張 潔,劉 娜,吳立柱,王榮納,魏鳳菊,劉 剛,孫天杰

(河北農業(yè)大學 生命科學學院,河北 保定 071001)

細胞工程是現代生物技術的重要組成部分,課程內容與生物技術產業(yè)化密切相關,是該領域中最直接應用于生產實踐并取得顯著效益的一門應用科學[1],在生命科學、醫(yī)藥、農業(yè)、食品、環(huán)境保護等領域發(fā)揮著越來越重要的作用,已成為生命科學研究諸領域中最具活力和最引人注目的學科之一[2,3]。很多地方農業(yè)院校將細胞工程課程列為生物技術專業(yè)的重要專業(yè)核心課程之一[4]。

河北農業(yè)大學生命科學學院在建院之初就在生物技術專業(yè)人才培養(yǎng)方案中,將細胞工程課程列為必修課;結合農林教育的特點,配套選用了西北農林大學楊淑慎教授主編、科學出版社出版的普通高等教育“十三五”規(guī)劃系列教材《細胞工程》和《細胞工程實驗技術》。該課程在大三年級第二學期開設,學生已完成多門專業(yè)相關課程的學習,逐漸失去了對生物技術專業(yè)的新鮮感,以教師講授為主的教學模式難以激發(fā)學生的學習興趣。此外,由于生命科學領域相關技術的突飛猛進,課程研究內容日新月異,教學工作必須緊跟時代前沿,引入新的教學模式和教學手段?；诖?教學團隊近年來對課程進行了一系列的改革探索與實踐。

1 探索課堂教學新模式,提升學習自驅力

BOPPPS教學方法由溫哥華大學的Douglas Kerr團隊創(chuàng)建,以學生為主體,將課程知識點按照引入(B)、建立學習目標(O)、前測(P1)、師生參與式學習(P2)、后測(P3)和總結(S)6個要素貫穿于整個教學過程[5,6],使課程具有系統(tǒng)性、邏輯性和完整性,突出學生的參與和教學效果的反饋,有效激發(fā)學生的學習熱情,使學生能主動參與學習,并獲得高效教學成果[7]。國內多個高校陸續(xù)引進這一教學模式,本課程教學團隊于2021年參加了河北農業(yè)大學教師發(fā)展中心組織的ISW教學工作坊,作為引導員指導11名青年教師完成了入職培訓,并將這一教學模式引入細胞工程課程的線上、線下混合式教學中,借助智慧教學平臺超星學習通輔助實施,進行了知識體系的重構,并在2019級生物技術專業(yè)細胞工程理論課教學中進行了實踐。

基于BOPPPS的線上線下混合式教學模式把以學生的學習為中心與教師引導相結合,將BOPPPS模式融入教師講授和學生小組協作自主學習,整合多種教學資源和教學手段,實現深度學習和個性化學習的目標[8]。在細胞工程教學中,將學習目標、核心知識點、思政育人和項目創(chuàng)新等融入教學大綱,優(yōu)化了課前、課中和課后三大環(huán)節(jié)(見圖1)。借助團隊近5年來建設的超星學習通細胞工程線上資源平臺,輔助以騰訊會議和QQ群,實現BOPPPS模式與線上、線下混合式教學的有機融合。

在課前發(fā)放學情調研問卷、專題講座視頻、課程思政案例、任務清單以及其他輔助資料等,學生初步了解課程內容,并就自己感興趣和不理解的部分進行質疑,在超星學習通討論區(qū)進行討論,教師在后臺收集相關信息、充分了解學情,有針對性地完善課堂教學設計;課堂教學過程中,以線下課堂討論和互動教學為主,輔以學習通觀看任務點、穿插完成隨堂練習和主題討論以及采用騰訊會議直播等形式作為補充;課后環(huán)節(jié)通過完成章節(jié)小測和創(chuàng)新項目報告、專題文獻報告等進行課程相關知識的鞏固和融合貫通,做到學以致用。

