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細(xì)胞工程課程在生物科學(xué)專業(yè)的設(shè)置
本課程自從2007年在我校新辦生物技術(shù)專業(yè)開設(shè)以來,根據(jù)學(xué)校對本科生物技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)計劃,細(xì)胞工程是生物技術(shù)專業(yè)的主干課程,并于2009-2010學(xué)年第二學(xué)期開始開設(shè)。通過對該課程的教學(xué),使學(xué)生掌握細(xì)胞工程所涉及的基本概念、原理、技術(shù)方法、應(yīng)用基礎(chǔ)等內(nèi)容。通過近三年的教學(xué)實踐,不斷加強(qiáng)課程建設(shè)與發(fā)展,理論教學(xué)體系已經(jīng)基本完善,實驗教學(xué)平臺基本建立。通過全面進(jìn)行教學(xué)改革,已逐漸形成本校建設(shè)的特色課程。21世紀(jì),生命科學(xué)全面快速發(fā)展。根據(jù)學(xué)科發(fā)展和社會需求趨勢,在新辦生物技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)之上,2009年我校新辦生物科學(xué)專業(yè)。然而,新辦生物科學(xué)專業(yè)的困境是專業(yè)范圍寬泛;如何在有限的時間內(nèi),全面、高效地培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的合格人才,是每位任課教師和教學(xué)管理者必須認(rèn)清的首要問題。為了充分發(fā)揮我們醫(yī)學(xué)院校的資源優(yōu)勢,在培養(yǎng)學(xué)生方向定位上,以健康教育為主要方向,兼顧生物制藥等,但又與生物技術(shù)的培養(yǎng)方式不同。由于細(xì)胞工程是由細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程、工程學(xué)等學(xué)科理論技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一門嶄新學(xué)科,因而被設(shè)定為新辦生物科學(xué)專業(yè)本科生培養(yǎng)計劃的必修課程。
細(xì)胞工程課程在生物科學(xué)中的開設(shè),是以普通生物學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、微生物學(xué)、免疫學(xué)等先修課程為基礎(chǔ)。同時,將本課程的學(xué)習(xí)與基因工程、生物技術(shù)等課程的學(xué)習(xí)互相補(bǔ)充和相互促進(jìn),為將來從事生命科學(xué)基礎(chǔ)理論研究、生物制品的開發(fā)和應(yīng)用、疾病診斷技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用等領(lǐng)域的工作打下必要的基礎(chǔ)。在教材方面,以李志勇編著《細(xì)胞工程》(高等教育出版社)為基本教材,以楊吉成編著《細(xì)胞工程》(化學(xué)工業(yè)出版社)、安利國編著《細(xì)胞工程》(第二版,科學(xué)出版社)等為主要參考教材。在教師隊伍配置方面,既有細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域教學(xué)經(jīng)驗豐富的教授,也有年富力強(qiáng)的專業(yè)知識扎實的中青年骨干教師。細(xì)胞工程的理論教學(xué)和實驗教學(xué)全部由既具有扎實生物工程學(xué)相關(guān)知識背景,又有基礎(chǔ)細(xì)胞理論與實驗技術(shù)背景的骨干教師承擔(dān)。
細(xì)胞工程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)定與改革
細(xì)胞工程課程的特色,是以細(xì)胞工程技術(shù)方法的基本原理為課程教學(xué)切入點。在教學(xué)內(nèi)容上,基本理論的講授與技術(shù)方法過程的介紹并重;在本學(xué)科知識的系統(tǒng)性方面,既有本學(xué)科理論的系統(tǒng)性,又加強(qiáng)與其他相關(guān)學(xué)科的相互滲透交叉,尤其是以細(xì)胞生物學(xué)、生物工程的基礎(chǔ)知識背景,為本學(xué)科的理論教學(xué)奠定基礎(chǔ);通過將現(xiàn)有技術(shù)的原理、應(yīng)用歸納,與本學(xué)科相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢講解相結(jié)合;從內(nèi)容上,客觀系統(tǒng)地反映本學(xué)科相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用前景、重點研究方向和尚待解決的科學(xué)問題;在理論上自成體系。根據(jù)教學(xué)計劃,細(xì)胞工程在我校總學(xué)時設(shè)定為80學(xué)時,其中理論50學(xué)時,實驗30學(xué)時。本課程的開設(shè),一般在第三學(xué)年的第二學(xué)期,在普通生物學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、組織胚胎學(xué)等課程修完之后進(jìn)行。細(xì)胞工程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法上又與以上學(xué)科大不相同,本課程教學(xué)是以技術(shù)方法的原理為基礎(chǔ)理論的學(xué)科,因此實驗與理論教學(xué)并重。細(xì)胞工程課程的理論課程內(nèi)容,根據(jù)研究對象一般分為三大部分內(nèi)容,分別為:細(xì)胞工程概論與基本技術(shù)、植物細(xì)胞工程、動物細(xì)胞工程。根據(jù)我校的教學(xué)實際情況和培養(yǎng)計劃,我們對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母母锱c調(diào)整。課程的內(nèi)容重點在第一部分細(xì)胞工程概論與基本技術(shù)和第三部分動物細(xì)胞工程[1-4]。
關(guān)鍵詞:動物細(xì)胞工程
高中生物選修教材中動物細(xì)胞工程的知識與現(xiàn)代生物科技及醫(yī)學(xué)實踐聯(lián)系的比較緊密,成為高考的熱點.在高考復(fù)習(xí)時,筆者做了如下探索:
一、畫出知識流程圖
在復(fù)習(xí)動物細(xì)胞工程時,要區(qū)別于新授課,教師可以讓學(xué)生尋找知識之間的線索,通過流程圖將知識串聯(lián)起來.該教學(xué)活動不僅有助于學(xué)生構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò),提高知識的記憶效果,也能提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力.
