綜合性實驗設計中個性化教學模式的探索與實踐

許潔 李姣 賈松

［摘 要］ 個性化教學即以學生為主體、教師為引導，從學生實際情況出發，因材施教的教學模式。骨髓間充質干細胞培養與分化的綜合性實驗設計項目，將個性化教學模式融入實驗教學，在分化方向、結果鑒定、拓展訓練等環節設置了不同的可選內容，學生通過自主選擇生成實驗方案。教學過程充分發揮個性化教學的差異化優勢，在完成教學目標的同時，滿足各層次學生的學習需求，深入挖掘學生潛能，有效鍛煉實驗技能，并在團隊協作中形成互幫互帶的正向循環，為開展個性化細胞生物學實驗教學提供參考。

［關鍵詞］ 實驗設計；個性化教學；實驗教學；細胞生物學

［基金項目］ 2021年度同濟大學第十六期實驗教學改革基金項目“骨髓間充質干細胞培養與分化的設計性實驗建設”（1500104236）

［作者簡介］ 許潔（1987—），女，江蘇丹陽人，碩士，同濟大學醫學院實驗教學中心實驗師，主要從事細胞生物學實驗及實驗室管理研究。

［中圖分類號］ G642.0；Q2-33 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）37-0080-04 ［收稿日期］ 2023-04-12

高校是人才培養的重要場所。2022年，全國教育工作會議強調，加快教育高質量發展，創新發展支撐國家戰略需要的高等教育，推進人才培養服務新時代人才強國戰略［1］。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》中也對人才培養觀念進行了明確指示：樹立多樣化人才觀念，尊重個人選擇，鼓勵個性發展［2］。因此，為適應現階段高水平、多樣化、專業性的人才培養需求，高校積極引入互聯網技術和信息化手段，慕課、微課、翻轉課堂等教學方式的運用也進一步推進了個性化教學的實施［3］。

個性化教學是使學習者按照自身學習節奏充分而自由發展的教學，由于學生在知識基礎、學習偏好、未來預期等方面存在差異，為了達到更好的教學效果，需根據學生的性格特征和發展潛能有針對性地使用合適的方法、策略、內容及評價開展教學工作［4-5］。近年來，個性化教學模式在實驗教學體系、課程建設等方面進行了嘗試，取得了較好的實踐效果［6-8］。特別是將個性化教學模式融入實驗教學，很好地解決了以往一刀切模式導致的教學效果不佳的問題，在有限的課堂時間內既完成了教學目標，傳授了基本的實驗技能，又可以讓學有余力的學生發揮所長，收獲更豐富的學習體驗。

骨髓間充質干細胞培養與分化的綜合性實驗設計項目是同濟大學醫學院為進一步提高課程質量，在成熟實驗基礎上進行的教學改革。將骨髓間充質干細胞誘導分化形成脂肪細胞的實驗內容［9］擴展為包含脂肪細胞、成骨細胞和軟骨細胞的多個分化方向的實驗項目，配合細胞分化的差異性添加了多種鑒定方法，同時還設置了實時熒光定量PCR實驗作為拓展訓練。教學過程中，學生自主參與實驗設計，通過選擇不同的分化方向、實驗方法及是否參與拓展實驗制定更符合自身學習情況的個性化學習清單，最終完成實驗報告對所得結果進行討論和分析。

一、個性化教學模式的探索與實踐

（一）掌握學生現狀，調整教學方案

個性化教學的出發點是學生個體間的差異，本質是因材施教［10］，因此在教學方案設計前充分掌握學生現狀是教學活動能否有效開展的關鍵所在。為此，從理論基礎、動手能力、興趣愛好等多方面對學生的情況進行預調查。

在參與調查的40名醫學院二年級本科生中，90%的學生對于干細胞的多向分化潛能持感興趣態度，且絕大多數學生認可設計性實驗項目的正向作用：97.5%的學生認為設計性實驗對提高思維能力、組織能力、動手能力有意義；100%的學生認為設計性實驗對提升實驗技能和未來進行科學研究有幫助。但在動手能力方面，僅有25%的學生認為自己掌握2項及以上的實驗技術，大多數學生能夠運用的實驗技能仍然偏少。對于實驗設計，相比2.5%的學生可以完全自主完成，77.5%的學生更傾向于參與部分實驗設計。

