新生研讨课《纳米技术与生物医药的变革》的实践与体会

郭正清

（苏州大学放射医学与防护学院，江苏 苏州）

高等教育是以科学研究、知识创新、创新教育、素质教育为核心，但当前实际教学过程中仍存在以知识传授为主，自主探索不足的现象。如何有效地促使学生由“嚼饭填鸭”的教育模式转变为“开放自主”的学习状态，这是高等教育领域一直以来追求的教育目标。因此，探索具有激发兴趣、开拓思维、探索未知、创新求变的教学模式对于高等教育的发展起着重要的促进作用。新生研讨课是一类针对大学新生开设的研讨课程，通过小班教学模式增加学生主动参与的机会，并将学生置于课堂教学的中心位置，根本性地转变学生在教学过程中的被动地位，促使学生学会独立思考、自主学习[1]。2009年的调查表明，90% 以上的美国大学都开设了新生研讨类课程，且成为其核心课程的重要组成部分[2,3]。根据高等教育和专业发展要求，苏州大学开设了新生研讨课[4]。此课程由各个学科领域的专家型教师负责，以较高的专业水准面向大一新生开设。每班人数不超过30人，采用交互式教学方式，通过师生之间、学生之间的交流互动组织教学。课程不要求严格考核，重在启发引导，培养学习兴趣和创新思维。

一 课程定位、教学目标和教学内容

近年来，纳米技术作为前沿研究领域，有望成为未来创新经济的主要发展动力之一[5]。它将为医学、材料和信息通信等行业带来革命性变革，因此受到了世界各国的极大青睐，并引发了越来越激烈的竞争，尤其是纳米医学领域。随着纳米生物医药发展，采用纳米技术和材料解决医学问题逐渐成为可能：1）疾病的早期诊断：利用纳米技术制造微型诊断仪器，并将其植入体内实时准确地观测体内状况，并对相关信息进行记录、分析；2）疾病的精准治疗：利用纳米技术将常规治疗药物纳米化，显著提高药效、减少用量、降低副作用；3）疾病的主动性免疫：运用纳米探针主动性寻找病毒、细菌，并予主动性灭活，从源头消除传染病发生。纳米医学具有多学科交叉的特点，包括化学、材料、纳米技术和医学等多个学科。为了帮助医学、药学相关专业的大一学生了解纳米医学的知识背景、发展状况和未来发展趋势，我们开设了《纳米技术与生物医药的变革》新生研讨课程，力图从纳米材料、生物技术、生命科学和医学应用等方面，介绍纳米医学的基本概念、生物效应和环境毒理等知识。更为重要的是通过本课程的学习与研讨，使大一新生对纳米医学具备较为全面的了解，对其未来职业发展具备更清晰的认识。

本课程挑选了当前纳米医药领域的研究热点进行研讨，如纳米生物材料、纳米生物技术、纳米药物、疾病诊断纳米探针、纳米机器人等。通过课堂讲授与分组讨论、参观实践相结合的开放式教学模式，激发大学生对当今纳米医学前沿技术的兴趣，培养想象力和创新能力。本课程为2 学分，主要完成以下主题：1）纳米生物材料——超高性能带来革命性的效应；2）纳米药物——高效、低毒不是梦；3）纳米造影剂——肿瘤的早期发现；4）纳米机器人——跨越的不仅仅是尺寸；5）讨论课——纳米带来的启示；6）实践——观察纳米世界。以学生学习研讨和教师启发指导相结合的方式进行教学，通过提问形式激发学生学习思考，使学生了解纳米医学的重要性、国内外纳米医学的发展历史与现状，以及改善纳米医学应用效能的基本方法和策略，研讨纳米医学在解决目前医学领域问题的潜力和局限性，培养学生主动学习的能力，激发学生探索纳米世界与研究纳米医学科学的兴趣。

二 教学方式

根据本课程所涉内容，我们设计了多种教学方法，引导学生进行思考，主要以小组（2-3 人为一组）讨论的方式对所涉及的课程内容进行探讨。与此同时，辅以电子邮件、网络平台等交流方式协助授课教师了解学生的问题想法，实施因材施教。具体教学方式包括以下几个方面：

（一）激发学生主动思考潜能，营造双向式教学模式

在开始阶段，授课教师简明扼要地介绍课程所涉及的背景知识、基本内容和发展状况，并提出一到两个本领域所关注的科学问题，要求学生在课后积极查阅相关文献，并以电子幻灯片的形式汇总所查阅的内容。在课堂中由学生担任主持人并组织讨论，通过发言和提问的形式对课程内容进行讲述。在讲述过程中，授课老师会对相关内容进行及时补充和扩展。最后，由授课老师汇总同学的发言，对所遇到学术问题进行分析，提出潜在的解决方案。例如在“纳米带来的启示”讨论课中，学生根据所设定的主题范围，分组进行自学、收集资料、充分准备后进行研讨。通过上述过程学生了解到纳米技术与我们生活健康息息相关。从自然界中的动植物到人类衣食住行，再到维持生命和健

康的“神药”，都能见到纳米技术的“身影”。不仅让学生了解了纳米科学的定义和内容,同时也帮助学生理解纳米科学所基于的设计原理，激发了他们用“纳米视角”去观察思考身边的事物，使他们体会到知识与生活实践相结合的重要性和实用性。

