教育信息化助力“細胞工程”翻轉課堂教學的探索

李繼偉，鄧祥宜，石 慧，李嬋娟

（武漢設計工程學院食品與生物科技學院，湖北 武漢 430205）

0 引言

信息技術的不斷變革為高等教育的發展帶來了新的機遇和挑戰。近年來，《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020 年）》、《教育信息化2.0 行動計劃》、《中國教育現代化2035》等多個文件要求大力推進信息化在教育教學中的應用，特別是作為教育重要環節之一的高等教育[1-2]。探索信息化背景下的教育教學手段，構建信息化背景下的人才培養模式，提升師生的信息技術應用能力，成為每一位高校教師應該積極探索的新課題。

學校依托中國大學MOOC、學習通、智慧樹等平臺，建立了線上教學資源，開展了線上教學。為推進現代信息技術與教學深度融合，為促進課程教學內容、教學方法和教學模式的有效改革，學校立足校情加速開展校內SPOC 課程建設，同時定期組織教師參加各類線上平臺的學習培訓，支持教師開展線上線下混合式教學。學校的種種舉措也為“細胞工程”課程翻轉課堂的探索與實踐提供了強大助力。

1 學校“細胞工程”課程教學的基本情況

“細胞工程”是一門現代生物科學理論和工程技術相結合的綜合性學科，即應用細胞生物學和分子生物學方法，借助工程學的實驗方法或技術，在細胞水平上研究改造生物遺傳特性和生物學特性，以獲得特定的細胞、細胞產品或新生物體的有關理論和技術方法的學科[3]。細胞工程是現代生物技術的重要組成部分，同時也是現代生物學研究與生物產品生產的重要技術。學生通過“細胞工程”課程的學習可以掌握細胞離體培養的原理與技術，為從事生物學領域的相關研究及其與細胞工程有關的生物技術產業奠定良好的理論和技術基礎。

“細胞工程”是學校生物工程專業的專業核心課程，共48 學時，其中理論32 學時，實驗16 學時，課程以植物細胞工程技術為主，動物細胞工程技術為輔，涉及細胞全能性與形態發生、植物組織與器官培養、植物細胞培養及次生代謝產物生產、原生質體培養、體細胞雜交、人工種子、動物細胞工程概述等內容。課程涉及大量的細胞離體培養技術的相關理論，學生覺得抽象和枯燥，通常很難把理論知識與實際應用聯系起來。課程組教師充分借助各種互聯網資源，包括線上學習通平臺、中國大學MOOC 平臺、QQ、騰訊會議等，采用翻轉課堂教學、案例式教學等方法，以激發學生的學習興趣，發揮學生的主觀能動性，培養學生的自主學習能力，增強學生的實踐能力和創新能力，從而幫助學生更好地完成對知識的理解和延伸，取得了較好的效果。

2 課程信息化助力翻轉課堂教學

2.1 課程信息化與課前預習相結合

學校屬于民辦地方本科院校，學生自律性不強、自學能力一般，如果參照傳統翻轉課堂的方法，學生需要在課前進行自學，然后就重要知識點進行課堂討論，要求學生有足夠的自律性和自學能力，否則將與預期的教學效果背道而馳。

根據學生的學習特點，課程組教師將課程信息化與課前預習相結合。教師提前將下次課內容相關的PPT 或者短視頻在學習通平臺發布，通過平臺發布通知以明確學習目標、設置問題引導，要求學生用有限的時間完成課前預習；然后在線下學習時，就章節重點問題進行講解、討論。有了預習的鋪墊，學生帶著問題參與線下學習，聽課效率有了改善。

