基于創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的“高等細(xì)胞生物學(xué)”教學(xué)改革

楊英 朱春鳳

[摘 要] 高等細(xì)胞生物學(xué)是生物科學(xué)專業(yè)研究生的必修課程之一，是學(xué)生進(jìn)入科研階段的重要的基礎(chǔ)學(xué)科，改善教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是本次教學(xué)改革的重點(diǎn)。本次教學(xué)改革的目的是通過設(shè)置創(chuàng)新性科學(xué)問題，激發(fā)學(xué)生的“頭腦風(fēng)暴”，在鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮想象力的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維的能力。

[關(guān)鍵詞] 高等細(xì)胞生物學(xué);教學(xué)改革;教學(xué)方法

[基金項(xiàng)目] 天津大學(xué)研究生創(chuàng)新人才培養(yǎng)項(xiàng)目“基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的《高等細(xì)胞生物學(xué)》教學(xué)改革”（YCX18035）

[作者簡介] 楊 英（1973—），女，黑龍江集賢人，醫(yī)學(xué)博士，天津大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院（微生物免疫系）副教授、碩士生導(dǎo)師（通信作者），主要從事腫瘤免疫機(jī)制研究;朱春鳳（1987—），女，山東濰坊人，生物化學(xué)與分子生物學(xué)碩士，天津大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心工程師，研究方向?yàn)榇笮蛢x器平臺管理和實(shí)驗(yàn)。

[中圖分類號] G642.4? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）30-0181-03? ? [收稿日期] 2019-12-29

細(xì)胞生物學(xué)是生命科學(xué)前沿學(xué)科之一，高等細(xì)胞生物學(xué)是在本科階段細(xì)胞生物學(xué)的基礎(chǔ)上的拓展和提升。隨著生命科學(xué)的迅速發(fā)展，細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)容不斷更新，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式都需要與時(shí)俱進(jìn)。根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)及學(xué)科發(fā)展的要求，對傳統(tǒng)教學(xué)的各方面進(jìn)行合理調(diào)整和優(yōu)化，更新教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法和評價(jià)手段，把握學(xué)科研究的前沿動態(tài)，通過科研來指導(dǎo)教學(xué)。本教學(xué)改革采用線上和線下結(jié)合的授課方式，通過設(shè)置創(chuàng)新性科學(xué)問題，讓學(xué)生以問題為導(dǎo)向，首先進(jìn)行線下的小組討論，并在課堂教學(xué)過程中進(jìn)行整體的思路匯總，發(fā)揮群體智能，開拓科研思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

高等細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)改革以本科階段的細(xì)胞生物學(xué)為基礎(chǔ)，綜合國內(nèi)外已有的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)[1，2]，結(jié)合目前的前沿進(jìn)展以專題的形式進(jìn)行講授，在講授過程中有機(jī)地將細(xì)胞生物學(xué)的基本概念和理論融入知識體系。

一、高等細(xì)胞生物學(xué)課程改革的創(chuàng)新點(diǎn)和基本思路

高等細(xì)胞生物學(xué)是天津大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的碩士生的必修課之一，并沒有指定教材，那么如何設(shè)置課程，怎樣通過本學(xué)課的學(xué)習(xí)提高學(xué)生對細(xì)胞生物學(xué)的認(rèn)識，并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，而且能夠?qū)W(xué)生即將進(jìn)入的實(shí)驗(yàn)室工作起到指導(dǎo)的作用，是我們需要思考的問題。本次高等細(xì)胞生物學(xué)課程教學(xué)改革的創(chuàng)新之處在于以設(shè)置創(chuàng)新性科學(xué)問題為主線，發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，學(xué)生進(jìn)行“頭腦風(fēng)暴”，進(jìn)行創(chuàng)新性思考，解決科學(xué)問題，并鼓勵(lì)學(xué)生提出創(chuàng)新性的科學(xué)問題;同時(shí)，通過采用線上線下結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)將有利于提高學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。

