现代智慧教学方法在“细胞生物学实验技术”课程建设中的应用

孙英健 刘晓晔 杨佐君 吴 琼

（北京农学院动物科学技术学院 北京 102206）

“细胞生物学”是生物学领域的重要基础性学科，研究生阶段的“细胞生物学实验技术”的教学着重于前沿研究的需求，学生需掌握的实验技能复杂程度高[1]，不仅要求学生对细胞生物学理论有更系统的理解，还要求学生能灵活运用实验技术开展实验研究。由于前沿研究及最新实验技术的掌握难度大，而传统的实验教学因学时、硬件条件、学习能力等因素限制，基本技能训练需要的步骤烦琐、更长的时间和更多次实践才有可能掌握，教学难度较大，因此影响了学生对现代生物学技术的掌握、实践与应用，也阻碍了学生在研究过程中创新能力的培养和提高。如若提高教学质量和学生学习效率，必须对传统生物学实验教学内容和方法进行改革。公共卫生事件突发以来，利用“互联网+”“雨课堂”等智慧教学平台建立的线上、线下混合式教学模式，以学生的收获为目标，将多种现代教学手段有机结合，灵活运用，对教学内容进行拓展和补充，帮助学生构建生命科学研究的方法体系，调动学生学习积极性和主动性，使学生获得更为系统、全面的技能训练[2-3]，为研究生在实践和科研过程中由表及里开展研究提供技术支持。

1 基于“雨课堂”智慧教学平台应用的课堂教学

1.1 引入在线优质课程，夯实基础，提高学生自主学习的能力

细胞生物学理论是学习掌握“细胞生物学实验技术”的重要基础，在学习过程中要培养学生举一反三的应用能力和创新精神，夯实基础理论是必需的前提条件。因此在教学中，教师首先要了解每一届学生对细胞生物学的掌握程度，同时充分研究和运用教材知识结构，合理规划教学内容，突出教学重点和难点；其次，通过“雨课堂”教学平台引入清华大学《细胞生物学》在线优质课程，根据实验课程内容精心挑选理论章节，在课前、课后向学生推送预习课件、复习课件、习题测试、拓展视频学习等学习内容，给学生课下适当增负[4]，一方面让学生根据自己的掌握程度，补上各自基础知识的短板，同时培养学生的学习兴趣，增强自主学习能力，自我管理能力及举一反三的能力。另一方面，使老师能及时掌握学生学习情况和知识点的掌握程度，以利于实验方法理解和掌握。例如，细胞的超微结构是研究细胞生物学实验的主要内容，在教学中先将线上课程中线粒体、溶酶体、内质网等细胞器的结构与功能制作成视频课件，推送给学生进行线下自学，加强重点知识的学习掌握，并将知识点制作成测试题紧随其后，以方便学生在自学后自查；同时制作学习测试卷，进行课上测试，强调重点，并对难点进行重点讲授，在此基础上开展讲授细胞器相关的实验技术，及在研究中的应用，使学生深入理解应用细胞生物学实验技术与可解决的科学问题相互关系。

1.2 应用“雨课堂”智慧教学平台，注重课堂教学效果提高

通过“雨课堂”智慧教学平台，利用“雨课堂”的优势，教师根据反馈、针对出现的问题在课堂教学中对突出的问题进行讲授，并设计问题结合测试、弹幕、随机点名等方式使学生在课堂上跟随教师的教学节律[4]，提高学生课程中的“抬头率”和课堂教学效果，活跃课堂气氛；选取小的方向或热点课题，让学生分组讨论并带着问题查阅相关文献资料，了解学科前沿动态，并整理制作成简短的PPT课件，在课堂上进行讲解和讨论。培养学生的学习热情、分析和应用能力。在培养学生牢固掌握专业知识的同时，也培养学生具有良好的表达能力、分析问题、解决问题的能力，真正体现以学生发展为中心的教育理念。

1.3 注重“过程性”学习与考核评价，培养良好的学习习惯

基于“雨课堂”智慧教学平台，科学建立课程内容的教学体系，形成了“雨课堂”的过程性的评价体系。在手机端发布的课前预习课件、知识点复习课件、阶段性测试试卷以及课程运行中的测试、提问和互动，均可形成学习记录，实现了有效的监督、管理全部学生的学习过程，也为教师提供了每位学生“课前—课中—课后”的学习数据，使教师及时掌握学生情况，通过发出学习预警和学习优秀的评价，促进学生良好学习习惯的养成。同时将雨课堂记录作为考核评价的重要组成（占比60%），使学生重视学习过程，促进了教学效果的提高。

2 线上实验与线下实验相结合的实验教学实践

实验在生命科学专业课程体系中具有重要地位，在研究生的实验课程教学中不仅要掌握基本实验技术，还要介绍新技术，让学生掌握技术的原理与方法的同时能顺利完成实验，并且能在应用过程中培养分析问题和解决问题的能力[5]。但是，传统实验对基本技能的训练与新技术的实践无法兼顾，引入虚拟仿真实验教学内容，通过线上线下混合式教学有利于快速掌握基本技能的要点，拓展学生的视野。

