研究型挑戰性混合式教學模式探索與實踐
——以“基因工程原理”課程限制性內切酶章節為例

劉春燕，王 嬌

（1.煙臺市蓬萊中醫醫院 護理部，山東 煙臺 265699；2.上海大學 生命科學學院，上海 200444）

引言

新冠肺炎疫情迫使高校暫停了面對面的教學活動，眾多高校采用了在線教學的方式，這是傳統面對面教育無法開展而又要保證教育的連續性的無奈之舉。線下教學有真實場景體驗、易于管理、易于開展多樣化活動等優點，這些都是線上教育所不具備的。2005年就有研究顯示，與面對面教學或者電子學習相比，混合式學習是一種更有效的教學模式。采用混合式方法學習的學生被證明比采用傳統方法學習的學生具有更主動的學習動機。我們借助網絡平臺，將線下的面對面教學與線上教學結合起來，同時，我們在課堂中融入了研究型挑戰性的學習內容，不僅能夠增加學生對課堂知識理解的深度，還能培養學生適應飛速發展社會所需要的深度學習的技能。研究型挑戰性指的是，教師與學生合作，針對某一問題一起探索新知識，教師為學生提供平臺與時間，鼓勵學生嘗試新事物，表達自己的觀點。在基于挑戰的學習中，教師不要介意學生犯錯誤，教師更應該充當一個引導者的角色，與學生一起利用已有的知識去探尋答案。我們的目標是為了學生的未來，讓知識動起來，課堂活起來，思維躍起來。我們在積累經驗的同時，也面臨著一些問題。接下來以“基因工程原理”課程為例分享我們在研究型挑戰性的線上線下混合教學模式中的經驗。

一、“基因工程原理”課程現狀分析

“基因工程原理”課程是生物類專業本科生的基礎必修課程，以培養學生的創新精神和實踐能力為核心，主要學習以基因工程的方法分析解決在基因克隆和編輯研究中的問題，激發學生的愛國主義情懷和使命擔當，培養科研工匠精神。疫情之前，傳統教學模式下的教學主要是教師授課和師生互動，師生互動主要遵循提問—應答—評估的對話模式，即老師問，學生答，最后再由老師評估答案。然而，這種傳統的做法有其弊端：通過強調正確答案限制固定知識、阻礙學生自主思考和持續學習。疫情暴發之后，“基因工程原理”教學不得不采用線上授課方式來開展，這就暴露出在線教學模式存在的問題：（1）缺乏教師的監督，無法保證學生在課堂上始終專注；（2）師生不在同一空間，很難進行實時有效互動。教師無法通過學生的面部表情和實時反饋來判斷學生是否理解了教學內容。（3）在線教學對教學基礎設施有一定的專業需求。

二、研究型挑戰性混合式案例教學的發展與應用

案例教學法是基于問題的學習方法的變體，可引導學生積極參與，從而根據理解建立自己的知識體系。在混合式教學中融入挑戰性學習是“互聯網+時代”的一種創新。現在的學生獲取信息的方式已經不局限于教師授課，他們更習慣通過網絡碎片化時間獲取知識。對教學來說，這既是挑戰，也是機遇，教師可以充分利用互聯網和學生充分交流互動，讓學生參與整個課堂活動。這種模式下，教師不再是單一地輸出，而是積極參與到學生中來，跟學生一起相互學習，共同探索（見表1）。

表1 研究型挑戰性混合案例方法對教學的改善

三、基于研究型挑戰性案例教學的混合式教學環節

（一）教學背景

對于“基因工程原理”限制性內切酶的這一章節，利用網絡平臺，希望學生通過自主性學習和探究性學習，能掌握以下能力：（1）掌握限制性內切酶的發現歷史、科學意義；（2）了解基因工程中常見的限制性內切酶及其分類；（3）理解細菌防御系統的基本原理及應用前景。線上學習了解基本概念與理論、實驗發展前沿等，約占總課時的40%。線下課堂主要是總結難點、答疑解惑，夯實學生的基礎知識，提升學生對知識掌握的深度（見圖1）。

