教育信息化助力“細(xì)胞工程”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的探索

李繼偉，鄧祥宜，石 慧，李嬋娟

（武漢設(shè)計工程學(xué)院食品與生物科技學(xué)院，湖北 武漢 430205）

0 引言

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

學(xué)校依托中國大學(xué)MOOC、學(xué)習(xí)通、智慧樹等平臺，建立了線上教學(xué)資源，開展了線上教學(xué)。為推進現(xiàn)代信息技術(shù)與教學(xué)深度融合，為促進課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)模式的有效改革，學(xué)校立足校情加速開展校內(nèi)SPOC 課程建設(shè)，同時定期組織教師參加各類線上平臺的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，支持教師開展線上線下混合式教學(xué)。學(xué)校的種種舉措也為“細(xì)胞工程”課程翻轉(zhuǎn)課堂的探索與實踐提供了強大助力。

1 學(xué)校“細(xì)胞工程”課程教學(xué)的基本情況

“細(xì)胞工程”是一門現(xiàn)代生物科學(xué)理論和工程技術(shù)相結(jié)合的綜合性學(xué)科，即應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)方法，借助工程學(xué)的實驗方法或技術(shù)，在細(xì)胞水平上研究改造生物遺傳特性和生物學(xué)特性，以獲得特定的細(xì)胞、細(xì)胞產(chǎn)品或新生物體的有關(guān)理論和技術(shù)方法的學(xué)科[3]。細(xì)胞工程是現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分，同時也是現(xiàn)代生物學(xué)研究與生物產(chǎn)品生產(chǎn)的重要技術(shù)。學(xué)生通過“細(xì)胞工程”課程的學(xué)習(xí)可以掌握細(xì)胞離體培養(yǎng)的原理與技術(shù)，為從事生物學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)研究及其與細(xì)胞工程有關(guān)的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)奠定良好的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

“細(xì)胞工程”是學(xué)校生物工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，共48 學(xué)時，其中理論32 學(xué)時，實驗16 學(xué)時，課程以植物細(xì)胞工程技術(shù)為主，動物細(xì)胞工程技術(shù)為輔，涉及細(xì)胞全能性與形態(tài)發(fā)生、植物組織與器官培養(yǎng)、植物細(xì)胞培養(yǎng)及次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)、原生質(zhì)體培養(yǎng)、體細(xì)胞雜交、人工種子、動物細(xì)胞工程概述等內(nèi)容。課程涉及大量的細(xì)胞離體培養(yǎng)技術(shù)的相關(guān)理論，學(xué)生覺得抽象和枯燥，通常很難把理論知識與實際應(yīng)用聯(lián)系起來。課程組教師充分借助各種互聯(lián)網(wǎng)資源，包括線上學(xué)習(xí)通平臺、中國大學(xué)MOOC 平臺、QQ、騰訊會議等，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)、案例式教學(xué)等方法，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，增強學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，從而幫助學(xué)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(zhuǎn)課堂教學(xué)

2.1 課程信息化與課前預(yù)習(xí)相結(jié)合

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

根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，課程組教師將課程信息化與課前預(yù)習(xí)相結(jié)合。教師提前將下次課內(nèi)容相關(guān)的PPT 或者短視頻在學(xué)習(xí)通平臺發(fā)布，通過平臺發(fā)布通知以明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、設(shè)置問題引導(dǎo)，要求學(xué)生用有限的時間完成課前預(yù)習(xí)；然后在線下學(xué)習(xí)時，就章節(jié)重點問題進行講解、討論。有了預(yù)習(xí)的鋪墊，學(xué)生帶著問題參與線下學(xué)習(xí)，聽課效率有了改善。

