現(xiàn)代智慧教學(xué)方法在“細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)”課程建設(shè)中的應(yīng)用

孫英健 劉曉曄 楊佐君 吳 瓊

（北京農(nóng)學(xué)院動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 北京 102206）

“細(xì)胞生物學(xué)”是生物學(xué)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)性學(xué)科，研究生階段的“細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)”的教學(xué)著重于前沿研究的需求，學(xué)生需掌握的實(shí)驗(yàn)技能復(fù)雜程度高[1]，不僅要求學(xué)生對細(xì)胞生物學(xué)理論有更系統(tǒng)的理解，還要求學(xué)生能靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)開展實(shí)驗(yàn)研究。由于前沿研究及最新實(shí)驗(yàn)技術(shù)的掌握難度大，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)因?qū)W時(shí)、硬件條件、學(xué)習(xí)能力等因素限制，基本技能訓(xùn)練需要的步驟煩瑣、更長的時(shí)間和更多次實(shí)踐才有可能掌握，教學(xué)難度較大，因此影響了學(xué)生對現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)的掌握、實(shí)踐與應(yīng)用，也阻礙了學(xué)生在研究過程中創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高。如若提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)效率，必須對傳統(tǒng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行改革。公共衛(wèi)生事件突發(fā)以來，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”“雨課堂”等智慧教學(xué)平臺建立的線上、線下混合式教學(xué)模式，以學(xué)生的收獲為目標(biāo)，將多種現(xiàn)代教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合，靈活運(yùn)用，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行拓展和補(bǔ)充，幫助學(xué)生構(gòu)建生命科學(xué)研究的方法體系，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性，使學(xué)生獲得更為系統(tǒng)、全面的技能訓(xùn)練[2-3]，為研究生在實(shí)踐和科研過程中由表及里開展研究提供技術(shù)支持。

1 基于“雨課堂”智慧教學(xué)平臺應(yīng)用的課堂教學(xué)

1.1 引入在線優(yōu)質(zhì)課程，夯實(shí)基礎(chǔ)，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力

細(xì)胞生物學(xué)理論是學(xué)習(xí)掌握“細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)”的重要基礎(chǔ)，在學(xué)習(xí)過程中要培養(yǎng)學(xué)生舉一反三的應(yīng)用能力和創(chuàng)新精神，夯實(shí)基礎(chǔ)理論是必需的前提條件。因此在教學(xué)中，教師首先要了解每一屆學(xué)生對細(xì)胞生物學(xué)的掌握程度，同時(shí)充分研究和運(yùn)用教材知識結(jié)構(gòu)，合理規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，突出教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)；其次，通過“雨課堂”教學(xué)平臺引入清華大學(xué)《細(xì)胞生物學(xué)》在線優(yōu)質(zhì)課程，根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容精心挑選理論章節(jié)，在課前、課后向?qū)W生推送預(yù)習(xí)課件、復(fù)習(xí)課件、習(xí)題測試、拓展視頻學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)內(nèi)容，給學(xué)生課下適當(dāng)增負(fù)[4]，一方面讓學(xué)生根據(jù)自己的掌握程度，補(bǔ)上各自基礎(chǔ)知識的短板，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)能力，自我管理能力及舉一反三的能力。另一方面，使老師能及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況和知識點(diǎn)的掌握程度，以利于實(shí)驗(yàn)方法理解和掌握。例如，細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)是研究細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容，在教學(xué)中先將線上課程中線粒體、溶酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)與功能制作成視頻課件，推送給學(xué)生進(jìn)行線下自學(xué)，加強(qiáng)重點(diǎn)知識的學(xué)習(xí)掌握，并將知識點(diǎn)制作成測試題緊隨其后，以方便學(xué)生在自學(xué)后自查；同時(shí)制作學(xué)習(xí)測試卷，進(jìn)行課上測試，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)，并對難點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講授，在此基礎(chǔ)上開展講授細(xì)胞器相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，及在研究中的應(yīng)用，使學(xué)生深入理解應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與可解決的科學(xué)問題相互關(guān)系。

