生物工程專業細胞生物學教學改革與應用

劉小剛　王瑩　周新明　茍斌全

摘? 要：細胞生物學是生物工程的專業必修課，也是該學科領域內的重要基礎理論課。針對當前不同學科交叉融合、相互滲透、快速發展態勢，考慮到生物工程專業的培養目標、專業特色和新時期學生特質，結合筆者多年從事細胞生物學的教學經驗，就如何激發學生學習潛能、提高學生分析問題與解決問題的能力、開拓學生思維與視野，并在教學中涵養學生人文情懷，對細胞生物學教學內容和教學模式進行改革探索，以適應社會經濟對創新型、高素質人才的需求。

關鍵詞：生物工程? 細胞生物學? 教學模式? 教學改革

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）09（b）-0156-05

Teaching Reform and Application of Cell Biology in Bioengineering Specialty

LIU Xiaogang? WANG Ying? ZHOU Xinming? GOU Binquan

（Beijing Institute of Technology（ Zhuhai）， Zhuhai， Guangdong Province， 519000 China）

Abstract： Cell biology is a required course for bioengineering majors and an important basic theoretical course in this field. In view of the current situation of cross integration， mutual penetration and rapid development of different disciplines， taking into account the training objectives， professional characteristics and students' characteristics in the new era of bioengineering， and combined with the author's years of teaching experience in cell biology， this paper discusses how to stimulate students' learning potential， improve students' ability to analyze and solve problems， and expand students' thinking and vision. And it also cultivates students' humanistic feelings in teaching， and reform and explore the teaching content and teaching mode of cell biology， so as to meet the needs of social economy for innovative and high-quality talents.

Key Words： Bioengineering; Cell biology; Teaching reform; Teaching model

細胞生物學是支撐現代生物工程發展的基礎學科，在學生的知識結構體系中占有重要的地位[1]。近年來，與專業相關的學科括包分子生物學、生物物理學、計算生物學等快速發展，并進一步交叉融合，快速推動了學科的研究與應用，在微觀水平上對生命活動規律認識達到了前所未有的廣度與深度，細胞生物學形成了一門專業性極強的學科。細胞生物學成為生命科學領域中最活躍、最富有發展前景的學科（見圖1）。作為一門基礎性學科，細胞生物學在生物理論研究、工程應用開發、藥物與健康研究等諸多領域發揮著引領作用。這一形勢的發展給教學工作帶來緊迫性：如何培養人、培養什么樣的人，不僅關系著學生個人成長與發展，同時也涉及國家的發展戰略。眾所周知，國家的競爭，是技術的競爭，而技術的背后，實質是教育的競爭，而教育的背后，又是思維與理念的競爭。

在細胞生物學教學全過程中，尋求專業知識、人文情懷和審美意識的結合，將能力培養、價值塑造和品德陶冶交互融合，從而實現全人教育的理念，也是專業能力和思想品德全面提升的構想[2]。從中國哲學文化來看：形而上者謂之道，形而下者謂之器。專業技能的訓練其終極目的是辯證統一的。也就是說，技能的培養，就是“器”;而人文情懷和審美意識就是“道”。“器”的探究是為了追尋“道”，而“道”的思考是為了引領“器”。兩者是相互交織、互為因果，是不可分割、相互統一的。這不僅是中國文化教育傳統中所一貫秉持授業與傳道并重的理念，所謂厚德方可載物，從辯證唯物主義的觀點來看，客觀世界是物質的，也是普遍聯系的[3];事物的發展是螺旋式上升的，傳統的課堂教學將思想教育與技能培養分塊進行，以期通過專門學習，實現育人的目的。現實的情況是：單純的思想教育顯得枯燥乏味;而片面的專業技能訓練，卻又會使部分學生失去目標而茫然;其結果必然會事倍功半，也必然會使教育異化與扭曲，顯然是不可取的。品德培養與專業訓練交互融合，不僅是當下時代的要求，更是教師教書與育人的本質要求。在當下全球高度競爭的格局中，教育教學不僅關系著個人成功，更關乎國家戰略目標。這一目標的實現，教師需要透過自己的長期的學習與積淀，不僅需要深入研究專業課程細胞生物學，而且需要領悟中國傳統文化和辯證唯物主義，在講授細胞生物學的專業課程訓練過程中，以中國特有的文化語境與富有哲理的闡述引領學生的思維，開啟學生追求智慧之美，這應該是教育的本質。