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

在線下課堂，教師首先根據(jù)平臺數(shù)據(jù)點評預(yù)習(xí)作業(yè)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(xué)生對知識點的理解，講解的過程中會設(shè)計一些小的討論點，如“所有細(xì)胞都具有全能性嗎？請舉例說明?！备鶕?jù)學(xué)生的回答引出全能性相對性的概念，最后引導(dǎo)學(xué)生一起繪制本節(jié)內(nèi)容的思維導(dǎo)圖，理清知識點之間的聯(lián)系。使學(xué)生更深刻地理解細(xì)胞全能性的表達是以脫分化為基礎(chǔ)，而再分化則是全能性表達的最終體現(xiàn)。

2.2 課程信息化與文獻匯報討論課相結(jié)合

對于一些重點的、或應(yīng)用性很強的內(nèi)容，教師在課前精選10 篇左右與課程內(nèi)容密切相關(guān)的代表性文獻上傳學(xué)習(xí)平臺，同時每個班成立5 人（約6 組）學(xué)習(xí)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(fù)），進行課下分組學(xué)習(xí)，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(huán)節(jié)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考“匯報的文獻中用到了哪些課程相關(guān)的理論知識？”等問題，幫助學(xué)生對知識點進行復(fù)習(xí)和整理，建立知識點之間的聯(lián)系。同時，教師根據(jù)每組的表現(xiàn)，包括PPT 制作的精美程度和學(xué)術(shù)水平、匯報和互動的表現(xiàn)等，進行評分。

比如，在學(xué)習(xí)“細(xì)胞培養(yǎng)和次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)”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(chǎn)實例，學(xué)生不僅可以學(xué)習(xí)不同細(xì)胞的培養(yǎng)方法，也可以了解在實際研究和生產(chǎn)中如何應(yīng)用相關(guān)理論知識和技術(shù)手段來提高次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量，使學(xué)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(chǎn)實例更好地提升了實際應(yīng)用能力。部分學(xué)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(fù)習(xí)和新知識點的延伸，對課程知識體系的構(gòu)建和自身能力的培養(yǎng)大有益處。

通過組織學(xué)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(nèi)化，也培養(yǎng)了學(xué)生閱讀文獻、PPT 制作和演講匯報的能力，使學(xué)生了解了學(xué)科前沿，培養(yǎng)了科學(xué)思維，增加了專業(yè)認(rèn)同感。

2.3 課程信息化與課程思政相結(jié)合

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

“細(xì)胞工程”教學(xué)中，課程組教師在傳授課程知識、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的同時，也在不斷凝練專業(yè)知識中的思政元素，利用豐富的互聯(lián)網(wǎng)資源，篩選合適的思政教育小視頻，并上傳至學(xué)習(xí)通平臺，通過學(xué)生線上觀看視頻、線下暢談感悟、教師總結(jié)歸納等方式，培養(yǎng)學(xué)生正確的人生觀、價值觀和科學(xué)觀，以實現(xiàn)對學(xué)生“才”和“德”的協(xié)同教育。

比如，在學(xué)習(xí)無菌操作技術(shù)時，課前在教學(xué)平臺上發(fā)布“組培視頻——多肉種子無菌播種操作”并要求學(xué)生觀看，課上引導(dǎo)學(xué)生如何基于科學(xué)原理，采用科學(xué)方法，對學(xué)科研究的問題展開分析，使學(xué)生全面了解細(xì)胞工程的基本原理和技術(shù)，培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。在學(xué)習(xí)“植物脫毒和快速繁殖的意義”時，課前發(fā)布“微視頻——山水之戀”，課上由“節(jié)約耕地”引申到“生態(tài)保護、環(huán)境污染”等問題，引導(dǎo)學(xué)生暢談“綠水青山就是金山銀山”“生態(tài)興則文明興”的重大意義，激發(fā)學(xué)生的社會責(zé)任感和使命感。在學(xué)習(xí)“植物次生代謝產(chǎn)物的類型”時，課前安排學(xué)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(chǎn)生的一種倍半萜，屬于次生代謝產(chǎn)物萜類化合物的一種類型”，引出中國首位諾貝爾醫(yī)學(xué)及生理學(xué)獎獲得者——屠呦呦的事跡，鼓勵學(xué)生踐行科學(xué)路上不畏艱辛、積極進取的精神，融入愛國主義教育，激勵學(xué)生為中華民族的偉大復(fù)興而努力學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)“動物克隆”時，課前安排學(xué)生觀看“微視頻——克隆背后的故事”，課上引導(dǎo)學(xué)生討論人類克隆的倫理問題，使學(xué)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(huán)節(jié)相結(jié)合