（二）以学生为中心，积极探索问题导向教学方法

为达到以学生为中心的教学目的，在整个新生研讨课的教学过程中我们积极采用了“问题导向教学方法”（Problem-Based Learing, PBL）[6]。授课老师首先提出科学问题，引导学生主动思考。学生通过自学、研究、讨论和合作解决问题。PBL 教学方法完全符合新生研讨课“开放、自主”的教学宗旨，而且有助于提高学生的自主学习和独立思考能力。例如在讲述“肿瘤早期发现”这一主题时，我们首先介绍了当前肿瘤治疗领域的主要检测方法，如分子影像技术、肿瘤标记物检测等，并且强调了肿瘤早期诊断对于治疗的意义。在此基础上，我们提出了如何才能进行更早期、更准确的肿瘤诊断这一关键问题，以及纳米技术和纳米材料在这一方面的潜力。要求学生了解纳米技术和纳米材料对肿瘤早期发现的基本理论，特别要求学生重点明确纳米技术和纳米材料对肿瘤早期发现的意义。我们启发学生纳米材料的哪些性质对于肿瘤早期发现具有重要性。

（三）以辩论方式增进学生对纳米医学相关课题的理解

我们在教学中尝试了以口头辩论的方式对纳米科学和纳米医学相关课题进行研讨。在课程中我们围绕“纳米科学——天使与恶魔”这一主题组织辩论，调动学生参与的积极性，强化学生对此教学内容的理解。首先，将同学随机分为正反两方，并选出两位同学对此次辩论活动进行组织，正方：纳米科学和纳米医学对推动社会发展功不可没；反方：纳米科学和纳米医学对社会发展存在潜在威胁。在此次辩论环节，正方根据纳米科学、纳米医学的研究前景进行了大量实例分析，指出纳米科学的发展将人类科学提升到了一个前所未有的高度，形形色色的材料和药物层出不穷。而反方根据纳米科学对社会环境、人类道德底线的冲击，提出了自己的例证。例如，“贺建奎事件”中在纳米尺度对人类基因的改造，在制造纳米材料过程中大量废弃物的排放对当今环境的破环也是前所未有。通过此次辩论学生们更加清晰地了解了当前纳米科学和纳米医学发展存在的问题，让学生更为辩证地看待新事物、新科学和新技术。

（四）师生互动，课内外结合，使学生近距离接触科研

授课教师在新生研讨课中的作用不仅是传道授业解惑，更应激发学生对科学研究的兴趣。对于大一新生来说，他们刚从高中进入大学，学习上习惯于老师课堂讲授为主的被动模式。如何让学生的学习模式由被动转为主动，需要进行大量的探索。其中，通过开展课题相关实验，让学生近距离接触科研是较为有效的方法。这样不但可以激发学生的科研兴趣，而且通过动手实践让学生进行更为深入地探索。因此，安排了学生参观授课老师的实验室。在此实践课中，学生有机会与科研仪器设备、实验方法和表征手段近距离接触，并组织他们与研究生就特定课题进行讨论，使新生可以直观地接触和了解前沿科学研究，对培养学生科研兴趣，为将来的科研奠定良好的基础。例如，在细胞观察的实践课程中，新生第一次通过共聚焦显微镜观察到了细胞的微观结构，了解了课本中多彩的细胞结构图是如何拍摄出来的。此外，更为重要的是知道了不同荧光染料为什么能选择性靶向细胞核、线粒体和溶酶体等。通过引导学生进行简单的文献检索方法，收集资料，学会提问题，学会评价他人的方案。考虑到新生对纳米医学专业及实验室缺少感性知识，选课新生普遍表现了较强的兴趣和好奇心，对专业培养目标和教学要求增加了感性认识。

三 教学效果

这种小班教学模式有利于老师对学生的了解，可针对性地根据学生的背景和特点进行课程设计，实现因材施教的教学目标。课程结束时的问卷调查结果反映了学生们对本课程教学效果的满意程度。从书面反馈意见普遍反映教学效果好，在轻松的氛围中学了不少新知识。不少同学反映他们是第一次查文献，第一次准备电子幻灯片，第一次参加辩论赛做辩手或主持人。课堂气氛活跃，每次研讨让学生主持，锻炼了学生多方面的能力。大部分学生在学习本课程的过程中，表现了较好的学习兴趣和积极性。对学校、专业、教学目标和方法都有了新的认识，拓宽了视野，启发了新生探求未知世界的兴趣。目前已有参加过该新生研讨课的学生申请了大学生创新创业计划，并在笔者课题组参与科研项目。

四 问题和打算

本课程开设时间不长，在教学方面仍存在一些问题需要解决。例如有少数学生对以学生研讨为主还不够理解，希望老师多讲，这说明他们习惯于传统的讲授为主的教学方式，对这种新型的教学方式还有待于进一步加强学习宣传，使学生逐步适应这种教学模式。另外，有些学生希望不仅能参观实验室，最好能安排自己做实验，反映学生对课程的引导性质还不能理解。同时，也启发我们应该加强后续研究型课程的建设，能够使这种新型教学模式在整个本科教学阶段予以实施。目前这种全新模式的新生研讨课尚处于探索阶段，我们希望能够通过几年的努力，逐步扩大新生研讨课的范围，使大多数学生能够在进入本科教学的初始阶段，就能按照符合创新和素质教育要求进行学习，尽快适应研究型教学环境。