互聯網背景下案例教學法在“分子生物學”課程中的應用實踐

韓 葉，畢 陽，張玉斌，朱 艷，宗元元

（甘肅農業大學食品科學與工程學院，甘肅蘭州 730070）

案例教學法是一種通過在教學過程中引入適當的案例，由授課教師指導學生經過預習、討論、總結等，最終高效掌握相關理論知識的教學方法.案例教學法最早是由哈佛商學院提出，20世紀末引入我國，目前不僅在商學、醫學、法學等教育領域運用廣泛，在工科領域也逐漸開始實施[1-3].作為一種啟發式教學方式，案例教學法因具備趣味性和典型性，可有效激發學生的學習興趣，提高學生應用理論知識解決實際問題的能力，改善傳統教學方式中學生厭學、學習效果差等現狀[4-5].

“分子生物學”作為生物工程專業的一門基礎必修課，主要研究對象是DNA、RNA 與蛋白質，為其它生命科學相關課程提供了必要的理論知識和基本的實驗技能，在推動我國生物技術產業的發展、生物醫藥產品的研發等領域具有至關重要的地位.因課程內容多集中在分子水平，沒有實物參照、較抽象，又需掌握許多專業名詞，傳統的線下講授方式學生不易理解，教學效果難以提升[6-7].

因此，為了更好地提升教學效果，將案例教學法結合“線上線下”混合教學模式引入生物工程專業的“分子生物學”課程教學中.

1 混合式案例教學法的優勢

在互聯網背景下，“線上+線下”混合教學模式相比傳統的線下教學具有明顯的優勢.

（1）借助線上教育平臺，學生可獲取更豐富的教育資源.其中，線上案例資源庫、討論區、答疑區等的建設，有利于學生自主開展預習、討論、總結等學習活動.

（2）線上平臺的運用，可解決傳統案例教學法中課堂時間占用過多、課程進度緩慢等問題[8].

（3）近兩年諸多的時事熱點問題涉及到分子生物學相關的知識，也有利于案例教學法在“分子生物學”課程教學中的開展.例如，用以早期篩查豬群中是否有非洲豬瘟病毒感染的方法，涉及分子生物學中的實時熒光定量PCR 技術.類似地，新型冠狀病毒肺炎病毒的來源、是否發生突變、疫苗研發過程等領域也涉及分子生物學中生信分析、測序比對、載體構建等方面的內容.

通過利用“清華教育在線”網絡教學綜合平臺（甘肅農業大學在線教育平臺）建立線上案例資源庫，采用課前線上案例引導預習、課堂重點案例討論總結、課后線上平臺解答疑問等過程，將案例教學法結合“線上+線下”混合教學模式運用于“分子生物學”的教學活動中.實踐發現，混合式案例教學法打破了傳統的教學模式，在“分子生物學”課程教學中具有不可替代的優勢：

（1）混合式案例教學法激發了學生學習的積極性.選擇具有趣味性和啟發性的案例，同時結合當前時事熱點，明顯提高了學生學習的主動性，學生的學習主體性體現比較充分.

（2）案例教學法提高了學生的實際應用能力.所選案例往往貼近生產和生活，學生通過案例教學法掌握的理論知識，更容易舉一反三，應用到相關領域的實際生產中.

（3）案例教學法能夠提高教師的教學水平，促進教學改革.以往教師習慣采用“滿堂灌”的傳統教學方式，教學效果欠佳，學生的學習動力不足.采用案例教學的教學模式，教師將抽象的理論知識具象化，有利于學生理解運用，調動學生學習的積極性，有效提升教師的教學水平.

（4）這種“線上線下”的混合教學模式也解決了傳統案例教學法中，課堂案例教學時間過長、課程進度緩慢等問題.

2 線上案例資源庫的建設

2.1 素材的收集

通過認真解讀“分子生物學”課程標準，結合教材內容和大綱要求，制定明確的教學目標和教學重、難點.在此基礎上，首先利用教材和相關參考資料收集案例素材.教材中往往有不少經典圖片或者事例，可以將這些資源進一步擴充利用.同時也可以查缺補漏，理清哪些知識點尚需補充案例.然后通過互聯網檢索關鍵詞收集案例素材，根據教學要求篩選檢索結果，選擇合適的內容作為案例資料.檢索的素材有些是分子生物學領域的前沿成果，例如利用轉基因技術獲得紅肉蘋果果實，這些科研成果可以有效激發學生的學習動力.最后還可以通過生活實踐收集案例素材，如核酸檢測篩查新型冠狀病毒肺炎陽性感染者，就利用了分子生物學中的PCR 技術.

