互联网背景下案例教学法在“分子生物学”课程中的应用实践

韩 叶，毕 阳，张玉斌，朱 艳，宗元元

（甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃兰州 730070）

案例教学法是一种通过在教学过程中引入适当的案例，由授课教师指导学生经过预习、讨论、总结等，最终高效掌握相关理论知识的教学方法.案例教学法最早是由哈佛商学院提出，20世纪末引入我国，目前不仅在商学、医学、法学等教育领域运用广泛，在工科领域也逐渐开始实施[1-3].作为一种启发式教学方式，案例教学法因具备趣味性和典型性，可有效激发学生的学习兴趣，提高学生应用理论知识解决实际问题的能力，改善传统教学方式中学生厌学、学习效果差等现状[4-5].

“分子生物学”作为生物工程专业的一门基础必修课，主要研究对象是DNA、RNA 与蛋白质，为其它生命科学相关课程提供了必要的理论知识和基本的实验技能，在推动我国生物技术产业的发展、生物医药产品的研发等领域具有至关重要的地位.因课程内容多集中在分子水平，没有实物参照、较抽象，又需掌握许多专业名词，传统的线下讲授方式学生不易理解，教学效果难以提升[6-7].

因此，为了更好地提升教学效果，将案例教学法结合“线上线下”混合教学模式引入生物工程专业的“分子生物学”课程教学中.

1 混合式案例教学法的优势

在互联网背景下，“线上+线下”混合教学模式相比传统的线下教学具有明显的优势.

（1）借助线上教育平台，学生可获取更丰富的教育资源.其中，线上案例资源库、讨论区、答疑区等的建设，有利于学生自主开展预习、讨论、总结等学习活动.

（2）线上平台的运用，可解决传统案例教学法中课堂时间占用过多、课程进度缓慢等问题[8].

（3）近两年诸多的时事热点问题涉及到分子生物学相关的知识，也有利于案例教学法在“分子生物学”课程教学中的开展.例如，用以早期筛查猪群中是否有非洲猪瘟病毒感染的方法，涉及分子生物学中的实时荧光定量PCR 技术.类似地，新型冠状病毒肺炎病毒的来源、是否发生突变、疫苗研发过程等领域也涉及分子生物学中生信分析、测序比对、载体构建等方面的内容.

通过利用“清华教育在线”网络教学综合平台（甘肃农业大学在线教育平台）建立线上案例资源库，采用课前线上案例引导预习、课堂重点案例讨论总结、课后线上平台解答疑问等过程，将案例教学法结合“线上+线下”混合教学模式运用于“分子生物学”的教学活动中.实践发现，混合式案例教学法打破了传统的教学模式，在“分子生物学”课程教学中具有不可替代的优势：

（1）混合式案例教学法激发了学生学习的积极性.选择具有趣味性和启发性的案例，同时结合当前时事热点，明显提高了学生学习的主动性，学生的学习主体性体现比较充分.

（2）案例教学法提高了学生的实际应用能力.所选案例往往贴近生产和生活，学生通过案例教学法掌握的理论知识，更容易举一反三，应用到相关领域的实际生产中.

（3）案例教学法能够提高教师的教学水平，促进教学改革.以往教师习惯采用“满堂灌”的传统教学方式，教学效果欠佳，学生的学习动力不足.采用案例教学的教学模式，教师将抽象的理论知识具象化，有利于学生理解运用，调动学生学习的积极性，有效提升教师的教学水平.

（4）这种“线上线下”的混合教学模式也解决了传统案例教学法中，课堂案例教学时间过长、课程进度缓慢等问题.

2 线上案例资源库的建设

2.1 素材的收集

通过认真解读“分子生物学”课程标准，结合教材内容和大纲要求，制定明确的教学目标和教学重、难点.在此基础上，首先利用教材和相关参考资料收集案例素材.教材中往往有不少经典图片或者事例，可以将这些资源进一步扩充利用.同时也可以查缺补漏，理清哪些知识点尚需补充案例.然后通过互联网检索关键词收集案例素材，根据教学要求筛选检索结果，选择合适的内容作为案例资料.检索的素材有些是分子生物学领域的前沿成果，例如利用转基因技术获得红肉苹果果实，这些科研成果可以有效激发学生的学习动力.最后还可以通过生活实践收集案例素材，如核酸检测筛查新型冠状病毒肺炎阳性感染者，就利用了分子生物学中的PCR 技术.