例題1請學(xué)生將動物細(xì)胞工程的知識構(gòu)建成流程圖(如圖1):
閱讀選修3教材上動物細(xì)胞工程的內(nèi)容,學(xué)生完成以上的知識流程圖.由于學(xué)生對知識掌握的程度差異,導(dǎo)致整理的知識流程圖存在差異.如果再經(jīng)過小組內(nèi)或小組間的討論學(xué)習(xí),會形成更全面的知識流程圖.在知識整理時,由于難度系數(shù)不大,每位學(xué)生均能很樂意參與該學(xué)習(xí)活動,提高學(xué)生學(xué)習(xí)選修教材的興趣,但是,該教學(xué)活動只能有助于學(xué)生記住知識,運用知識的能力得不到很好的鍛煉.
二、設(shè)置新情境復(fù)習(xí)知識
在課堂訓(xùn)練時,教師可以從高考試題中或生物教學(xué)期刊中選取信息材料,從而為學(xué)生創(chuàng)設(shè)新的知識情境,并要求學(xué)生運用知識解釋新情境下的問題,這樣可以檢測復(fù)習(xí)課的學(xué)習(xí)效果.
例題2(2007年上海高考試題)圖2表示用生物工程制備人抗A抗體的過程,請回答下列問題.
(1)人的紅細(xì)胞膜表面被稱為凝集原的特異;從免疫學(xué)角度看,這種凝集原是.
(2)圖2中細(xì)胞1是小鼠w內(nèi)注入人A型血紅細(xì)胞后而獲得的細(xì)胞,這種細(xì)胞具有產(chǎn)生的特點,但難以在體外培養(yǎng).甲培養(yǎng)皿中培養(yǎng)的細(xì)胞2,是從患骨髓瘤的小鼠體內(nèi)獲取的骨髓瘤細(xì)胞,這種細(xì)胞在體外培養(yǎng)時能,但不會產(chǎn)生抗體.
(3)為了能充分發(fā)揮上述兩種細(xì)胞各自的特點,經(jīng)特殊處理,在促細(xì)胞融合因子的作用下,使兩種細(xì)胞發(fā)生融合,形成圖中的細(xì)胞3,這種細(xì)胞稱為.把它在乙培養(yǎng)皿中進(jìn)行培養(yǎng),則能產(chǎn)生大量的細(xì)胞群,這種方法稱為.
(4)過程①的主要目的是.通過過程②或③的培養(yǎng)方法能產(chǎn)生大量抗體.
解析
(1)紅細(xì)胞膜表面的凝集原是糖蛋白,在人體免疫學(xué)中稱為抗原.(2)注入人A型血紅細(xì)胞后,機(jī)體會產(chǎn)生免疫的B淋巴細(xì)胞,能產(chǎn)生單一的特異性抗體.骨髓瘤細(xì)胞,這種細(xì)胞在體外培養(yǎng)時能快速大量增殖.(3)兩種細(xì)胞發(fā)生融合,形成圖中的細(xì)胞3是雜交瘤細(xì)胞;能產(chǎn)生大量的細(xì)胞群的方法稱為單克隆.(4)過程①的主要目的是篩選出能產(chǎn)生單一抗A抗體的雜交瘤細(xì)胞;過程②或③的培養(yǎng)方法能產(chǎn)生大量抗A單克隆抗體.
參考答案
(1)糖蛋白抗原
(2)免疫B淋巴單一的抗A抗體(或單一的特異性抗體)快速大量增殖
(3)雜交瘤細(xì)胞單克隆
(4)篩選出能產(chǎn)生單一抗A抗體的雜交瘤細(xì)胞抗A單克隆
教師創(chuàng)設(shè)新情境,學(xué)生回憶教材中的知識,提高學(xué)生運用生物專業(yè)術(shù)語解釋生物學(xué)現(xiàn)象的能力的同時,在情境下思考和解決問題,有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣.該教學(xué)活動涉及到免疫學(xué)和動物細(xì)胞工程相關(guān)內(nèi)容,加強(qiáng)教材中前后知識的聯(lián)系,有利于學(xué)生形成知識網(wǎng)絡(luò).
三、建立微專題
在復(fù)習(xí)選修教材時,如果教師的眼光僅局限在選修教材,會局限學(xué)生的思維.如果將選修教材中的知識與必修教材中的內(nèi)容聯(lián)系起來,以其中一個知識為點,形成小專題,不僅利于學(xué)生鞏固知識,也能有助于學(xué)生串聯(lián)知識,構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò).