2.2 線上案例的選擇

收集到的案例素材并不一定全部適用于教學，需要進行反復推敲.用以教學的線上案例資源需要具備以下特點：

（1）問題性和啟發性.線上教學案例應當符合學生認知水平，案例中包含的問題過于簡單，學生會失去興趣，過于復雜，容易挫傷學生的積極性.同時，案例應當具備啟發性，激發學生主動思考，通過預習、討論與總結，最終掌握相關知識.

（2）趣味性和簡潔性.線上教學案例應該盡量貼近生活，與學生們的經歷相符.所述案例也應簡潔，課堂教學時間有限，重點案例若太冗長將不利于教學進度的開展.

（3）時效性和典型性.案例要緊跟時事熱點，過于陳舊，不利于吸引學生的注意力.比如，近年來新型冠狀病毒肺炎疫情方面的問題，學生本身關注較多，以此為例可提高學生興趣.案例還應具備典型性，通過一個案例就能將要學習的知識點涵蓋，學生理解后還可以舉一反三，提高解決實際問題的能力.

針對上述要求，分子生物學線上教學案例的選擇主要包括三方面的內容：

（1）研究背景及科研故事.分子生物學很多理論知識是科研工作者通過提出設想、試驗驗證得到的，雖然理論知識比較抽象，但研究的背景及其中的科研故事往往富有戲劇性.例如，肺炎雙球菌轉化試驗，創造性地將無毒R 型菌的核酸導入到加熱滅活的有毒S 型菌中，注射小鼠竟然感染肺炎死亡，進而證明了DNA 是主要的遺傳物質.再比如，DNA 雙螺旋結構的發現，首先是根據DNA 晶體照片提出了雙螺旋結構的假說，后來進一步通過X 光衍射試驗證明了猜想，完美解釋了生物如何保障基因的穩定遺傳.

（2）時事熱點話題.分子生物學中的理論知識與實驗技術和生活實際息息相關，緊跟時事熱點，可以獲得有吸引力而又新穎的案例.比如，“基因編輯嬰兒事件”不但涉及分子生物學的前沿技術——基因編輯，而且針對艾滋病基因功能的研究也包含其中.近年來，新型冠狀病毒肺炎疫情蔓延下，人們的學習、生活、工作甚至日常出行都受到影響，其中涉及到的分子生物學知識更易引起學生們的興趣.如科學家利用了分子生物學中的測序技術發現新型冠狀病毒肺炎的病毒已變異.

（3）生物自身有趣的分子機制.生物體在分子層面上有很多有趣的機制，這些大自然進化的杰作、形形色色的生物學現象，令人拍案驚奇.比如，根據彩色玉米籽粒顏色的“跳躍性”和“無規律性”現象，科學家發現了轉座子這種“跳躍基因”，打破了人們對生物遺傳的認知.而DNA 的復制過程堪稱小型加工廠，多種酶各司其職，有條不紊地生產新的DNA 分子.可以通過動畫模擬該過程，將“拓撲異構酶”比作先鋒隊，由它開展解螺旋工作；將“DNA 聚合酶”比作勞動模范，一點一滴加入新的核苷酸，使得DNA 新鏈延長；將“DNA 連接酶”比作縫補匠，使短鏈DNA 分子“岡崎片段”最終連接形成長鏈.

2.3 案例的加工

案例經素材收集與篩選后，需要進一步加工才能作為成熟的教學資源使用.根據載體形式不同，案例可分為文字型、圖表型、視頻型三種，應針對不同的案例，選擇合適的表現形式，以達到最優的教學效果.故事性強的案例往往采用文字呈現，這類案例的加工以word 文檔編輯為主，文字型案例占案例資源的一半以上.而具體的實驗結果或者生物現象，可采用圖表展現，將抽象的理論具象化.復雜的生物學過程則可通過視頻形式展現，比如瓊脂糖凝膠電泳選用視頻案例演示操作過程，在“DNA 復制”章節則選用動畫案例來模擬復制過程.

案例加工時還需設置合理的問題，問題應具有啟發性，激發學生的求知欲.同時，問題也應涵蓋相應的知識點，利于學生理解和掌握理論知識.通過利用甘肅農業大學在線教育平臺建立了分子生物學線上案例資源庫，經收集、選擇、加工后，形成成熟的案例入庫，并根據教學實踐效果和時事熱點定期更新和維護.

3 混合式案例教學法的實踐

3.1 課前線上案例引導預習

教師根據“分子生物學”的教學大綱和教學目標，從線上資源庫中選擇多個有針對性的案例，利用甘肅農業大學在線教育平臺提前一周發布預習任務.預習任務包括解答案例中的有針對性問題，同時對需要討論的主題明確提出.學生自動分組，小組成員分工查閱資料，開展課前預習和討論.各小組針對討論時出現的問題，在線上平臺的討論區留言，鼓勵學生跟帖回復、暢所欲言.比如，在“染色體與DNA”章節的線上導學部分，選擇“為什么種瓜得瓜、種豆得豆？”的案例，引導學生思考生物遺傳的物質基礎是什么？并要求學生就“如何證明DNA 是生物的主要遺傳物質”這一主題開展小組討論.

