生物工程专业细胞生物学教学改革与应用

刘小刚　王莹　周新明　苟斌全

摘  要：细胞生物学是生物工程的专业必修课，也是该学科领域内的重要基础理论课。针对当前不同学科交叉融合、相互渗透、快速发展态势，考虑到生物工程专业的培养目标、专业特色和新时期学生特质，结合笔者多年从事细胞生物学的教学经验，就如何激发学生学习潜能、提高学生分析问题与解决问题的能力、开拓学生思维与视野，并在教学中涵养学生人文情怀，对细胞生物学教学内容和教学模式进行改革探索，以适应社会经济对创新型、高素质人才的需求。

关键词：生物工程  细胞生物学  教学模式  教学改革

中图分类号：G642.0                      文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）09（b）-0156-05

Teaching Reform and Application of Cell Biology in Bioengineering Specialty

LIU Xiaogang  WANG Ying  ZHOU Xinming  GOU Binquan

（Beijing Institute of Technology（ Zhuhai）， Zhuhai， Guangdong Province， 519000 China）

Abstract： Cell biology is a required course for bioengineering majors and an important basic theoretical course in this field. In view of the current situation of cross integration， mutual penetration and rapid development of different disciplines， taking into account the training objectives， professional characteristics and students' characteristics in the new era of bioengineering， and combined with the author's years of teaching experience in cell biology， this paper discusses how to stimulate students' learning potential， improve students' ability to analyze and solve problems， and expand students' thinking and vision. And it also cultivates students' humanistic feelings in teaching， and reform and explore the teaching content and teaching mode of cell biology， so as to meet the needs of social economy for innovative and high-quality talents.

Key Words： Bioengineering; Cell biology; Teaching reform; Teaching model

細胞生物学是支撑现代生物工程发展的基础学科，在学生的知识结构体系中占有重要的地位[1]。近年来，与专业相关的学科括包分子生物学、生物物理学、计算生物学等快速发展，并进一步交叉融合，快速推动了学科的研究与应用，在微观水平上对生命活动规律认识达到了前所未有的广度与深度，细胞生物学形成了一门专业性极强的学科。细胞生物学成为生命科学领域中最活跃、最富有发展前景的学科（见图1）。作为一门基础性学科，细胞生物学在生物理论研究、工程应用开发、药物与健康研究等诸多领域发挥着引领作用。这一形势的发展给教学工作带来紧迫性：如何培养人、培养什么样的人，不仅关系着学生个人成长与发展，同时也涉及国家的发展战略。众所周知，国家的竞争，是技术的竞争，而技术的背后，实质是教育的竞争，而教育的背后，又是思维与理念的竞争。

在细胞生物学教学全过程中，寻求专业知识、人文情怀和审美意识的结合，将能力培养、价值塑造和品德陶冶交互融合，从而实现全人教育的理念，也是专业能力和思想品德全面提升的构想[2]。从中国哲学文化来看：形而上者谓之道，形而下者谓之器。专业技能的训练其终极目的是辩证统一的。也就是说，技能的培养，就是“器”;而人文情怀和审美意识就是“道”。“器”的探究是为了追寻“道”，而“道”的思考是为了引领“器”。两者是相互交织、互为因果，是不可分割、相互统一的。这不仅是中国文化教育传统中所一贯秉持授业与传道并重的理念，所谓厚德方可载物，从辩证唯物主义的观点来看，客观世界是物质的，也是普遍联系的[3];事物的发展是螺旋式上升的，传统的课堂教学将思想教育与技能培养分块进行，以期通过专门学习，实现育人的目的。现实的情况是：单纯的思想教育显得枯燥乏味;而片面的专业技能训练，却又会使部分学生失去目标而茫然;其结果必然会事倍功半，也必然会使教育异化与扭曲，显然是不可取的。品德培养与专业训练交互融合，不仅是当下时代的要求，更是教师教书与育人的本质要求。在当下全球高度竞争的格局中，教育教学不仅关系着个人成功，更关乎国家战略目标。这一目标的实现，教师需要透过自己的长期的学习与积淀，不仅需要深入研究专业课程细胞生物学，而且需要领悟中国传统文化和辩证唯物主义，在讲授细胞生物学的专业课程训练过程中，以中国特有的文化语境与富有哲理的阐述引领学生的思维，开启学生追求智慧之美，这应该是教育的本质。

