基于翻轉(zhuǎn)課堂的《醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)實驗》教學(xué)設(shè)計

劉星 郝燕 夏春麗 馮昆 張青峰 魏妮娜

摘? 要：隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式被廣泛使用，并取得卓越的教學(xué)效果。目前大多數(shù)高校實驗教學(xué)還是采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，不利于實驗課程的發(fā)展。利用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，結(jié)合超星學(xué)習(xí)通公共平臺，以細(xì)胞融合實驗為例，對醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)實驗進(jìn)行改革和創(chuàng)新，有利于改善教學(xué)效果，提高實驗教學(xué)水平，培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)科建設(shè)和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂;實驗教學(xué);細(xì)胞融合;醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）25-0081-03

Abstract： With the development of modern educational technology， flipped classroom is widely used and has achieved excellent effect on teaching. However， the experimental teaching of most colleges and universities still uses the traditional teaching mode， which is not conducive to the development of experimental courses. Taking cell fusion experiments as an example to reform the medical cell biology experiments by flipped classrooms and combining with the public platform of superstar learning is helpful to improve the teaching effect and the level of experimental teaching. In addition， this teaching mode also plays an important role in cultivating the creative ability and scientific research literacy of students， and promotes construction and development of subjects.

Keywords： flipped classroom; experimental teaching; cell fusion; medical cell biology

翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom）又稱反轉(zhuǎn)課堂，是一種與傳統(tǒng)教學(xué)模式相反的教學(xué)模式，主要通過借助現(xiàn)代教學(xué)微視頻或?qū)W習(xí)平臺等來取代傳統(tǒng)課堂知識講授，將知識的講解置于課前，要求學(xué)生在課前通過共享平臺自主觀看學(xué)習(xí)[1]。在課堂上再通過教學(xué)活動和互動交流，集中解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的困惑和疑問，進(jìn)而實現(xiàn)知識的內(nèi)化[2]。它顛覆了傳統(tǒng)教學(xué)的講授模式，將課堂有限的寶貴時間主要用于知識的高級認(rèn)知和實踐應(yīng)用[1]。翻轉(zhuǎn)課堂自2011年在美國開始實行，隨后傳播到世界各地，掀起了一波教改新浪潮。隨著翻轉(zhuǎn)課堂的廣泛應(yīng)用和取得的卓越成效，國內(nèi)許多學(xué)校包括中小學(xué)，職校和高等院校紛紛開展了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的探討和應(yīng)用，并取得了較好的教學(xué)效果，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的可行性和優(yōu)越性得到了充分的肯定和證實[3，4]。翻轉(zhuǎn)課堂要求學(xué)生在課前完成理論知識的初步理解，并通過搜集相關(guān)素材以加深對知識的記憶，在課內(nèi)通過多種教學(xué)手段如PPT講授，小組討論等開展知識的應(yīng)用、分析、評價等高級認(rèn)知內(nèi)容。因此，為了實現(xiàn)這種翻轉(zhuǎn)，任課教師需要根據(jù)各個知識點(diǎn)的教學(xué)目標(biāo)，提前設(shè)計好相關(guān)的問題、案例或者實驗等，引導(dǎo)學(xué)生思考，通過閱讀文獻(xiàn)、書籍等方式系統(tǒng)了解相關(guān)知識點(diǎn)，并對所了解的知識進(jìn)行梳理，形成較為系統(tǒng)的知識認(rèn)知。在課堂上引導(dǎo)學(xué)生分析問題、提出方案、驗證方案和評價方案，最終達(dá)到在知識、能力和情感方面的教學(xué)目標(biāo)[5]。與傳統(tǒng)教學(xué)中老師為“主角”的模式完全不同，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在整個教學(xué)過程把學(xué)生當(dāng)成“主角”。因此，在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實施過程中，教師必須根據(jù)教學(xué)目的和教學(xué)大綱設(shè)計“以學(xué)生為中心”的教學(xué)體系，以滿足方案的驗證、分析和評價等活動的需求[1]。