（一） 如何通過設(shè)置創(chuàng)新性科學(xué)問題培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力可以從多個(gè)角度進(jìn)行，那么如何通過設(shè)置創(chuàng)新性的科學(xué)問題進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并培養(yǎng)創(chuàng)新能力呢？即以問題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)（problem-based learning，PBL），引導(dǎo)學(xué)生積極主動地解決問題。舉個(gè)例子。高等細(xì)胞生物學(xué)中的第一講為“細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)”，鑒于本專題是為生命科學(xué)專業(yè)的研究生提供如何進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的重要專題之一，因此在上課前，預(yù)留幾個(gè)科學(xué)問題讓同學(xué)們思考一下對課堂學(xué)習(xí)非常重要，問題包括：（1）腫瘤細(xì)胞是可以在體外培養(yǎng)基中多次傳代進(jìn)行擴(kuò)增的，那么根據(jù)你所知道的細(xì)胞生物學(xué)知識談?wù)勅绾卧隗w外培養(yǎng)正常細(xì)胞并建立細(xì)胞系？（2）如何在太空中進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)？在失重的條件下細(xì)胞的形態(tài)會發(fā)生哪些改變？請?zhí)岢瞿愕脑O(shè)想和理論依據(jù)。同學(xué)們對此問題各抒己見，在線下討論就已經(jīng)異?；鸨?，在課堂討論環(huán)節(jié)各個(gè)小組也爭相發(fā)表見解。此專題講座結(jié)束后同學(xué)們學(xué)習(xí)高等細(xì)胞生物學(xué)的熱情高漲，有的同學(xué)還提出其他的創(chuàng)新性問題，例如在太空中孵出的蝌蚪行為異常，基因變異，那么回到地球后基因是否可以修復(fù)為正常狀態(tài)呢？通過設(shè)置這類創(chuàng)新性問題，不僅激發(fā)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)也讓大腦充分地“風(fēng)暴”了一下，讓同學(xué)們提高了創(chuàng)新性的能力并拓展了想象空間，使同學(xué)們從書本中解脫出來，并靈活地運(yùn)用書本中所學(xué)的知識解決科學(xué)問題，讓科學(xué)研究不再枯燥。

（二） 如何通過線上線下結(jié)合的教學(xué)方式提高學(xué)生的創(chuàng)新能力

在提出了針對性的創(chuàng)新性科學(xué)問題基礎(chǔ)上，教學(xué)方式的改革也是本次教改的創(chuàng)新性內(nèi)容之一。線上和線下相結(jié)合的教學(xué)方式又稱為混合式教學(xué)，主要是指將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)形式與傳統(tǒng)課堂教學(xué)方法相結(jié)合的教學(xué)形式，即在繼承和發(fā)展傳統(tǒng)課堂教學(xué)精髓的基礎(chǔ)上，有效地導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，突出學(xué)生學(xué)習(xí)主體地位和教師的主導(dǎo)作用的一種課堂教學(xué)模式[3，4]。高等細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)改革以創(chuàng)新性問題為核心并結(jié)合混合式教學(xué)模式開展。

首先，通過線上平臺系統(tǒng)將問題發(fā)給學(xué)生。此部分內(nèi)容通過天津大學(xué)研究生院的e-learning教學(xué)平臺系統(tǒng)進(jìn)行。通過線上將科學(xué)問題在課前發(fā)給學(xué)生，目前高校網(wǎng)絡(luò)資源豐富，文獻(xiàn)檢索數(shù)據(jù)庫齊備，學(xué)生可根據(jù)自己的時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)并檢索資料。

其次，進(jìn)行線上分組，并建立小組討論區(qū)。天津大學(xué)的e-learning教學(xué)平臺系統(tǒng)經(jīng)過不斷的完善，目前操作方便，界面友好，包括了課程編輯、課程進(jìn)度跟蹤、成績分析、題庫和探索討論區(qū)等功能。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺給予學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)的空間，學(xué)生可以自由選擇學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)地點(diǎn)，促使教師與學(xué)員、學(xué)員與學(xué)員之間的交流與協(xié)作，可以在學(xué)習(xí)過程中更快地獲取最新信息。