1.2 應(yīng)用“雨課堂”智慧教學(xué)平臺，注重課堂教學(xué)效果提高

通過“雨課堂”智慧教學(xué)平臺，利用“雨課堂”的優(yōu)勢，教師根據(jù)反饋、針對出現(xiàn)的問題在課堂教學(xué)中對突出的問題進(jìn)行講授，并設(shè)計(jì)問題結(jié)合測試、彈幕、隨機(jī)點(diǎn)名等方式使學(xué)生在課堂上跟隨教師的教學(xué)節(jié)律[4]，提高學(xué)生課程中的“抬頭率”和課堂教學(xué)效果，活躍課堂氣氛；選取小的方向或熱點(diǎn)課題，讓學(xué)生分組討論并帶著問題查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解學(xué)科前沿動態(tài)，并整理制作成簡短的PPT課件，在課堂上進(jìn)行講解和討論。培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、分析和應(yīng)用能力。在培養(yǎng)學(xué)生牢固掌握專業(yè)知識的同時(shí)，也培養(yǎng)學(xué)生具有良好的表達(dá)能力、分析問題、解決問題的能力，真正體現(xiàn)以學(xué)生發(fā)展為中心的教育理念。

1.3 注重“過程性”學(xué)習(xí)與考核評價(jià)，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣

基于“雨課堂”智慧教學(xué)平臺，科學(xué)建立課程內(nèi)容的教學(xué)體系，形成了“雨課堂”的過程性的評價(jià)體系。在手機(jī)端發(fā)布的課前預(yù)習(xí)課件、知識點(diǎn)復(fù)習(xí)課件、階段性測試試卷以及課程運(yùn)行中的測試、提問和互動，均可形成學(xué)習(xí)記錄，實(shí)現(xiàn)了有效的監(jiān)督、管理全部學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，也為教師提供了每位學(xué)生“課前—課中—課后”的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，使教師及時(shí)掌握學(xué)生情況，通過發(fā)出學(xué)習(xí)預(yù)警和學(xué)習(xí)優(yōu)秀的評價(jià)，促進(jìn)學(xué)生良好學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成。同時(shí)將雨課堂記錄作為考核評價(jià)的重要組成（占比60%），使學(xué)生重視學(xué)習(xí)過程，促進(jìn)了教學(xué)效果的提高。

2 線上實(shí)驗(yàn)與線下實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)在生命科學(xué)專業(yè)課程體系中具有重要地位，在研究生的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中不僅要掌握基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)，還要介紹新技術(shù)，讓學(xué)生掌握技術(shù)的原理與方法的同時(shí)能順利完成實(shí)驗(yàn)，并且能在應(yīng)用過程中培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力[5]。但是，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對基本技能的訓(xùn)練與新技術(shù)的實(shí)踐無法兼顧，引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，通過線上線下混合式教學(xué)有利于快速掌握基本技能的要點(diǎn)，拓展學(xué)生的視野。

2.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與線下實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是利用Flash3D技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)的基本要求和目標(biāo)進(jìn)行細(xì)化分解，學(xué)生通過在線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的觀看和操作學(xué)習(xí)，掌握實(shí)驗(yàn)過程的要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)反復(fù)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作技能的目的，并且能在短時(shí)間內(nèi)多次完成復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)過程，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不容易實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享平臺為廣大師生提供了多種虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源[6]，學(xué)生在登陸“國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享平臺”還可自主體驗(yàn)學(xué)習(xí)其他的虛擬實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中我們將研究生的實(shí)驗(yàn)分為基本技能訓(xùn)練和綜合實(shí)驗(yàn)兩類，基本技能訓(xùn)練將線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)“動物細(xì)胞傳代培養(yǎng)”和線下實(shí)際實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，在講授細(xì)胞培養(yǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和要求后，介紹虛擬實(shí)驗(yàn)的目的，以及虛擬實(shí)驗(yàn)的操作方法、考核要求等，學(xué)生先完成線上的虛擬實(shí)驗(yàn)后，在掌握細(xì)胞培養(yǎng)的基本技能和要求的同時(shí)也糾正了不良的操作習(xí)慣，為線下實(shí)驗(yàn)的成功增加了信心和實(shí)踐動力。然后，再結(jié)合自己科研內(nèi)容，培養(yǎng)一種細(xì)胞，完成細(xì)胞的復(fù)蘇、培養(yǎng)和凍存的操作，極大增加了實(shí)驗(yàn)的成功率，縮短了實(shí)際訓(xùn)練的時(shí)間。

