基于創新性人才培養的“高等細胞生物學”教學改革

楊英 朱春鳳

[摘 要] 高等細胞生物學是生物科學專業研究生的必修課程之一，是學生進入科研階段的重要的基礎學科，改善教學方法，提高教學質量，增加學生的學習興趣，是本次教學改革的重點。本次教學改革的目的是通過設置創新性科學問題，激發學生的“頭腦風暴”，在鼓勵學生發揮想象力的同時培養學生創新性思維的能力。

[關鍵詞] 高等細胞生物學;教學改革;教學方法

[基金項目] 天津大學研究生創新人才培養項目“基于創新型人才培養的《高等細胞生物學》教學改革”（YCX18035）

[作者簡介] 楊 英（1973—），女，黑龍江集賢人，醫學博士，天津大學生命科學學院（微生物免疫系）副教授、碩士生導師（通信作者），主要從事腫瘤免疫機制研究;朱春鳳（1987—），女，山東濰坊人，生物化學與分子生物學碩士，天津大學生命科學學院實驗中心工程師，研究方向為大型儀器平臺管理和實驗。

[中圖分類號] G642.4? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）30-0181-03? ? [收稿日期] 2019-12-29

細胞生物學是生命科學前沿學科之一，高等細胞生物學是在本科階段細胞生物學的基礎上的拓展和提升。隨著生命科學的迅速發展，細胞生物學領域的內容不斷更新，教學內容和教學方式都需要與時俱進。根據學生的專業特點及學科發展的要求，對傳統教學的各方面進行合理調整和優化，更新教學內容、改進教學方法和評價手段，把握學科研究的前沿動態，通過科研來指導教學。本教學改革采用線上和線下結合的授課方式，通過設置創新性科學問題，讓學生以問題為導向，首先進行線下的小組討論，并在課堂教學過程中進行整體的思路匯總，發揮群體智能，開拓科研思維，培養學生的創新意識和創新能力。

高等細胞生物學教學改革以本科階段的細胞生物學為基礎，綜合國內外已有的教學經驗[1，2]，結合目前的前沿進展以專題的形式進行講授，在講授過程中有機地將細胞生物學的基本概念和理論融入知識體系。

一、高等細胞生物學課程改革的創新點和基本思路

高等細胞生物學是天津大學生命科學學院的碩士生的必修課之一，并沒有指定教材，那么如何設置課程，怎樣通過本學課的學習提高學生對細胞生物學的認識，并培養學生的創新性思維，而且能夠對學生即將進入的實驗室工作起到指導的作用，是我們需要思考的問題。本次高等細胞生物學課程教學改革的創新之處在于以設置創新性科學問題為主線，發揮學生主觀能動性，學生進行“頭腦風暴”，進行創新性思考，解決科學問題，并鼓勵學生提出創新性的科學問題;同時，通過采用線上線下結合的方式進行教學將有利于提高學生的團結協作精神。

（一） 如何通過設置創新性科學問題培養學生的創新能力

培養學生的創新能力可以從多個角度進行，那么如何通過設置創新性的科學問題進而激發學生的學習興趣并培養創新能力呢？即以問題為基礎的學習（problem-based learning，PBL），引導學生積極主動地解決問題。舉個例子。高等細胞生物學中的第一講為“細胞培養技術”，鑒于本專題是為生命科學專業的研究生提供如何進行細胞培養的重要專題之一，因此在上課前，預留幾個科學問題讓同學們思考一下對課堂學習非常重要，問題包括：（1）腫瘤細胞是可以在體外培養基中多次傳代進行擴增的，那么根據你所知道的細胞生物學知識談談如何在體外培養正常細胞并建立細胞系？（2）如何在太空中進行細胞培養？在失重的條件下細胞的形態會發生哪些改變？請提出你的設想和理論依據。同學們對此問題各抒己見，在線下討論就已經異?；鸨?，在課堂討論環節各個小組也爭相發表見解。此專題講座結束后同學們學習高等細胞生物學的熱情高漲，有的同學還提出其他的創新性問題，例如在太空中孵出的蝌蚪行為異常，基因變異，那么回到地球后基因是否可以修復為正常狀態呢？通過設置這類創新性問題，不僅激發了同學們的學習熱情，同時也讓大腦充分地“風暴”了一下，讓同學們提高了創新性的能力并拓展了想象空間，使同學們從書本中解脫出來，并靈活地運用書本中所學的知識解決科學問題，讓科學研究不再枯燥。

（二） 如何通過線上線下結合的教學方式提高學生的創新能力

在提出了針對性的創新性科學問題基礎上，教學方式的改革也是本次教改的創新性內容之一。線上和線下相結合的教學方式又稱為混合式教學，主要是指將網絡教學形式與傳統課堂教學方法相結合的教學形式，即在繼承和發展傳統課堂教學精髓的基礎上，有效地導入網絡教學模式，突出學生學習主體地位和教師的主導作用的一種課堂教學模式[3，4]。高等細胞生物學教學改革以創新性問題為核心并結合混合式教學模式開展。