例題3請學(xué)生查閱教材,對比各種培養(yǎng)基的使用,完成下面問題:
(1)培養(yǎng)某植株苗,配制的培養(yǎng)基,水中加入,該培養(yǎng)基為什么不滅菌?
(2)培養(yǎng)植物細(xì)胞,培養(yǎng)基中加入水、無機(jī)鹽、蔗糖、瓊脂,還要加入,促進(jìn)分化,該培養(yǎng)基采用法滅菌.
(3)培養(yǎng)動物細(xì)胞,培養(yǎng)基中加入水、無機(jī)鹽、糖類、氨基酸、促生長因子,還要加入和.正常動物細(xì)胞培養(yǎng)到50代左右,絕大多數(shù)細(xì)胞出現(xiàn)體積變小,核體積增大,還有特征,有少量的細(xì)胞增殖速度加快,形態(tài)發(fā)生改變,為什么?
(4)若將培養(yǎng)酵母菌的培養(yǎng)基改成培養(yǎng)小球藻,培養(yǎng)基中成分組成無需加入;某同學(xué)在研究酵母菌的數(shù)量變化特征時,每天定時取樣研究酵母菌變化,可惜未做記號,導(dǎo)致數(shù)據(jù)混亂,請你幫助正確排序:
①162個,PH為6.8;②305個,PH為5.7;③402個,PH為6.5;④809個,PH為5.9;⑤1204個,PH為6.1;⑥902個,PH為6.3
解析
(1)由于培養(yǎng)一顆完整的植株,植物的根要從培養(yǎng)基中吸取水和各種礦質(zhì)元素,不吸收有機(jī)大分子物質(zhì);在該培養(yǎng)基中,植株的競爭力往往大于微生物,所以無需滅菌處理.
(2)培養(yǎng)植物細(xì)胞時,需加入一定比例的生長素和細(xì)胞分裂素,誘導(dǎo)愈傷組織分化成根和芽;一般采用高壓蒸汽滅菌法對培養(yǎng)基滅菌.
(3)培養(yǎng)動物細(xì)胞時,需加入動物血清和抗生素,細(xì)胞培養(yǎng)到50代左右,絕大數(shù)細(xì)胞出現(xiàn)細(xì)胞衰老,特征:細(xì)胞代謝速率減慢、酶的活性降低、色素積累、呼吸速率減慢、核膜內(nèi)折、染色質(zhì)收縮、細(xì)胞膜的通透性改變;50代之后增殖速度加快的少量細(xì)胞,可能是癌細(xì)胞.
(4)小球藻是自養(yǎng)型的生物,在培養(yǎng)基中不加入糖類等有機(jī)物和瓊脂,酵母菌培養(yǎng)過程中,數(shù)量先增加,數(shù)量穩(wěn)定,最后減少,酵母菌的呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳,導(dǎo)致PH值一直在下降,①、③、⑥、⑤、④、②
參考答案
(1)水和各種礦質(zhì)元素;植株的競爭力往往大于微生物,所以無需滅菌處理.(2)加入一定比例的生長素和細(xì)胞分裂素;根和芽;高壓蒸汽滅菌法.
(3)動物血清和抗生素;細(xì)胞代謝速率減慢、酶的活性降低、色素積累、呼吸速率減慢、核膜內(nèi)折、染色質(zhì)收縮、細(xì)胞膜的通透性改變;癌細(xì)胞.
關(guān)鍵詞 細(xì)胞工程實驗;教學(xué)改革;應(yīng)用型人才
中圖分類號 G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739(2016)02-0332-01
20世紀(jì)80年代以后,我國對高等教育進(jìn)行了研究,將高校人才培養(yǎng)分為應(yīng)用型、復(fù)合型和技能型[1]。近年來,隨著我國高等教育從精英教育轉(zhuǎn)向大眾化教育,高校的人才培養(yǎng)越來越側(cè)重于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。目前,全國本科院校的主體是地方普通院校,數(shù)量超過9成[2]。通過高等教育培養(yǎng)應(yīng)用型人才是當(dāng)前我國高等教育中重要的新概念[3]。社會和經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,高等教育改革不斷深化,人們的教育思想和教育觀念也逐漸發(fā)展著變化,對應(yīng)用型人才的認(rèn)識也在發(fā)生著深刻的變化,應(yīng)用型人才這一概念在新的世紀(jì)中也將不斷補(bǔ)充新的內(nèi)涵,越來越多的高校畢業(yè)生將走向企業(yè)、走向基層、走向社會工作的第一線。為適應(yīng)培養(yǎng)21世紀(jì)應(yīng)用型人才的需求,必須在教育教學(xué)改革的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加大力度,準(zhǔn)確把握新世紀(jì)學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)的內(nèi)涵,逐漸摸索出培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才的具體途徑和方法,形成適應(yīng)順應(yīng)時代潮流、滿足現(xiàn)實需要、促進(jìn)國家發(fā)展的人才培養(yǎng)方案。細(xì)胞工程實驗技術(shù)課程內(nèi)容緊密聯(lián)系科學(xué)研究前沿和生產(chǎn)實際,隨著生物技術(shù)發(fā)展的日新月異,需要建立適應(yīng)新世紀(jì)社會發(fā)展需求的生物技術(shù)應(yīng)用型人才的課程體系。通過幾年不斷地深入開展細(xì)胞工程實驗教學(xué)改革與研究,實驗課程體系和技術(shù)體系得到完善,教學(xué)模式與方法得以更新,取得了明顯成效。
1 加大實驗教學(xué)與科學(xué)研究結(jié)合力度,不斷優(yōu)化課程體系
將教師的科研內(nèi)容和科研成果引入到實驗教學(xué)中,教師鼓勵學(xué)生參與相關(guān)科研項目并為學(xué)生申報大學(xué)生創(chuàng)新項目提供支持和鼓勵,對學(xué)生進(jìn)行開放式實驗教學(xué)。讓學(xué)生在實驗室就能夠接觸到科學(xué)前沿知識,拓寬了學(xué)生的視野。通過引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生積極參與科學(xué)研究,逐漸提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和實驗動手能力,增強(qiáng)創(chuàng)新意識與能力。學(xué)科的相關(guān)研究對實驗教學(xué)的開展也具有重要的作用[4]。此外,實驗課程也可將方法成熟的科研課題研究成果應(yīng)用到實驗教學(xué)中,如實驗項目“火龍果再生體系建立”和“鐵皮石斛途徑建立”等內(nèi)容,通過與科研緊密結(jié)合,跟蹤科研動態(tài),不斷更新完善教學(xué)課程的內(nèi)容,明顯提高了設(shè)計性、綜合性和創(chuàng)新性實驗項目的比例。
