细胞工程实验课程教学改革探索

时间：2024-05-22

马瑞丽徐虹张小红

摘要细胞工程实验是生命科学类专业的一门重要的专业基础课程，也是生命科学研究中的重要的实验技术方法。在细胞工程理论课程教学改革的基础上，对细胞工程实验课程的结构和内容、实验教材、教学方法和考核方式等方面进行了教学改革探索，旨在提高实验课程的教学效果，提高学生的实验动手能力、综合性实验能力、思维创新能力，培养高素质的专业人才。

关键词细胞工程实验;课程改革;教学改革

中图分类号 S-01 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2020）10-0254-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.10.069

Abstract Cell engineering experiment is an important basic specialty course for life science students，and it is also an important operation technique for life science researches.On the basis of cell engineering curriculum reform， the reform exploration on experiment course was conducted from aspects of course structure and contents，teaching materials，teaching methods，and assessment ways，so as to improve teaching results of the experiment course and enhance studentsabilities of conducting experiment，comprehensive experiment alability，creative thinking ability，and provide guarantee for culturing highquality talents.

Key words Cell engineering experiment;Curriculum reform;Teaching reform

细胞工程课程是现代生物技术知识体系中的一门主干课程，也是现代生命科学研究的主要技术工具，其涉及面广，实验操作性强，因此大多数高校在开设细胞工程理论课程的同时都设置有相应的实验课程。细胞工程实验技术的主要目的是按照人们的意愿，在细胞水平上对其进行培养、繁殖或人工操作等，使其产生人们所需要的生物学特性，从而获得特定的细胞、生物产品和动物品种[1-3]。掌握细胞工程实验技术和方法，是生命科学类专业本科生必备的实验技能之一[4-5]。为适应人才培养需要，西北农林科技大学生命科学学院生物工程教研室面向生物工程、生物技术和生物科学专业学生开设了细胞工程和细胞工程实验课程。为了提高细胞工程实验课程的教学质量，培养创新型专业人才，笔者通过在教学实践中的探索开展了一系列教学改革，完善了细胞工程实验课程内容和结构，制定了实验课程质量标准，改进了教学方法、考核方式等方面，切实增强了学生的实验技能，有效提高了课程教学质量。

1 改革实验课程体系

1.1 调整实验课程结构、精心安排实验内容

细胞工程实验课程是生物工程教研室面向生命学院生命科学类专业本科生开设的的一门专业选修课。由于师资及实验条件的限制，最初实验课程内容以植物细胞工程实验技术为主。随着专业的快速发展和学生知识结构的需求，对课程内容的要求也在不断拓展，在最新版的课程培养方案中对实验教学内容和实验结构进行了调整和完善。实验课程包括植物细胞工程实验和动物细胞工程工程实验两大模块，实验学时由原来的56学时减为48学时，对实验项目进行了精简，实验项目包括植物细胞组织培养基配制，植物组织和器官的初代培养、继代培养，植物离体培养物的形态学与细胞学观察，植物茎尖生长点的剥离与观察，花药发育时期的鉴定，植物原生质体的分离、纯化与培养、融合，微藻细胞的培养与鉴定，试管苗的驯化和移栽等。动物部分实验项目包括动物细胞工程培养液制备，动物组织细胞原代培养、传代培养、细胞培养物的观察和检测，动物细胞的冻存和复苏，细胞活性测定等。要求学生通过该实验课程的学习，能够熟练掌握细胞工程的核心技术，无菌操作技术和人工调控的细胞离体培养技术，培养学生积极发现问题、主动解决问题的能力，为学生从事生物学相关领域的研究及与细胞工程有关的生物技术产业奠定良好的技术基础[4-5]。