課程教學(xué)團隊近年來不斷嘗試對課程實踐部分進行改革，包括教學(xué)內(nèi)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(huán)節(jié)改革的腳步也必須與時俱進，在前述改革的基礎(chǔ)上，課程組教師將實踐環(huán)節(jié)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(xué)習(xí)通平臺，跟之前上傳至QQ 群相比，可以通過平臺學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)更好地了解學(xué)生學(xué)習(xí)的情況。第二，實驗結(jié)束后，要求每組上傳自己的實驗結(jié)果（包括實驗圖片） 至學(xué)習(xí)通平臺，“細(xì)胞工程”實驗主要內(nèi)容是植物組織培養(yǎng)，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(nèi)容是激素種類和濃度對胡蘿卜愈傷組織誘導(dǎo)和繼代的影響，根據(jù)實驗設(shè)計，小組協(xié)同完成上述內(nèi)容，因每組選用的激素類型和濃度不同，實驗結(jié)果也不盡相同，將實驗結(jié)果（特別是圖片） 上傳至平臺后，每組學(xué)生可以更直觀地了解全班的實驗結(jié)果，進而進行橫向比較分析，總結(jié)激素對胡蘿卜組織培養(yǎng)的影響。第三，利用學(xué)習(xí)通平臺帶領(lǐng)學(xué)生“深入”企業(yè)。課程組教師將以前帶領(lǐng)學(xué)生參觀武漢光谷生物城的植物組織培養(yǎng)相關(guān)企業(yè)——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(guān)照片和資料上傳學(xué)習(xí)通平臺，讓學(xué)生了解通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)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(xì)胞工程組織培養(yǎng)相關(guān)內(nèi)容，又涉及基因工程中植物轉(zhuǎn)基因相關(guān)內(nèi)容，可以使學(xué)生深刻體會到生產(chǎn)實踐中多門課程知識的有機結(jié)合和綜合應(yīng)用。學(xué)習(xí)結(jié)束后，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)通平臺討論區(qū)談?wù)勛约旱母惺?。通過學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容，既可以體驗企業(yè)的氛圍、擴大學(xué)生的認(rèn)知面、提升學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感，也可以引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀和職業(yè)理想，做一個有責(zé)任、有擔(dān)當(dāng)?shù)娜恕?/p>

3 結(jié)語

在教育信息化的大背景下，“細(xì)胞工程”教學(xué)團隊不斷嘗試教學(xué)改革，利用課程信息化助力細(xì)胞工程翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)。通過將課程信息化與課前預(yù)習(xí)相結(jié)合，使學(xué)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(zhǔn)確掌握學(xué)生課前學(xué)習(xí)的狀態(tài)；通過將課程信息化與文獻匯報討論相結(jié)合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)課程知識的同時也了解其在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用；通過將課程信息化與課程思政相結(jié)合，在平臺觀看“小視頻——大事件”等視頻資源，使學(xué)生在學(xué)習(xí)課程專業(yè)知識的同時接受“德”育，實現(xiàn)了學(xué)生價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)的融合；通過將課程信息化與實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，提升了學(xué)生參與實踐環(huán)節(jié)的積極性、參與度和學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)，努力提升自己[6]。在改革的過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，切實提高教學(xué)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(xué)生不能及時完成線上小視頻的學(xué)習(xí)；進行小組任務(wù)時，個別學(xué)生渾水摸魚、流于形式等，如何切實提高這部分學(xué)生的課程參與度也是課程組教師在今后的教學(xué)改革中需要關(guān)注和研究的問題。