研究型挑战性混合式教学模式探索与实践——以“基因工程原理”课程限制性内切酶章节为例

刘春燕，王 娇

（1.烟台市蓬莱中医医院 护理部，山东 烟台 265699；2.上海大学 生命科学学院，上海 200444）

引言

新冠肺炎疫情迫使高校暂停了面对面的教学活动，众多高校采用了在线教学的方式，这是传统面对面教育无法开展而又要保证教育的连续性的无奈之举。线下教学有真实场景体验、易于管理、易于开展多样化活动等优点，这些都是线上教育所不具备的。2005年就有研究显示，与面对面教学或者电子学习相比，混合式学习是一种更有效的教学模式。采用混合式方法学习的学生被证明比采用传统方法学习的学生具有更主动的学习动机。我们借助网络平台，将线下的面对面教学与线上教学结合起来，同时，我们在课堂中融入了研究型挑战性的学习内容，不仅能够增加学生对课堂知识理解的深度，还能培养学生适应飞速发展社会所需要的深度学习的技能。研究型挑战性指的是，教师与学生合作，针对某一问题一起探索新知识，教师为学生提供平台与时间，鼓励学生尝试新事物，表达自己的观点。在基于挑战的学习中，教师不要介意学生犯错误，教师更应该充当一个引导者的角色，与学生一起利用已有的知识去探寻答案。我们的目标是为了学生的未来，让知识动起来，课堂活起来，思维跃起来。我们在积累经验的同时，也面临着一些问题。接下来以“基因工程原理”课程为例分享我们在研究型挑战性的线上线下混合教学模式中的经验。

一、“基因工程原理”课程现状分析

“基因工程原理”课程是生物类专业本科生的基础必修课程，以培养学生的创新精神和实践能力为核心，主要学习以基因工程的方法分析解决在基因克隆和编辑研究中的问题，激发学生的爱国主义情怀和使命担当，培养科研工匠精神。疫情之前，传统教学模式下的教学主要是教师授课和师生互动，师生互动主要遵循提问—应答—评估的对话模式，即老师问，学生答，最后再由老师评估答案。然而，这种传统的做法有其弊端：通过强调正确答案限制固定知识、阻碍学生自主思考和持续学习。疫情暴发之后，“基因工程原理”教学不得不采用线上授课方式来开展，这就暴露出在线教学模式存在的问题：（1）缺乏教师的监督，无法保证学生在课堂上始终专注；（2）师生不在同一空间，很难进行实时有效互动。教师无法通过学生的面部表情和实时反馈来判断学生是否理解了教学内容。（3）在线教学对教学基础设施有一定的专业需求。

二、研究型挑战性混合式案例教学的发展与应用

案例教学法是基于问题的学习方法的变体，可引导学生积极参与，从而根据理解建立自己的知识体系。在混合式教学中融入挑战性学习是“互联网+时代”的一种创新。现在的学生获取信息的方式已经不局限于教师授课，他们更习惯通过网络碎片化时间获取知识。对教学来说，这既是挑战，也是机遇，教师可以充分利用互联网和学生充分交流互动，让学生参与整个课堂活动。这种模式下，教师不再是单一地输出，而是积极参与到学生中来，跟学生一起相互学习，共同探索（见表1）。

表1 研究型挑战性混合案例方法对教学的改善

三、基于研究型挑战性案例教学的混合式教学环节

（一）教学背景

对于“基因工程原理”限制性内切酶的这一章节，利用网络平台，希望学生通过自主性学习和探究性学习，能掌握以下能力：（1）掌握限制性内切酶的发现历史、科学意义；（2）了解基因工程中常见的限制性内切酶及其分类；（3）理解细菌防御系统的基本原理及应用前景。线上学习了解基本概念与理论、实验发展前沿等，约占总课时的40%。线下课堂主要是总结难点、答疑解惑，夯实学生的基础知识，提升学生对知识掌握的深度（见图1）。

