生物技术专业细胞工程课程设计与实践

2017-11-17高强国杨劲李玉红

中国医药导报 2017年28期

高强国　杨劲　李玉红

[摘要] 细胞工程是生物技术专业的必修课程。为了设计出符合第三军医大学实际情况的生物技术专业细胞工程课程，笔者在调研多所国内院校细胞工程课程开设情况后，总结出细胞工程课程的特点是技术性强、涉及的内容广。细胞工程教学中需要充分利用前导课程知识，利用小班课优势和实践课多的优势来指导教学，构建了包含细胞工程基础知识、动物细胞培养、细胞融合、胚胎工程、染色体工程、干细胞工程等内容的教学框架。在此基础上设计了第三军医大学的细胞工程课程，并进行了课程实践。总结近几年对生物技术专业开设细胞工程课程的实践经验，主要包括采用多样化的教学方法、小班课教学模式、培养学生科研思维与动手能力。

[关键词] 细胞工程；生物技术；课程设计；教学方法

[中图分类号] G643 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2017）10（a）-0137-03

[Abstract] Cell engineering is a required course for students major in biotechnology. To design a course of cell engineering that is suitable for the situation of Third Military Medical University， the authors have investigated on the course status of several universities and proposed the basic characteristics of cell engineering is high in technique， and large scale in content. The teaching thoughts of the course are thoroughly using the previous courses， making use of small class teaching and practical teaching. the authors have constructed the outline of teaching contents， including basic knowledge of cell engineering， animal cell culture， cell fusion， embryo engineering， chromosome engineering and stem cell engineering. Combined with the background of Third Military Medical University， the authors propose a set of effective course design， and take it into practice， in addition， summarize the teaching practice of cell engineering for biotechnology during these years， the major experiences are applying variegated teaching methods， small class teaching， training the scientific research and experimental abilities.

[Key words] Cell engineering； Biotechnology； Course design； Teaching method

細胞工程指以细胞为对象，应用生命科学理论，借助工程学原理与技术，有目的地利用或改造生物遗传性状，以获得特定的细胞、组织产品或新型物种的一门综合性科学技术。细胞工程是现代生物工程与生物技术的重要组成部分，在医药、农业、食品、能源、环境等领域有着广泛应用[1-4]。

医学院校生物技术专业是生物技术与医学结合的产物，与综合院校及植物的生物技术专业存在显著区别。首先，医学院校生物技术专业涉及大量医学基础课程，如细胞生物学、组织胚胎学、生物化学与分子生物学、病理学、免疫学等，学生具有医学知识背景，在学习医学相关技术时理解程度更高[5-6]。其次，医学院校重视动手能力，开展大量动物实验，这对细胞工程实验教学来说是一大优势[7]。综合院校的生物技术专业课程涉及的范围广泛，包括动物学、植物学、生态学等，但不同院校根据本校特点各有侧重[8]。第三军医大学（以下简称“我校”）经过充分论证并拟定人才培养方案后，从2012年开设本专业，并设立了一系列的专业课程。关于细胞工程课程，我校做了精细的课程设计，经过几年的探索，取得了一些经验和成果。

1 课程基本理念

1.1 细胞工程课程在生物技术专业中的地位

学习细胞工程课程的学生专业为生物技术四年制本科，整体背景为医学。细胞工程课程的前导课程包括细胞生物学和生物化学与分子生物学，后续课程包括细胞生物学技术、实验动物技术、组织工程和生物技术制药。与细胞工程并行的几大工程课程分别是基因工程、蛋白质工程和组织工程。

1.2 课程教学的指导思想

细胞工程课程的特点是技术性强，涉及的内容广。因此，必须让学员建立应用的观念，要求学员掌握细胞及分子生物学基础知识，并结合学科特点及前沿进展进行适当拓展和补充[9]，注重实际应用能力的培养，同时加强创新能力的培养。