2.2 线上案例的选择

收集到的案例素材并不一定全部适用于教学，需要进行反复推敲.用以教学的线上案例资源需要具备以下特点：

（1）问题性和启发性.线上教学案例应当符合学生认知水平，案例中包含的问题过于简单，学生会失去兴趣，过于复杂，容易挫伤学生的积极性.同时，案例应当具备启发性，激发学生主动思考，通过预习、讨论与总结，最终掌握相关知识.

（2）趣味性和简洁性.线上教学案例应该尽量贴近生活，与学生们的经历相符.所述案例也应简洁，课堂教学时间有限，重点案例若太冗长将不利于教学进度的开展.

（3）时效性和典型性.案例要紧跟时事热点，过于陈旧，不利于吸引学生的注意力.比如，近年来新型冠状病毒肺炎疫情方面的问题，学生本身关注较多，以此为例可提高学生兴趣.案例还应具备典型性，通过一个案例就能将要学习的知识点涵盖，学生理解后还可以举一反三，提高解决实际问题的能力.

针对上述要求，分子生物学线上教学案例的选择主要包括三方面的内容：

（1）研究背景及科研故事.分子生物学很多理论知识是科研工作者通过提出设想、试验验证得到的，虽然理论知识比较抽象，但研究的背景及其中的科研故事往往富有戏剧性.例如，肺炎双球菌转化试验，创造性地将无毒R 型菌的核酸导入到加热灭活的有毒S 型菌中，注射小鼠竟然感染肺炎死亡，进而证明了DNA 是主要的遗传物质.再比如，DNA 双螺旋结构的发现，首先是根据DNA 晶体照片提出了双螺旋结构的假说，后来进一步通过X 光衍射试验证明了猜想，完美解释了生物如何保障基因的稳定遗传.

（2）时事热点话题.分子生物学中的理论知识与实验技术和生活实际息息相关，紧跟时事热点，可以获得有吸引力而又新颖的案例.比如，“基因编辑婴儿事件”不但涉及分子生物学的前沿技术——基因编辑，而且针对艾滋病基因功能的研究也包含其中.近年来，新型冠状病毒肺炎疫情蔓延下，人们的学习、生活、工作甚至日常出行都受到影响，其中涉及到的分子生物学知识更易引起学生们的兴趣.如科学家利用了分子生物学中的测序技术发现新型冠状病毒肺炎的病毒已变异.

（3）生物自身有趣的分子机制.生物体在分子层面上有很多有趣的机制，这些大自然进化的杰作、形形色色的生物学现象，令人拍案惊奇.比如，根据彩色玉米籽粒颜色的“跳跃性”和“无规律性”现象，科学家发现了转座子这种“跳跃基因”，打破了人们对生物遗传的认知.而DNA 的复制过程堪称小型加工厂，多种酶各司其职，有条不紊地生产新的DNA 分子.可以通过动画模拟该过程，将“拓扑异构酶”比作先锋队，由它开展解螺旋工作；将“DNA 聚合酶”比作劳动模范，一点一滴加入新的核苷酸，使得DNA 新链延长；将“DNA 连接酶”比作缝补匠，使短链DNA 分子“冈崎片段”最终连接形成长链.

2.3 案例的加工

案例经素材收集与筛选后，需要进一步加工才能作为成熟的教学资源使用.根据载体形式不同，案例可分为文字型、图表型、视频型三种，应针对不同的案例，选择合适的表现形式，以达到最优的教学效果.故事性强的案例往往采用文字呈现，这类案例的加工以word 文档编辑为主，文字型案例占案例资源的一半以上.而具体的实验结果或者生物现象，可采用图表展现，将抽象的理论具象化.复杂的生物学过程则可通过视频形式展现，比如琼脂糖凝胶电泳选用视频案例演示操作过程，在“DNA 复制”章节则选用动画案例来模拟复制过程.

案例加工时还需设置合理的问题，问题应具有启发性，激发学生的求知欲.同时，问题也应涵盖相应的知识点，利于学生理解和掌握理论知识.通过利用甘肃农业大学在线教育平台建立了分子生物学线上案例资源库，经收集、选择、加工后，形成成熟的案例入库，并根据教学实践效果和时事热点定期更新和维护.

3 混合式案例教学法的实践

3.1 课前线上案例引导预习

教师根据“分子生物学”的教学大纲和教学目标，从线上资源库中选择多个有针对性的案例，利用甘肃农业大学在线教育平台提前一周发布预习任务.预习任务包括解答案例中的有针对性问题，同时对需要讨论的主题明确提出.学生自动分组，小组成员分工查阅资料，开展课前预习和讨论.各小组针对讨论时出现的问题，在线上平台的讨论区留言，鼓励学生跟帖回复、畅所欲言.比如，在“染色体与DNA”章节的线上导学部分，选择“为什么种瓜得瓜、种豆得豆？”的案例，引导学生思考生物遗传的物质基础是什么？并要求学生就“如何证明DNA 是生物的主要遗传物质”这一主题开展小组讨论.

