虛實(shí)融合的線上線下混合式細(xì)胞工程學(xué)教學(xué)模式創(chuàng)新與實(shí)踐

趙肖瓊，劉麗艷，趙潤柱，張文勇，張恒慧

（太原工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程系 山西，太原 030008）

細(xì)胞工程是主要以細(xì)胞為對(duì)象[1]，應(yīng)用生命科學(xué)理論，借助工程學(xué)原理與技術(shù)，有目的地利用或改造生物遺傳性狀，以獲得特定的細(xì)胞、組織產(chǎn)品或新型物種的一門綜合性科學(xué)技術(shù)[2]，并與基因工程、酶工程、生物化學(xué)工程、蛋白質(zhì)工程等共同構(gòu)成了現(xiàn)代生物工程技術(shù)體系[3]。細(xì)胞工程學(xué)是太原工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程系四年制生物工程專業(yè)在本科三年級(jí)第二學(xué)期開設(shè)的專業(yè)必修課，通過課程的學(xué)習(xí)能夠?yàn)閷W(xué)生今后從事生物學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)研究及與細(xì)胞工程有關(guān)的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)工作奠定良好的理論和技術(shù)基礎(chǔ)[2,4]。

近些年，隨著新冠病毒疫情的影響以及 “互聯(lián)網(wǎng)+” 、短視頻、虛擬仿真技術(shù)的廣泛流行[5]，以教師為主體的 “傳遞—接受” “一言堂” “填鴨式” 教學(xué)方法已經(jīng)不能適應(yīng)生物工程人才的培養(yǎng)要求[6]，探索基于各類信息化教育技術(shù)手段與教育教學(xué)深度融合的新教學(xué)模式顯得尤為重要[7]。本文針對(duì)生物工程專業(yè)細(xì)胞工程學(xué)教學(xué)中的主要問題，借助超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)和移動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)進(jìn)行虛實(shí)融合的線上線下混合式細(xì)胞工程學(xué)教學(xué)模式改革的應(yīng)用實(shí)踐，為高校細(xì)胞工程學(xué)課程的教學(xué)模式改革提供參考和建議。

1 課程教學(xué)存在的主要問題

1.1 課程學(xué)時(shí)少且教學(xué)方式單一

細(xì)胞工程學(xué)專業(yè)性強(qiáng)、內(nèi)容更新快、學(xué)科交叉面廣，而課程理論課時(shí)僅有32學(xué)時(shí)，必須依靠教師作為主體講授大量內(nèi)容才能勉強(qiáng)完成教學(xué)計(jì)劃，教學(xué)過程中師生之間缺乏交流，被動(dòng)的接受知識(shí)使得學(xué)生主動(dòng)參與的積極性不強(qiáng)；同時(shí)，授課形式主要依靠傳統(tǒng)的 “板書+幻燈片” 進(jìn)行，上課形式相對(duì)枯燥，在一定程度上影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，導(dǎo)致講臺(tái)上教師 “滔滔不絕” 、講臺(tái)下學(xué)生成為 “低頭族” 的局面屢見不鮮，課堂整體教學(xué)效果不佳。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施和學(xué)習(xí)效果較差

受實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)因素等限制，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)儀器陳舊以及數(shù)量不足，很多新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)不能及時(shí)引進(jìn)到實(shí)驗(yàn)課，只能開設(shè)一些實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上既定的、陳舊的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行 “程序式” 操作即可，實(shí)驗(yàn)結(jié)果變量不多，而且容易忽略對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和過程的思考，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維和探究意識(shí)的培養(yǎng)[8]。此外，由于實(shí)驗(yàn)課成績不計(jì)入課程總成績，很多同學(xué)不重視實(shí)驗(yàn)課甚至是敷衍了事，經(jīng)常出現(xiàn)一個(gè)同學(xué)全程操作實(shí)驗(yàn)、其他組員旁觀的現(xiàn)象，使得實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果大打折扣。

2 虛實(shí)融合的線上線下混合式教學(xué)模式的實(shí)施

2.1 課前教學(xué)資料準(zhǔn)備與預(yù)習(xí)

每節(jié)課前教師在學(xué)習(xí)通上傳課程大綱、PPT課件、實(shí)驗(yàn)講義、實(shí)驗(yàn)操作視頻、模擬動(dòng)畫以及其他教學(xué)拓展資源等，通知學(xué)生預(yù)習(xí)并完成自測(cè)試題。此過程中，學(xué)生通過課前在線學(xué)習(xí)初步了解了授課內(nèi)容，既可以減輕線下課堂的聽課負(fù)擔(dān)，又可以利用課程資源進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)；教師可以全面監(jiān)控學(xué)生的預(yù)習(xí)情況以及虛擬實(shí)驗(yàn)的完成情況，更好地明確線下課堂教學(xué)的著重點(diǎn)。此外，鼓勵(lì)學(xué)生在學(xué)習(xí)通 “討論” 模塊發(fā)布話題，與同學(xué)、教師分享自己的觀點(diǎn)、學(xué)習(xí)收獲及在學(xué)習(xí)中遇到的一些問題等，促進(jìn)師生間、學(xué)生間的溝通與交流，達(dá)到經(jīng)驗(yàn)共享、共同提升的效果[9]。

2.2 理論課課堂教學(xué)