1.3 课程教学的基本原则

①有效结合学员已学的细胞生物学、生物化学及分子生物学、组织胚胎学基础，借助生物工程方面的技术，使学员实现各门知识体系的有机融合，逐步建立自己对已学医学基础知识的综合。②利用小班课优势，充分利用课堂讨论和专题研讨等，引导学员查阅文献，拓展知识面，引导学员思考细胞工程应用的相关问题和前沿进展，既帮助学员掌握相关的理论知识，又培养其逻辑思维能力，并系统训练学员综合素质和创新思维能力[10-12]。③充分利用实验教学，培养学员实验技能及严谨的实验态度，在完成基本实验的情况下，鼓励学员自己设计实验，对经典实验提出质疑，逐步培养科研思维。endprint

2 课程设计思路

2.1 框架设计

细胞工程课程有理论课、实验课、自修课、专题讨论、网络课程等形式。首先让学员从总体把握细胞工程的基本内容、课程性质和地位、研究进展和应用，再通过实验锻炼学员动手操作能力，体会细胞工程技术的应用。同时利用自修和专题讨论让学员走出课堂，锻炼自学能力，学会思考并阐述自己的观点。

2.2 内容安排

细胞工程课课时总计60学时，其中，理论讲授36学时，学员自修安排2学时，专题讨论2学时。理论课内容共安排七章，先学习总论，从总体上把握细胞工程的基础知识；再开展动物细胞培养、细胞融合、基因打靶、干细胞工程等内容，使学员掌握基础和前沿的细胞工程知识，其中动物细胞培养和干细胞工程为重点内容。根据当年授课安排开设专题讨论（学术论坛），扩大学员知识面，提高学员自学能力，培养逻辑思维能力，强化探讨科学问题的学术争鸣意识。实验课安排20学时，实验内容包括细胞器的观察、染色体制备、免疫荧光和细胞迁移，尽可能涵盖理论课的内容，体现综合性和创新性。

3 教学实践与经验总结

3.1 教学实施

由专职教学组负责。教学组组成包括经验丰富的高年资教授和敢做敢闯的年轻副教授，这种方式的组合，可以在保证教学质量的前提下，进行教学改革。教学实施时，首先进行理论课授课，实验课在细胞生物学技术实验后进行，在学员掌握细胞培养技术（包括细胞复苏、传代、冻存等）后，进行细胞工程方面的实验，以避免理论实践脱节和增加教学实施难度。研讨课根据具体情况，安排在理论课中或课后进行。网络课程教育已成为教育的新手段、新模式，学员在课余时间通过细胞生物学网络课程，进一步加深细胞工程知识的理解。课后学员可以通过网络课程中的视频点播对不懂的地方反复观看复习和深入理解。

3.2 教学体会

3.2.1 采用多样化的教学方法细胞工程的特点之一是各章节内容差异较大，有的章节具有很好的逻辑性，有的章节应用技术细节多，理论表述少[6]，而有的章节二者兼有。针对不同章节的特点，需要采取不同的教学方法，有的章节甚至需要综合运用多种教学方法[13-14]。例如，动物细胞培养工程章节，涉及基础细胞培养的各种技术细节，同时还涉及大规模细胞培养的技术细节，学生在理解、记忆课本内容时有较大难度。但是，其实该章节具有较好的逻辑性，如果以细胞培养的准备及操作作为主线，将各个知识点贯穿在该主线上，同时综合运用启发式教学与实践式教学模式，鼓励学生积极思考、自由探索、大胆质疑，就能更好的理解。案例法教学是利用以真实事件为基础撰写的案例进行课堂教学的过程，使学生通过对特殊事例的分析，掌握一般分析原理，并借助这一原理独立分析和解决问题。一个好的案例常常有助于提高课堂教学的质量和效果，增加学生对专业学习的热情和积极性，并启发学生对现实社会中相关事例与情境的深入观察与思考[11]。细胞培养工程应用性很强，有的内容可以单独提取出来开展案例式教学。教学实践中结合实验课内容，选取表皮细胞的培养作为案例进行教学，取得了非常好的效果。同时，结合其他院校的经验，笔者在该课程中还进行了其他教学方法的尝试。