2.1 虚拟仿真实验与线下实验相结合

虚拟仿真实验是利用Flash3D技术，将实验的基本要求和目标进行细化分解，学生通过在线上虚拟仿真实验的观看和操作学习，掌握实验过程的要点，实现反复学习实验操作技能的目的，并且能在短时间内多次完成复杂的实验过程，弥补了传统实验教学中的不容易实现的实验。国家虚拟仿真实验教学项目共享平台为广大师生提供了多种虚拟仿真实验资源[6]，学生在登陆“国家虚拟仿真实验教学项目共享平台”还可自主体验学习其他的虚拟实验，激发学生的学习兴趣。在实验教学中我们将研究生的实验分为基本技能训练和综合实验两类，基本技能训练将线上虚拟仿真实验“动物细胞传代培养”和线下实际实验相结合，在讲授细胞培养的关键技术和要求后，介绍虚拟实验的目的，以及虚拟实验的操作方法、考核要求等，学生先完成线上的虚拟实验后，在掌握细胞培养的基本技能和要求的同时也纠正了不良的操作习惯，为线下实验的成功增加了信心和实践动力。然后，再结合自己科研内容，培养一种细胞，完成细胞的复苏、培养和冻存的操作，极大增加了实验的成功率，缩短了实际训练的时间。

细胞生物学的一些前沿的实验属于综合性实验，实验的复杂程度高、难度大，有的需要使用昂贵的大型科学仪器设备如电镜、激光共聚焦成像系统等，有的需要很长的时间才能完成。虚拟仿真实验则显示出独特的优势，如虚拟仿真实验教学项目共享平台上的“单克隆抗体的制备”的虚拟实验的学习，不仅节省了教学成本、也节省了实验时间，线下4-6个月完成的实验，可以在一周内在线上的反复体验，是学生真是体验了细胞生物学实验的难度和学习要点，对于完成线下实验如细胞活性检测、细胞免疫荧光、细胞蛋白质检测等，能正视实验的要求、增加了实验积极性和成功的信心。师在线下实验结束后，师生就实验中已经出现和可能出现的问题进行分析讨论，帮助学生掌握实验出现问题的解决方法。通过实验教学，提升学生的观察能力、发现问题和解决问题的能力，激发学生对生命科学研究的兴趣和灵感，培养学生的创新和实践能力。

2.2 以问题为导向的实验设计培养科研素养

研究生科研创新能力的提升是研究生培养的目标之一，对于研究生而言，实验的训练课促进学生操作信心和操作能力的提高，然而要提高学生分析问题和解决问题的能力，需要培养学生具备敏锐的观察能力和科学问题的凝练能力，以及为解决科学问题的设计研究方案和实验设计的能力[3]。因此在课程建设中将凝练科学问题和实验设计作为本门课程的主要内容之一。教师通过布置学习任务，让学生围绕细胞的生长增殖、衰老损伤、细胞周期、凋亡坏死等事件结合研究内容设计一个研究方案，学生通过查阅文献，运用所掌握的实验设计及结果分析方法，自主选择材料方法并设计实验，最后以报告的形式呈现。教师在课程中安排学生用PPT的形式汇报研究的目的和研究方案，并引导学生探讨要解决的问题是否明确？研究方案对拟解决的科学问题是否能提供支撑？实验设计是否合理？如何分析实验结果？等，并对实验方案进行改进。在此过程中培养学生具有认真、严谨的科研工作素养。

3 以典型案例为引导，开展思政教育

“课程思政”育人是目前课程建设的重点内容。经分析“细胞生物学实验技术”课程的特点，将本课程的思政点聚焦在的尊重生命、甘于奉献、脚踏实地的做人做事，以诚信之心做研究。通过挖掘课程中的案例将融入到本课程的教学中，如在讲到细胞器的形态与功能检测方法时，以“开胸验肺”事件为引，引入“溶酶体与矽肺病”的案例，从矽肺病的发生发展与转归，讲授溶酶体损伤在该病中起到的作用，了解溶酶体的作用和检测方法，同时引导学生深入理解基础研究对临床诊断的重要意义，使学生认识生命的本质，培养学生尊重生命、基础研究需要脚踏实地的人才[7]。在文献学习和阅读中在指导学生学习实验方法和研究思路同时，引导学生重视诚信是研究所必需品质。此外，通过关注历年诺贝尔生理学或医学奖的获奖者将其作为案例引入课程教学中，使学生在了解科学巨匠的研究成果的同时学习认识到科研创新的基础不仅是知识的积累，更是科学素养的不断提高[8]。使思政元素有机融入课程教学过程中，形成了隐性思政育人的教学模式。

4 结语

现代研究生课程“细胞生物学实验技术”的课程建设，首先要能将现代教学方法、考核评价方法融入到教学过程中，加强师生互动，促进学生自主学习和课外交流；其次，要能充分利用开放的教学资源，如网络课程、虚拟仿真实验，以提高学生的能力和收获；第三，教师要挖掘思政元素有机融入到课程教学的各个环节，形成“润物细无声”的思政育人的目标。