比如，在學習“細胞全能性及其表達”這一內容時，教師提前錄制3 個5~10 min 的課程視頻，分別是“細胞全能性概述”“細胞脫分化”和“細胞再分化”，在上課前幾天將小視頻和對應的PPT 上傳至學習通平臺，發布了5 個問題導向式作業——什么是細胞全能性？如何理解細胞全能性的相對性？脫分化和再分化與細胞全能性的關系是什么？脫分化與愈傷組織形成的關系是什么？極性與細胞再分化的關系是什么？然后在平臺發布通知，提醒學生預習相關內容并完成這5 個作業，另外，教師還上傳了與細胞全能性相關的5 篇專業文獻，供學有余力的學生課外延伸閱讀。相同的問題導向式作業也會同步發送至班級QQ 群，以便大家第一時間知曉預習作業并及時完成。

在線下課堂，教師首先根據平臺數據點評預習作業完成的情況，再圍繞這5 個問題進行針對性的講解，為了加深學生對知識點的理解，講解的過程中會設計一些小的討論點，如“所有細胞都具有全能性嗎？請舉例說明。”根據學生的回答引出全能性相對性的概念，最后引導學生一起繪制本節內容的思維導圖，理清知識點之間的聯系。使學生更深刻地理解細胞全能性的表達是以脫分化為基礎，而再分化則是全能性表達的最終體現。

2.2 課程信息化與文獻匯報討論課相結合

對于一些重點的、或應用性很強的內容，教師在課前精選10 篇左右與課程內容密切相關的代表性文獻上傳學習平臺，同時每個班成立5 人（約6 組）學習小組，在教師給定的范圍中自主選擇文獻（要求每組文獻不得重復），進行課下分組學習，課堂PPT 匯報和討論，每組進行匯報時，其他組需要提問同時也需要回答匯報組提出的問題，增加了課堂討論的互動性。在互動環節，教師可以引導學生思考“匯報的文獻中用到了哪些課程相關的理論知識？”等問題，幫助學生對知識點進行復習和整理，建立知識點之間的聯系。同時，教師根據每組的表現，包括PPT 制作的精美程度和學術水平、匯報和互動的表現等，進行評分。

比如，在學習“細胞培養和次生代謝產物生產”時，通過匯報花青素、原花青素、葉黃素、黃酮、白藜蘆醇等的生產實例，學生不僅可以學習不同細胞的培養方法，也可以了解在實際研究和生產中如何應用相關理論知識和技術手段來提高次生代謝產物的產量，使學生對知識的理解不是僅僅停留在理論層面，而是通過科研和生產實例更好地提升了實際應用能力。部分學生在進行文獻和匯報討論時，可以很好地進行舊知識點的復習和新知識點的延伸，對課程知識體系的構建和自身能力的培養大有益處。

通過組織學生進行文獻的討論和匯報，既促進了課程知識點的理解和內化，也培養了學生閱讀文獻、PPT 制作和演講匯報的能力，使學生了解了學科前沿，培養了科學思維，增加了專業認同感。

2.3 課程信息化與課程思政相結合

《高等學校課程思政建設指導綱要》中明確指出課程思政的內涵即落實立德樹人根本任務，課程思政的過程中，必須將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體、不可割裂[4]。

“細胞工程”教學中，課程組教師在傳授課程知識、培養學生創新能力的同時，也在不斷凝練專業知識中的思政元素，利用豐富的互聯網資源，篩選合適的思政教育小視頻，并上傳至學習通平臺，通過學生線上觀看視頻、線下暢談感悟、教師總結歸納等方式，培養學生正確的人生觀、價值觀和科學觀，以實現對學生“才”和“德”的協同教育。

比如，在學習無菌操作技術時，課前在教學平臺上發布“組培視頻——多肉種子無菌播種操作”并要求學生觀看，課上引導學生如何基于科學原理，采用科學方法，對學科研究的問題展開分析，使學生全面了解細胞工程的基本原理和技術，培養其發現和解決問題的能力。在學習“植物脫毒和快速繁殖的意義”時，課前發布“微視頻——山水之戀”，課上由“節約耕地”引申到“生態保護、環境污染”等問題，引導學生暢談“綠水青山就是金山銀山”“生態興則文明興”的重大意義，激發學生的社會責任感和使命感。在學習“植物次生代謝產物的類型”時，課前安排學生觀看“微視頻——巾幗英雄故事之屠呦呦”，課上講述“青蒿素是植物體產生的一種倍半萜，屬于次生代謝產物萜類化合物的一種類型”，引出中國首位諾貝爾醫學及生理學獎獲得者——屠呦呦的事跡，鼓勵學生踐行科學路上不畏艱辛、積極進取的精神，融入愛國主義教育，激勵學生為中華民族的偉大復興而努力學習。在學習“動物克隆”時，課前安排學生觀看“微視頻——克隆背后的故事”，課上引導學生討論人類克隆的倫理問題，使學生明白科研是有底線的，要遵守人類的倫理道德。