實驗教學(xué)的發(fā)展歷程相對理論教學(xué)較短，目前大多數(shù)院校開設(shè)的實驗課依舊采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即實驗前教師講授實驗原理，實驗操作步驟和注意事項等，然后學(xué)生根據(jù)固有的實驗操作步驟等來完成相關(guān)實驗操作，獲得特定的實驗結(jié)果[6，7]。在這個過程中，學(xué)生只需要重復(fù)相應(yīng)的實驗操作，缺乏獨(dú)立思考的過程，未能引發(fā)學(xué)生對實驗結(jié)果的思考，不利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，思考問題，解決問題的能力，也不利于提高學(xué)生的科研素養(yǎng)。除此之外，很多課程中實驗課成績占總成績的比值較低，導(dǎo)致學(xué)生不充分重視實驗課程，應(yīng)付式的完成實驗報告。因此，這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式不利于有效實現(xiàn)理想的教學(xué)目標(biāo)和良好的教學(xué)效果[8，9]。因此，利用現(xiàn)代教學(xué)手段改變傳統(tǒng)的高校實驗課堂教學(xué)模式，轉(zhuǎn)變教師的教育理念，不斷更新學(xué)習(xí)內(nèi)容，改變學(xué)習(xí)形式等迫在眉睫。

醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)是生命科學(xué)的四大基礎(chǔ)學(xué)科之一，通過實驗課程的開設(shè)，有助于學(xué)生深入認(rèn)識細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能等，加深對理論知識的鞏固[10，11]。通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生能掌握研究細(xì)胞組分，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基本方法和技能，并培養(yǎng)學(xué)生善于觀察、獨(dú)立思考和綜合運(yùn)用知識技能的能力[11，12]。但目前我校區(qū)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)實驗課程由于教學(xué)方法單一，教學(xué)模式跟不上時代的發(fā)展，實驗教學(xué)效果不佳，不利于整體教學(xué)水平的提高。因此，本文以經(jīng)典的基礎(chǔ)實驗“細(xì)胞融合”為例，以個性化高效率學(xué)習(xí)為教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)校區(qū)所使用的超星學(xué)習(xí)通平臺，利用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式設(shè)計一套實驗教學(xué)方案，以促進(jìn)實驗教學(xué)的發(fā)展，提高實驗教學(xué)水平，改善實驗教學(xué)效果。

細(xì)胞融合（cell fusion）是指由2個或2個以上的細(xì)胞合并成1個核或多核的雜核細(xì)胞的過程，也稱細(xì)胞雜交[13]。目前體外細(xì)胞融合的方法主要有生物法（病毒法）、化學(xué)法（PEG法）、物理法（脈沖、激光法）和細(xì)胞融合芯片法[14]。通常在實驗教學(xué)中使用簡單易行的PEG誘導(dǎo)融合的方法。為了讓學(xué)生學(xué)有所用，并能學(xué)以致用，充分提高學(xué)生對理論結(jié)合實踐的認(rèn)識和體會，以及對實驗嚴(yán)謹(jǐn)性的認(rèn)識和科學(xué)態(tài)度，取得良好的教學(xué)效果[15]。本文以翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式實行對細(xì)胞融合實驗進(jìn)行改革，為醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)進(jìn)一步的實驗教學(xué)改革奠定一定基礎(chǔ)和積累相應(yīng)的經(jīng)驗。具體教學(xué)設(shè)計如下：

一、實驗教學(xué)視頻的制作

教學(xué)視頻以直觀生動的形式將實驗步驟展現(xiàn)出來，更有利于學(xué)生全面的了解實驗過程，對整體的實驗有清晰的認(rèn)識和把握，因此需要授課教師錄制相關(guān)視頻。視頻資料中包括實驗原理介紹，原理介紹可通過動畫或下載相應(yīng)視頻進(jìn)行清晰的講解;實驗所需儀器、試劑、用具等應(yīng)配合實物一一介紹，對于儀器設(shè)備還需錄制相應(yīng)的使用步驟，以便學(xué)生充分了解儀器的具體使用方法。實驗操作步驟的完整演示，充分展示整個實驗操作流程，并應(yīng)對操作步驟中的注意事項進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，以防學(xué)生在試劑操作過程中忽視實驗細(xì)節(jié)導(dǎo)致實驗結(jié)果不佳。在本實驗中可自行錄制或者下載細(xì)胞融合過程的視頻，便于學(xué)生清晰的認(rèn)識細(xì)胞融合發(fā)生的全部過程。利用視頻編輯軟件將錄制的視頻和下載的相關(guān)素材等進(jìn)行剪輯和配音，完成教學(xué)視頻。