1.2 制定和完善課程质量标准

为有效保证课程的教学质量，课程教学团队不断修订和完善课程大纲，并在2017年制定了细胞工程实验课程质量标准，对该课程性质、课程目标、内容框架、总体要求、教学要求、学生学习策略、课程考核要求及教学质量评价与改进等方面进行了明确规定，特别是对课程的基本理念、目标、课程实施建议等进行了详细阐述，这对于教师的教学以及学生的学习都有直接的指导作用，保障了课程的实施质量。2018年，根据学校实验课程建设要求，对课程质量标准中的部分实验内容进行了修改，主要是将部分验证型实验项目更新为综合型和设计型实验项目，如将试管苗的驯化和移栽淘汰，新增马铃薯试管微薯的诱导实验;将植物原生质体融合技术更新为外源基因在植物原生质体中的瞬时表达、动物细胞原代培养更新为动物细胞原代培养及培养细胞的观察和检测，新增了动物细胞克隆化培养实验等。通过课程质量标准的不断修订和完善，使细胞工程实验课程在学生专业能力和创新能力的培养中发挥更大的作用。

1.3 注重教材建設和更新

细胞工程实验课程对于培养生命科学类专业技术型及创新型人才具有重要意义，随着细胞工程实验课程在各个学校的开设，国内涌现出了多套实验教材，促进了生命科学类及相关专业人才的培养。笔者认为这些教材总体上存在以下问题：系统性不强，某些教材所选的各实验项目过于独立，缺乏系统性和连贯性，不利于学生整体意识和科研能力的培养;在内容的编排上，偏重于实验步骤的编写或罗列，实验原理阐述得较为简单，缺乏应有的指导性。笔者在总结多年教学经验和校内自编实验教材《细胞工程实验指导》的基础上，参考了其他辅助教材和相关文献[5-6]，并借鉴教学团队的一些科研经验，进一步完善与修订了实验教材，争取公开出版。该书内容由植物细胞工程实验和动物细胞工程实验组成，实验项目按照基础型实验、综合型、设计型、创新型实验层层深入，每个内容中的实验技术各不相同，在强调基础性实验、扎实基本实验能力的基础上，通过综合性实验来提升学生的综合实验能力，尝试利用开放的设计性实验，进一步拓展实验思路，培养学生独立思考和完成实验的创新能力;该教材对实验技术原理有较详细的阐述，实验步骤具体详细，使读者能对整个技术背景有比较全面的了解并进行实验操作;实验项目中所选用的实验材料简单易得，并提供多种选择途径，适应性较广，旨在为生物类本科细胞工程教学提供一套适宜的实验教学教材，也可为相关的科研人员开展细胞工程方面的实验研究提供基本的实验技术指导。

2 改革教学方法

在“创建世界双一流大学”的新形势下，改革教学方法，提高课程教学质量是每一位教学工作者的研究课题，根据西北农林科技大学细胞工程教学团队多年来的实验教学经验，笔者对实验教学方法进行了以下改革。

2.1 提高学生的自主学习能力

提高学生的自主学习能力，在细胞工程实验课程中设置综合设计性实验并将其用于实践中。实验前，向学生们讲解此次实验的目的和要求，为学生提供实验材料和方法，不提供详细的实验操作流程，让学生在掌握课程基本理论的基础上，确定实验方案并小组内讨论，自主设计实验方案，思考每个实验步骤的目的及注意事项，并在实验过程中不断进行优化，激发了学生们自主学习的兴趣，构建“学为中心，学思结合”的教学氛围，解决了学生只动手、不思考就可以完成全部实验的问题。

2.2 问题式实验教学方法

在实验过程中，传统的灌输式讲授方式只教授学生实验步骤，学生按部就班地操作，学生不能积极主动地思考，教学效果不理想。为了促进学生积极主动参与课程教学，实验课采取问题式教学法，比如在细胞工程实验过程中会使用各种培养用溶液和各种器皿，要让学生思考所用溶液的作用及每种器皿的用途;在动物细胞原代培养中，针对原代培养失败的原因，提出问题，分析造成细胞原代培养失败的原因及解决办法，思考如何提高原代培养的成功率;在细胞传代培养中，针对传代培养的方法和注意事项，提出问题，将实践和理论教学联系起来，这种教学方式提高了教学效果。