第三，線下教學(xué)是在提出創(chuàng)新性問題和線上討論的基礎(chǔ)上在教師的引導(dǎo)下對知識進(jìn)行補(bǔ)充和總結(jié)。課堂講授是我國教育的主要模式，這并不是說我們的教育方式因循守舊，事實(shí)證明由教師為主體的課堂講授是整個(gè)教學(xué)活動的必要環(huán)節(jié)，雖然線上教學(xué)比較靈活，但不能取代傳統(tǒng)的課堂教學(xué)。理由包括：（1）教師是教學(xué)環(huán)節(jié)的指引者和監(jiān)督者;（2）課堂講授可以檢查學(xué)生線上的學(xué)習(xí)效果，并防止有的學(xué)生濫竽充數(shù);（3）課堂討論是線上討論的升華，可以更有效地增強(qiáng)學(xué)生的語言表達(dá)能力、分析總結(jié)能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力;（4）教師通過口授、板書、PPT等方法，學(xué)生通過課堂聽講和筆記記錄，直接地從教師那里獲得知識，并學(xué)習(xí)思考問題和解決問題的方法;（5）在課堂教學(xué)活動中師生能面對面地交流，教師在知識分析、話語感知、思緒表情、肢體姿態(tài)等方面都是直接的、感性的，教師的教學(xué)魅力和人格風(fēng)尚可以很好地傳遞給學(xué)生，使學(xué)生在感官上有認(rèn)識，這些都是線上教學(xué)模式難以獲得的教學(xué)效果。

二、教師在高等細(xì)胞生物學(xué)課程改革中的作用

隨著生命科學(xué)的快速發(fā)展，細(xì)胞生物學(xué)與生物化學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容相互交叉，因此，高等細(xì)胞生物學(xué)的講授需要授課老師根據(jù)內(nèi)容所涉及的學(xué)科交叉領(lǐng)域及學(xué)生的知識儲備等進(jìn)行合理安排，在課時(shí)有限、學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間和精力有限的情況下，合理安排教學(xué)任務(wù)和教學(xué)內(nèi)容則顯得尤為重要，這就需要教師對整個(gè)教學(xué)過程進(jìn)行宏觀調(diào)控。

首先，教師在備課時(shí)應(yīng)緊跟科學(xué)前沿設(shè)置教學(xué)內(nèi)容。本次教改的課程內(nèi)容設(shè)置包括六個(gè)主題：細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)胞的死亡方式、腫瘤干細(xì)胞的監(jiān)測及其對腫瘤復(fù)發(fā)的影響、表觀遺傳學(xué)對腫瘤生長的調(diào)控作用、腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和腫瘤血管生成、CAR-T免疫療法的原理及應(yīng)用。內(nèi)容的設(shè)置包含了分子生物學(xué)、遺傳學(xué)和免疫學(xué)的相關(guān)領(lǐng)域。

其次，教師要引導(dǎo)學(xué)生抓住重點(diǎn)，理清主線，將枯燥的理論轉(zhuǎn)化成有趣的話題。比如在腫瘤干細(xì)胞監(jiān)測專題中，教師通過問題引入知識，請你列舉出你所知道的能讓單個(gè)腫瘤細(xì)胞可視的方法，同學(xué)們討論異常熱烈，有的同學(xué)說“通過免疫學(xué)技術(shù)將可以識別腫瘤的特異抗體進(jìn)行熒光標(biāo)記”，但問題來了，單個(gè)細(xì)胞的熒光強(qiáng)度能檢測到嗎？有聰明的同學(xué)建議到“可以與做監(jiān)測的老師合作，看如何提高信號強(qiáng)度”。另外，有的同學(xué)說“現(xiàn)在熒光納米材料在醫(yī)學(xué)應(yīng)用很廣，是否可以在標(biāo)記抗體時(shí)選用易被激發(fā)的材料呢？”等等。

