細胞工程實驗翻轉課堂的設計與實踐效果評估

岳續朋，盧彥欣

（遵義醫科大學珠海校區，廣東 珠海 519041）

細胞工程是生物工程專業最重要的課程之一，屬于必修課程，而細胞工程實驗對于鞏固理論知識、鍛煉學生獨立動手能力以及培養嚴謹的科學態度起著至關重要的作用。因此，加強學生對細胞工程實驗重要性的認識，并培養其學習積極性和主動性尤為重要。

1 傳統細胞工程實驗教學存在的問題

1.1 不能提高學生積極性

傳統細胞工程實驗教學方式是學生在上課前預習實驗步驟，撰寫部分實驗報告，教師則負責實驗準備，包括實驗器材和實驗材料。課上教師講解實驗目的、原理、步驟以及注意事項，學生使用教師準備好的器材和試劑耗材，按照教師的講解思路進行實驗操作。因此，傳統實驗課存在的問題是學生對實驗不熟悉，不知道如何上手。另外，實驗準備工作往往會涉及一部分實驗操作，而學生沒有參與其中，所以不能引起足夠重視，在按照實驗指導完成實驗后，很多人仍不清楚實驗原理、實驗目的，實驗技能也掌握得不夠牢固。因此，在實驗課前調動學生興趣，讓學生清楚實驗原理、實驗目的、實驗操作步驟是最關鍵的。

1.2 課堂效率低

傳統授課模式下教師往往需要花大量時間進行實驗原理以及步驟講解，關鍵步驟更是要反復強調，目的是引起學生重視。然而實際效果并不理想，反而導致學生處于被動學習狀態，沒有聽下去的耐心，學習積極性低。對于教師多次強調的注意事項學生也不夠重視，在實驗過程中經常犯一些不必要的錯誤，導致實驗失敗。

另外，受到空間的限制，教師在講臺上演示實驗操作，而距離遠的學生觀察不到具體細節，操作時會有偏差，影響實驗結果。由于時間有限，教師不能多次重復演示，這使得一部分學生實驗積極性降低甚至出現抵觸情緒。而且在實驗操作過程中，很多學生會重復詢問某些問題，不僅加重了教師的工作負擔，而且浪費了很多實驗操作時間。

1.3 實驗技能掌握不牢固

一些重要實驗原理和實驗步驟往往在考試中也會出現，由于實驗課上學生照搬實驗指導上的實驗步驟，沒有獨立思考的機會，導致其對實驗操作印象不夠深刻，對實驗原理不清楚，考試成績不理想。學生在做畢業課題時，對于所學過的實驗相關知識基本不能應用于課題研究，需要從頭學起。因此，如何讓學生真正掌握實驗技術是重中之重。

1.4 缺乏獨立完成實驗能力

細胞工程實驗課共有15次實驗，包括植物組織培養、動物原代細胞分離培養、淋巴細胞分離培養、腫瘤細胞培養、細胞增殖實驗等，基本涉及所有細胞工程基礎實驗技術。但由于學生都是按照操作步驟來完成實驗，往往在自己做畢業課題時缺乏獨立設計并完成實驗能力。因此，培養學生獨立完成實驗能力以及良好的科研思維，是實驗教學的重要目標。

2 細胞工程實驗課翻轉課堂的設計與實施

近幾年，翻轉課堂成為熱門教學模式之一，教師和學生互換角色，可以更好地調動學生積極性，充分發揮主觀能動性，增強主人翁意識，讓他們感到責任在身，必須努力做好。同時，翻轉課堂教學能讓教師不斷提高自己的業務能力。為了更好地將翻轉課堂應用于細胞工程實驗，教師和學生都需要做充足的準備工作，因此，必須增加細胞工程實驗課時，相應地減少部分不太重要的實驗內容。以筆者多年生物工程專業教學經驗來看，與其讓學生學得多而雜，不如學得少而精，因為很多實驗技能有相似之處，如果學得多而不精，往往在做新的實驗時不能很好地應用所學實驗方法。只有對一項實驗技能掌握得牢固，才能更好地學習其他實驗技能以及進行綜合實驗。因此，為了能讓學生有效掌握更多實驗技能以及具備獨立完成實驗能力，我們從以下幾方面對翻轉課堂進行了調整。

2.1 實驗準備工作

翻轉課堂是一種全新的教學模式，以學生為中心[1]，教師只負責提供試劑以及儀器設備，其他實驗準備完全由學生自己來做，具體操作參照實驗指導。教師可以通過微信和QQ等平臺與學生交流，學生有問題在平臺上提問，教師解答，需要的話教師可以現場做指導，除了一些必須由教師來解決的問題外，其余問題要學生自己想辦法解決。由于學生第一次接觸細胞工程實驗，教師應當選取簡單而又具有代表性的實驗，這樣既不會打擊學生積極性，又能讓其熟悉細胞工程實驗的基本操作。因此，我們選取了腫瘤細胞的傳代培養作為動物細胞培養的第一個實驗，從實驗耗材的高壓滅菌到細胞的復蘇，完全由學生自己操作，教師可以適當進行指導。