2.3 培养学生良好的科学素养

细胞工程是生物技术知识体系中的核心课程，通过实验教学加深实验技术的理解，将理论教学与实践教学相结合，提高学生的科研能力，培养学生良好的科学素养，为学生今后从事生命科学及相关专业的研究工作打下良好基础。为加强实验内容的系统性，笔者将实验内容编排为连贯性的实验项目，避免各个实验相互独立的情况，改变传统的实验室教师准备好所有的实验用品、让学生直接使用的方式，让学生们自己准备实验所需用品，所有用品的清洗、灭菌、消毒、溶液配制除菌等工作均由学生独立完成，所准备的实验用品再用于细胞培养，进一步对培养物进行观察、检测等一系列操作，教师只对学生的实验操作和实验习惯进行正确指导，并与学生一起对实验过程中遇到的问题进行分析，既能提高学生分析问题和解决问题的能力，又培养了学生良好的责任心。此外，给学生们创造实验研究的氛围，开放细胞培养室及实验室中的所有仪器设备供学生们使用，并制定实验室进入的准则[7-9]。这些改革对于培养学生良好的科学素养，提高本科生实验自主性和实验创新能力非常重要，为本科生以后进行本科毕业论文实验及从事科研打下良好基础。

3 综合性的多样化考核方式改革

考核是检验课程教学效果的重要手段，考核成绩可以直接反映实验课程教学的效果，强化学生学习的动机。过去实验课考核方式单一，不够细化，考核成绩主要依据实验报告的书写情况进行评定，学生参与实验过程的环节在考核中体现不足，不能真实体现学生的学习效果，在一定程度上影响了学生参与实验的积极性。在制定的最新课程质量标准中，采取多元化考核方式对学生成绩的考核进行细化，评分制度更加严格[3，10]。具体包括：①规定课程考核方式包括平时实验操作能力考核、考勤及实验表现考核、撰写实验报告的考核，课程总评成绩中实验操作技能占40%，考勤及实验表现占10%，实验报告撰写占50%;②报告的考核主要侧重于考查学生对实验原理、实验操作中应注意事项的掌握情况、实验结果记录和分析情况以及对实验失败原因的分析能力等方面;③考勤及实验表现考核主要根据学生的出勤情况、参与实验的积极性、回答问题及实验纪律情况，实验小组对实验器具的整理情况和实验室卫生打扫，团队合作意识等情况进行评定;④实验操作技能考核主要依据学生对实验内容的熟悉程度、实验操作规范程度、对实验仪器使用的熟练程度进行评价。采取综合性的多样化考核方式在一定程度上能避免学生平时不认真做实验，实验报告照抄实验指导书，实验结果分析千篇一律的情况大面积出现。考核成绩更加公平，可以对学生学习效果进行全方位评价，真实反映学生的实验课程学习情况，促进学生培养良好的科研素养和科研习惯，提高学生学习的兴趣和主观能动性。

4 结语

通过对细胞工程实验课程的教学内容、教学方法、考核方式等方面的初步改革和探索，取得了一定的效果。课程的受欢迎程度越来越高，学生参与实验的主动性、实验动手能力、分析问题和解决问题能力、思维创新能力都得到了提高。

课程改革是一个循序渐进的、不断完善的过程，课程教学中仍存在一些尚待解决的问题，今后将继续推动该课程的教学改革，不断完善实验课程体系，建设先进的课程教学实验平台和优秀的实验教学团队，提升课程教学效果。

参考文献

[1] 杨淑慎.细胞工程[M].北京：科学出版社，2009.

[2] 邵景侠，张小红，徐虹，等.《细胞工程》理论与实践教学的探索与研究[J].教育教学论坛，2015（42）：117-118.

[3] 李玲，蒋建利，陈志南.生物技术专业细胞工程教学改革与实践[J].中国医学教育技术，2014（3）：309-311.

[4] 周杰，王海英.《细胞工程》实验教学改革的建议与构想[J].实验科学与技术，2012，10（2）：131-134.

[5] 张铭.细胞工程实验[M].北京：高等教育出版社，2010.

[6] 何华纲，朱姗颖，姜松，等.分子生物学与基因工程实验教材建设初探[J].生物学杂志，2013，30（1）：95-96，105.

[7] 赵君峰，尤晓颜，侯玉泽.细胞工程实验教学改革与探索[J].安徽农学通报，2013，19（5）：117-118.

[8] 齐凤慧，崔丽婷，左行翔，等.细胞工程实验教学中学生创新能力的培养[J].实验科学与技术，2016，14（5）：172-174，211.