圖1 研究型挑戰性混合式教學應用案例

（二）教學設計與課程學習評價

1.線上教學與課程評價。線上課程設計包括課件、經典案例、視頻及單元測試題等。同學觀看完視頻，完成相關測驗題，并繪制思維導圖，這種形式能夠充分調動學生的思維，幫助學生厘清思路，找到在線學習中尚未完全理解的知識點。讓學生能夠在線下課堂抓住難點，更系統更深入地理解知識。課前教學案例大多簡短但經典，此次案例使用諾貝爾獎獲得者的實驗資料，本課程通過噬菌體侵染大腸桿菌經典實驗的案例引出限制性內切酶的發現；通過限制修飾重現的案例使學生了解限制修飾的應用。基于此，向學生提出問題：如果你是科學家，你的假設是什么？設計什么實驗來驗證你的假設？寫出具體設計方案了嗎？為了回答這些問題，學生除了觀看教師發布的線上視頻，還需要在網絡上查閱資料，以小組為單位討論并上傳本組設計的實驗方案。

2.線下教學與課程評價。線下課堂中教師帶領學生總結線上學習遇到的問題，強調重點難點。開課自然地引出問題：（1）自然界生物的自我保護機制有哪些？（2）在基因工程的操作中，如何解決基因的切割問題？教師引導學生根據線上學習內容和查閱的經典文獻，跟著諾貝爾獎獲得者的腳步，進行分組討論后，由每組代表發表觀點。每個學生的學習基礎有差異，對第一個問題，大多數學生都能回答出動物的保護色或者是趨利避害逃跑機制；第二個問題學生也能簡單回答出基因的切割是由于存在的蛋白酶。

研究型挑戰性的案例教學突出學生的主體地位，教師提出問題引導學生，學生自己討論探索答案，并且要組織語言在課堂上互相交流。教師鼓勵愿意發言的同學，學生的多樣化答案可以開闊教師的教學思路，同時拓寬學生的思維。課堂學習的評價，教師可以綜合多方面考慮，例如課堂研討的積極性和發言的踴躍度；課后提交的實驗思路與實驗方法等。

3.課堂總結。分組討論并發言后，教師對課堂內容進行總結，依據諾貝爾獎獲得者的實驗回顧限制性核酸內切酶的發現發展歷程。限制性內切酶的發現及其分離鑒定在分子學中得到了應用，為基因工程的誕生拉開了序幕，三位主要貢獻科學家Arber、Smith和Nathans獲得了1978年諾貝爾生理或醫學獎。回顧整個歷程，讓學生意識到做科研要善于發現問題、解決問題。此外，科研工作者要知曉本領域最新發展動向，教師要啟發學生了解最新技術，思考這些技術會對我們的社會及生活帶來哪些影響。

4.課后任務布置。Crispr-Cas9基因編輯技術獲得了2020年諾貝爾生理或醫學獎，我們鼓勵學生課后了解其發現過程與應用，感受一項技術從發現到后期的成熟應用，需要許多人付出多年的努力，激發學生的愛國情懷和使命擔當感。最后，為了讓學生把課堂與實際聯系在一起，針對引起社會熱議的賀建奎事件，查閱資料，討論其基因編輯嬰兒的風險到底有哪些。提醒學生，伴隨著技術進步，人們的思想也在進步，強化思考倫理問題。

四、研究型挑戰性的混合式案例教學在“基因工程原理”中的創新與反思

研究型挑戰性的混合式案例教學既克服了傳統教學方法中學生只能被動接受知識的缺點，又能在疫情反復的當下，保持教學的連續性。通過信息技術與課堂教學內容的結合，驅動學生自主思考，提高了學生查閱資料、獲取信息、分析思考的能力（見圖2）。我們也為對生物領域感興趣的同學提供實驗平臺，通過科研與教學的結合，讓學生了解生物相關領域的技術，培養了學生的創新意識與綜合思維。這種研究型挑戰性的線上線下混合式案例教學能夠適應當下素質教育的要求，學生也能更加適應和滿足社會需求。同時，也對教師提出了更高的要求，教師需要具有更加深厚的理論素養、豐富的專業知識和一定的文獻閱讀及科學研究能力，并且時刻保持敏銳的探究意識，隨時在教學過程中發現問題，分析問題，整理案例，解決問題，具有創新精神，這也督促著任課教師的自我提升和不斷成長。

圖2 研究型挑戰性混合案例教學的優點與反思