3.2 課堂重點案例討論總結

教師課堂簡述案例內容，引導學生關注需要掌握的知識點.針對其中的重點案例，安排各小組匯報討論結果，教師對匯報內容進行點評，進而提煉知識點，結合重點案例講授理論知識.這一步驟是“分子生物學”運用案例教學法的關鍵，教師要參與到小組的討論和匯報中，有技巧地引導學生開展“頭腦風暴”，鼓勵大家自主思考問題、解決問題、總結答案.此外，也要適當指出學生匯報的不足之處，尋找相應的改進方法，更利于下一次課堂討論重點案例的進行.例如，在“DNA 重組技術”章節中，選擇“轉基因抗蟲棉的獲得過程”作為重點案例，通過課前預習、課堂小組匯報討論、教師講解總結等過程，讓學生對于DNA 重組技術的原理與過程有更形象、具體的理解和運用.

3.3 課后線上平臺解答疑問

學生課后可在線上平臺的答疑區留言，對有疑問的教學內容進行提問，并對教學過程給予評價.教師根據答疑區留言內容進行線上答疑，將重要性或共同性的問題置頂并推送各位同學閱讀.同時，教師根據學生對教學過程的評價，分析案例的適用性及不足之處，對教學案例適時更新.例如，在瓊脂糖凝膠電泳分離核酸的實驗中，學生通過課前觀看視頻案例、課上動手實踐操作后，仍有部分學生的實驗結果不理想.學生們通過線上平臺的答疑區上傳有問題的電泳圖，教師分析實驗失敗的原因，線上提供解決方案，并將需強調的實驗細節置頂并推送每個學生.

3.4 期末教學實踐效果分析

混合式案例教學法已在甘肅農業大學食品科學與工程學院生物工程專業的“分子生物學”課程中試行兩年，以2018 級生物工程專業的55 名同學為例，分析2021 年3 月15 日至2021 年7 月15 日期間學生的線上學習情況.根據在線教育平臺的統計，學生訪問線上“分子生物學”課程的次數在16～220 次之間，平均訪問次數在100 次以上.學生的在線學習時長在438 min～11463 min 之間，平均在線學習時長在2000 min 以上.授課期間 “分子生物學”線上課程的單日訪問人數最高可達49 人（圖1）.

圖1 學生的線上學習情況統計

從閉卷考試和調查問卷兩方面評價混合式案例教學法兩年的實踐效果.如表1 所示，2018 級和2017 級生物工程專業“分子生物學”的期末總成績較2016 級分別提高8.6%和10.1%，其中主觀題和客觀題的平均成績均顯著提高.同時，調查問卷顯示，77%的同學支持混合式案例教學法在“分子生物學”教學中的運用，82%的同學表示案例教學法有效改善了他們的學習興趣和主動性，72%的同學認為案例教學法提高了他們專業基礎知識的應用能力（表2）.

表1 混合式案例教學法與傳統教學法學生學習成績比較

表2 混合式案例教學法的問卷調查表（N=102）

4 混合式案例教學法存在的問題及對策

（1）線上教學案例庫中的資源不足.案例資源庫建立僅兩年，其中的案例數量尚有待增加，課程組內的師資力量也有待提升.因此，可鼓勵學生參與到案例素材的搜集中，教師則進一步進行篩選、加工和更新案例資源，通過集思廣益來豐富“分子生物學”的線上案例資源庫.

（2）案例教學法對教師提出了更高的要求.無論是線上案例資源庫的建立，還是合適案例的選擇，或者課堂教學中針對重點案例的總結等，都要求教師不但要有專業的基礎理論知識，也要有豐富的實踐應用經驗.教師要在總結教學經驗的基礎上，不斷反思、靈活運用新的教學模式，逐漸提高教學水平.

（3）學生之間的基礎知識差異較大，教師需要平衡好案例教學和傳統授課時間的分配.教師尤其要善于運用線上教育平臺，通過案例資源激發學生的興趣，讓差生也能積極利用線上的學習時間彌補相關的基礎知識.

（4）混合式案例教學法對學生的主動性要求較高，分組討論過程中有“搭便車”的現象.通過優化考核體系，將分組討論作為學生的平時成績之一，以此激勵和引導學生積極參與到分組討論中.

以上問題在今后的“分子生物學”教學實踐中需要進一步優化完善.