新生研討課《納米技術與生物醫藥的變革》的實踐與體會

郭正清

（蘇州大學放射醫學與防護學院，江蘇 蘇州）

高等教育是以科學研究、知識創新、創新教育、素質教育為核心，但當前實際教學過程中仍存在以知識傳授為主，自主探索不足的現象。如何有效地促使學生由“嚼飯填鴨”的教育模式轉變為“開放自主”的學習狀態，這是高等教育領域一直以來追求的教育目標。因此，探索具有激發興趣、開拓思維、探索未知、創新求變的教學模式對于高等教育的發展起著重要的促進作用。新生研討課是一類針對大學新生開設的研討課程，通過小班教學模式增加學生主動參與的機會，并將學生置于課堂教學的中心位置，根本性地轉變學生在教學過程中的被動地位，促使學生學會獨立思考、自主學習[1]。2009年的調查表明，90% 以上的美國大學都開設了新生研討類課程，且成為其核心課程的重要組成部分[2,3]。根據高等教育和專業發展要求，蘇州大學開設了新生研討課[4]。此課程由各個學科領域的專家型教師負責，以較高的專業水準面向大一新生開設。每班人數不超過30人，采用交互式教學方式，通過師生之間、學生之間的交流互動組織教學。課程不要求嚴格考核，重在啟發引導，培養學習興趣和創新思維。

一 課程定位、教學目標和教學內容

近年來，納米技術作為前沿研究領域，有望成為未來創新經濟的主要發展動力之一[5]。它將為醫學、材料和信息通信等行業帶來革命性變革，因此受到了世界各國的極大青睞，并引發了越來越激烈的競爭，尤其是納米醫學領域。隨著納米生物醫藥發展，采用納米技術和材料解決醫學問題逐漸成為可能：1）疾病的早期診斷：利用納米技術制造微型診斷儀器，并將其植入體內實時準確地觀測體內狀況，并對相關信息進行記錄、分析；2）疾病的精準治療：利用納米技術將常規治療藥物納米化，顯著提高藥效、減少用量、降低副作用；3）疾病的主動性免疫：運用納米探針主動性尋找病毒、細菌，并予主動性滅活，從源頭消除傳染病發生。納米醫學具有多學科交叉的特點，包括化學、材料、納米技術和醫學等多個學科。為了幫助醫學、藥學相關專業的大一學生了解納米醫學的知識背景、發展狀況和未來發展趨勢，我們開設了《納米技術與生物醫藥的變革》新生研討課程，力圖從納米材料、生物技術、生命科學和醫學應用等方面，介紹納米醫學的基本概念、生物效應和環境毒理等知識。更為重要的是通過本課程的學習與研討，使大一新生對納米醫學具備較為全面的了解，對其未來職業發展具備更清晰的認識。

本課程挑選了當前納米醫藥領域的研究熱點進行研討，如納米生物材料、納米生物技術、納米藥物、疾病診斷納米探針、納米機器人等。通過課堂講授與分組討論、參觀實踐相結合的開放式教學模式，激發大學生對當今納米醫學前沿技術的興趣，培養想象力和創新能力。本課程為2 學分，主要完成以下主題：1）納米生物材料——超高性能帶來革命性的效應；2）納米藥物——高效、低毒不是夢；3）納米造影劑——腫瘤的早期發現；4）納米機器人——跨越的不僅僅是尺寸；5）討論課——納米帶來的啟示；6）實踐——觀察納米世界。以學生學習研討和教師啟發指導相結合的方式進行教學，通過提問形式激發學生學習思考，使學生了解納米醫學的重要性、國內外納米醫學的發展歷史與現狀，以及改善納米醫學應用效能的基本方法和策略，研討納米醫學在解決目前醫學領域問題的潛力和局限性，培養學生主動學習的能力，激發學生探索納米世界與研究納米醫學科學的興趣。

二 教學方式

根據本課程所涉內容，我們設計了多種教學方法，引導學生進行思考，主要以小組（2-3 人為一組）討論的方式對所涉及的課程內容進行探討。與此同時，輔以電子郵件、網絡平臺等交流方式協助授課教師了解學生的問題想法，實施因材施教。具體教學方式包括以下幾個方面：

（一）激發學生主動思考潛能，營造雙向式教學模式

在開始階段，授課教師簡明扼要地介紹課程所涉及的背景知識、基本內容和發展狀況，并提出一到兩個本領域所關注的科學問題，要求學生在課后積極查閱相關文獻，并以電子幻燈片的形式匯總所查閱的內容。在課堂中由學生擔任主持人并組織討論，通過發言和提問的形式對課程內容進行講述。在講述過程中，授課老師會對相關內容進行及時補充和擴展。最后，由授課老師匯總同學的發言，對所遇到學術問題進行分析，提出潛在的解決方案。例如在“納米帶來的啟示”討論課中，學生根據所設定的主題范圍，分組進行自學、收集資料、充分準備后進行研討。通過上述過程學生了解到納米技術與我們生活健康息息相關。從自然界中的動植物到人類衣食住行，再到維持生命和健

康的“神藥”，都能見到納米技術的“身影”。不僅讓學生了解了納米科學的定義和內容,同時也幫助學生理解納米科學所基于的設計原理，激發了他們用“納米視角”去觀察思考身邊的事物，使他們體會到知識與生活實踐相結合的重要性和實用性。