图1 研究型挑战性混合式教学应用案例

（二）教学设计与课程学习评价

1.线上教学与课程评价。线上课程设计包括课件、经典案例、视频及单元测试题等。同学观看完视频，完成相关测验题，并绘制思维导图，这种形式能够充分调动学生的思维，帮助学生厘清思路，找到在线学习中尚未完全理解的知识点。让学生能够在线下课堂抓住难点，更系统更深入地理解知识。课前教学案例大多简短但经典，此次案例使用诺贝尔奖获得者的实验资料，本课程通过噬菌体侵染大肠杆菌经典实验的案例引出限制性内切酶的发现；通过限制修饰重现的案例使学生了解限制修饰的应用。基于此，向学生提出问题：如果你是科学家，你的假设是什么？设计什么实验来验证你的假设？写出具体设计方案了吗？为了回答这些问题，学生除了观看教师发布的线上视频，还需要在网络上查阅资料，以小组为单位讨论并上传本组设计的实验方案。

2.线下教学与课程评价。线下课堂中教师带领学生总结线上学习遇到的问题，强调重点难点。开课自然地引出问题：（1）自然界生物的自我保护机制有哪些？（2）在基因工程的操作中，如何解决基因的切割问题？教师引导学生根据线上学习内容和查阅的经典文献，跟着诺贝尔奖获得者的脚步，进行分组讨论后，由每组代表发表观点。每个学生的学习基础有差异，对第一个问题，大多数学生都能回答出动物的保护色或者是趋利避害逃跑机制；第二个问题学生也能简单回答出基因的切割是由于存在的蛋白酶。

研究型挑战性的案例教学突出学生的主体地位，教师提出问题引导学生，学生自己讨论探索答案，并且要组织语言在课堂上互相交流。教师鼓励愿意发言的同学，学生的多样化答案可以开阔教师的教学思路，同时拓宽学生的思维。课堂学习的评价，教师可以综合多方面考虑，例如课堂研讨的积极性和发言的踊跃度；课后提交的实验思路与实验方法等。

3.课堂总结。分组讨论并发言后，教师对课堂内容进行总结，依据诺贝尔奖获得者的实验回顾限制性核酸内切酶的发现发展历程。限制性内切酶的发现及其分离鉴定在分子学中得到了应用，为基因工程的诞生拉开了序幕，三位主要贡献科学家Arber、Smith和Nathans获得了1978年诺贝尔生理或医学奖。回顾整个历程，让学生意识到做科研要善于发现问题、解决问题。此外，科研工作者要知晓本领域最新发展动向，教师要启发学生了解最新技术，思考这些技术会对我们的社会及生活带来哪些影响。

4.课后任务布置。Crispr-Cas9基因编辑技术获得了2020年诺贝尔生理或医学奖，我们鼓励学生课后了解其发现过程与应用，感受一项技术从发现到后期的成熟应用，需要许多人付出多年的努力，激发学生的爱国情怀和使命担当感。最后，为了让学生把课堂与实际联系在一起，针对引起社会热议的贺建奎事件，查阅资料，讨论其基因编辑婴儿的风险到底有哪些。提醒学生，伴随着技术进步，人们的思想也在进步，强化思考伦理问题。

四、研究型挑战性的混合式案例教学在“基因工程原理”中的创新与反思

研究型挑战性的混合式案例教学既克服了传统教学方法中学生只能被动接受知识的缺点，又能在疫情反复的当下，保持教学的连续性。通过信息技术与课堂教学内容的结合，驱动学生自主思考，提高了学生查阅资料、获取信息、分析思考的能力（见图2）。我们也为对生物领域感兴趣的同学提供实验平台，通过科研与教学的结合，让学生了解生物相关领域的技术，培养了学生的创新意识与综合思维。这种研究型挑战性的线上线下混合式案例教学能够适应当下素质教育的要求，学生也能更加适应和满足社会需求。同时，也对教师提出了更高的要求，教师需要具有更加深厚的理论素养、丰富的专业知识和一定的文献阅读及科学研究能力，并且时刻保持敏锐的探究意识，随时在教学过程中发现问题，分析问题，整理案例，解决问题，具有创新精神，这也督促着任课教师的自我提升和不断成长。

图2 研究型挑战性混合案例教学的优点与反思