二、學(xué)習(xí)資料的搜集與共享

課前在超星學(xué)習(xí)通平臺上傳實驗分組情況，視頻資料，教學(xué)PPT，教學(xué)設(shè)計方案，實驗評分細(xì)則、標(biāo)準(zhǔn)和實驗報告書寫要求等。建立討論組，針對實驗過程中不理解的知識進(jìn)行解答。要求學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，熟悉實驗?zāi)康模瑢嶒炘砗蛯嶒灹鞒?。鼓勵學(xué)生搜集實驗相關(guān)的內(nèi)容，讓學(xué)生不但能夠“知其然”，而且還“知其所以然”[11]。同時將文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫如中國知網(wǎng)、萬方、維普、NCBI等網(wǎng)址分享至學(xué)習(xí)平臺，激勵學(xué)生通過正規(guī)的數(shù)據(jù)庫搜集可靠資料。細(xì)胞融合實驗要求學(xué)生自行查閱文獻(xiàn)資料，從PEG的分子量大小、濃度，誘導(dǎo)融合的時間，緩沖液的pH值，誘導(dǎo)融合的溫度五個方面來優(yōu)化細(xì)胞融合率。教師將具體任務(wù)按組（五個大組，每組約8人）分配給學(xué)生，由學(xué)生自行推選小組長，小組長負(fù)責(zé)分配具體任務(wù)給組員，比如制作PPT，查找資料，設(shè)計實驗方案等指定專人負(fù)責(zé)。并召集小組成員針對實驗方案、PPT等進(jìn)行討論和修改。提前2天將實驗設(shè)計的具體方案提交，由任課教師審核通過，以便于實驗準(zhǔn)備教師提前準(zhǔn)備好實驗用品等。通過集中討論后，小組將具體的實驗設(shè)計方案制作成PPT，內(nèi)容包括實驗原理的介紹，實驗設(shè)計的具體思路和操作步驟，以及實驗中應(yīng)該注意的事項等。

三、課堂實施策略

課堂中由小組推選PPT講解人，對小組設(shè)計的實驗方案進(jìn)行詳細(xì)講解，時間控制在8分鐘以內(nèi)。授課教師和其他小組成員對講解小組設(shè)計的方案進(jìn)行綜合評價，同時也可提問，互相討論。講解結(jié)束后對該小組整體表現(xiàn)進(jìn)行評分，具體評分細(xì)則如下：1. 設(shè)計方案的可行性、合理性和可操作性（40分）;PPT制作是否精美，簡潔，突出重點(diǎn)，是否有動畫或視頻資料等（30分）;講解是否簡單易懂、清晰有條理，表述是否流暢（20分）;回答問題是否全面、切入主題（10分）。各組講解完畢，分別按照自行設(shè)計的方案進(jìn)行實驗，以小組的形式共同協(xié)作完成，比如探討PEG濃度對細(xì)胞融合的影響，可設(shè)計5個不同PEG濃度，分別由兩個同學(xué)負(fù)責(zé)合作完成細(xì)胞融合實驗。探討PEG分子量大小對細(xì)胞融合的影響，可設(shè)置PEG2000，4000，6000，8000等;探討誘導(dǎo)融合時間的影響，可設(shè)置2，4，6，8，10min等時間梯度;探討緩沖液pH值可設(shè)置為6.0，7.0，8.0，9.0等梯度;誘導(dǎo)溫度可設(shè)置37～57℃不同梯度。學(xué)生在實驗過程中必須認(rèn)真觀察并記錄實驗現(xiàn)象。實驗結(jié)束后，要求各小組對實驗結(jié)果進(jìn)行拍照，并計算出細(xì)胞融合率。小組成員對實驗結(jié)果進(jìn)行比較分析，獲得最佳誘導(dǎo)細(xì)胞融合的條件，將實驗結(jié)果（包括照片和融合率的計算結(jié)果）上傳到超星學(xué)習(xí)通平臺上，其他小組成員和教師對每組實驗結(jié)果進(jìn)行評分，評分細(xì)則包括圖片的清晰度，顏色的飽和度，涂片背景是否潔凈，細(xì)胞融合率是否有變化。最后，由教師對每組實驗結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評，重點(diǎn)指出實驗過程中存在的不足或者應(yīng)該要注意的細(xì)節(jié)。同時引導(dǎo)學(xué)生思考細(xì)胞融合技術(shù)的應(yīng)用前景和實際意義，細(xì)胞發(fā)生融合的條件以及細(xì)胞融合在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的作用等。