結合問卷調查結果，考慮到低年級本科生理論知識不足、實踐經驗不夠等客觀問題，將全開放的實驗設計環節調整為更適合學生實際能力的半開放式實驗設計。學生閱讀和學習相關輔助資料后自主選擇實驗方案，在課堂上完成實踐操作，達到個性化教學的目的。

（二）了解學生需求，協調課程形式

個性化教學是以學生為主體、教師為引導的教學模式，教師不僅需要掌握學生的實際狀況，更需要對學生的具體需求加以關注，這樣才能更有針對性地給予正確的指導。

預調查結果顯示，在分化方向上，47.5%的被訪學生愿意自主選擇1種分化方向；在實驗方法上，45%的學生更傾向于自主選擇1種實驗方法。值得注意的是，調查中40%的學生表示希望通過本課程學習和掌握2～3項實驗技術。在需要教師幫助的問題上，占比最高的是設計方案的修改優化，學生普遍認為集中在實驗方法上。關于拓展訓練的態度，64.5%的學生表示愿意參加，有60.5%的學生不介意利用課余時間開展活動。

在了解了學生知識理解上的難點和實際操作中的堵點后，就可根據具體問題尋找解決辦法。針對因實踐經驗不足導致實驗方法的選擇困難，可輔助資料中提供的相關信息，讓學生更直觀地認識該技術。對于大部分學生希望教師給予方案優化方面的指導，因此特意安排了教師反饋環節，教師會根據實驗設計內容給出意見及建議，學生調整后形成最終的實驗方案。而拓展訓練受限于課內時長，在課堂教學中較難完成，因此將拓展實驗獨立出來作為可選的實驗內容單獨報名參與。一方面，學生可以根據自身情況自主選擇，滿足了部分學生提升自我的個性化學習需求；另一方面，形成了課內教學與課外拓展相結合的課程形式，實現了課堂教學的延伸，可作為教學與科研的銜接點，進一步過渡到科學研究工作，對于培養學生的綜合能力有著積極的意義。

（三）提供多種選擇，打造個性化學習清單

1.從興趣愛好出發，選擇分化方向。骨髓間充質干細胞是公認可以分化為成骨細胞、軟骨細胞和脂肪細胞的多能干細胞，在體外培養時，通過特定實驗條件影響，可以誘導分化獲得特定類型的細胞［11-12］。基于分化的多樣性，這3種分化方向可以分別作為三條實驗路線供學生選擇。相較于過去單一的、固定的實驗流程，通過參與實驗設計，學生可以挑選感興趣的內容，打造個性化學習清單。興趣是最好的老師，興趣增加了學生的學習熱情，加強了教學過程中學生的主動參與程度，充分發揮出學生的主觀能動性。同時，相同興趣方向的小組成員集結在一起共同完成實驗任務，可以培養學生的團隊協作精神，也會形成更強的團隊凝聚力，面對困難可以一起協商討論，共同解決問題。

2.從動手能力出發，選擇實驗方法。實驗教學有別于理論教學之處，在于其更具直觀性、實踐性及綜合性［13］，一次成功的實驗不僅需要理解實驗原理、掌握實驗方法，也是對學生實踐動手能力的一次考驗，也正因如此，實驗教學對于培養學生動手能力有著無可替代的重要作用。

細胞分化是一個動態、變化的過程，骨髓間充質干細胞接收到適當信號觸發分化后，隨著分化的進行，其基因表達、細胞代謝和形態特征會出現變化，最后成熟為成軟骨、成骨和成脂譜系的細胞［14］。由于其分化方向的多樣性，鑒定這三種不同的細胞類型就需要針對其各自特點使用不同的實驗方法，而對于同種細胞的不同分化階段，也需要根據其特點選擇合適的鑒定手段。結合這些特征，在制定實驗清單時提供不同的實驗方法，比如成骨細胞可以使用堿性磷酸酶檢測法和I型膠原免疫熒光染色法加以鑒定，學生可根據自己所掌握的實驗技能，選擇想要學習和操作的實驗技術完成實驗。這樣既滿足了實驗教學對于技能訓練的要求，又可以使學生按照自己想要學習的操作技術學習課程，使實驗教學更具目的性、針對性。

