堂教学的过程，使学生通过对特殊事例的分析，掌握一般分析原理，并借助这一原理独立分析和解决问题的教学方法^[9]。我们在教学设计时选用的案例来自学生提前阅读的经典文献或热点文献，在授课时，通过让学生来分享相关文献的主要内容，而主动参与课堂教学过程。如在讲授植物组织培养再生植株途径的方式这一内容时，我们让学生在课堂上分享发表于1958年的一篇关于胡萝卜细胞离体培养的经典文献，即以胡萝卜体细胞再生途径为案例，让学生理解细胞全能性这一基本概念，并掌握胚状体发生这一植株再生途径；在讲授植物细胞次生代谢产物的生产这一章节时，通过让学生分享一篇关于红豆杉细胞培养生产紫衫醇的文献，来分析细胞系的筛选流程、细胞培养生产次生代谢产物的步骤以及提高次级代谢产物的策略，并以此为基础，让学生进一步查阅文献来设计中国北方黄花蒿细胞培养生产青蒿素的方案，并探讨实验室摇瓶式培养和工厂化放大培养的差异，以及如何设计适合植物细胞大规模培养的发酵罐，从而提高学生利用所学知识解决细胞工程在生产实践中的问题，促进学生对细胞工程学科知识的理解和应用。

（二）文献阅读法与PBL教学法相融合。PBL教学法是以问题为导向（Problem-based learning）的教学方法，是基于现实世界的以学生为中心的教育方式，是在教师的引导下，“以学生为中心，以问题为基础”，以小组合作的方式进行自由选题、课下围绕问题收集资料、课上讲解和讨论，培养学生自主学习能力和创新能力的教学模式^[10]。基于PBL教学法的特点和优势，我们将一些教学内容设计成问题提前发放给学生，并随之发放几篇必读文献；学生以小组的形式选择题目，课下查阅、整理资料和讨论，然后进行课堂展示。例如，在讲授植物组织培养与快速繁殖这一章节的内容时，教师提出问题：水稻、小麦等粮食作物的繁殖方式是通过有性繁殖，而第四大作物马铃薯的繁殖为什么不采用有性繁殖而采用无性繁殖，以及如何进行马铃薯的无性繁殖等这些问题，然后让同学们通过查阅文献资料并进行深入的小组讨论，重点明确植物脱毒的方法和脱毒植物鉴定的方法，并在阅读了教师提供的关于马铃薯种薯良繁的方式的文献基础上，来设计植物组培快繁的一般流程，并建议学生延伸扩展阅读最新发表的关于茎尖脱毒的分子基础的相关文献。小组同学们针对这些问题，在课下查阅资料、阅读、讨论和准备后，在课堂上以PPT的形式展示、汇报和答辩（采取随机抽取的方式确定展示的学生，其余小组成员补充或回答提问），最后教师在课堂上总结和点评，对基本概念和理论进行概括和总结，并对学生设计的植物组培快繁的流程进行梳理和重点讲授。

（三）文献阅读法与讨论式教学法相融合。细胞工程的特点之一是争议性即新技术给伦理道德带来的冲击^[5]。因此，在授课时我们对细胞工程技术应用中引起的有争议性的问题，安排学生进行讨论、演讲和辩论等。如在讲授体外受精与核移植动物这一章内容时，在课前提出几个讨论问题，如：你支持还是反对克隆人？你对试管婴儿的态度？同学们课下经过查阅文献，深入地了解相关知识，并认真思考后提出自己的观点，然后在课堂讨论和辩论，这样不仅提高了学生查阅资料和积极主动学习的能力，还锻炼了其语言表达和演讲等多方面的能力，在讨论中也培养了自己的批判精神。

总之，我们在细胞工程教学中，注重教学设计，针对不同的教学内容采用不同的教学方法，把文献阅读法与案例法、PBL、讨论式教学法相融合，灵活的运用于课堂，将细胞工程课堂理论教学由教师一人讲授转换到以学生为中心，教师作为课堂的“导演”，学生是真正的“主角”，使课堂从单纯的以教师讲授为主转变为学生参与式教学，着重培养学生运用细胞工程知识解决细胞工程问题的能力。

三、以成果导向，加强实验教学，培养学生的实验设计和解决工程问题的能力

细胞工程是一门以实验为基础的工程技术课程，传统的实验课程以验证性实验为主，已远远不能满足创新型人才培养的需要和工程教育的要求^[11]。我们在教学中除了加强了实验基本操作能力的训练，并不断注重研究性和设计型实验教学的探索与实践，以成果导向，提高学生的实验设计能力和解决工程问题的能力。

细胞工程实验中的多个实验项目涉及试剂、培养基的配制和灭菌等，但由于课时限制，这些内容之前多由实验教师提前准备或完成，学生无法全部参与。为了进一步提高学生的动手能力，我们在教学改革中，采用自愿和轮流原则，学生利用课余时间，在实验教师的指导下参与试剂和培养基的配制以及预实验，让学生能够充分掌握实验的准备和整个步骤、流程，学生也有更多的机会与实验教师交流和沟通。在正式开展本实验项目时，由这些参与实验准备的同学给同学们亲自讲解实验的主要操作过程和注意事项（实验教师点评并做适当补充），即参与实验准备的同学充当了助教的角色，从而增强了同学们学习的主体地位和实验兴趣，同学们争先恐后的参与实验的准备工作，课后总结时同学们普遍反映参与实验准备加深了对实验原理的理解，增强了实验基本操作能力，并改正了一些实验基本操作中的小错误。