四、課后反饋

實驗課結(jié)束后要求學(xué)生提交實驗報告，報告中需繪制詳細(xì)的實驗流程圖和實驗結(jié)果，對實驗結(jié)果進(jìn)行深入分析，總結(jié)實驗成功或者失敗的經(jīng)驗和教訓(xùn)。實驗討論中要求查閱文獻(xiàn)深入回答細(xì)胞融合技術(shù)的應(yīng)用前景和實際意義等思考題。教師根據(jù)實驗報告書寫是否規(guī)范，排版是否合理，簡潔，字跡是否工整，實驗流程圖是否清晰有條理，實驗結(jié)果呈現(xiàn)是否精美，討論是否深入等對實驗報告進(jìn)行評分，并將實驗報告成績通過超星學(xué)習(xí)通平臺反饋給學(xué)生。最后學(xué)生實驗成績由三部分組成：課前準(zhǔn)備（30%）、課堂表現(xiàn)（50%）、課后反饋（20%）。課前準(zhǔn)備分為兩部分：教師通過學(xué)習(xí)平臺考察學(xué)生是否觀看和學(xué)習(xí)共享的相關(guān)資料，是否參與實驗討論中，占該部分評分的30%;小組長根據(jù)每個組員的參與度、積極性、配合情況等進(jìn)行評分（分值100），占該部分評分的70%。課堂表現(xiàn)分為2部分：利用超星學(xué)習(xí)通平臺當(dāng)場進(jìn)行的評分，包括講解PPT和實驗結(jié)果的評定，各占50%。課后反饋即教師給每組實驗報告的評分。

通過結(jié)合超星學(xué)習(xí)通平臺，利用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，對細(xì)胞融合實驗進(jìn)行改革，可充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，培養(yǎng)學(xué)生對科研實驗的興趣，激發(fā)他們的探索欲，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，科研設(shè)計能力等。通過改革，加強(qiáng)醫(yī)學(xué)生對基礎(chǔ)學(xué)科的重視，培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生將專業(yè)基礎(chǔ)知識與臨床實例進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的能力。學(xué)生的實驗成績由原本單一的教師評分，轉(zhuǎn)化為學(xué)生互評和教師評分的綜合成績，更有助于鼓勵學(xué)生發(fā)揮主觀能動性，充分參與到實驗中來，真正體會自行設(shè)計實驗，驗證實驗結(jié)果的樂趣，從而激發(fā)學(xué)生對基礎(chǔ)實驗課的濃厚興趣和對科研的探索欲。同時能和理論有機(jī)結(jié)合起來，加深學(xué)生對理論知識的理解和記憶，鞏固課本上的難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容，拓寬學(xué)生的視野和知識面。在實驗教學(xué)中對傳統(tǒng)的教學(xué)方法進(jìn)行改革和創(chuàng)新，在深化教育改革，提高實驗教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐動手能力等方面發(fā)揮著重要的作用[16]。教學(xué)改革的路還很漫長，需要廣大教育工作者在教學(xué)工作中敢于創(chuàng)新，勇于嘗試，為提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)新一代綜合型人才做出貢獻(xiàn)。