第三，教師需要組織課堂討論并給予有建設(shè)性的建議。例如在如何讓單個(gè)腫瘤細(xì)胞可視的專題的討論環(huán)節(jié)，教師可以提醒同學(xué)們在考慮增強(qiáng)熒光信號的同時(shí)一定要考慮熒光過強(qiáng)對機(jī)體是否有損傷作用等。

第四，教師對重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行概括總結(jié)，便于同學(xué)們理解和記憶。通過將所講內(nèi)容的總結(jié)歸納，使同學(xué)們對所學(xué)的內(nèi)容脈絡(luò)清晰，并將各個(gè)部分有機(jī)地結(jié)合在一起，在頭腦中形成一個(gè)知識網(wǎng)絡(luò)圖，同時(shí)結(jié)合每個(gè)主題的創(chuàng)新性問題，將更好地理解細(xì)胞生物學(xué)地理論知識，并為將來更好地應(yīng)用到科學(xué)研究中打下良好的基礎(chǔ)。

因此，教師在整個(gè)教學(xué)活動中起著非常重要的作用，是整個(gè)教學(xué)計(jì)劃實(shí)施的領(lǐng)導(dǎo)者，要及時(shí)掌握學(xué)生們對知識理解的深度和廣度，并將線上和線下課堂的時(shí)間進(jìn)行合理分配，達(dá)到最優(yōu)的效果。

三、教學(xué)效果評估

隨著創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)的提出，對于教學(xué)活動中學(xué)生主體作用的認(rèn)識已經(jīng)逐漸深入到每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，由于學(xué)生能夠積極主動地參與到教學(xué)活動中，教學(xué)效果明顯提高。成績考核是為了檢驗(yàn)教學(xué)效果，督促學(xué)生學(xué)習(xí)的方法之一，它貫穿課程學(xué)習(xí)的整個(gè)過程。閉卷考試仍是考核學(xué)生學(xué)習(xí)效果的主要方式之一，可檢驗(yàn)學(xué)生的基本理論知識掌握的情況，而對于學(xué)生分析問題和解決問題的能力考核涉及較少。那么，如何既能考核對基本理論的掌握情況又能兼顧學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的評價(jià)呢？因此，高等細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)改革結(jié)合傳統(tǒng)的課程考核方式，建立了一種綜合評價(jià)的考核方式，即通過平時(shí)成績和科研設(shè)計(jì)報(bào)告兩部分成績對學(xué)生的課程學(xué)習(xí)進(jìn)行考核。平時(shí)成績包括課堂討論及線下在討論區(qū)的活躍度給出（占50%），科研設(shè)計(jì)報(bào)告則根據(jù)學(xué)生是否運(yùn)用了課堂所學(xué)的基本理論設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)并具有一定的創(chuàng)新性（占50%）。從平時(shí)表現(xiàn)統(tǒng)計(jì)可以看到，100%的同學(xué)參與了線上討論，并都登錄了討論區(qū)并發(fā)表了見解，但有20%左右的學(xué)生在系統(tǒng)關(guān)閉的時(shí)間節(jié)點(diǎn)登錄，這部分學(xué)生在課堂討論環(huán)節(jié)表現(xiàn)欠佳，說明部分學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度不端正，只是為了應(yīng)付了事。針對這部分學(xué)生，找了其中幾個(gè)學(xué)生進(jìn)行了談話，基本都是表示課業(yè)比較多，時(shí)間安排不好，所以有時(shí)候會對不同學(xué)科有偏好。這也反映了高校學(xué)生的自主管理能力的培養(yǎng)也是素質(zhì)教育的方向之一。科研設(shè)計(jì)報(bào)告是讓學(xué)生在六個(gè)主題中任選一個(gè)，針對課堂講授內(nèi)容和文獻(xiàn)檢索進(jìn)行課題設(shè)計(jì)，要求寫出研究的創(chuàng)新點(diǎn)，立題依據(jù)，并綜合運(yùn)用所學(xué)的細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)和分子生物學(xué)技術(shù)等，主要考察學(xué)生的創(chuàng)新性思維和綜合運(yùn)用知識的能力。從作業(yè)報(bào)告看，85%的同學(xué)能夠認(rèn)真對待科研設(shè)計(jì)報(bào)告，課題具有一定的創(chuàng)新性，有的同學(xué)在實(shí)驗(yàn)方法上進(jìn)行了創(chuàng)新，總體上作業(yè)完成效果良好。學(xué)生們評價(jià)這種授課模式很好，不僅學(xué)到了很多知識，而且讓他們對細(xì)胞生物學(xué)有了更大的學(xué)習(xí)興趣，也學(xué)會了如何思考科學(xué)問題。