2 構(gòu)建了動態(tài)的并具有校企合作優(yōu)勢的課程體系
除緊密結(jié)合科研成果之外,更新課程體系也注重聯(lián)系生產(chǎn)實際,將企業(yè)需要產(chǎn)業(yè)化的植物作為實驗課教學(xué)的材料[5]。利用實驗課堂,讓學(xué)生參與實驗方案設(shè)計、研究過程、結(jié)果分析及推廣應(yīng)用,使課程體系成為一個以細(xì)胞工程技術(shù)應(yīng)用為主線的整體化、系統(tǒng)化的課程體系。通過項目研究與開展,不僅大大提高了教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性,也為企業(yè)生產(chǎn)提供了充足的原料和技術(shù)支持。建立了學(xué)生與企業(yè)聯(lián)動的培養(yǎng)機(jī)制,學(xué)生所學(xué)知識與技能能迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,拓寬了大學(xué)生就業(yè)途徑。
3 構(gòu)建了“基礎(chǔ)訓(xùn)練―綜合運用―探索創(chuàng)新”三層次遞進(jìn)式技術(shù)體系
實驗課程安排遵循由簡到難的原則。先進(jìn)行基礎(chǔ)訓(xùn)練,使學(xué)生掌握基本技能和原理。再根據(jù)學(xué)科的特點,安排綜合性的實驗,提高學(xué)生綜合運用原理和技能的能力,直至學(xué)生能夠自主進(jìn)行實驗設(shè)計并獨立完成某一項創(chuàng)新實驗。通過這種“基礎(chǔ)訓(xùn)練―綜合運用―探索創(chuàng)新”三層次遞進(jìn)式技術(shù)體系,培養(yǎng)學(xué)生的實際造作能力和科研能力,提高學(xué)生的素質(zhì)[6]。
4 構(gòu)建了學(xué)―研―產(chǎn)一體化的聯(lián)動教學(xué)模式
對培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主的高等院校來說,培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際中的問題是當(dāng)前課程教學(xué)改革中一項重要的內(nèi)容[7],也是教學(xué)改革的一個方向。在實驗課程教學(xué)過程中,不斷更新教學(xué)方法和教學(xué)手段,提高學(xué)生實驗綜合技能,構(gòu)建了學(xué)―研―產(chǎn)一體化的聯(lián)動教學(xué)模式。
此外,在教學(xué)改革中注重地方農(nóng)業(yè)院校“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)的特點,充分體現(xiàn)本地區(qū)和本院校的優(yōu)勢和特殊性。依托學(xué)校悠久的農(nóng)業(yè)科研積累與支撐,圍繞農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的生物技術(shù)開展研究,如農(nóng)作物遺傳改良、遺傳育種等技術(shù),將之引入課堂[8],加強(qiáng)專業(yè)訓(xùn)練,培養(yǎng)的應(yīng)用型人才將來主要能從事第一線的技術(shù)應(yīng)用、開發(fā)和管理等方面的工作,即以培養(yǎng)生產(chǎn)、管理、服務(wù)一線的應(yīng)用型技術(shù)人才為目標(biāo)。他們將成為在生產(chǎn)第一線解決實際問題、開發(fā)應(yīng)用的必需人才,為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展做出貢獻(xiàn)[9-11]。
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摘 要 細(xì)胞工程是生物工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,細(xì)胞工程課程組對細(xì)胞工程課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等進(jìn)行了一系列的探索與改革,制定了課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),修訂了課程教學(xué)大綱,為生物工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)奠定了一定的專業(yè)基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞 細(xì)胞工程 課程改革 教學(xué)改革
中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2015.08.024
Exploration and Thinking of Biological Engineering
Cell Engineering Course Teaching Reform
SHAO Jingxia, YANG Shushen, XU Hong, MA Ruili, ZHANG Xiaohong
(College of Life Sciences, Northwest A& F University, Yangling, Shaanxi 712100)
Abstract: Cell engineering biological engineering professional a basic course, cell engineering course group of cell engineering course content, teaching methods and assessment methods carried out a series of exploration and reform, develop a curriculum quality standards, revised the course syllabus for the cultivation of bio-engineering students laid a professional basis.
