融合STEAM理念的“细胞工程”课程教学改革探索

［摘 要］ “细胞工程”是生物技术、生物工程等生物专业的核心基础课程之一。面向新工科建设背景下对人才培养的新要求，基于STEAM教育理念，结合“细胞工程”课程特点，坚持立德树人根本任务，以学生为中心，面向生物医药产业的发展需求，对课程的教学目标、教学设计、教学体系、教学理念、教学方法、教学考核评价等进行改革，旨在激发学生的求知欲，培养学生多学科交叉融合理念，使学生善于从多学科角度思考问题、提出问题、分析问题和解决问题，提高学生创新思维，提高课程教学效果。

［关键词］ STEAM教育理念；细胞工程；教学改革

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）31-0069-04 ［收稿日期］ 2023-05-09

引言

2017年发布的《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》中提出，要加快工程教育改革创新，推进新工科的建设与发展［1］。在新工科建设背景下，面对新的发展要求，高校人才培养应紧密围绕党中央提出的“创新、协调、绿色、开放、共享”新发展理念，将学科交叉融合同工程实践深度融入高校新工科建设中的人才培养机制中，培养适应前沿工程科技发展要求的高素质人才，为未来工程科技各领域领军人才的前瞻性和战略性培养做好准备。

随着生物技术的飞速发展及其产业化进程的不断推进，相关行业急需大量的生物类专业高素质人才。“细胞工程”是生物技术、生物工程等生物专业的核心基础课程之一，是知识传授、能力培养、素质养成“三位一体”的生物专业人才培养的重要环节。因此，在新工科建设的大背景下，针对生物相关产业发展需求，对“细胞工程”课程的教学目标、教学设计、教学体系、教学理念、教学方法、教学考核评价等进行改革和实践，对于激发学生的求知欲，培养学生多学科交叉融合理念、创新创业能力、工程实践能力等具有重要作用，为培养生物专业高素质人才提供保障。

一、STEAM教育理念

STEAM一词代表科学（science）、技术（technology）、工程（engineering）、艺术（art）和数学（mathematics）［2］。2010年，美国弗吉尼亚科技大学学者格雷特·亚克门（Georgette Yakman）在STEM基础上，将art加入STEM中，首次提出STEAM学科整合教育框架［3］。

STEAM教育理念以富有创造性的学习过程作为教育核心，强调理论知识与实践的相互联系，是一种重实践的跨学科教育理念，区别于传统单一学科注重理论知识教育［4-5］。STEAM教育理念包括5大核心思想：学生是整个教育活动的核心；跨学科融合的学习内容；基于项目、问题、情景的学习活动形式；沟通和表达的交互形式；创新成果导向的学习目标［6］。魏晓东等［7］提出，STEAM教育可以培养学生以学科整合的方式认识世界，使学生在更广阔的视野上去认识各种知识和技能与真实世界的联系，这将有利于培养具有创新精神与创新能力的高素质人才。

STEAM教育理念是将科学（S）、技术（T）、工程（E）、艺术（A）和数学（M）等学科知识整合到一种教学范式中，使零碎知识整体化，提倡由问题解决驱动的跨学科综合教育理念。该理念自2010年形成以来，受到我国学者关注，逐步被应用于课程教学中［8］。STEAM理念以学生为中心，以人格培养、综合发展、国际化意识为教育目标，全面提升学生的综合创新意识和创新能力，并强调跨学科融合学习、交互式沟通协作、创新成果导向式教育模式。基于STEAM理念的教学模式，能够实现以“教师教为中心”转向以“学生学为中心”，从“教学范式”转向“学习范式”的整体性变革。

二、融合STEAM教育理念的“细胞工程”课程教学改革

（一）课程教学目标改革

作为生物技术、生物工程等生物专业的核心基础课程之一，“细胞工程”课程是一门具有很强实践性的课程，内容涉及多个学科，且发展迅速，在培养生物专业人才中起着重要作用。因此，“细胞工程”课程的教学目标设置应在新工科建设背景下，以生物相关产业发展对专业人才的需求为导向。本课程主要教学目标如下。