在課堂教學(xué)中，首先，教師可借助學(xué)習(xí)通中的多種簽到功能快速統(tǒng)計(jì)出學(xué)生的出勤情況。其次，教師根據(jù)學(xué)生課前線上預(yù)習(xí)反饋，精講教學(xué)內(nèi)容的重難點(diǎn)，并有針對(duì)性地與學(xué)生提問交流，提升學(xué)生的課堂參與度；教學(xué)過程中，對(duì)一些理論性強(qiáng)、概念抽象的知識(shí)點(diǎn)采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，即由學(xué)生分組講解、組間討論辯論，隨后教師引導(dǎo)學(xué)生反思、歸納總結(jié)；為了增強(qiáng)課程教學(xué)內(nèi)容的生動(dòng)性，也進(jìn)行了案例教學(xué)法的嘗試與探索，通過精選相對(duì)淺顯、貼近生活又能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的典型案例，使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，提出問題、分析問題、解決問題，深入淺出地理解其中的原理，同時(shí)也增強(qiáng)了學(xué)生解決生物工程實(shí)踐問題的能力[10]。比如在講解 “動(dòng)物細(xì)胞生物制藥” 章節(jié)引入 “新冠病毒滅活疫苗” 的案例，使學(xué)生更容易了解動(dòng)物細(xì)胞或者經(jīng)過改造的動(dòng)物細(xì)胞在生物制藥中的應(yīng)用。

2.3 實(shí)驗(yàn)課教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)秉承 “虛實(shí)融合、能實(shí)不虛、線上線下資源共享” 的原則，通過移動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)將常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法開展的前沿及創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，將線下實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，幫助學(xué)生系統(tǒng)性地訓(xùn)練細(xì)胞工程學(xué)實(shí)驗(yàn)技能。細(xì)胞工程學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)置有4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（見表1），每次實(shí)驗(yàn)課前3～4d，教師在學(xué)習(xí)通發(fā)布將開展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的科學(xué)問題，學(xué)生通過預(yù)習(xí)教材和查閱文獻(xiàn)自行設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，并通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)完成驗(yàn)證。在此過程中，學(xué)生通過自主在線學(xué)習(xí)，熟悉了實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作的基本流程，為線下實(shí)驗(yàn)操作做到準(zhǔn)備充足、有的放矢[11]。學(xué)生完成線下實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)后，帶著實(shí)際操作過程中遇到的問題再次完成線上虛擬實(shí)驗(yàn)操作，通過反復(fù)練習(xí)來加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)的掌握，切實(shí)提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能。最后，學(xué)生依據(jù)線下實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容線上撰寫并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

表1 細(xì)胞工程學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

2.4 課后鞏固與拓展

課后，學(xué)生可以通過線上資源對(duì)在課堂上不能及時(shí)理解的知識(shí)點(diǎn)反復(fù)學(xué)習(xí)，教師也可以通過學(xué)習(xí)通對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行督查和評(píng)價(jià)，并依據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況分層次設(shè)計(jì)作業(yè)和在線測(cè)試題，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，擴(kuò)展學(xué)習(xí)的深度與廣度。此外，教師也可以借助學(xué)習(xí)通對(duì)課程進(jìn)行知識(shí)拓展，發(fā)布國內(nèi)外最新的學(xué)科進(jìn)展、科研成果、企業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)知識(shí)等資料，提升學(xué)生對(duì)課程的深層次理解，并鼓勵(lì)學(xué)生積極申報(bào)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目以及參與教師的科研課題，將掌握的細(xì)胞工程學(xué)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際的研究項(xiàng)目中[9]。

2.5 課程考核

采用多層次、全過程的考核機(jī)制，按照 “期末閉卷考試成績（60%）+平時(shí)成績（40%）” 進(jìn)行綜合考核，其中平時(shí)成績通過統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)通數(shù)據(jù)獲得：日?？记冢?%）、學(xué)習(xí)通任務(wù)點(diǎn)完成情況（10%）、課前課后討論互動(dòng)（5%）、課后作業(yè)（5%）、課堂參與活動(dòng)（5%）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（10%）。這種基于知識(shí)、能力、過程性評(píng)價(jià)的多元化考核機(jī)制不但關(guān)注學(xué)習(xí)結(jié)果，更加關(guān)注學(xué)習(xí)過程，能夠全面、客觀、合理地評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)情況[9]。

3 虛實(shí)融合的線上線下混合式教學(xué)模式的實(shí)施效果

近兩年，課程團(tuán)隊(duì)通過問卷調(diào)查、學(xué)生座談的形式了解了課程改革的實(shí)際效果，95%以上的學(xué)生表示喜歡利用線上資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，能夠更加合理使用課外碎片化時(shí)間，學(xué)習(xí)積極性較高；提高了上課效率和學(xué)習(xí)效果，對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解充分；移動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)流暢性高、趣味十足、能立體逼真地演示抽象的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。同時(shí)，學(xué)生們也對(duì)這種教學(xué)模式提出一些改進(jìn)措施，比如建設(shè)線上試題庫、優(yōu)化虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)、增加虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)細(xì)胞工程學(xué)課程教學(xué)進(jìn)行多層次、全方位的混合式教學(xué)模式改革，實(shí)現(xiàn)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與線上線下混合式教學(xué)的有機(jī)結(jié)合[12]，將原來有限的教學(xué)學(xué)時(shí)擴(kuò)展到課外[13]，豐富了教學(xué)內(nèi)容與形式，增添了課程吸引力和趣味性，很好地提升了學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握的主動(dòng)性和便捷性，同時(shí)有效降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，達(dá)到更好的教學(xué)效果。