細(xì)胞生物學(xué)的一些前沿的實(shí)驗(yàn)屬于綜合性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜程度高、難度大，有的需要使用昂貴的大型科學(xué)儀器設(shè)備如電鏡、激光共聚焦成像系統(tǒng)等，有的需要很長的時(shí)間才能完成。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)則顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢，如虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享平臺上的“單克隆抗體的制備”的虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，不僅節(jié)省了教學(xué)成本、也節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，線下4-6個(gè)月完成的實(shí)驗(yàn)，可以在一周內(nèi)在線上的反復(fù)體驗(yàn)，是學(xué)生真是體驗(yàn)了細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的難度和學(xué)習(xí)要點(diǎn)，對于完成線下實(shí)驗(yàn)如細(xì)胞活性檢測、細(xì)胞免疫熒光、細(xì)胞蛋白質(zhì)檢測等，能正視實(shí)驗(yàn)的要求、增加了實(shí)驗(yàn)積極性和成功的信心。師在線下實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，師生就實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)出現(xiàn)和可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析討論，幫助學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)問題的解決方法。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提升學(xué)生的觀察能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生對生命科學(xué)研究的興趣和靈感，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力。

2.2 以問題為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)培養(yǎng)科研素養(yǎng)

研究生科研創(chuàng)新能力的提升是研究生培養(yǎng)的目標(biāo)之一，對于研究生而言，實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練課促進(jìn)學(xué)生操作信心和操作能力的提高，然而要提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，需要培養(yǎng)學(xué)生具備敏銳的觀察能力和科學(xué)問題的凝練能力，以及為解決科學(xué)問題的設(shè)計(jì)研究方案和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力[3]。因此在課程建設(shè)中將凝練科學(xué)問題和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)作為本門課程的主要內(nèi)容之一。教師通過布置學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生圍繞細(xì)胞的生長增殖、衰老損傷、細(xì)胞周期、凋亡壞死等事件結(jié)合研究內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)研究方案，學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，運(yùn)用所掌握的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析方法，自主選擇材料方法并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，最后以報(bào)告的形式呈現(xiàn)。教師在課程中安排學(xué)生用PPT的形式匯報(bào)研究的目的和研究方案，并引導(dǎo)學(xué)生探討要解決的問題是否明確？研究方案對擬解決的科學(xué)問題是否能提供支撐？實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理？如何分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果？等，并對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)。在此過程中培養(yǎng)學(xué)生具有認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲泄ぷ魉仞B(yǎng)。

3 以典型案例為引導(dǎo)，開展思政教育

“課程思政”育人是目前課程建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容。經(jīng)分析“細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)”課程的特點(diǎn)，將本課程的思政點(diǎn)聚焦在的尊重生命、甘于奉獻(xiàn)、腳踏實(shí)地的做人做事，以誠信之心做研究。通過挖掘課程中的案例將融入到本課程的教學(xué)中，如在講到細(xì)胞器的形態(tài)與功能檢測方法時(shí)，以“開胸驗(yàn)肺”事件為引，引入“溶酶體與矽肺病”的案例，從矽肺病的發(fā)生發(fā)展與轉(zhuǎn)歸，講授溶酶體損傷在該病中起到的作用，了解溶酶體的作用和檢測方法，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生深入理解基礎(chǔ)研究對臨床診斷的重要意義，使學(xué)生認(rèn)識生命的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生尊重生命、基礎(chǔ)研究需要腳踏實(shí)地的人才[7]。在文獻(xiàn)學(xué)習(xí)和閱讀中在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)方法和研究思路同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生重視誠信是研究所必需品質(zhì)。此外，通過關(guān)注歷年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的獲獎?wù)邔⑵渥鳛榘咐胝n程教學(xué)中，使學(xué)生在了解科學(xué)巨匠的研究成果的同時(shí)學(xué)習(xí)認(rèn)識到科研創(chuàng)新的基礎(chǔ)不僅是知識的積累，更是科學(xué)素養(yǎng)的不斷提高[8]。使思政元素有機(jī)融入課程教學(xué)過程中，形成了隱性思政育人的教學(xué)模式。

4 結(jié)語

現(xiàn)代研究生課程“細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)”的課程建設(shè)，首先要能將現(xiàn)代教學(xué)方法、考核評價(jià)方法融入到教學(xué)過程中，加強(qiáng)師生互動，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和課外交流；其次，要能充分利用開放的教學(xué)資源，如網(wǎng)絡(luò)課程、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，以提高學(xué)生的能力和收獲；第三，教師要挖掘思政元素有機(jī)融入到課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，形成“潤物細(xì)無聲”的思政育人的目標(biāo)。