四、總結(jié)與展望

按照布魯姆教育目標(biāo)分類學(xué)，教育的基本要素分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價(jià)、創(chuàng)造等6個(gè)層面。高等細(xì)胞生物學(xué)的教學(xué)活動著重讓學(xué)生在課前活動中進(jìn)行理解、分析和創(chuàng)新，在課堂講授環(huán)節(jié)學(xué)生需對老師所講的專題內(nèi)容進(jìn)行理解并記憶，同時(shí)在課堂上參與教師師組織的課堂教學(xué)活動，專注于較高層次的認(rèn)知學(xué)習(xí)，即應(yīng)用、分析、評價(jià)和創(chuàng)造。因此，線上教學(xué)和線下教學(xué)的有機(jī)結(jié)合是提高學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的有效途徑之一[5，6]。該教學(xué)模式增加了教師的工作量，需要教師在整個(gè)教學(xué)活動中跟蹤線上學(xué)生的動態(tài)，并同時(shí)組織生動活潑的課堂教學(xué)活動，需要教師全身心投入，當(dāng)然，對于學(xué)生而言必須在課前進(jìn)行線上預(yù)覽并回答創(chuàng)新性科學(xué)問題，雖然增大了學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)，但在課堂活動中教學(xué)效果明顯提高，學(xué)生回答問題踴躍，并且積極地提出自己的見解，也有部分同學(xué)能夠發(fā)揮主觀能動性，進(jìn)行大膽的設(shè)想，提出科學(xué)問題。因此，這種線上與線下結(jié)合的教學(xué)模式對于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，轉(zhuǎn)變學(xué)生傳統(tǒng)的被動學(xué)習(xí)方式有著顯著的提高。

本次高等細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)改革以創(chuàng)新性問題為主導(dǎo)，在已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上[7]，讓學(xué)生在掌握基本細(xì)胞生物學(xué)理論的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性思維的能力，同時(shí)采用混合式的教學(xué)手段，發(fā)揮線上和線下教學(xué)各自的特點(diǎn)，揚(yáng)長避短，更有效地啟發(fā)學(xué)生思考，為學(xué)生開始科學(xué)研究提供了良好的基礎(chǔ)。我們也將在將來的教學(xué)中繼續(xù)探索，不斷完善教學(xué)手段。

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Preliminary Studies on Teaching Reform of Advanced Cell Biology

YANG Ying，ZHU Chun-feng

（School of Life Sciences，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

Abstract：The course of Advanced Cell Biology is one of the required courses of biology graduate students and the major subject of initiating scientific research.The emphasis of the teaching reform is focusing on improving teaching method，enhancing teaching quality and increasing student interest in learning.The purposes of teaching reform of Advanced Cell Biology aim to promote the brain storm through setting initiative questions and develop students' ability of thinking creatively.

Key words：Advanced Cell Biology;teaching reform;teaching method