2.4 課程信息化與實踐環節相結合

課程教學團隊近年來不斷嘗試對課程實踐部分進行改革，包括教學內容“開放化、多樣化”，操作要點“視頻化”，實驗報告“論文化”，課外延伸“項目化”，取得了一定的效果[5]。隨著課程信息化的推進，實踐環節改革的腳步也必須與時俱進，在前述改革的基礎上，課程組教師將實踐環節改革進一步推進，主要包括：第一，將已有操作要點微視頻上傳至學習通平臺，跟之前上傳至QQ 群相比，可以通過平臺學習數據更好地了解學生學習的情況。第二，實驗結束后，要求每組上傳自己的實驗結果（包括實驗圖片） 至學習通平臺，“細胞工程”實驗主要內容是植物組織培養，除個別小組會自己選擇外植體類型外，大部分小組的實驗內容是激素種類和濃度對胡蘿卜愈傷組織誘導和繼代的影響，根據實驗設計，小組協同完成上述內容，因每組選用的激素類型和濃度不同，實驗結果也不盡相同，將實驗結果（特別是圖片） 上傳至平臺后，每組學生可以更直觀地了解全班的實驗結果，進而進行橫向比較分析，總結激素對胡蘿卜組織培養的影響。第三，利用學習通平臺帶領學生“深入”企業。課程組教師將以前帶領學生參觀武漢光谷生物城的植物組織培養相關企業——武漢天問生物科技有限公司、武漢伯遠生物科技有限公司的相關照片和資料上傳學習通平臺，讓學生了解通過農桿菌轉染水稻、小麥、番茄等植物的愈傷組織，然后進行愈傷組織分化，篩選陽性植株的全過程。整個過程既涉及細胞工程組織培養相關內容，又涉及基因工程中植物轉基因相關內容，可以使學生深刻體會到生產實踐中多門課程知識的有機結合和綜合應用。學習結束后，要求學生在學習通平臺討論區談談自己的感受。通過學習這部分內容，既可以體驗企業的氛圍、擴大學生的認知面、提升學生的專業認同感，也可以引導學生樹立正確的人生觀和職業理想，做一個有責任、有擔當的人。

3 結語

在教育信息化的大背景下，“細胞工程”教學團隊不斷嘗試教學改革，利用課程信息化助力細胞工程翻轉課堂的教學。通過將課程信息化與課前預習相結合，使學生從知識的被動接受者變成了主動參與者，也讓教師可以準確掌握學生課前學習的狀態；通過將課程信息化與文獻匯報討論相結合，使學生在學習課程知識的同時也了解其在科學研究和生產實踐中的應用；通過將課程信息化與課程思政相結合，在平臺觀看“小視頻——大事件”等視頻資源，使學生在學習課程專業知識的同時接受“德”育，實現了學生價值塑造、知識傳授和能力培養的融合；通過將課程信息化與實踐環節相結合，提升了學生參與實踐環節的積極性、參與度和學習效果。

課程改革是一個不斷探索、不斷完善的過程，需要教師不斷學習，努力提升自己[6]。在改革的過程中不斷發現問題、解決問題，切實提高教學效果是課程組教師不變的初衷。在課程改革的過程中，也存在一些問題，比如個別學生不能及時完成線上小視頻的學習；進行小組任務時，個別學生渾水摸魚、流于形式等，如何切實提高這部分學生的課程參與度也是課程組教師在今后的教學改革中需要關注和研究的問題。