現(xiàn)代智慧教學方法在“細胞生物學實驗技術”課程建設中的應用

孫英健 劉曉曄 楊佐君 吳 瓊

（北京農(nóng)學院動物科學技術學院 北京 102206）

“細胞生物學”是生物學領域的重要基礎性學科，研究生階段的“細胞生物學實驗技術”的教學著重于前沿研究的需求，學生需掌握的實驗技能復雜程度高[1]，不僅要求學生對細胞生物學理論有更系統(tǒng)的理解，還要求學生能靈活運用實驗技術開展實驗研究。由于前沿研究及最新實驗技術的掌握難度大，而傳統(tǒng)的實驗教學因學時、硬件條件、學習能力等因素限制，基本技能訓練需要的步驟煩瑣、更長的時間和更多次實踐才有可能掌握，教學難度較大，因此影響了學生對現(xiàn)代生物學技術的掌握、實踐與應用，也阻礙了學生在研究過程中創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高。如若提高教學質量和學生學習效率，必須對傳統(tǒng)生物學實驗教學內容和方法進行改革。公共衛(wèi)生事件突發(fā)以來，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”“雨課堂”等智慧教學平臺建立的線上、線下混合式教學模式，以學生的收獲為目標，將多種現(xiàn)代教學手段有機結合，靈活運用，對教學內容進行拓展和補充，幫助學生構建生命科學研究的方法體系，調動學生學習積極性和主動性，使學生獲得更為系統(tǒng)、全面的技能訓練[2-3]，為研究生在實踐和科研過程中由表及里開展研究提供技術支持。

1 基于“雨課堂”智慧教學平臺應用的課堂教學

1.1 引入在線優(yōu)質課程，夯實基礎，提高學生自主學習的能力

細胞生物學理論是學習掌握“細胞生物學實驗技術”的重要基礎，在學習過程中要培養(yǎng)學生舉一反三的應用能力和創(chuàng)新精神，夯實基礎理論是必需的前提條件。因此在教學中，教師首先要了解每一屆學生對細胞生物學的掌握程度，同時充分研究和運用教材知識結構，合理規(guī)劃教學內容，突出教學重點和難點；其次，通過“雨課堂”教學平臺引入清華大學《細胞生物學》在線優(yōu)質課程，根據(jù)實驗課程內容精心挑選理論章節(jié)，在課前、課后向學生推送預習課件、復習課件、習題測試、拓展視頻學習等學習內容，給學生課下適當增負[4]，一方面讓學生根據(jù)自己的掌握程度，補上各自基礎知識的短板，同時培養(yǎng)學生的學習興趣，增強自主學習能力，自我管理能力及舉一反三的能力。另一方面，使老師能及時掌握學生學習情況和知識點的掌握程度，以利于實驗方法理解和掌握。例如，細胞的超微結構是研究細胞生物學實驗的主要內容，在教學中先將線上課程中線粒體、溶酶體、內質網(wǎng)等細胞器的結構與功能制作成視頻課件，推送給學生進行線下自學，加強重點知識的學習掌握，并將知識點制作成測試題緊隨其后，以方便學生在自學后自查；同時制作學習測試卷，進行課上測試，強調重點，并對難點進行重點講授，在此基礎上開展講授細胞器相關的實驗技術，及在研究中的應用，使學生深入理解應用細胞生物學實驗技術與可解決的科學問題相互關系。

1.2 應用“雨課堂”智慧教學平臺，注重課堂教學效果提高

通過“雨課堂”智慧教學平臺，利用“雨課堂”的優(yōu)勢，教師根據(jù)反饋、針對出現(xiàn)的問題在課堂教學中對突出的問題進行講授，并設計問題結合測試、彈幕、隨機點名等方式使學生在課堂上跟隨教師的教學節(jié)律[4]，提高學生課程中的“抬頭率”和課堂教學效果，活躍課堂氣氛；選取小的方向或熱點課題，讓學生分組討論并帶著問題查閱相關文獻資料，了解學科前沿動態(tài)，并整理制作成簡短的PPT課件，在課堂上進行講解和討論。培養(yǎng)學生的學習熱情、分析和應用能力。在培養(yǎng)學生牢固掌握專業(yè)知識的同時，也培養(yǎng)學生具有良好的表達能力、分析問題、解決問題的能力，真正體現(xiàn)以學生發(fā)展為中心的教育理念。

1.3 注重“過程性”學習與考核評價，培養(yǎng)良好的學習習慣

基于“雨課堂”智慧教學平臺，科學建立課程內容的教學體系，形成了“雨課堂”的過程性的評價體系。在手機端發(fā)布的課前預習課件、知識點復習課件、階段性測試試卷以及課程運行中的測試、提問和互動，均可形成學習記錄，實現(xiàn)了有效的監(jiān)督、管理全部學生的學習過程，也為教師提供了每位學生“課前—課中—課后”的學習數(shù)據(jù)，使教師及時掌握學生情況，通過發(fā)出學習預警和學習優(yōu)秀的評價，促進學生良好學習習慣的養(yǎng)成。同時將雨課堂記錄作為考核評價的重要組成（占比60%），使學生重視學習過程，促進了教學效果的提高。

2 線上實驗與線下實驗相結合的實驗教學實踐

實驗在生命科學專業(yè)課程體系中具有重要地位，在研究生的實驗課程教學中不僅要掌握基本實驗技術，還要介紹新技術，讓學生掌握技術的原理與方法的同時能順利完成實驗，并且能在應用過程中培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力[5]。但是，傳統(tǒng)實驗對基本技能的訓練與新技術的實踐無法兼顧，引入虛擬仿真實驗教學內容，通過線上線下混合式教學有利于快速掌握基本技能的要點，拓展學生的視野。