在教學實踐過程中,BOPPPS教學模式存在各要素邏輯不當、學習主體性地位不強、生成性成果不足等問題[7]。結合細胞工程課的教學實踐和反思,對BOPPPS模式進行了改良,將前測P1調整到課前在學習通平臺發(fā)布、后測與課后學術拓展相結合調整到課后環(huán)節(jié),形成課前、課堂教學過程中以及課后三個環(huán)節(jié)的有效融合貫通,使教學過程更完整流暢,充分調動學生的學習積極性,實現課程建設的“兩性一度”目標。

2 科創(chuàng)融合,優(yōu)化教學內容,實踐高階應用

細胞工程是一門實踐性和應用性非常強的學科,涉及多種新技術、新方法及其推廣應用,需要不斷融入新的研究進展。從知識背景到實驗設計、實驗原理、實驗操作,再到成果應用和推廣,哪一個環(huán)節(jié)的缺失或與實際脫離,都會影響到教學質量和成效[9]。如何系統(tǒng)地將專業(yè)知識和技能內化為創(chuàng)造力,提升學生自主創(chuàng)新能力成為細胞工程教學改革的核心點之一。

以學習成果為導向的OBE教學理念,關注學生專業(yè)技能的提高,明確教學設計與實施目標是讓學生通過學習取得學習成果[10]。所以,應緊密結合應用型人才培養(yǎng)目標,對細胞工程課堂教學內容進行優(yōu)化,將實用性強的細胞工程專創(chuàng)融合案例以及專業(yè)拓展性的學科前沿進展與課程內容相融合,提升課程的高階性和挑戰(zhàn)度,培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力。

在實踐性和應用性強的植物離體快繁、植物脫毒和植物次生代謝產物生產等章節(jié),優(yōu)選與生產生活實際緊密相關的專創(chuàng)融合案例,組建興趣小組分別完成不同案例,并進行調研和匯報,通過路演和答辯提升學生綜合素養(yǎng)。

首先在超星學習通發(fā)布與專創(chuàng)融合案例相關聯的拓展性視頻資源、學科前沿的課外閱讀資料(科技創(chuàng)新實例、專題學術文獻),引導學生利用碎片化時間對專創(chuàng)融合案例相關的知識點以及相關資料進行學習,激發(fā)學習興趣和探索的求學欲望。課下學生以小組為單位通過查閱專業(yè)文獻進行調研,并提出可行的設計方案,形成案例報告并進行組內討論;課上采用以項目案例為導向的翻轉課堂形式進行項目匯報,結合生生互動以及師生互動形式激活課堂。經過組內、組間的小組討論和師生討論等多個環(huán)節(jié),最終形成專創(chuàng)融合項目報告或者完成創(chuàng)新產品,實現學習成果真正的產出。在2019級生物技術專業(yè)細胞工程課程教學過程中,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“耐鹽轉基因大豆新材料培育”等一批優(yōu)秀的專創(chuàng)融合案例,已推薦參加學校和省級的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽(見表1)。

表1 2019級生物技術專業(yè)混合式教學中部分創(chuàng)新案例、專題文獻對應的課程內容

在技術性和前沿性強的原生質體制備與應用、動物疫苗生產以及動植物轉基因技術等章節(jié),以分組形式對相關內容的最新科研進展進行深入分析,通過翻轉課堂進行展示,同學們進行討論和評分。通過學術文獻導讀引導學生發(fā)現科學問題,結合文獻精讀和翻轉課堂展示進行科學反思,通過學術拓展引導學生探索科學問題的普遍性,培養(yǎng)學生的批判性思辨和顛覆式創(chuàng)新能力。

另外,利用BOPPPS教學法給學生進行示范,指導學生構思文獻講解的思路。首先明確文獻講解的主題是什么,為什么要講這篇文獻(B);學習這篇文獻的目標是什么,通過這篇文獻學習同學們將會有哪些提升(O);這篇文獻與課程所學內容有什么關聯,如何通過前測判斷同學們已經具備哪些能力或知識(P1);講解過程中如何引領同學們參與老師的科學問題解析過程(P2);如何對于同學們的參與和表現給予回饋,引領大家一起思考(P3);最后怎樣進行講解內容的總結,讓同學們對教師講述的科學問題有深刻的認知(S)。