3.2 课堂重点案例讨论总结

教师课堂简述案例内容，引导学生关注需要掌握的知识点.针对其中的重点案例，安排各小组汇报讨论结果，教师对汇报内容进行点评，进而提炼知识点，结合重点案例讲授理论知识.这一步骤是“分子生物学”运用案例教学法的关键，教师要参与到小组的讨论和汇报中，有技巧地引导学生开展“头脑风暴”，鼓励大家自主思考问题、解决问题、总结答案.此外，也要适当指出学生汇报的不足之处，寻找相应的改进方法，更利于下一次课堂讨论重点案例的进行.例如，在“DNA 重组技术”章节中，选择“转基因抗虫棉的获得过程”作为重点案例，通过课前预习、课堂小组汇报讨论、教师讲解总结等过程，让学生对于DNA 重组技术的原理与过程有更形象、具体的理解和运用.

3.3 课后线上平台解答疑问

学生课后可在线上平台的答疑区留言，对有疑问的教学内容进行提问，并对教学过程给予评价.教师根据答疑区留言内容进行线上答疑，将重要性或共同性的问题置顶并推送各位同学阅读.同时，教师根据学生对教学过程的评价，分析案例的适用性及不足之处，对教学案例适时更新.例如，在琼脂糖凝胶电泳分离核酸的实验中，学生通过课前观看视频案例、课上动手实践操作后，仍有部分学生的实验结果不理想.学生们通过线上平台的答疑区上传有问题的电泳图，教师分析实验失败的原因，线上提供解决方案，并将需强调的实验细节置顶并推送每个学生.

3.4 期末教学实践效果分析

混合式案例教学法已在甘肃农业大学食品科学与工程学院生物工程专业的“分子生物学”课程中试行两年，以2018 级生物工程专业的55 名同学为例，分析2021 年3 月15 日至2021 年7 月15 日期间学生的线上学习情况.根据在线教育平台的统计，学生访问线上“分子生物学”课程的次数在16～220 次之间，平均访问次数在100 次以上.学生的在线学习时长在438 min～11463 min 之间，平均在线学习时长在2000 min 以上.授课期间 “分子生物学”线上课程的单日访问人数最高可达49 人（图1）.

图1 学生的线上学习情况统计

从闭卷考试和调查问卷两方面评价混合式案例教学法两年的实践效果.如表1 所示，2018 级和2017 级生物工程专业“分子生物学”的期末总成绩较2016 级分别提高8.6%和10.1%，其中主观题和客观题的平均成绩均显著提高.同时，调查问卷显示，77%的同学支持混合式案例教学法在“分子生物学”教学中的运用，82%的同学表示案例教学法有效改善了他们的学习兴趣和主动性，72%的同学认为案例教学法提高了他们专业基础知识的应用能力（表2）.

表1 混合式案例教学法与传统教学法学生学习成绩比较

表2 混合式案例教学法的问卷调查表（N=102）

4 混合式案例教学法存在的问题及对策

（1）线上教学案例库中的资源不足.案例资源库建立仅两年，其中的案例数量尚有待增加，课程组内的师资力量也有待提升.因此，可鼓励学生参与到案例素材的搜集中，教师则进一步进行筛选、加工和更新案例资源，通过集思广益来丰富“分子生物学”的线上案例资源库.

（2）案例教学法对教师提出了更高的要求.无论是线上案例资源库的建立，还是合适案例的选择，或者课堂教学中针对重点案例的总结等，都要求教师不但要有专业的基础理论知识，也要有丰富的实践应用经验.教师要在总结教学经验的基础上，不断反思、灵活运用新的教学模式，逐渐提高教学水平.

（3）学生之间的基础知识差异较大，教师需要平衡好案例教学和传统授课时间的分配.教师尤其要善于运用线上教育平台，通过案例资源激发学生的兴趣，让差生也能积极利用线上的学习时间弥补相关的基础知识.

（4）混合式案例教学法对学生的主动性要求较高，分组讨论过程中有“搭便车”的现象.通过优化考核体系，将分组讨论作为学生的平时成绩之一，以此激励和引导学生积极参与到分组讨论中.

以上问题在今后的“分子生物学”教学实践中需要进一步优化完善.