为了培养学生的实验设计和解决生物工程问题的能力，对细胞工程实验中研究性和设计性实验项目，教师提前并不给学生发放实验指导书，而是通过设置科学问题或工程应用问题，要求学生自行分组后查阅文献资料，共同讨论、设计实验方案和具体的实验步骤，然后由教师审核后确定实验方案，最后开展实验。例如，在“植物的组织培养和快速繁殖”这一设计性实验中，同学们通过查阅文献资料，不同小组分别设计了马铃薯、兰州百合、丽格海棠、构树等植物的组培快繁的实验方案，包括外植体的选择、培养基的配方（分化培养和继代培养）设计、生根培养和移栽方法等，然后经实验教师的审核及同学们的完善和补充后开展实验。学生根据设计的实验方案亲自实施实验，并对实验中碰到的外植体消毒不彻底而引发的污染、外植体不宜脱分化和分化、试管苗生根率低和移栽不宜成活等问题，及时和老师沟通并适当调整实验方案，从而全面掌握了植物组培快繁的方法和技术，也提高了实验设计能力和动手操作能力，以及分析问题和解决问题的能力。此外，在完成本实验后，我们给学生的课后作业是：解决“某花卉工厂化生产的工艺设计”这一工程问题时，应考虑哪些方面？教师提醒学生在回答这一问题时，不要忽略植物工厂的厂区设计、组培车间设计和温室设计等方面，从而培养学生解决生物工程问题的能力。

对实验的成绩考核，除了预习报告和实验报告外，我们注重过程考核，要求学生在实验过程中用智能手机拍照或拍视频记录实验操作的关键步骤和主要实验结果，并将所拍的照片整理编辑排版后打印出来粘贴在实验报告册上（部分照片见图1），并将实验中拍摄的资料编辑成3-5分钟的短视频，以成果为导向，进行交流和答辩，并计入平时成绩。同学们将自己的实验短视频作品挂在自己的社交账号了，吸引了朋友的关注、点赞和评论，同学们在回复朋友们的评论时，成就感、自豪感满满，也增强了对专业的的热爱。

四、课程教学融入创新和创业教育

在传授“细胞工程”专业知识和技术的基础上，我们引导学生将细胞工程原理与技术运用于科学研究、成果转化与应用中，培养学生自主学习能力、科研创新及工程应用能力。我们组织学有余力、对细胞工程感兴趣的学生形成大学生科研创新小组，并邀请低年级同学参加，将专业知识与创新创业活动紧密结合，以细胞工程实验课中的实验为基础继续开展研究，并申报学生创新项目及参加创新创业竞赛。以高年级同学带动低年级同学，从资料的查阅、实验设计、实验材料的准备到实验的操作和实施、撰写论文等完成完整的科研过程，科研思维能力和科研写作能力得到训练和提高。此外，以科研成果为基础，进行成果的转化和应用，如进行商业计划书的撰写和路演，从而提高了沟通和表达能力，为今后从事相关行业打下了坚实的基础。经过近几年的不断实践，学生完成的油用牡丹的组培快繁、兰州百合的组培快繁和构树的组培快繁等项目在省级和校级科技竞赛中获奖。

五、结束语

    基于OBE教学理念，我们对“细胞工程”课程进行了教学探索和实践，以学生为中心，修订课程教学大纲和精选教学内容，文献阅读法和其它教学方法相融合进行理论教学，以产出为导向，注重实验教学和工程能力的提升，并在课程教学中融入创新和创业教育，从而有效实现了对学生素质与能力的培养和提高，为学生毕业后从事生物工程相关行业并解决相关工程问题打下坚实基础。

[参考文献]

[1] 李莉梅, 欧阳乐军, 韦明肯,等. 基于OBE教育理念的生物工程专业教学改革探究[J]. 广州化工, 2017, 45(3): 126-128.

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[5] 李志勇. 细胞工程(第三版)(M). 科学出版社. 2021.

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[10] 赵清梅, 余泳涛. PBL教学法在生物工程专业细胞生物学教学中的应用[J]. 教育教学论坛, 2019，(6)：190-192.

[11] 李莉，张丽颖，张 英，等. 浅谈反转课堂教学在《细胞工程》综合实验中的应用与实践[J]. 生命的化学, 2017, 37(4): 669-673.

Exploration in the Teaching of Cell Engineering Based on OBE

GONG Hui-ling, YUAN Hui-jun, WANG Yan-ling

School of Life Science and Engineering, Lanzhou University of Technology, Gansu, Lanzhou 730050, China

Abstract: The teaching model of outcome-based education (OBE) is the development trend of higher education in China. Cell engineering is an important part of modern biological engineering, which play a vital role in promoting the ability of engineering education in biological engineering major. According to the OBE education ideas of student-centered, result-oriented and continuous improvement, the writers implement the aspect of modifying curriculum syllabus and choosing content of courses, applying reading literature method combined other teaching method, improving experiment teaching, and integrating innovation and entrepreneurship education into curriculum teaching, in order to improve professional applied ability of students and the quality of engineering education.

Key words: cell engineering；OBE ideas；teaching reform