1.通过学习“细胞工程”课程，学生能够掌握动物细胞工程和植物细胞工程相关基本概念、原理和技术操作等。

2.通过课程学习，学生能够了解细胞工程相关技术的实际应用。

3.通过课程学习，学生能够及时了解细胞工程领域前沿研究进展与应用情况。

4.通过课程学习，学生能够将理论应用于实践中，能够针对实际问题提出自己的想法，并能提出解决方案。

5.通过课程学习，学生具备创新意识与创新能力，具备团队合作精神、交流讨论能力等。

（二）课程教学设计改革

“细胞工程”课程内容涉及生物学、医学、材料科学、生物医学工程等多学科知识，在该课程的学习中，需要学生理解生物学、医学、材料科学、生物医学工程等相关知识，并且需要结合具体实践技术，以达到对整体知识体系的掌握与实践创新能力的培养，所以传统课程体系和教学模式已无法满足全面培养学生的综合创新实践能力的要求及相关行业对创新型人才的需求，需要改革课程体系与教学方法，建立更有效的教学方式，以适应国家与社会对多元化、创新型人才的需求。

在STEAM教育理念的指导下，“细胞工程”课程教学设计改革主要思路如图1所示。课程教学设计将更加注重从多学科角度全面培养学生的综合创新实践能力。将STEAM理念应用到“细胞工程”课程教学实践，从优化教学内容、改变教学方式和手段、优化课程考核评价方式等多个方面实施课程改革。在此过程中，通过定期与相关专业教师、临床医生、企业人员等进行沟通交流，进一步优化教学内容与教学设计，旨在培养学生多视角思考与解决问题能力、理论联系实际能力、批判思维和创新意识，培养创新型人才，为新形势下国家发展强大提供强有力的人才保障和智力支撑。

（三）课程教学体系改革

基于STEAM教育理念，根据细胞工程特点，结合我们对“细胞工程”课程的教学经验，重塑“细胞工程”课程教学体系。“细胞工程”课程在融合了STEAM理念后，除了对理论知识的传授之外，更侧重学生跨学科知识的交叉融合，并结合相关行业需求，侧重对学生应用能力、解决实际问题能力、管理艺术、团队协作、实践创新等能力素质的全方面提升。

（四）改变教学理念，提升授课团队教师专业素质

1.在STEAM教育理念指导下，坚持“以学生为教学活动核心”的教学理念。充分调动学生学习的积极主动性，发挥学生在教学活动中的核心作用，使学生掌握科学的学习方法，体验到学习的乐趣，培养学生多学科交叉融合理念，善于从多学科角度思考问题和分析问题，勇于创新性解决问题。

2.坚持立德树人，培养学生健康人格。坚持立德树人，在教学过程中培养学生高尚的道德情操，弘扬中华优秀传统文化，增强学生的民族自信心，培养学生健康人格。

3.建立产学研教学理念。在课程教学中结合具体产业需求与问题进行授课，将理论与实践密切结合。在教学过程中，提升课堂内容的理论性、应用性与前沿性，使学生了解本领域科研成果和研究热点问题，尤其是国家亟须解决的“卡脖子”技术问题。以国家与社会发展需求为引领，让学生真正认识研究的意义与应用价值，调动学生学习兴趣、开阔学生视野、激发学生潜能、鼓励学生创新。

（五）改革教学方法，提升教学质量

1.指导学生开展课前学习，提高学习质量。课前，教师根据教学大纲及教学目标制订学习计划，在课程平台、QQ群和微信群发布学习任务。学生根据学习任务和自己的排课情况自由安排学习时间开展课前学习，以提升课堂教学质量。在课堂教学时，教师会随机结合所教知识点对学生提前学习情况进行考查，以检验学习效果。

