圍繞CDIO人才培養(yǎng)模式的基因工程課程教學(xué)改革

李健 韓增勝 栗坤

摘要：基因工程是一門理論和實驗并重的專業(yè)基礎(chǔ)課，必須適應(yīng)當(dāng)今教育要求，重點培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和能力。CDIO工程教育模式利用教育理念及方法系統(tǒng)指導(dǎo)工程訓(xùn)練模式。本文從教學(xué)整體設(shè)計思路、教學(xué)方法和手段、教學(xué)過程和課程考核等方面，突出對學(xué)生基因工程課程理論與實踐結(jié)合能力及工程能力的培養(yǎng)，旨在不斷增強學(xué)生學(xué)習(xí)的主導(dǎo)型，從而全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：基因工程；CDIO；理論與實踐；工程能力

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）14-0143-02

基因工程是生物科學(xué)的前沿。它的發(fā)展促進了以它為中心的生物工程技術(shù)的發(fā)展，并促進了生命科學(xué)的發(fā)展。因為基因工程是從分子水平理解和操作復(fù)雜的生命現(xiàn)象，所以它內(nèi)容豐富，理論強，實驗操作水平高。因此，本課程的質(zhì)量將直接影響生物工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品開發(fā)的生命周期到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生在課程之間以積極、實用和有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培訓(xùn)大綱將工程專業(yè)畢業(yè)生的能力分為四個層次：工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力。

一、整體教學(xué)設(shè)計的理念

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建“一線兩基”理論體系，培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)知識和能力水平。在組織教學(xué)內(nèi)容和課程總體規(guī)劃時，我們應(yīng)該注意課程的科學(xué)、先進、系統(tǒng)、有條不紊和工程特點，努力反映國內(nèi)外的研究趨勢和成果，注意經(jīng)典與現(xiàn)代、理論與工程實踐的關(guān)系。因此，我們建立了基于“一條線”、基因工程原理基礎(chǔ)知識和基因工程應(yīng)用基礎(chǔ)知識的“兩個基礎(chǔ)”理論教學(xué)體系，旨在培養(yǎng)生物工程專業(yè)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識和個人能力。

2.加強實踐能力培養(yǎng)，構(gòu)建“三層次”實踐教學(xué)體系，對本專業(yè)學(xué)生實驗設(shè)計能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力三個層面進行培養(yǎng)。培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和綜合素質(zhì)已經(jīng)成為當(dāng)前工科院校發(fā)展趨勢。實踐能力是一種綜合能力，它必須在通常的教學(xué)實踐中有計劃、有步驟地進行。為此，本課程構(gòu)建了基礎(chǔ)實驗—三級項目實驗—討論分析辯論相結(jié)合的“三層次”實踐教學(xué)體系。在學(xué)習(xí)理論課基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，開設(shè)實驗課環(huán)節(jié)加深對課堂理論課的理解并予以驗證；在掌握基礎(chǔ)基因工程理論和基本實驗技能操作的基礎(chǔ)上，提出“××重組質(zhì)粒載體構(gòu)建在原核細胞中的表達與表達產(chǎn)物鑒定”及“××真核表達載體的構(gòu)建與表達產(chǎn)物鑒定”等三級項目題目，學(xué)生分小組討論三級實驗方案，撰寫實驗計劃和實驗大綱，并按照實驗計劃開展三級項目；最后，通過PPT展示實驗結(jié)果，提出三級項目所遇問題和解決方案，深入鞏固了對理論體系和實驗操作體系的理解和認識，形成一個以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)良性反饋。在此過程中，學(xué)生的實驗設(shè)計思維能力、人際團隊能力以及工程系統(tǒng)能力三個層次得到系統(tǒng)訓(xùn)練。

二、教學(xué)方法與手段

在教學(xué)過程中，為了提高教學(xué)效果，該課程改進了教學(xué)方法，構(gòu)建了“四結(jié)合”教學(xué)模式。本課程實施“四結(jié)合”教學(xué)模式，將傳統(tǒng)的板書教學(xué)與多媒體教學(xué)相結(jié)合，教師傳授知識與學(xué)生自主學(xué)習(xí)、討論、基礎(chǔ)理論知識相結(jié)合，與學(xué)科前沿知識、基因工程理論教學(xué)和實踐教學(xué)相結(jié)合，特別是基于基因工程技術(shù)路線的普通學(xué)生課程。主題形式的課堂小組討論和辯論教學(xué)增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和興趣，大大提高了學(xué)生獨立學(xué)習(xí)和自我思考的能力，加強了學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