首先，通過線上平臺系統將問題發給學生。此部分內容通過天津大學研究生院的e-learning教學平臺系統進行。通過線上將科學問題在課前發給學生，目前高校網絡資源豐富，文獻檢索數據庫齊備，學生可根據自己的時間進行預習并檢索資料。

其次，進行線上分組，并建立小組討論區。天津大學的e-learning教學平臺系統經過不斷的完善，目前操作方便，界面友好，包括了課程編輯、課程進度跟蹤、成績分析、題庫和探索討論區等功能。網絡教學平臺給予學生進行個性化學習的空間，學生可以自由選擇學習時間和學習地點，促使教師與學員、學員與學員之間的交流與協作，可以在學習過程中更快地獲取最新信息。

第三，線下教學是在提出創新性問題和線上討論的基礎上在教師的引導下對知識進行補充和總結。課堂講授是我國教育的主要模式，這并不是說我們的教育方式因循守舊，事實證明由教師為主體的課堂講授是整個教學活動的必要環節，雖然線上教學比較靈活，但不能取代傳統的課堂教學。理由包括：（1）教師是教學環節的指引者和監督者;（2）課堂講授可以檢查學生線上的學習效果，并防止有的學生濫竽充數;（3）課堂討論是線上討論的升華，可以更有效地增強學生的語言表達能力、分析總結能力和團結協作能力;（4）教師通過口授、板書、PPT等方法，學生通過課堂聽講和筆記記錄，直接地從教師那里獲得知識，并學習思考問題和解決問題的方法;（5）在課堂教學活動中師生能面對面地交流，教師在知識分析、話語感知、思緒表情、肢體姿態等方面都是直接的、感性的，教師的教學魅力和人格風尚可以很好地傳遞給學生，使學生在感官上有認識，這些都是線上教學模式難以獲得的教學效果。

二、教師在高等細胞生物學課程改革中的作用

隨著生命科學的快速發展，細胞生物學與生物化學、遺傳學、分子生物學等學科的教學內容相互交叉，因此，高等細胞生物學的講授需要授課老師根據內容所涉及的學科交叉領域及學生的知識儲備等進行合理安排，在課時有限、學生學習時間和精力有限的情況下，合理安排教學任務和教學內容則顯得尤為重要，這就需要教師對整個教學過程進行宏觀調控。

首先，教師在備課時應緊跟科學前沿設置教學內容。本次教改的課程內容設置包括六個主題：細胞培養技術、細胞的死亡方式、腫瘤干細胞的監測及其對腫瘤復發的影響、表觀遺傳學對腫瘤生長的調控作用、腫瘤細胞的轉移和腫瘤血管生成、CAR-T免疫療法的原理及應用。內容的設置包含了分子生物學、遺傳學和免疫學的相關領域。

其次，教師要引導學生抓住重點，理清主線，將枯燥的理論轉化成有趣的話題。比如在腫瘤干細胞監測專題中，教師通過問題引入知識，請你列舉出你所知道的能讓單個腫瘤細胞可視的方法，同學們討論異常熱烈，有的同學說“通過免疫學技術將可以識別腫瘤的特異抗體進行熒光標記”，但問題來了，單個細胞的熒光強度能檢測到嗎？有聰明的同學建議到“可以與做監測的老師合作，看如何提高信號強度”。另外，有的同學說“現在熒光納米材料在醫學應用很廣，是否可以在標記抗體時選用易被激發的材料呢？”等等。

第三，教師需要組織課堂討論并給予有建設性的建議。例如在如何讓單個腫瘤細胞可視的專題的討論環節，教師可以提醒同學們在考慮增強熒光信號的同時一定要考慮熒光過強對機體是否有損傷作用等。

第四，教師對重點和難點內容進行概括總結，便于同學們理解和記憶。通過將所講內容的總結歸納，使同學們對所學的內容脈絡清晰，并將各個部分有機地結合在一起，在頭腦中形成一個知識網絡圖，同時結合每個主題的創新性問題，將更好地理解細胞生物學地理論知識，并為將來更好地應用到科學研究中打下良好的基礎。

因此，教師在整個教學活動中起著非常重要的作用，是整個教學計劃實施的領導者，要及時掌握學生們對知識理解的深度和廣度，并將線上和線下課堂的時間進行合理分配，達到最優的效果。