2.1 虛擬仿真實驗與線下實驗相結合

虛擬仿真實驗是利用Flash3D技術，將實驗的基本要求和目標進行細化分解，學生通過在線上虛擬仿真實驗的觀看和操作學習，掌握實驗過程的要點，實現(xiàn)反復學習實驗操作技能的目的，并且能在短時間內多次完成復雜的實驗過程，彌補了傳統(tǒng)實驗教學中的不容易實現(xiàn)的實驗。國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺為廣大師生提供了多種虛擬仿真實驗資源[6]，學生在登陸“國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺”還可自主體驗學習其他的虛擬實驗，激發(fā)學生的學習興趣。在實驗教學中我們將研究生的實驗分為基本技能訓練和綜合實驗兩類，基本技能訓練將線上虛擬仿真實驗“動物細胞傳代培養(yǎng)”和線下實際實驗相結合，在講授細胞培養(yǎng)的關鍵技術和要求后，介紹虛擬實驗的目的，以及虛擬實驗的操作方法、考核要求等，學生先完成線上的虛擬實驗后，在掌握細胞培養(yǎng)的基本技能和要求的同時也糾正了不良的操作習慣，為線下實驗的成功增加了信心和實踐動力。然后，再結合自己科研內容，培養(yǎng)一種細胞，完成細胞的復蘇、培養(yǎng)和凍存的操作，極大增加了實驗的成功率，縮短了實際訓練的時間。

細胞生物學的一些前沿的實驗屬于綜合性實驗，實驗的復雜程度高、難度大，有的需要使用昂貴的大型科學儀器設備如電鏡、激光共聚焦成像系統(tǒng)等，有的需要很長的時間才能完成。虛擬仿真實驗則顯示出獨特的優(yōu)勢，如虛擬仿真實驗教學項目共享平臺上的“單克隆抗體的制備”的虛擬實驗的學習，不僅節(jié)省了教學成本、也節(jié)省了實驗時間，線下4-6個月完成的實驗，可以在一周內在線上的反復體驗，是學生真是體驗了細胞生物學實驗的難度和學習要點，對于完成線下實驗如細胞活性檢測、細胞免疫熒光、細胞蛋白質檢測等，能正視實驗的要求、增加了實驗積極性和成功的信心。師在線下實驗結束后，師生就實驗中已經(jīng)出現(xiàn)和可能出現(xiàn)的問題進行分析討論，幫助學生掌握實驗出現(xiàn)問題的解決方法。通過實驗教學，提升學生的觀察能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，激發(fā)學生對生命科學研究的興趣和靈感，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新和實踐能力。

2.2 以問題為導向的實驗設計培養(yǎng)科研素養(yǎng)

研究生科研創(chuàng)新能力的提升是研究生培養(yǎng)的目標之一，對于研究生而言，實驗的訓練課促進學生操作信心和操作能力的提高，然而要提高學生分析問題和解決問題的能力，需要培養(yǎng)學生具備敏銳的觀察能力和科學問題的凝練能力，以及為解決科學問題的設計研究方案和實驗設計的能力[3]。因此在課程建設中將凝練科學問題和實驗設計作為本門課程的主要內容之一。教師通過布置學習任務，讓學生圍繞細胞的生長增殖、衰老損傷、細胞周期、凋亡壞死等事件結合研究內容設計一個研究方案，學生通過查閱文獻，運用所掌握的實驗設計及結果分析方法，自主選擇材料方法并設計實驗，最后以報告的形式呈現(xiàn)。教師在課程中安排學生用PPT的形式匯報研究的目的和研究方案，并引導學生探討要解決的問題是否明確？研究方案對擬解決的科學問題是否能提供支撐？實驗設計是否合理？如何分析實驗結果？等，并對實驗方案進行改進。在此過程中培養(yǎng)學生具有認真、嚴謹?shù)目蒲泄ぷ魉仞B(yǎng)。

3 以典型案例為引導，開展思政教育

“課程思政”育人是目前課程建設的重點內容。經(jīng)分析“細胞生物學實驗技術”課程的特點，將本課程的思政點聚焦在的尊重生命、甘于奉獻、腳踏實地的做人做事，以誠信之心做研究。通過挖掘課程中的案例將融入到本課程的教學中，如在講到細胞器的形態(tài)與功能檢測方法時，以“開胸驗肺”事件為引，引入“溶酶體與矽肺病”的案例，從矽肺病的發(fā)生發(fā)展與轉歸，講授溶酶體損傷在該病中起到的作用，了解溶酶體的作用和檢測方法，同時引導學生深入理解基礎研究對臨床診斷的重要意義，使學生認識生命的本質，培養(yǎng)學生尊重生命、基礎研究需要腳踏實地的人才[7]。在文獻學習和閱讀中在指導學生學習實驗方法和研究思路同時，引導學生重視誠信是研究所必需品質。此外，通過關注歷年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的獲獎者將其作為案例引入課程教學中，使學生在了解科學巨匠的研究成果的同時學習認識到科研創(chuàng)新的基礎不僅是知識的積累，更是科學素養(yǎng)的不斷提高[8]。使思政元素有機融入課程教學過程中，形成了隱性思政育人的教學模式。

4 結語

現(xiàn)代研究生課程“細胞生物學實驗技術”的課程建設，首先要能將現(xiàn)代教學方法、考核評價方法融入到教學過程中，加強師生互動，促進學生自主學習和課外交流；其次，要能充分利用開放的教學資源，如網(wǎng)絡課程、虛擬仿真實驗，以提高學生的能力和收獲；第三，教師要挖掘思政元素有機融入到課程教學的各個環(huán)節(jié)，形成“潤物細無聲”的思政育人的目標。