Keywords: cell engineering; course reform; teaching reform
生物工程是一門新興的集生物學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)等為一體的邊緣交叉學(xué)科。我校生物工程專業(yè)始建于1999年,細(xì)胞工程課程是生物工程專業(yè)的一門專業(yè)課,是應(yīng)用性、實踐性很強(qiáng)的學(xué)科。根據(jù)生物工程專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo), 在多年的教學(xué)和實踐過程中,筆者對細(xì)胞工程課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較為全面的改革和探索,以期完善人才培養(yǎng)的知識結(jié)構(gòu),滿足本專業(yè)學(xué)生課程學(xué)習(xí)的需求,培養(yǎng)知識全面的合格人才,切實提高學(xué)生的創(chuàng)新與實踐能力。
1 合理構(gòu)建課程體系
1.1 適應(yīng)專業(yè)要求,調(diào)整教學(xué)內(nèi)容
細(xì)胞工程是生物工程專業(yè)的一門專業(yè)課,由于師資及實驗條件限制,最初細(xì)胞工程課程內(nèi)容主要講述植物細(xì)胞工程,其內(nèi)容主要包括:植物細(xì)胞的全能性理論及其實現(xiàn)途徑,植物細(xì)胞的脫分化和再分化理論,器官分化和體細(xì)胞胚胎發(fā)生的途徑與方式,植物細(xì)胞工程實驗室組成和無菌操作技術(shù),植物離體無性繁殖和脫病毒技術(shù),植物胚胎培養(yǎng)和單倍體誘導(dǎo)技術(shù),原生質(zhì)體培養(yǎng)和體細(xì)胞雜交,植物細(xì)胞培養(yǎng)及次生代謝產(chǎn)物的生產(chǎn),體細(xì)胞無性系變異和突變體篩選,種質(zhì)資源離體保存和植物遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)。隨著專業(yè)的快速發(fā)展和學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的需求,對課程內(nèi)容的要求也在不斷拓展。近幾年我們增加了動物細(xì)胞工程的理論,其內(nèi)容涉及動、植物細(xì)胞和組織的培養(yǎng)技術(shù),細(xì)胞融合技術(shù),胚胎移植、動物克隆、體外受精、轉(zhuǎn)基因動物等技術(shù)以及細(xì)胞工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。
1.2 立足基本原理,突出專業(yè)應(yīng)用
我們在討論課程大綱及課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時確定了該門課程主要包含基本原理、基本技術(shù)、實踐應(yīng)用三部分,壓縮了原理和理論講授學(xué)時,加大了知識應(yīng)用學(xué)時,例如學(xué)習(xí)了細(xì)胞全能性理論知識,我們把如何利用這一原理進(jìn)行植物快繁、細(xì)胞培養(yǎng)、種質(zhì)保存等作為重點內(nèi)容。調(diào)整課堂講述內(nèi)容的同時,增加了實驗課和實習(xí)的學(xué)時,使課程結(jié)構(gòu)更加適應(yīng)專業(yè)學(xué)習(xí)需求,突出了工科課程的專業(yè)應(yīng)用。
1.3 編制課程標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范教學(xué)內(nèi)容
細(xì)胞工程課程大綱經(jīng)過了2004年、2008年、2012年和2014年4次修訂,生物工程教研室對細(xì)胞工程課程內(nèi)容、實驗、實習(xí)等環(huán)節(jié)進(jìn)行了廣泛的討論,同時也聽取和參考了其他高校同行的建議,編寫了細(xì)胞工程課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),首先確定了學(xué)生通過本課程的教學(xué)應(yīng)實現(xiàn)以下目標(biāo):①了解細(xì)胞工程課程在生物學(xué)科中的地位及發(fā)展情況;②了解細(xì)胞工程的基本理論依據(jù)及該課程在國內(nèi)外的進(jìn)展與發(fā)展趨勢;③使學(xué)生理解和掌握動植物細(xì)胞工程的基本理論知識和各種操作技術(shù)的基本原理及技術(shù)路線;④使學(xué)生能夠靈活運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識,發(fā)現(xiàn)、分析并解決實驗操作過程中的具體問題;⑤提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力,為以后更好地應(yīng)用細(xì)胞工程技術(shù)奠定堅實的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。圍繞課程培養(yǎng)目標(biāo)確定了細(xì)胞工程課程共十五章的講述內(nèi)容;同時進(jìn)一步規(guī)范了該門課程的考核環(huán)節(jié)和實施程序,使今后的課程考核更加全面和科學(xué)。