（二）以學生為中心，積極探索問題導向教學方法

為達到以學生為中心的教學目的，在整個新生研討課的教學過程中我們積極采用了“問題導向教學方法”（Problem-Based Learing, PBL）[6]。授課老師首先提出科學問題，引導學生主動思考。學生通過自學、研究、討論和合作解決問題。PBL 教學方法完全符合新生研討課“開放、自主”的教學宗旨，而且有助于提高學生的自主學習和獨立思考能力。例如在講述“腫瘤早期發現”這一主題時，我們首先介紹了當前腫瘤治療領域的主要檢測方法，如分子影像技術、腫瘤標記物檢測等，并且強調了腫瘤早期診斷對于治療的意義。在此基礎上，我們提出了如何才能進行更早期、更準確的腫瘤診斷這一關鍵問題，以及納米技術和納米材料在這一方面的潛力。要求學生了解納米技術和納米材料對腫瘤早期發現的基本理論，特別要求學生重點明確納米技術和納米材料對腫瘤早期發現的意義。我們啟發學生納米材料的哪些性質對于腫瘤早期發現具有重要性。

（三）以辯論方式增進學生對納米醫學相關課題的理解

我們在教學中嘗試了以口頭辯論的方式對納米科學和納米醫學相關課題進行研討。在課程中我們圍繞“納米科學——天使與惡魔”這一主題組織辯論，調動學生參與的積極性，強化學生對此教學內容的理解。首先，將同學隨機分為正反兩方，并選出兩位同學對此次辯論活動進行組織，正方：納米科學和納米醫學對推動社會發展功不可沒；反方：納米科學和納米醫學對社會發展存在潛在威脅。在此次辯論環節，正方根據納米科學、納米醫學的研究前景進行了大量實例分析，指出納米科學的發展將人類科學提升到了一個前所未有的高度，形形色色的材料和藥物層出不窮。而反方根據納米科學對社會環境、人類道德底線的沖擊，提出了自己的例證。例如，“賀建奎事件”中在納米尺度對人類基因的改造，在制造納米材料過程中大量廢棄物的排放對當今環境的破環也是前所未有。通過此次辯論學生們更加清晰地了解了當前納米科學和納米醫學發展存在的問題，讓學生更為辯證地看待新事物、新科學和新技術。

（四）師生互動，課內外結合，使學生近距離接觸科研

授課教師在新生研討課中的作用不僅是傳道授業解惑，更應激發學生對科學研究的興趣。對于大一新生來說，他們剛從高中進入大學，學習上習慣于老師課堂講授為主的被動模式。如何讓學生的學習模式由被動轉為主動，需要進行大量的探索。其中，通過開展課題相關實驗，讓學生近距離接觸科研是較為有效的方法。這樣不但可以激發學生的科研興趣，而且通過動手實踐讓學生進行更為深入地探索。因此，安排了學生參觀授課老師的實驗室。在此實踐課中，學生有機會與科研儀器設備、實驗方法和表征手段近距離接觸，并組織他們與研究生就特定課題進行討論，使新生可以直觀地接觸和了解前沿科學研究，對培養學生科研興趣，為將來的科研奠定良好的基礎。例如，在細胞觀察的實踐課程中，新生第一次通過共聚焦顯微鏡觀察到了細胞的微觀結構，了解了課本中多彩的細胞結構圖是如何拍攝出來的。此外，更為重要的是知道了不同熒光染料為什么能選擇性靶向細胞核、線粒體和溶酶體等。通過引導學生進行簡單的文獻檢索方法，收集資料，學會提問題，學會評價他人的方案。考慮到新生對納米醫學專業及實驗室缺少感性知識，選課新生普遍表現了較強的興趣和好奇心，對專業培養目標和教學要求增加了感性認識。

三 教學效果

這種小班教學模式有利于老師對學生的了解，可針對性地根據學生的背景和特點進行課程設計，實現因材施教的教學目標。課程結束時的問卷調查結果反映了學生們對本課程教學效果的滿意程度。從書面反饋意見普遍反映教學效果好，在輕松的氛圍中學了不少新知識。不少同學反映他們是第一次查文獻，第一次準備電子幻燈片，第一次參加辯論賽做辯手或主持人。課堂氣氛活躍，每次研討讓學生主持，鍛煉了學生多方面的能力。大部分學生在學習本課程的過程中，表現了較好的學習興趣和積極性。對學校、專業、教學目標和方法都有了新的認識，拓寬了視野，啟發了新生探求未知世界的興趣。目前已有參加過該新生研討課的學生申請了大學生創新創業計劃，并在筆者課題組參與科研項目。

四 問題和打算

本課程開設時間不長，在教學方面仍存在一些問題需要解決。例如有少數學生對以學生研討為主還不夠理解，希望老師多講，這說明他們習慣于傳統的講授為主的教學方式，對這種新型的教學方式還有待于進一步加強學習宣傳，使學生逐步適應這種教學模式。另外，有些學生希望不僅能參觀實驗室，最好能安排自己做實驗，反映學生對課程的引導性質還不能理解。同時，也啟發我們應該加強后續研究型課程的建設，能夠使這種新型教學模式在整個本科教學階段予以實施。目前這種全新模式的新生研討課尚處于探索階段，我們希望能夠通過幾年的努力，逐步擴大新生研討課的范圍，使大多數學生能夠在進入本科教學的初始階段，就能按照符合創新和素質教育要求進行學習，盡快適應研究型教學環境。