基于OBE理念的细胞工程混合式一流课程建设与实践

张 洁,刘 娜,吴立柱,王荣纳,魏凤菊,刘 刚,孙天杰

(河北农业大学 生命科学学院,河北 保定 071001)

细胞工程是现代生物技术的重要组成部分,课程内容与生物技术产业化密切相关,是该领域中最直接应用于生产实践并取得显著效益的一门应用科学[1],在生命科学、医药、农业、食品、环境保护等领域发挥着越来越重要的作用,已成为生命科学研究诸领域中最具活力和最引人注目的学科之一[2,3]。很多地方农业院校将细胞工程课程列为生物技术专业的重要专业核心课程之一[4]。

河北农业大学生命科学学院在建院之初就在生物技术专业人才培养方案中,将细胞工程课程列为必修课;结合农林教育的特点,配套选用了西北农林大学杨淑慎教授主编、科学出版社出版的普通高等教育“十三五”规划系列教材《细胞工程》和《细胞工程实验技术》。该课程在大三年级第二学期开设,学生已完成多门专业相关课程的学习,逐渐失去了对生物技术专业的新鲜感,以教师讲授为主的教学模式难以激发学生的学习兴趣。此外,由于生命科学领域相关技术的突飞猛进,课程研究内容日新月异,教学工作必须紧跟时代前沿,引入新的教学模式和教学手段。基于此,教学团队近年来对课程进行了一系列的改革探索与实践。

1 探索课堂教学新模式,提升学习自驱力

BOPPPS教学方法由温哥华大学的Douglas Kerr团队创建,以学生为主体,将课程知识点按照引入(B)、建立学习目标(O)、前测(P1)、师生参与式学习(P2)、后测(P3)和总结(S)6个要素贯穿于整个教学过程[5,6],使课程具有系统性、逻辑性和完整性,突出学生的参与和教学效果的反馈,有效激发学生的学习热情,使学生能主动参与学习,并获得高效教学成果[7]。国内多个高校陆续引进这一教学模式,本课程教学团队于2021年参加了河北农业大学教师发展中心组织的ISW教学工作坊,作为引导员指导11名青年教师完成了入职培训,并将这一教学模式引入细胞工程课程的线上、线下混合式教学中,借助智慧教学平台超星学习通辅助实施,进行了知识体系的重构,并在2019级生物技术专业细胞工程理论课教学中进行了实践。

基于BOPPPS的线上线下混合式教学模式把以学生的学习为中心与教师引导相结合,将BOPPPS模式融入教师讲授和学生小组协作自主学习,整合多种教学资源和教学手段,实现深度学习和个性化学习的目标[8]。在细胞工程教学中,将学习目标、核心知识点、思政育人和项目创新等融入教学大纲,优化了课前、课中和课后三大环节(见图1)。借助团队近5年来建设的超星学习通细胞工程线上资源平台,辅助以腾讯会议和QQ群,实现BOPPPS模式与线上、线下混合式教学的有机融合。

在课前发放学情调研问卷、专题讲座视频、课程思政案例、任务清单以及其他辅助资料等,学生初步了解课程内容,并就自己感兴趣和不理解的部分进行质疑,在超星学习通讨论区进行讨论,教师在后台收集相关信息、充分了解学情,有针对性地完善课堂教学设计;课堂教学过程中,以线下课堂讨论和互动教学为主,辅以学习通观看任务点、穿插完成随堂练习和主题讨论以及采用腾讯会议直播等形式作为补充;课后环节通过完成章节小测和创新项目报告、专题文献报告等进行课程相关知识的巩固和融合贯通,做到学以致用。

在教学实践过程中,BOPPPS教学模式存在各要素逻辑不当、学习主体性地位不强、生成性成果不足等问题[7]。结合细胞工程课的教学实践和反思,对BOPPPS模式进行了改良,将前测P1调整到课前在学习通平台发布、后测与课后学术拓展相结合调整到课后环节,形成课前、课堂教学过程中以及课后三个环节的有效融合贯通,使教学过程更完整流畅,充分调动学生的学习积极性,实现课程建设的“两性一度”目标。

2 科创融合,优化教学内容,实践高阶应用

细胞工程是一门实践性和应用性非常强的学科,涉及多种新技术、新方法及其推广应用,需要不断融入新的研究进展。从知识背景到实验设计、实验原理、实验操作,再到成果应用和推广,哪一个环节的缺失或与实际脱离,都会影响到教学质量和成效[9]。如何系统地将专业知识和技能内化为创造力,提升学生自主创新能力成为细胞工程教学改革的核心点之一。

以学习成果为导向的OBE教学理念,关注学生专业技能的提高,明确教学设计与实施目标是让学生通过学习取得学习成果[10]。所以,应紧密结合应用型人才培养目标,对细胞工程课堂教学内容进行优化,将实用性强的细胞工程专创融合案例以及专业拓展性的学科前沿进展与课程内容相融合,提升课程的高阶性和挑战度,培养学生创新实践能力。

在实践性和应用性强的植物离体快繁、植物脱毒和植物次生代谢产物生产等章节,优选与生产生活实际紧密相关的专创融合案例,组建兴趣小组分别完成不同案例,并进行调研和汇报,通过路演和答辩提升学生综合素养。