2 改進(jìn)教學(xué)方法,利用現(xiàn)代化教學(xué)手段,提高教學(xué)效果
2.1 采用多種教學(xué)方法,調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性
生物工程專業(yè)本科的細(xì)胞工程課程在三年級第二學(xué)期開設(shè),學(xué)生已經(jīng)具備相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)知識。因此教師在課堂授課過程中,綜合采用啟發(fā)式、比較式、互動式和討論法等多種教學(xué)方式,充分調(diào)動學(xué)生的積極性,實現(xiàn)學(xué)生對理論知識的更好理解和掌握。如在講述細(xì)胞工程理論時,首先提問學(xué)生為什么細(xì)胞具有全能性,各種不同細(xì)胞類型實現(xiàn)全能性的能力為什么不同?并引入課堂討論-植物離體培養(yǎng)中如何實現(xiàn)植物細(xì)胞的全能性?在講述細(xì)胞培養(yǎng)時,我們首先讓學(xué)生比較植物細(xì)胞、動物細(xì)胞與微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能的不同;在講述人工種子時,引入課堂討論-體細(xì)胞胚胎與合子胚的異同點?通過這些方式充分調(diào)動他們探索未知領(lǐng)域的主觀能動性和創(chuàng)造性思維,激發(fā)學(xué)生的求知欲,激勵學(xué)生積極參與到教學(xué)過程中,真正讓學(xué)生成為課堂的主體。
2.2 充分利用多媒體教學(xué)手段,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
計算機(jī)輔助教學(xué)作為現(xiàn)代化的教學(xué)手段,在改革教學(xué)模式、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率等方面有重要的作用。細(xì)胞工程課程內(nèi)容多,信息量大,應(yīng)用性和實踐性很強(qiáng),又涉及多種實驗技能。根據(jù)細(xì)胞工程課程的特點與教學(xué)內(nèi)容要求,為了使學(xué)生在有限的課時內(nèi)取得更好的學(xué)習(xí)效果,在教學(xué)過程中,授課教師采用傳統(tǒng)板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合的手段。在平時的教學(xué)實踐中,授課教師就非常注重各種素材的收集和加工,自制或搜集相關(guān)的視頻和動畫,在課程教學(xué)和實驗教學(xué)中均使用多媒體課件。如利用圖片展示污染、褐變、玻璃化等現(xiàn)象,使學(xué)生可以直觀地分辨到各種限制植物組織培養(yǎng)的因素;用動畫的方法進(jìn)行演示胚胎干細(xì)胞的誘導(dǎo)分化及單克隆抗體的制備過程,使學(xué)生更容易理解和掌握這些較抽象的內(nèi)容;通過視頻等方式介紹原生質(zhì)體的分離,細(xì)胞融合等過程,可以把一些學(xué)生容易忽略、較抽象、不易觀察到的重要操作技術(shù)直觀地演示出來。利用板書繪制離體培養(yǎng)條件下,小孢子發(fā)育成植物體的途徑和原生質(zhì)體融合的不同產(chǎn)物,以加深學(xué)生的理解。傳統(tǒng)和現(xiàn)代教學(xué)手段相結(jié)合,加強(qiáng)理論和實際的聯(lián)系,取得了明顯的教學(xué)效果。
同時,我們也完善了細(xì)胞工程課程的網(wǎng)上資源,包括教學(xué)大綱、多媒體課件、思考題和試題庫等,方便學(xué)生課后復(fù)習(xí)。
3 加強(qiáng)實踐教學(xué),鞏固教學(xué)成果
細(xì)胞工程是一門應(yīng)用性、實踐性很強(qiáng)的課程,我們注重理論課教學(xué)的同時,不斷完善實踐教學(xué)體系。通過多年的教學(xué)實踐,已經(jīng)建立起了包括課程實驗和生產(chǎn)實習(xí)兩個方面的實踐教學(xué)體系。
保留基礎(chǔ)性實驗內(nèi)容,如培養(yǎng)基配制、初代培養(yǎng)、繼代培養(yǎng)、培養(yǎng)物觀察等內(nèi)容,以培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生最基本實驗技能。在有限的實驗課課時和現(xiàn)有實驗條件下,對原有短時間的、驗證性實驗進(jìn)行整合和優(yōu)化,合理規(guī)劃實驗內(nèi)容和環(huán)節(jié),使實驗環(huán)節(jié)銜接緊密。如實驗室的顯微鏡和解剖鏡是按照兩個同學(xué)一組的標(biāo)準(zhǔn)配備的,在花器官剝離與觀察實驗中要用到解剖鏡,而花粉發(fā)育時期鑒定用到光學(xué)顯微鏡,因此我們將這兩個實驗整合在一起,既有效利用了實驗室資源,又節(jié)約了時間。人工種子的制備和繼代培養(yǎng)基的配制合在一起,在培養(yǎng)基滅菌的過程中,制備人工種子,避免了學(xué)生等待滅菌的過程。