1? 教學目標

教學目標是指教學活動中所期待得到的學習結果，在教學活動中起著至關重要的作用。在細胞生物學授課前，教師需要鄭重地告知學生：“凡是預則立，不預則廢”，目標與方向的極端重要性。筆者認為，細胞生物學課程教學承擔著3個方面的使命：第一，通過細胞生物學深入細致的學習，掌握該領域基本理論、相關的實驗技術和細胞生物學思考問題的方法;第二，通過該課程的學習，理解生物學研究和實驗一般方法與原理，也就是方法學的訓練;第三，細胞生物學的學習不是以課程結束為目標，不能以細胞相關知識的獲取作為終點，細胞生物學課程是今后學習與研究的起點。辯證唯物主義認為：世界是發展的、變化的、運動的。細胞生物學的教學目標隨課程學習深入，也在步步深化與發展。通過細胞生物學這一“窗戶”的打開，看到生物學領域內高遠的目標，需要努力攀登，而這些問題的解決，需要方法與工具的創新。細胞僅是研究對象，只要能夠解決細胞生物學問題就是好方法，譬如蛋白三維結構高精度計算、基于圖像識別癌細胞的篩查、人工智能輔助藥物篩選等。細胞生物學的學習，不是把思維與方法限制在細胞生物學教科書與實驗手冊上，而是以此作為平臺和基礎，不斷攀登和超越。唯有如此，學科才能創新與發展，學生才能肩負使命與擔當。這也是中國傳統文化中所提倡的“君子不器”，不能畫地為牢[4]。為了幫助學生樹立這一觀念，克服學習交叉領域畏難心理，筆者以身作則，帶頭示范，自學計算機編程、科學計算原理的目的在于告知學生：“在當今社會，不斷創新，終身學習是立足與發展的根本。”教師要在專業課上課前，開宗明義、濃墨重彩地將教學的基本目標宣講給學生。

2? 教學內容

2.1 教材分析

教材是教學活動的依據，當今信息化時代的背景下，教材的概念已發生歷史性大變革，由傳統的二維紙質版發展到電子、視頻和課程網站結合的多維、立體、信息密度大的綜合體。教材的選擇必須科學細致，既要從教材本身去做分析，也要考慮使用者的行為習慣去綜合考慮。在開課前，筆者通常做以下3點說明：一是把所選擇教材動機以及依據做簡單闡述;二是對教材比較研究和學生閱讀統計分析一般原理做說明;三是如何分析教材的難點與重點問題。這樣做的好處在于學生在開課學習前對教材內容框架有整體認識，與此同時，學習了文獻調研方法，也有利于學生參與大學生科研立項工作。筆者從美國國立衛生研究院所屬PUBMED數據庫檢索2020年細胞相關論文發現：膜生物學、細胞核、跨膜信號轉導、細胞周期與癌細胞以及干細胞是目前研究熱點領域（見圖2）。細胞研究在取得突出進展的同時，與其對應的教學工作中所使用的教材，也在快速更新與增補。筆者對于當下國內外細胞生物學教材進行計量分析表明：相比于國內外其他教材，丁明孝著作（第5版）指標體系大部分處于優勢，內容新穎，所引用的參考文獻集中分布在2001—2017年，圖片精美，數據詳實，顯示出作者對于教材更新的高度重視（見表1）。與此同時，該教材使用單位較多，有可供在線學習精品課程網站。因此，生物工程教研組選擇丁明孝（第5版）的著作作為參考書。

2.2 數碼資源

計算機與信息技術的發展，深刻影響并改變了教學資源的開發與利用的方式，已經超越傳統意義上圖書館。筆者通過大學生閱讀方式進行問卷調查（見圖3），發現新時代學生閱讀習慣有了顯著的變化。數碼與電子資源是當代大學生知識獲取的重要方式，對于細胞生物學而言，學生充分利用好各種線上與線下的平臺，就課程學習而言，獲益匪淺。為了提升課堂教學，該文推薦下列在線資源作為教學補充內容的一部分，供學生參考學習與使用（見表2）。

3? 教學方法

教與學是一個硬幣的兩面，它們各自發展軌跡和邏輯聯系是教學理論的核心。對于教師的課堂講授，其展開過程是清晰的、明確的，其指向也是有針對性的，但其研究卻相對較少;而學生學習歷程顯然復雜的多，學生學習既可以脫離教師教學軌跡獨立發展，也可以和教師教學形成強烈的共振，對其研究卻又豐富的多[5]。筆者認為，教學方法的靈魂是教學策略，也就是在教學開展過程中，在邁向教學目標的過程中，如何引導學生學習軌跡的問題。這一任務的實現是在對學生學習軌跡的判斷基礎上，并且采用現階段學生耳熟能詳的詞匯，以及該民族所特有的語言文字去闡述教學策略，唯有如此，才會展現出教學策略的強大影響力，取得學生認同，教師的教學驅動才會轉化為學生學習驅動，進而實現二者的互動，從而高質量完成教學目標。這樣的教學超越了知識的獲取，更是思維的訓練，也是智慧的提升。