1  教学目标

教学目标是指教学活动中所期待得到的学习结果，在教学活动中起着至关重要的作用。在细胞生物学授课前，教师需要郑重地告知学生：“凡是预则立，不预则废”，目标与方向的极端重要性。笔者认为，细胞生物学课程教学承担着3个方面的使命：第一，通过细胞生物学深入细致的学习，掌握该领域基本理论、相关的实验技术和细胞生物学思考问题的方法;第二，通过该课程的学习，理解生物学研究和实验一般方法与原理，也就是方法学的训练;第三，细胞生物学的学习不是以课程结束为目标，不能以细胞相关知识的获取作为终点，细胞生物学课程是今后学习与研究的起点。辩证唯物主义认为：世界是发展的、变化的、运动的。细胞生物学的教学目标随课程学习深入，也在步步深化与发展。通过细胞生物学这一“窗户”的打开，看到生物学领域内高远的目标，需要努力攀登，而这些问题的解决，需要方法与工具的创新。细胞仅是研究对象，只要能够解决细胞生物学问题就是好方法，譬如蛋白三维结构高精度计算、基于图像识别癌细胞的筛查、人工智能辅助药物筛选等。细胞生物学的学习，不是把思维与方法限制在细胞生物学教科书与实验手册上，而是以此作为平台和基础，不断攀登和超越。唯有如此，学科才能创新与发展，学生才能肩负使命与担当。这也是中国传统文化中所提倡的“君子不器”，不能画地为牢[4]。为了帮助学生树立这一观念，克服学习交叉领域畏难心理，笔者以身作则，带头示范，自学计算机编程、科学计算原理的目的在于告知学生：“在当今社会，不断创新，终身学习是立足与发展的根本。”教师要在专业课上课前，开宗明义、浓墨重彩地将教学的基本目标宣讲给学生。

2  教学内容

2.1 教材分析

教材是教学活动的依据，当今信息化时代的背景下，教材的概念已发生历史性大变革，由传统的二维纸质版发展到电子、视频和课程网站结合的多维、立体、信息密度大的综合体。教材的选择必须科学细致，既要从教材本身去做分析，也要考虑使用者的行为习惯去综合考虑。在开课前，笔者通常做以下3点说明：一是把所选择教材动机以及依据做简单阐述;二是对教材比较研究和学生阅读统计分析一般原理做说明;三是如何分析教材的难点与重点问题。这样做的好处在于学生在开课学习前对教材内容框架有整体认识，与此同时，学习了文献调研方法，也有利于学生参与大学生科研立项工作。笔者从美国国立卫生研究院所属PUBMED数据库检索2020年细胞相关论文发现：膜生物学、细胞核、跨膜信号转导、细胞周期与癌细胞以及干细胞是目前研究热点领域（见图2）。细胞研究在取得突出进展的同时，与其对应的教学工作中所使用的教材，也在快速更新与增补。笔者对于当下国内外细胞生物学教材进行计量分析表明：相比于国内外其他教材，丁明孝著作（第5版）指标体系大部分处于优势，内容新颖，所引用的参考文献集中分布在2001—2017年，图片精美，数据详实，显示出作者对于教材更新的高度重视（见表1）。与此同时，该教材使用单位较多，有可供在线学习精品课程网站。因此，生物工程教研组选择丁明孝（第5版）的著作作为参考书。

2.2 数码资源

计算机与信息技术的发展，深刻影响并改变了教学资源的开发与利用的方式，已经超越传统意义上图书馆。笔者通过大学生阅读方式进行问卷调查（见图3），发现新时代学生阅读习惯有了显著的变化。数码与电子资源是当代大学生知识获取的重要方式，对于细胞生物学而言，学生充分利用好各种线上与线下的平台，就课程学习而言，获益匪浅。为了提升课堂教学，该文推荐下列在线资源作为教学补充内容的一部分，供学生参考学习与使用（见表2）。

3  教学方法

教与学是一个硬币的两面，它们各自发展轨迹和逻辑联系是教学理论的核心。对于教师的课堂讲授，其展开过程是清晰的、明确的，其指向也是有针对性的，但其研究却相对较少;而学生学习历程显然复杂的多，学生学习既可以脱离教师教学轨迹独立发展，也可以和教师教学形成强烈的共振，对其研究却又丰富的多[5]。笔者认为，教学方法的灵魂是教学策略，也就是在教学开展过程中，在迈向教学目标的过程中，如何引导学生学习轨迹的问题。这一任务的实现是在对学生学习轨迹的判断基础上，并且采用现阶段学生耳熟能详的词汇，以及该民族所特有的语言文字去阐述教学策略，唯有如此，才会展现出教学策略的强大影响力，取得学生认同，教师的教学驱动才会转化为学生学习驱动，进而实现二者的互动，从而高质量完成教学目标。这样的教学超越了知识的获取，更是思维的训练，也是智慧的提升。