在傳統(tǒng)的細(xì)胞工程實驗教學(xué)中,如母液配制、材料選擇等一般由實驗人員或教師提前準(zhǔn)備,學(xué)生只是按照實驗指導(dǎo)完成實驗的部分步驟。如原生質(zhì)體的分離、純化和融合實驗,改變了原來實驗室老師準(zhǔn)備好所有需要用的試劑,而讓學(xué)生全程參分離酶液、洗滌液、電融合液、化學(xué)融合劑的配制,將現(xiàn)有的部分過程性實驗變?yōu)槿窟^程性實驗。通過全程參與實驗的整個過程,學(xué)生的實驗技能得到較全面的綜合性訓(xùn)練。
為培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和探究精神,結(jié)合不同專業(yè)的學(xué)科方向,自選一些實驗材料,獨立完成,也可以結(jié)合教師科研和大學(xué)生科創(chuàng)項目進(jìn)行,提高學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰突镜目蒲兴刭|(zhì)。
4 完善考核方式、注重學(xué)習(xí)效果
考核是教學(xué)中不可缺少的環(huán)節(jié),通過考核對教學(xué)質(zhì)量及教學(xué)效果的反饋和檢查,一方面,檢查學(xué)生對知識的掌握程度;另一方面,教師可以發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問題,及時改進(jìn)教學(xué)效果。細(xì)胞工程課程考核分為兩大部分,平時考核占30%,課程考試占70%。平時考核主要包括課堂表現(xiàn)(考勤,課堂討論,課堂提問)和課后作業(yè)等方式對學(xué)生平時的表現(xiàn)進(jìn)行綜合考核。引導(dǎo)學(xué)生重視平時學(xué)習(xí),防止期末突擊應(yīng)付考試。
實驗課按照實驗的性質(zhì),分別考核,首先基礎(chǔ)性的實驗中逐步降低實驗報告的成績比例,將學(xué)生在實驗課上的綜合表現(xiàn),包括操作的規(guī)范程度、培養(yǎng)結(jié)果的好壞及衛(wèi)生情況等納入到考核的內(nèi)容,使學(xué)生養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣。基礎(chǔ)實驗的評定具體包括實驗報告50%、課堂紀(jì)律10%、實驗技能20%、實驗結(jié)果10%和實驗習(xí)慣(衛(wèi)生、實驗用品使用等)10%。
其次,對于綜合性設(shè)計性實驗的考核,主要從材料的選擇,方案的設(shè)計,團(tuán)隊協(xié)作,實驗操作,報告書寫的規(guī)范程度等方面來評價,因為實驗材料的選擇根據(jù)學(xué)生興趣,因此難易程度不同,對實驗結(jié)果僅作為參考基礎(chǔ)。這部分的成績評定具體包括材料的選擇10%,方案的設(shè)計30%,團(tuán)隊協(xié)作20%,實驗操作及材料的生長狀況20%,報告書寫的規(guī)范程度20%。計算各部分的成績的平均成績,作為實驗的最終成績。
對實習(xí)的考核,實行帶隊教師與實習(xí)基地指導(dǎo)教師的雙向考核。主要包括實習(xí)考勤(10%)、實習(xí)報告(30%)、實習(xí)帶隊老師(30%)和實習(xí)基地老師成績(30%)的雙向考核。
隨著細(xì)胞工程發(fā)展,在教學(xué)過程中授課教師不僅要不斷豐富學(xué)科發(fā)展的前沿和發(fā)展動態(tài),更新自身的知識理論框架,而且在教學(xué)過程中要不斷思考探索和總結(jié),提高教學(xué)質(zhì)量,使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中真正有所收獲,為國家培養(yǎng)出綜合素質(zhì)較高具有創(chuàng)新能力的優(yōu)秀人才。
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關(guān)鍵詞:植物細(xì)胞工程;項目責(zé)任制;綜合實驗
植物細(xì)胞工程以植物細(xì)胞全能性為理論基礎(chǔ),是研究離體條件下植物細(xì)胞脫分化和再分化條件的應(yīng)用性課程,是一門偏重于實驗技能操作及應(yīng)用的課程,是許多綜合性大學(xué)生物類專業(yè)的必修課。武漢生物工程學(xué)院植物細(xì)胞工程實驗室已成立20年,通過多年教學(xué)實踐和探索,在植物細(xì)胞工程綜合實驗實行了“項目責(zé)任制”的教學(xué)模式探索與改革,從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)形式、考核評價體系等多方面進(jìn)行了實踐,取得了比較理想的教學(xué)效果。