3.從深度學習出發，開展拓展訓練。有研究指出，項目教學相較其他教學干預方法對于學生的深度學習影響效果更好［15］。《骨髓間充質干細胞培養與分化的綜合性實驗設計》是兼具綜合性、設計性以及探索性的實驗項目，可作為獨立項目供學生參與研究。鑒于學生在學習能力和學習需求方面的差異，在課堂教學之外，針對細胞分化引起的基因表達水平的變化開設了拓展實驗。學生可以利用實時熒光定量PCR技術在分子水平上進行檢測，在完成課堂規范化教學的基礎上，滿足了不同學生的個性化學習需求。

在影響教學效果的因素中，學生的課堂參與度、教師的平均指導時間和學生對問題深入的主動性具有較直接的正面作用［16］，而拓展訓練恰好彌補了課堂教學中這三方面的不足。由于采取學生自愿報名的形式，相較傳統教學的硬性要求，學生可以自由選擇是否參與，主動地進行更深入的研究性學習。而訓練過程更強調學生的主導作用，除了需要訂制相應引物，學生還需參與方案設計，完成實驗操作并對結果進行討論分析，真正讓每位學生參與到實驗的各個環節中，通過全程操作獲取更多的實踐知識，積累更多的實踐經驗，為將來參與科研工作打下基礎。同時，拓展訓練中個性化教學模式也增加了教師的指導時間，加強教師的正面引導作用，可以幫助學生解決實際問題，也能夠進一步鼓勵學生主動探尋未知領域，引導學生進行獨立思考，這對培養學生的綜合應用能力及創新思維能力有正面作用。

二、個性化教學模式的實踐效果及潛在問題

通過實踐，骨髓間充質干細胞培養與分化的綜合性實驗設計項目取得了較好的教學效果。由于該項目的課程設計以學生為主體、以教師為引導，根據學生的實際情況設置了不同的分化方向、實驗方法及拓展訓練，建立了層次化的教學內容，學生可以通過自主選擇制定個性化的“學習套餐”。整個教學過程更關注學生的個人體驗，并以此充分發揮了學生的主觀能動性，使學生在學習過程中有所收獲。而在實驗教學中融入個性化教學模式，也可以使學生的學習過程得到更多的關注，相比只看結果的評價體系，該模式對于評價學生的綜合表現更為有效。在實踐中，個性化教學模式雖然注重個人成長，但并不意味著學生局限于群體活動中，本項目中不同小組間的結果共享，也幫助學生從差異中獲取知識，加深了對于干細胞多向分化潛能的認識，增加了學習深度。

在項目實施的過程中也存在一些潛在的問題，比如有些學生對于選擇的實驗方法并不能很好地執行，實際操作時存在困難，導致實驗結果不理想等。對于這類問題可以嘗試制作一些儀器使用、實驗操作的短視頻，以便學生在課堂教學前進行及時預習，避免在操作環節有一些不必要的錯誤，從而獲得更好的實驗結果。

結語

骨髓間充質干細胞培養與分化的綜合性實驗設計項目發揮了個性化教學模式的差異化優勢，以學生為主體，以興趣為導向，在實驗課程中實現多層次的教學內容。學生通過自主選擇形成個性化學習清單，激發了學生的學習熱情，提高了實踐動手能力，培養了團隊協作精神，并學習掌握了多項實驗技能。教學過程中，充分發揮了學生的主觀能動性，培養了其科學創新精神，滿足了不同學生的學習需求，有效促進了學生的個性化發展。

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Exploration and Practice of Individualized Teaching Mode in Comprehensive Experimental Design：

A Case of Bone Marrow Mesenchymal Stem Cell Culture and Differentiation Experiment

XU Jie， LI Jiao， JIA Song

（School of Medicine， Tongji University， Shanghai 200331， China）

Abstract： Personalized teaching is a teaching mode that takes students as the main body， teachers as the guidance， and starts from the actual situation of students. The comprehensive experimental design project of bone marrow mesenchymal stem cell culture and differentiation integrates the personalized teaching model into the experimental teaching. Different options are set in the parts of differentiation， identification， extracurricular research， etc.， and students can generate protocol through their own choices. In the process of teaching， we give full play to the advantages of personalized teaching， meet the learning needs of students while completing the teaching objectives， deeply tap students potential， effectively exercise experimental skills， and form a positive effect in team cooperation， so as to provide reference for the development of personalized cell biology experimental teaching.

Key words： experimental design; individualized teaching; experimental teaching; Cell Biology