2.2 翻轉課堂教學過程

教師在課前整理好本次實驗的目的、原理、操作步驟及注意事項，下發給學生，學生根據實驗目的和要求進行針對性學習，掌握實驗原理及操作注意事項，同時也可以進行相關實驗拓展，深入了解該領域的前沿知識。課堂上，學生分組講解實驗原理、目的、步驟以及注意事項，然后進行實際操作，每組3人，1名學生操作，1名學生講解，另外1名學生可以觀看其他組的實驗操作并進行評分，指出操作出現的問題以及做得好的地方，做好記錄。實驗結束后進行小組討論，探討如何解決實驗過程中遇到的問題。通過翻轉課堂，學生的積極性提高了，人人都參與其中，深入了解實驗原理、目的以及操作，而不再機械地照搬實驗指導，提高了獨立學習能力，拓寬了知識面。通過觀察其他組的實驗操作，學生鍛煉了發現問題能力，對將來自己獨立完成課題起到了很好的幫助作用。

細胞工程實驗的基礎是細胞培養，學生只有熟練掌握細胞培養技術，才能順利完成后續實驗。而無菌操作是貫穿整個細胞培養的精髓，因此我們選擇植物愈傷組織培養作為第一個植物細胞培養實驗。植物組織培養對無菌操作的要求沒有動物細胞培養那么高，學生剛開始接觸細胞培養，主要是初步認識無菌操作，即使沒有完全掌握無菌操作，實驗也不至于完全失敗，這樣就不會打擊學生的積極性。在實驗操作過程中，教師要不斷提醒學生注意無菌操作原則，慢慢地學生就具備了無菌操作意識，同時能夠熟悉細胞培養的操作流程和手法，為后面的綜合實驗打下基礎。

2.3 設計小的綜合實驗并錄制微視頻

為讓每個學生都有機會近距離觀看實驗操作，我們根據課程安排設計實驗項目，并錄制詳細的操作視頻，輔助使用一些課件和動畫來呈現實驗步驟、原理。細胞工程實驗課共包含5個小的綜合實驗：兔腎原代細胞分離培養，淋巴細胞分離培養，MTT檢測細胞的增殖，細胞遷移實驗，綠色熒光蛋白轉染腫瘤細胞。翻轉課堂包括很多重要環節，如微課制作、學生課堂討論、師生互動交流等。在錄制微課時，教師要非常熟悉該實驗，這樣才能很好地拆分知識點、準備素材以及設計腳本，錄制過程中語言和肢體動作要很好地結合在一起，這對教師的能力提出很高的要求[2]。微視頻的應用解決了學生無法仔細觀看教師示教問題，而且學生可以通過對視頻暫停、倒退以及反復觀看，來熟悉自己沒有掌握的內容。研究顯示，人的大腦每天通過5種感官接受外部信息的比例分別為觸覺1.5%、味覺1%、聽覺11%、嗅覺3.5%、視覺83%，而人的感官對視頻信息的敏感度要遠遠高于文本信息[3]，因此，翻轉課堂能否產生良好的教學效果，微視頻的制作非常關鍵，教師本身的因素也非常重要。相對傳統教學模式，教師要面臨更大的挑戰，具有更強的個人能力[4]。這就要求教師不斷學習，努力提升自己。

由于課前觀看視頻熟悉了實驗操作，學生可以順利進行實驗，同時教師有時間糾正錯誤、答疑解惑以及強調重點，這樣可以使學生養成良好的實驗習慣，很好地掌握實驗原理以及實驗步驟。為了更好地提高學生動手能力以及獨立完成實驗能力，實驗課結束后，教師要求每個學生錄制一段實驗操作視頻，內容自選，作為實驗報告的一部分。這樣不僅能對前面所學的知識進行鞏固，還鍛煉了學生自主完成實驗能力。

3 實驗教學效果評價

傳統實驗教學效果往往是通過實驗報告來評價，可能會導致同一組學生之間互相依賴，甚至有的學生在整個實驗過程中很少動手操作，撰寫實驗報告時也出現互相抄襲情況。實施翻轉課堂教學后，每個學生都必須親自動手，而且還要給其他組的學生評分，很好地調動了學生積極性和主動性。實驗課最終成績包括實驗準備成績、實驗操作成績和實驗報告成績，這3項分別占30%、30%和40%。通過兩年的翻轉課堂實施，我們發現學生實驗課上不再懶散，能很快掌握實驗操作，課后也能獨立完成一些小的綜合實驗，最后在做畢業課題也能得心應手。

總之，將翻轉課堂引入細胞工程實驗課是成功的。有研究顯示，翻轉課堂的應用能激發學生學習興趣，提高學習主動性，感受到團隊的重要性，同時也能提高教師教學能力，實現教學相長[5]。但是翻轉課堂也存在一些問題。比如在實施過程中，教師和學生都需要花費很多時間進行準備，教師需要提高自身水平，完善知識體系，而學生不僅僅學習這一門實驗課，如果每一門實驗課都進行翻轉課堂教學，可能會給學生帶來很大壓力。因此，教師要把握好時間，突出教學重難點，選擇有代表性的實驗，使學生在有限的時間內掌握更多的知識和技能，為培養優秀生物工程專業人才打下良好基礎。