2.探索实施翻转课堂，提高课堂教学效果。结合翻转课堂教学模式，以学生为核心、教师为主导，对不同学生进行个性化指导，同时促使学生积极主动参与整个教学过程。

3.面向科学前沿，培养学生创新意识。面向国家对新时代具有国际竞争力的创新型人才的迫切需求，建立基于STEAM的5大核心思想（学生是整个教育活动的核心；跨学科融合的学习内容；基于项目、问题、情景的学习活动形式；沟通和表达的交互形式；创新成果导向的学习目标）的教学理念，从多学科交叉融合角度提升课堂内容的理论性与应用性，将本领域前沿研究进展与发现引入课堂，使学生密切了解科研前沿和热点科学问题，尤其是国家亟须解决的“卡脖子”技术问题，对学生进行科研思想渗透，调动学生的学习与科研兴趣，激发学生创新潜能。此外，结合“研究生创新基金”等科研项目，培养学生学以致用、以创新能力解决现实问题的责任和担当。

（六）优化教学考核评价体系

从过程性考核和多元化考核两方面优化教学考核评价体系。

1.加大过程性考核比例。过程性考核主要包括课堂随机测试、课堂表现、作业完成情况等，重在考查学生对所学知识的掌握程度，以及应用能力。加大过程性考核旨在强化学生对平时学习的重视，促使学生注重平时学习积累，及时掌握课程内容，并培养学生的学习积极主动性。

2.多元化考核模式。多元化考核包括学生进行文献阅读，并采用翻转课堂形式进行相关研究讲解。以设置专题形式，把学生分组，学生以小组为单位围绕专题的前沿研究与进展，进行文献查阅、整理，并制作PPT进行讲解，同时围绕所讲解内容展开讨论。通过此过程，培养学生对文献的查找、阅读、归纳整理的能力，沟通交流能力，思考问题、分析问题与解决问题的能力，同时使学生不断拓宽自己的视野，加深和巩固对所学知识的认识和运用。多元化考核模式旨在培养学生独立自主学习能力、团结协作能力、交流沟通能力等综合能力，并加深学生对基本理论知识的掌握。

结语

在新工科建设背景下，对人才培养提出了新的要求。“细胞工程”课程作为生物技术、生物工程等专业的核心基础课程之一，其教学需要与生物产业等对专业人才的需求密切结合。STEAM教育理念以富有创造性的学习过程作为教育核心，强调理论知识与实践的相互联系，并提倡由问题解决驱动的跨学科综合教育理念。这与“细胞工程”课程特点相吻合，其理念应用于课程教学中可改善现有教学模式，培养学生多学科交叉融合理念，提升教学质量。本文提出了将STEAM教育理念融合在“细胞工程”课程教学改革中的应用，对于加强学生对细胞工程专业知识的理解、理论联系实际的能力、多学科角度思考和解决问题能力、沟通交流能力、创新实践能力等的提高，起到了很好的教学效果。

参考文献

［1］教育部高等教育司.关于开展新工科研究与实践的通知：教高司函〔2017〕6号［A/OL］.（2017-02-20）［2023-02-20］.http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201702/t20170223_297158.html.

［2］BYBEE. What is STEM education？［J］. Science，2010，329（5995）：996.

［3］YAKMAN.What is the point of STEAM？： A brief overview［J］. STEAM education，2010（7）：3-7.

［4］范文翔，张一春.STEAM教育：发展、内涵与可能路径［J］.现代教育技术，2018，28（3）：99-105.

［5］赵慧臣，陆晓婷.开展STEAM教育，提高学生创新能力：访美国STEAM教育知名学者格雷特·亚克门教授［J］.开放教育研究，2016，22（5）：7.

［6］崔然红.基于STEAM教育理念的人力资源管理专业创新实践教学模式构建［J］.牡丹江大学学报，2020，29（3）：105-109.