1.研究風(fēng)格與啟發(fā)式教學(xué)。本課程的教學(xué)充分利用了科學(xué)研究資源和網(wǎng)絡(luò)資源，展示了參與基因工程研究的照片、圖譜、操作流程動態(tài)視頻和普通生物信息數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站。增加學(xué)生的感性認識、加深對基礎(chǔ)知識的理解；將科學(xué)研究中遇到的問題引入課堂，引導(dǎo)學(xué)生思考和討論，開展啟發(fā)式教學(xué)；將基因工程領(lǐng)域的科研成果和重大事件引入課堂或課外作業(yè)中，引導(dǎo)學(xué)生探究和設(shè)計解決方案，并在課后進行研究性教學(xué)。

2.討論和辯論教學(xué)。討論和辯論教學(xué)可以極大地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、自主性和創(chuàng)造性，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體。課本最后兩章，基因工程的應(yīng)用、基因工程技術(shù)的安全控制與管理對于學(xué)生來說是非常重要的內(nèi)容。如基因工程的安全性問題并非一個有唯一答案的問題，如果采用傳統(tǒng)的課堂講授方式，教師很容易受主觀意見的支配，學(xué)生得到的信息很可能是片面的。因此，我們采用討論式和辯論式教學(xué)方式來講授。內(nèi)容主要涉及：基因工程的應(yīng)用，基因工程技術(shù)及基因工程產(chǎn)品安全性的利與弊，基因工程技術(shù)的安全控制及管理。學(xué)生分為若干個小組，每個小組4-5人，利用課下整理、收集相關(guān)資料，撰寫相關(guān)報告，最后每組集中進行PPT展示和講解，其他組同學(xué)則可針對相關(guān)內(nèi)容進行討論和辯論。學(xué)生在課下查閱大量最新的文獻，并到市場進行了轉(zhuǎn)基因食品的認可度相關(guān)調(diào)查，因此避免了課堂講授可能造成的片面性和知識的陳舊性，在整個學(xué)習(xí)過程中學(xué)生積極主動，基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層次也得到培養(yǎng)。

（1）課堂總結(jié)式教學(xué)。在每節(jié)課的開始，會利用3-5分鐘對上一節(jié)課主要內(nèi)容簡單進行總結(jié)；課程結(jié)束時，每個學(xué)生被要求在A4紙上寫一份基因工程課程的總結(jié)。要求根據(jù)自己的思維和邏輯編寫課程的關(guān)鍵內(nèi)容，以便學(xué)生全面系統(tǒng)地理解課程的主要內(nèi)容和主線，從而易于理解課程的關(guān)鍵內(nèi)容和知識點，這不僅有助于復(fù)習(xí)和重新學(xué)習(xí)。同時，它也培養(yǎng)了學(xué)生的總結(jié)能力和邏輯思維能力。

（2）提問和指導(dǎo)教學(xué)。以課堂提問為主，以引起學(xué)生的注意，進一步調(diào)動學(xué)生的主動性，活躍課堂氣氛。在教學(xué)結(jié)束后，作為一個問題提出下一個教學(xué)內(nèi)容的2-3個要點，讓2-3個學(xué)生提前查閱、準(zhǔn)備，下次授課時由他們首先針對性地講解3-5分鐘，這種提問教學(xué)方法允許學(xué)生主動預(yù)習(xí)新知識，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，提高學(xué)生分析問題、總結(jié)問題的能力，使學(xué)生在工程基礎(chǔ)知識、個人能力層面得到有力鍛煉。

三、教學(xué)過程

本課程將傳統(tǒng)的以教師講授為主體、學(xué)生被動聽課的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主導(dǎo)、教師為引導(dǎo)和輔助的教學(xué)模式，從而使學(xué)生積極主動參與教學(xué)，得到生動活潑、創(chuàng)造性的發(fā)展。整個教學(xué)過程如圖1所示：

四、課程考核

該課程采取新的課程考核評價體系，避開傳統(tǒng)的一卷定成績的片面、主觀的評價機制，將基本實驗操作、三級項目實驗設(shè)計及實施、討論課及項目展示以及基本知識內(nèi)容均納入到課程考核范疇，不僅能客觀、全面地反映學(xué)生對本課程的理解和掌握情況，也對學(xué)生工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層次進行了系統(tǒng)評價。

利用CDIO工程教育的理念，對生物工程專業(yè)的學(xué)生進行基因工程相關(guān)課程的教學(xué)，并結(jié)合實際項目，學(xué)生可以從基本操作和設(shè)計思維以及專業(yè)知識的實際應(yīng)用中全面熟練地掌握基因工程，從而擺脫片面強調(diào)理論的誤區(qū)。同時，CDIO教學(xué)理念的四個環(huán)節(jié)使整個教學(xué)工作的各個部分更加緊密地聯(lián)系在一起。

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