3.1 课堂教学

课堂教学管理是现代教学工作必备的环节。上课之初，首先在教学平台上建立课程教学群。上课考勤工作，可以通过平台来快速完成;作业布置与批改通过平台来完成;学生的学习动机、知识结构和专业分布，亦可通过平台程序对学生进行问卷调查，作为课堂教学依据。在课堂教学中，生物工程教研组将细胞生物学相关知识归纳整理，形成逻辑严密、层层递进的启发性问题。在课堂教学中，以图片、动画和文字所制作的多媒体平台展开课堂内容[6]，所采取的教学策略为启发与思考，并且告知学生“学而不思则罔”，以此来激励学生。

3.2 在线辅导

在课堂学习中，学生已经对基本概念和理论有了初步的认识。笔者对传统的简单答疑进行变革，采用线上辅导的方式来进行。辅导内容有两个方面：一方面选择经典的、有代表性的细胞生物学案例，组织学生讨论[7]。另一方面，选择教材中难点与重点问题，进行提问，并将回答质量作为学生平时成绩主要参考依据，激励学生在学习过程中发挥积极性与主动性。

3.3 课后作业

课后作业是课堂教学延续，作业的质量十分关键。作为课后作业的一部分，教师要求必须完成的任务是撰写章节概要。概述的字数要求在1 500字，并且在概述中需要用计算机绘制示意图。这种要求的目的在于一方面能使学生将教材中核心内容做到深刻理解;另一方面通过专业软件学习与使用，能够提升学生的计算机应用能力，而且也是将来科研论文所必备的技能。最后教师筛选一些经典的考研习题，提供给学生，作为练习提升。这样学生通过课后作业的练习，其能力水平均有大幅度提升。

3.4 实验教学

实验教学在细胞生物学整个教学活动中占有相当重要的地位[8]。为了提升实验课的教学质量与教学效果，实验教学采用线上与线下混合教学模式。在进入实验室操作之前，学生可通过在线平台预习，对于实验所用到仪器设备进行针对性学习;对于整个实验流程，学生可以观摩视频进行学习;在此基础上撰写实验预习报告，并绘制思维导图。在线平台的小测验表明：学生对于实验原理清晰准确;在实验教学过程中，教师示范讲解，并及时对学生答疑解惑，可以观察到学生的实验操作能否做到标准化、科学化;实验结束后，教师发现：学生所提交报告逻辑严谨，用语准确，层次分明。

4  教学评价

教学评价是依据教学目标对教学过程及结果进行价值判断并为教学决策服务的活动，是对教学活动现实的或潜在的价值做出判断的过程。该文分为两个层面：一方面，笔者举行学业沙龙，把学生的学习情况、考试答题情况进行总结分析;与此同时，听取学生学习心得，并且与学生就学习、未来个人发展交流活动。另一方面，则是教研室內部教学活动，专业课教师就教学展开讨论，相互借鉴与学习。

5  结语

细胞生物学作为的一门重要的基础课，一方面，课程教学工作关系着生物工程专业教学中核心内容。通过线上线下的混合式教学，突破了传统教学在教学方式与内容的局限，实现教师的教学轨迹与学生学习轨迹融合共振，高效提升了学生学习的效率;而在内容上要紧跟时代的发展，使学生及时理解最新的理论知识，掌握最新的实验技术，培养学生扎实的理论功底与创新能力。另一方面，课程教学工作也承载着启发学生专业学习的兴趣，以及人文情怀的塑造。通过学生喜闻乐见的词汇，以及中国文化所特有的语境，在启发学生思考的同时，培养学生奋发有为的意识，促进学生健康的成长与发展，以实现培养有中国特色意识、有担当、高素质的生物专业人才的教学目标。

参考文献

[1] 齐文靖，卜庆盼，莫金钢，等.细胞生物学课程教学改

基金项目：北京理工大学珠海学院2018年度一般教改课题（项目编号：2018012JXGG）

作者简介：刘小刚（1975—），男，硕士，讲师，研究方向为细胞生物学。