三、教學效果評估

隨著創新型人才培養目標的提出，對于教學活動中學生主體作用的認識已經逐漸深入到每一個教學環節，由于學生能夠積極主動地參與到教學活動中，教學效果明顯提高。成績考核是為了檢驗教學效果，督促學生學習的方法之一，它貫穿課程學習的整個過程。閉卷考試仍是考核學生學習效果的主要方式之一，可檢驗學生的基本理論知識掌握的情況，而對于學生分析問題和解決問題的能力考核涉及較少。那么，如何既能考核對基本理論的掌握情況又能兼顧學生的創新意識和創新能力的評價呢？因此，高等細胞生物學教學改革結合傳統的課程考核方式，建立了一種綜合評價的考核方式，即通過平時成績和科研設計報告兩部分成績對學生的課程學習進行考核。平時成績包括課堂討論及線下在討論區的活躍度給出（占50%），科研設計報告則根據學生是否運用了課堂所學的基本理論設計科學實驗并具有一定的創新性（占50%）。從平時表現統計可以看到，100%的同學參與了線上討論，并都登錄了討論區并發表了見解，但有20%左右的學生在系統關閉的時間節點登錄，這部分學生在課堂討論環節表現欠佳，說明部分學生的學習態度不端正，只是為了應付了事。針對這部分學生，找了其中幾個學生進行了談話，基本都是表示課業比較多，時間安排不好，所以有時候會對不同學科有偏好。這也反映了高校學生的自主管理能力的培養也是素質教育的方向之一。科研設計報告是讓學生在六個主題中任選一個，針對課堂講授內容和文獻檢索進行課題設計，要求寫出研究的創新點，立題依據，并綜合運用所學的細胞生物學技術和分子生物學技術等，主要考察學生的創新性思維和綜合運用知識的能力。從作業報告看，85%的同學能夠認真對待科研設計報告，課題具有一定的創新性，有的同學在實驗方法上進行了創新，總體上作業完成效果良好。學生們評價這種授課模式很好，不僅學到了很多知識，而且讓他們對細胞生物學有了更大的學習興趣，也學會了如何思考科學問題。

四、總結與展望

按照布魯姆教育目標分類學，教育的基本要素分為記憶、理解、應用、分析、評價、創造等6個層面。高等細胞生物學的教學活動著重讓學生在課前活動中進行理解、分析和創新，在課堂講授環節學生需對老師所講的專題內容進行理解并記憶，同時在課堂上參與教師師組織的課堂教學活動，專注于較高層次的認知學習，即應用、分析、評價和創造。因此，線上教學和線下教學的有機結合是提高學習效率、培養創新能力的有效途徑之一[5，6]。該教學模式增加了教師的工作量，需要教師在整個教學活動中跟蹤線上學生的動態，并同時組織生動活潑的課堂教學活動，需要教師全身心投入，當然，對于學生而言必須在課前進行線上預覽并回答創新性科學問題，雖然增大了學生的學習任務，但在課堂活動中教學效果明顯提高，學生回答問題踴躍，并且積極地提出自己的見解，也有部分同學能夠發揮主觀能動性，進行大膽的設想，提出科學問題。因此，這種線上與線下結合的教學模式對于培養學生自主學習能力，轉變學生傳統的被動學習方式有著顯著的提高。

本次高等細胞生物學教學改革以創新性問題為主導，在已有經驗的基礎上[7]，讓學生在掌握基本細胞生物學理論的基礎上，培養學生進行創新性思維的能力，同時采用混合式的教學手段，發揮線上和線下教學各自的特點，揚長避短，更有效地啟發學生思考，為學生開始科學研究提供了良好的基礎。我們也將在將來的教學中繼續探索，不斷完善教學手段。

參考文獻

[1]李遠婷，安登第.翻轉課堂在細胞生物學教學中的應用[J].中國細胞生物學學報，2019（6）：1121-1126.

[2]Martinelli SM，Chen F，DiLorenzo AN，et al.Results of a Flipped Classroom Teaching Approach in Anesthesiology Residents [J].J Grad Med Educ.2017（4）：485-490.

[3]李鋒，朱蕙霞，賈惠，等.獨立學院醫學生物化學混合式教學探索[J].江蘇科技信息，2016（30）：37—38.

[4]羅彩林，羅婉妹，鄭晨娜，等.線上線下組合教學在生物化學課程中的應用[J].廣東職業技術教育與研究，2017（3）：55-57.

[5]董秀，王淳，王彩霞，等.細胞生物學開展翻轉課堂教學模式的改革與實踐[J].基礎醫學教育，2017（4）：246-248.

[6]Sonnen BE.Notes on continuing education：Bloom's theory of school learning.J Contin Educ Nurs.1981（1）：suppl 1-4.

[7]楊英.E-learning教學平臺在現代生物學實驗技術課程教學改革中的應用[J].高等理科教育，2019（1）：89-92.

Preliminary Studies on Teaching Reform of Advanced Cell Biology

YANG Ying，ZHU Chun-feng

（School of Life Sciences，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

Abstract：The course of Advanced Cell Biology is one of the required courses of biology graduate students and the major subject of initiating scientific research.The emphasis of the teaching reform is focusing on improving teaching method，enhancing teaching quality and increasing student interest in learning.The purposes of teaching reform of Advanced Cell Biology aim to promote the brain storm through setting initiative questions and develop students' ability of thinking creatively.

Key words：Advanced Cell Biology;teaching reform;teaching method