3.1 課堂教學

課堂教學管理是現代教學工作必備的環節。上課之初，首先在教學平臺上建立課程教學群。上課考勤工作，可以通過平臺來快速完成;作業布置與批改通過平臺來完成;學生的學習動機、知識結構和專業分布，亦可通過平臺程序對學生進行問卷調查，作為課堂教學依據。在課堂教學中，生物工程教研組將細胞生物學相關知識歸納整理，形成邏輯嚴密、層層遞進的啟發性問題。在課堂教學中，以圖片、動畫和文字所制作的多媒體平臺展開課堂內容[6]，所采取的教學策略為啟發與思考，并且告知學生“學而不思則罔”，以此來激勵學生。

3.2 在線輔導

在課堂學習中，學生已經對基本概念和理論有了初步的認識。筆者對傳統的簡單答疑進行變革，采用線上輔導的方式來進行。輔導內容有兩個方面：一方面選擇經典的、有代表性的細胞生物學案例，組織學生討論[7]。另一方面，選擇教材中難點與重點問題，進行提問，并將回答質量作為學生平時成績主要參考依據，激勵學生在學習過程中發揮積極性與主動性。

3.3 課后作業

課后作業是課堂教學延續，作業的質量十分關鍵。作為課后作業的一部分，教師要求必須完成的任務是撰寫章節概要。概述的字數要求在1 500字，并且在概述中需要用計算機繪制示意圖。這種要求的目的在于一方面能使學生將教材中核心內容做到深刻理解;另一方面通過專業軟件學習與使用，能夠提升學生的計算機應用能力，而且也是將來科研論文所必備的技能。最后教師篩選一些經典的考研習題，提供給學生，作為練習提升。這樣學生通過課后作業的練習，其能力水平均有大幅度提升。

3.4 實驗教學

實驗教學在細胞生物學整個教學活動中占有相當重要的地位[8]。為了提升實驗課的教學質量與教學效果，實驗教學采用線上與線下混合教學模式。在進入實驗室操作之前，學生可通過在線平臺預習，對于實驗所用到儀器設備進行針對性學習;對于整個實驗流程，學生可以觀摩視頻進行學習;在此基礎上撰寫實驗預習報告，并繪制思維導圖。在線平臺的小測驗表明：學生對于實驗原理清晰準確;在實驗教學過程中，教師示范講解，并及時對學生答疑解惑，可以觀察到學生的實驗操作能否做到標準化、科學化;實驗結束后，教師發現：學生所提交報告邏輯嚴謹，用語準確，層次分明。

4? 教學評價

教學評價是依據教學目標對教學過程及結果進行價值判斷并為教學決策服務的活動，是對教學活動現實的或潛在的價值做出判斷的過程。該文分為兩個層面：一方面，筆者舉行學業沙龍，把學生的學習情況、考試答題情況進行總結分析;與此同時，聽取學生學習心得，并且與學生就學習、未來個人發展交流活動。另一方面，則是教研室內部教學活動，專業課教師就教學展開討論，相互借鑒與學習。

5? 結語

細胞生物學作為的一門重要的基礎課，一方面，課程教學工作關系著生物工程專業教學中核心內容。通過線上線下的混合式教學，突破了傳統教學在教學方式與內容的局限，實現教師的教學軌跡與學生學習軌跡融合共振，高效提升了學生學習的效率;而在內容上要緊跟時代的發展，使學生及時理解最新的理論知識，掌握最新的實驗技術，培養學生扎實的理論功底與創新能力。另一方面，課程教學工作也承載著啟發學生專業學習的興趣，以及人文情懷的塑造。通過學生喜聞樂見的詞匯，以及中國文化所特有的語境，在啟發學生思考的同時，培養學生奮發有為的意識，促進學生健康的成長與發展，以實現培養有中國特色意識、有擔當、高素質的生物專業人才的教學目標。

參考文獻

[1] 齊文靖，卜慶盼，莫金鋼，等.細胞生物學課程教學改

基金項目：北京理工大學珠海學院2018年度一般教改課題（項目編號：2018012JXGG）

作者簡介：劉小剛（1975—），男，碩士，講師，研究方向為細胞生物學。