3.2.2 探索小班课教学模式由于军队院校招生特点，我校生物技术专业每年招生人数在10名左右，这给进行小班课教学探索提供了有利条件。因此，笔者借鉴其他院校的方法[10]，设置了部分小班研讨课。例如，其中一堂课研讨诱导多能干细胞对细胞工程发展的影响。提前一个月将题目布置给学生进行准备，让学生去查阅资料，阅读文献，同时复习细胞工程各章节内容，灵活运用学习知识整理研讨内容；在课堂上每名学生进行个人汇报发言，互相学习，课堂研讨；最后由教师进行集中总结点评，集中解读经典文献。在研讨课后，学生根据研讨情况，提交研讨报告及体会[15-20]。通过几年的实施，总结出一套行之有效的研讨方案：教研室集体备课，确定研讨主题和具体组织形式，形成完整的研讨方案和课堂教学设计。

3.2.3 培养学生科研思维与动手能力细胞工程是一门实践性很强的应用科学，可以从两方面培养学生的科研思维和动手能力。一方面，学生通过积极参与教学活动，寻找自己感兴趣的的知识点并自觉进行学习和接受，在与老师和同学的交流中加深对新知识和新技能的理解和掌握，并从中逐渐掌握更有效的学习的途径和学习方法。教师在讲授过程中要有意识引导学生将理论和实践联系起来。例如，讲解细胞融合技术时，结合其研究范围最广、应用最成熟、发展潜力最大的单克隆抗体的生产制备来介绍，扩展到当今抗体药物的市场应用前景与生产状况，使学生加深对细胞融合技术的理解[6]。另一方面，学生利用实验课所提供的实验条件，积极学习细胞工程所涉及的基本实验技术和方法[21]，并在教师的引导下，逐步加深对科学研究和实验室工作的认识，初步学习建立科学研究的思维方式[6]。教师可以在此基础上，遴选部分对科研有浓厚兴趣，动手能力较强的学生，参与到课题研究中，在培养学生科研思维的同时，部分解决研究生生源较少的难题，从而真正达到教学相长的目标。

通过近几年对细胞工程课程的教学实践和不断改进教学设计，学生对细胞工程实验课程的兴趣明显增加，综合能力得以加强，教学效果有了显著提高。同时，通过教学相长的过程，培养和锻炼了大量的年轻教师，并尝试了一些特殊的教学方法，为以后的教學提供更多借鉴。

[参考文献]

[1] 林呐，刘列钊，黄远新，等.细胞工程课程教学改革探索[J].安徽农业科学，2015，43（35）：374-377.

[2] 蒋金金，方玉洁，王幼平.研究性教学在植物细胞工程课程中的应用[J].现代农业科技，2015（12）：327-328.

[3] 邵景侠，杨淑慎，徐虹，等.生物工程专业细胞工程课程教学改革的探索与思考[J].科教导刊，2015（23）：47-48.endprint

[4] 金立方，倪坚.《动物细胞工程》教学模式改革与探索[J].教育艺术，2014（3）：62.

[5] 刘立跃.地方性本科院校细胞工程教学改革探讨[J].宁德师范学院學报：自然科学版，2015，27（4）：421-424.

[6] 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，2014，28（3）：309-311.

[7] 刘清波，黄红梅，陈智勇，等.细胞工程实验教学改革探讨[J].现代农业科技，2016（2）：332.

[8] 张磊，刘磊，许会静，等.医学院校生物技术专业细胞工程课程教学改革探索[J].中国校外教育：下旬，2014（12）：123.

[9] 宁蓬勃，孙莹莹，张象涵，等.引入科研热点改进细胞工程教学方法与效果[J].安徽农业科学，2016，44（23）：242-243，247.

[10] 张晓，曹新，冯振卿，等.LBL结合PBL在医学院校细胞工程课程中的应用[J].基础医学教育，2014，16（10）：788-791.