一、教學(xué)內(nèi)容
“植物細(xì)胞工程綜合實驗”以“植物細(xì)胞工程實驗”為前期基礎(chǔ)。后者以驗證性實驗為主,實驗材料以煙草、薄荷、康乃馨等作物為主,主要實驗內(nèi)容為:基礎(chǔ)培養(yǎng)基母液的配置,銀杏、康乃馨、煙草等具體培養(yǎng)基的配置、分裝和滅菌,無菌接種(芽叢誘導(dǎo),生根誘導(dǎo),增殖誘導(dǎo)等),實驗現(xiàn)象的觀察與記錄等,主要目的是讓學(xué)生學(xué)會植物細(xì)胞工程的基本知識和基本技能。
而植物細(xì)胞工程綜合實驗,則以“項目責(zé)任制”為實驗教學(xué)模式,重視實驗的連貫性和學(xué)生的綜合應(yīng)用能力,旨在培養(yǎng)和提高學(xué)生的主動性和創(chuàng)新能力。本模式是將實驗以課題項目的形式分配給學(xué)生,學(xué)生以小組為單位完成。學(xué)生要全程負(fù)責(zé)項目的實施,包括實驗前的準(zhǔn)備工作(實驗材料的準(zhǔn)備、試劑、藥品的配制分裝,儀器設(shè)備的調(diào)試、使用),實驗課上的教學(xué)講授和答疑,實驗結(jié)束后的報告批閱、成績評定和實驗總結(jié)等環(huán)節(jié)。課堂的自完全交給學(xué)生,指導(dǎo)教師只起引導(dǎo)和指導(dǎo)的作用。實驗內(nèi)容主要有以下兩個特點:拓寬了實驗材料,除了傳統(tǒng)的模式作物,還增加了金線蓮、鐵皮石斛、白芨、馬鈴薯等作物,提高了學(xué)生的積極性;豐富了培養(yǎng)形式,除了傳統(tǒng)的快速繁殖,還增加了作物水培和開放式培養(yǎng)的摸索,開闊了學(xué)生的眼界。
二、教學(xué)方法和形式
項目責(zé)任制的教學(xué)是以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo),改變了過去被動接受和模仿教師設(shè)計好的實驗流程的現(xiàn)象。學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性很高,是一種主動的學(xué)習(xí)狀態(tài);學(xué)習(xí)效果理想,學(xué)生在實驗過程中,不僅實驗動手能力得到了很好的強(qiáng)化,而且分析問題和解決問題的能力也得到了很好的鍛煉和提高。
項目責(zé)任制的實驗具體流程是:
第一次課,教師向?qū)W生介紹講解實驗教學(xué)模式和要求,根據(jù)班級人數(shù)分組,一般為3~4組,每組4~6人,每組承擔(dān)1個自選課題項目。每個小組選出組長1人,組長負(fù)責(zé)本組成員的分工協(xié)調(diào)。學(xué)生自由選擇課題,教師將項目的相關(guān)資料提供給學(xué)生參考,并給予一定的指導(dǎo)意見,學(xué)生課下進(jìn)行相關(guān)課題的文獻(xiàn)查詢和實驗設(shè)計,并于第二次課進(jìn)行匯報溝通。
第二次課,每組組長匯報實驗方案,以板書的形式授課,每組學(xué)生必須將實驗技術(shù)路線、實驗結(jié)果參考指標(biāo)、預(yù)期結(jié)果、創(chuàng)新點或興趣點明確講出。其他組學(xué)生進(jìn)行聆聽和提問,以更好地進(jìn)行實驗設(shè)計的完善。教師要肯定其努力和優(yōu)點,并及時進(jìn)行引導(dǎo)。因為學(xué)生都是第一次設(shè)計實驗,在梯度設(shè)計、變量選擇、結(jié)果指標(biāo)等方面易出現(xiàn)問題。
第三次至第五次課,每組選出一名學(xué)生講授當(dāng)天內(nèi)容。之后主要進(jìn)行培養(yǎng)基配制、無菌接種、實驗現(xiàn)象的觀察等教學(xué)。在每次課程中,如果出現(xiàn)了與預(yù)期不同的現(xiàn)象,鼓勵學(xué)生積極討論,查閱文獻(xiàn)解決問題,還可以進(jìn)行組間的交叉討論,以利于學(xué)生交流討論。
第六至七次課,將穿行論文閱讀、實驗數(shù)據(jù)處理、照片處理等內(nèi)容,并在第七次課進(jìn)行實驗論文提綱的撰寫和基本內(nèi)容的梳理,以翻轉(zhuǎn)課堂的形式為主。
第八次課,進(jìn)行論文最后的潤色和小組答辯。
三、考核評價體系
客觀公正和真實有效的考核評價體系,不僅能夠提高學(xué)生對實驗的重視程度,也能促進(jìn)學(xué)生探索知識的積極性。我們采用的考核形式是綜合性的,學(xué)生成績由平時成績和項目成績組成。平時成績占60%,包括每位學(xué)生課前預(yù)習(xí)報告、課中實驗操作和態(tài)度,小組任務(wù)完成情況,組內(nèi)成員的配合和問題發(fā)現(xiàn)和解決情況,組間成員的溝通。如果學(xué)生在實驗中有創(chuàng)新理念,將給予加分。項目成績占40%,包括小組的論文完成質(zhì)量、小組的答辯水平、組間的互評與教師評定。
參考文獻(xiàn):
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