BOPPPS教學模式在學生講解文獻中的應用,對于深入理解文獻所闡述的科學問題、提升翻轉課堂的教學效果發(fā)揮了重要作用。近三年的教學過程中,先后有30多名同學通過查閱資料、制作幻燈片在課堂上進行了文獻講解,收獲了老師和同學們的一致好評(表1)。其中,有6名同學順利通過研究生推免復試,到中國農業(yè)大學、中國科學院遺傳與發(fā)育研究所等國內重點學府和科研機構深造,BOPPPS模式指導的科技文獻解析大大提升了學生的科學素養(yǎng)和綜合能力。

3 強化實踐,拓展視野,培養(yǎng)學生實踐能力和工匠精神

實踐教學與生產聯系不足、學生專業(yè)技能及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力薄弱是細胞工程課程改革的壁壘之一。細胞工程課的學習離不開實踐,只有深入生產實際才能學以致用。積極拓寬教學實踐途徑,與國內某知名企業(yè)簽訂協議,作為學校生物技術、生物科學專業(yè)研究生以及本科生的教學實踐基地。以校企合作為基礎,搭建了細胞工程創(chuàng)新實踐教學平臺,指導學生參加課外科技創(chuàng)新,擴大知識的深度和廣度,全方位培養(yǎng)學生的綜合能力,以研促學。

2018年春季,利用細胞工程課程實踐的機會帶領2015級生物技術和生物科學專業(yè)的學生到合作企業(yè)的研發(fā)中心進行參觀學習,學生們親眼看到了設計嚴密、管理規(guī)范、技術一流的組織培養(yǎng)室和現代化育苗溫室。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,感受了公司研發(fā)人員二十年如一日,扎根基地,研發(fā)名貴花木快繁技術體系的忘我鉆研的科學精神。通過實地考察,同學們迫切地希望把課堂上學到的細胞工程實驗的設計方法和組織培養(yǎng)實驗操作等基本知識真正與生產實際結合,利用快繁技術培育出世界一流的優(yōu)質花木新品種。當了解到很多的設備和技術主要依靠進口、自主知識產權的新品種和新技術還比較少的情況,老師們及時啟發(fā)學生拓展思路、開闊視野,積極投身到科技創(chuàng)新大潮,讓“中國制造”變成“中國創(chuàng)造”[11],將工匠精神的思政元素融入理論課和實踐教學的各個環(huán)節(jié)。

4 構建多元化教學評價體系,提升課程挑戰(zhàn)度

在教學方法和模式不斷更新的同時,教學評價也需要全面改革[12]。傳統(tǒng)的課堂教學主要是終結評價,一考定成績,這給了很多學生蒙混過關的機會,將BOPPPS模式應用于課程混合式教學環(huán)節(jié)的教學模式很好地解決了這一問題。每位同學在學期開始就領取了各自感興趣的科學問題(創(chuàng)新實踐項目或專題文獻解析),通過互動式、探究式深入學習,學期末以項目報告或文獻綜述的形式上交,作為平時成績(30%)的主要依據;學習過程中實行組長負責制,合理安排小組每個成員的任務,避免雷同;在項目匯報和文獻精講環(huán)節(jié),由同學們?yōu)橹v解的學生打分,有機會進行講授的同學每人增加最高10%的平時成績,根據參與度和互動情況給參加評分的同學計入平時成績,無故未參加評分的扣一次平時成績。

實驗課教學過程中,實現了部分試驗的自主選材,讓學生帶著問題去深入學習,根據學生自主學習情況、項目成果匯報成績以及動手操作情況給出綜合評價(占總成績30%)。將細胞工程課程的學習過程階段化、利用線上平臺實現學習狀態(tài)的實時跟蹤,發(fā)現問題及時溝通交流,形成全方位、一體化的考核形式。