首先在超星学习通发布与专创融合案例相关联的拓展性视频资源、学科前沿的课外阅读资料(科技创新实例、专题学术文献),引导学生利用碎片化时间对专创融合案例相关的知识点以及相关资料进行学习,激发学习兴趣和探索的求学欲望。课下学生以小组为单位通过查阅专业文献进行调研,并提出可行的设计方案,形成案例报告并进行组内讨论;课上采用以项目案例为导向的翻转课堂形式进行项目汇报,结合生生互动以及师生互动形式激活课堂。经过组内、组间的小组讨论和师生讨论等多个环节,最终形成专创融合项目报告或者完成创新产品,实现学习成果真正的产出。在2019级生物技术专业细胞工程课程教学过程中,发掘出“铁皮石斛胚芽离体快繁体系建立”“迷你多肉植物钥匙链制备”和“耐盐转基因大豆新材料培育”等一批优秀的专创融合案例,已推荐参加学校和省级的创新创业比赛(见表1)。

表1 2019级生物技术专业混合式教学中部分创新案例、专题文献对应的课程内容

在技术性和前沿性强的原生质体制备与应用、动物疫苗生产以及动植物转基因技术等章节,以分组形式对相关内容的最新科研进展进行深入分析,通过翻转课堂进行展示,同学们进行讨论和评分。通过学术文献导读引导学生发现科学问题,结合文献精读和翻转课堂展示进行科学反思,通过学术拓展引导学生探索科学问题的普遍性,培养学生的批判性思辨和颠覆式创新能力。

另外,利用BOPPPS教学法给学生进行示范,指导学生构思文献讲解的思路。首先明确文献讲解的主题是什么,为什么要讲这篇文献(B);学习这篇文献的目标是什么,通过这篇文献学习同学们将会有哪些提升(O);这篇文献与课程所学内容有什么关联,如何通过前测判断同学们已经具备哪些能力或知识(P1);讲解过程中如何引领同学们参与老师的科学问题解析过程(P2);如何对于同学们的参与和表现给予回馈,引领大家一起思考(P3);最后怎样进行讲解内容的总结,让同学们对教师讲述的科学问题有深刻的认知(S)。

BOPPPS教学模式在学生讲解文献中的应用,对于深入理解文献所阐述的科学问题、提升翻转课堂的教学效果发挥了重要作用。近三年的教学过程中,先后有30多名同学通过查阅资料、制作幻灯片在课堂上进行了文献讲解,收获了老师和同学们的一致好评(表1)。其中,有6名同学顺利通过研究生推免复试,到中国农业大学、中国科学院遗传与发育研究所等国内重点学府和科研机构深造,BOPPPS模式指导的科技文献解析大大提升了学生的科学素养和综合能力。

3 强化实践,拓展视野,培养学生实践能力和工匠精神

实践教学与生产联系不足、学生专业技能及创新创业能力薄弱是细胞工程课程改革的壁垒之一。细胞工程课的学习离不开实践,只有深入生产实际才能学以致用。积极拓宽教学实践途径,与国内某知名企业签订协议,作为学校生物技术、生物科学专业研究生以及本科生的教学实践基地。以校企合作为基础,搭建了细胞工程创新实践教学平台,指导学生参加课外科技创新,扩大知识的深度和广度,全方位培养学生的综合能力,以研促学。

2018年春季,利用细胞工程课程实践的机会带领2015级生物技术和生物科学专业的学生到合作企业的研发中心进行参观学习,学生们亲眼看到了设计严密、管理规范、技术一流的组织培养室和现代化育苗温室。了解到了大型温室的潮汐灌溉、LED花期灯照明等一系列新材料新技术,感受了公司研发人员二十年如一日,扎根基地,研发名贵花木快繁技术体系的忘我钻研的科学精神。通过实地考察,同学们迫切地希望把课堂上学到的细胞工程实验的设计方法和组织培养实验操作等基本知识真正与生产实际结合,利用快繁技术培育出世界一流的优质花木新品种。当了解到很多的设备和技术主要依靠进口、自主知识产权的新品种和新技术还比较少的情况,老师们及时启发学生拓展思路、开阔视野,积极投身到科技创新大潮,让“中国制造”变成“中国创造”[11],将工匠精神的思政元素融入理论课和实践教学的各个环节。

4 构建多元化教学评价体系,提升课程挑战度

在教学方法和模式不断更新的同时,教学评价也需要全面改革[12]。传统的课堂教学主要是终结评价,一考定成绩,这给了很多学生蒙混过关的机会,将BOPPPS模式应用于课程混合式教学环节的教学模式很好地解决了这一问题。每位同学在学期开始就领取了各自感兴趣的科学问题(创新实践项目或专题文献解析),通过互动式、探究式深入学习,学期末以项目报告或文献综述的形式上交,作为平时成绩(30%)的主要依据;学习过程中实行组长负责制,合理安排小组每个成员的任务,避免雷同;在项目汇报和文献精讲环节,由同学们为讲解的学生打分,有机会进行讲授的同学每人增加最高10%的平时成绩,根据参与度和互动情况给参加评分的同学计入平时成绩,无故未参加评分的扣一次平时成绩。

实验课教学过程中,实现了部分试验的自主选材,让学生带着问题去深入学习,根据学生自主学习情况、项目成果汇报成绩以及动手操作情况给出综合评价(占总成绩30%)。将细胞工程课程的学习过程阶段化、利用线上平台实现学习状态的实时跟踪,发现问题及时沟通交流,形成全方位、一体化的考核形式。