虚实融合的线上线下混合式细胞工程学教学模式创新与实践

赵肖琼，刘丽艳，赵润柱，张文勇，张恒慧

（太原工业学院环境与安全工程系 山西，太原 030008）

细胞工程是主要以细胞为对象[1]，应用生命科学理论，借助工程学原理与技术，有目的地利用或改造生物遗传性状，以获得特定的细胞、组织产品或新型物种的一门综合性科学技术[2]，并与基因工程、酶工程、生物化学工程、蛋白质工程等共同构成了现代生物工程技术体系[3]。细胞工程学是太原工业学院环境与安全工程系四年制生物工程专业在本科三年级第二学期开设的专业必修课，通过课程的学习能够为学生今后从事生物学领域的相关研究及与细胞工程有关的生物技术产业工作奠定良好的理论和技术基础[2,4]。

近些年，随着新冠病毒疫情的影响以及 “互联网+” 、短视频、虚拟仿真技术的广泛流行[5]，以教师为主体的 “传递—接受” “一言堂” “填鸭式” 教学方法已经不能适应生物工程人才的培养要求[6]，探索基于各类信息化教育技术手段与教育教学深度融合的新教学模式显得尤为重要[7]。本文针对生物工程专业细胞工程学教学中的主要问题，借助超星学习通平台和移动虚拟仿真实验操作系统进行虚实融合的线上线下混合式细胞工程学教学模式改革的应用实践，为高校细胞工程学课程的教学模式改革提供参考和建议。

1 课程教学存在的主要问题

1.1 课程学时少且教学方式单一

细胞工程学专业性强、内容更新快、学科交叉面广，而课程理论课时仅有32学时，必须依靠教师作为主体讲授大量内容才能勉强完成教学计划，教学过程中师生之间缺乏交流，被动的接受知识使得学生主动参与的积极性不强；同时，授课形式主要依靠传统的 “板书+幻灯片” 进行，上课形式相对枯燥，在一定程度上影响了学生的学习热情，导致讲台上教师 “滔滔不绝” 、讲台下学生成为 “低头族” 的局面屡见不鲜，课堂整体教学效果不佳。

1.2 实验教学实施和学习效果较差

受实验教学场地、经费因素等限制，实验课教学仪器陈旧以及数量不足，很多新的实验技术不能及时引进到实验课，只能开设一些实验指导书上既定的、陈旧的验证性实验，学生按照实验步骤进行 “程序式” 操作即可，实验结果变量不多，而且容易忽略对实验现象的观察和过程的思考，不利于学生创新思维和探究意识的培养[8]。此外，由于实验课成绩不计入课程总成绩，很多同学不重视实验课甚至是敷衍了事，经常出现一个同学全程操作实验、其他组员旁观的现象，使得实验课教学效果大打折扣。

2 虚实融合的线上线下混合式教学模式的实施

2.1 课前教学资料准备与预习

每节课前教师在学习通上传课程大纲、PPT课件、实验讲义、实验操作视频、模拟动画以及其他教学拓展资源等，通知学生预习并完成自测试题。此过程中，学生通过课前在线学习初步了解了授课内容，既可以减轻线下课堂的听课负担，又可以利用课程资源进行探究式学习；教师可以全面监控学生的预习情况以及虚拟实验的完成情况，更好地明确线下课堂教学的着重点。此外，鼓励学生在学习通 “讨论” 模块发布话题，与同学、教师分享自己的观点、学习收获及在学习中遇到的一些问题等，促进师生间、学生间的沟通与交流，达到经验共享、共同提升的效果[9]。

2.2 理论课课堂教学

在课堂教学中，首先，教师可借助学习通中的多种签到功能快速统计出学生的出勤情况。其次，教师根据学生课前线上预习反馈，精讲教学内容的重难点，并有针对性地与学生提问交流，提升学生的课堂参与度；教学过程中，对一些理论性强、概念抽象的知识点采用翻转课堂的教学模式，即由学生分组讲解、组间讨论辩论，随后教师引导学生反思、归纳总结；为了增强课程教学内容的生动性，也进行了案例教学法的尝试与探索，通过精选相对浅显、贴近生活又能够调动学生学习兴趣的典型案例，使学生理论联系实际，提出问题、分析问题、解决问题，深入浅出地理解其中的原理，同时也增强了学生解决生物工程实践问题的能力[10]。比如在讲解 “动物细胞生物制药” 章节引入 “新冠病毒灭活疫苗” 的案例，使学生更容易了解动物细胞或者经过改造的动物细胞在生物制药中的应用。

2.3 实验课教学

实验教学秉承 “虚实融合、能实不虚、线上线下资源共享” 的原则，通过移动虚拟仿真实验操作系统将常规实验教学无法开展的前沿及创新性实验内容转化为虚拟仿真实验教学资源，将线下实验与虚拟实验有机结合，帮助学生系统性地训练细胞工程学实验技能。细胞工程学实验设置有4个实验项目（见表1），每次实验课前3～4d，教师在学习通发布将开展实验内容的科学问题，学生通过预习教材和查阅文献自行设计出实验方案，并通过虚拟仿真实验完成验证。在此过程中，学生通过自主在线学习，熟悉了实验原理和实验操作的基本流程，为线下实验操作做到准备充足、有的放矢[11]。学生完成线下实验课的学习后，带着实际操作过程中遇到的问题再次完成线上虚拟实验操作，通过反复练习来加深对实验原理和技术的掌握，切实提升学生的实验操作技能。最后，学生依据线下实验和虚拟实验内容线上撰写并提交实验报告。

表1 细胞工程学实验项目

2.4 课后巩固与拓展

课后，学生可以通过线上资源对在课堂上不能及时理解的知识点反复学习，教师也可以通过学习通对学生的学习情况进行督查和评价，并依据学生对知识的掌握情况分层次设计作业和在线测试题，加强学生对知识点的理解和掌握，扩展学习的深度与广度。此外，教师也可以借助学习通对课程进行知识拓展，发布国内外最新的学科进展、科研成果、企业研发和生产知识等资料，提升学生对课程的深层次理解，并鼓励学生积极申报创新创业训练项目以及参与教师的科研课题，将掌握的细胞工程学理论知识和实验技术运用到实际的研究项目中[9]。

2.5 课程考核

采用多层次、全过程的考核机制，按照 “期末闭卷考试成绩（60%）+平时成绩（40%）” 进行综合考核，其中平时成绩通过统计学习通数据获得：日常考勤（5%）、学习通任务点完成情况（10%）、课前课后讨论互动（5%）、课后作业（5%）、课堂参与活动（5%）、实验报告（10%）。这种基于知识、能力、过程性评价的多元化考核机制不但关注学习结果，更加关注学习过程，能够全面、客观、合理地评价学生学习情况[9]。

3 虚实融合的线上线下混合式教学模式的实施效果

近两年，课程团队通过问卷调查、学生座谈的形式了解了课程改革的实际效果，95%以上的学生表示喜欢利用线上资源进行自主学习，能够更加合理使用课外碎片化时间，学习积极性较高；提高了上课效率和学习效果，对知识点理解充分；移动虚拟仿真实验操作系统流畅性高、趣味十足、能立体逼真地演示抽象的实验现象。同时，学生们也对这种教学模式提出一些改进措施，比如建设线上试题库、优化虚拟实验操作系统、增加虚拟实验项目等。

4 结语

综上所述，通过对细胞工程学课程教学进行多层次、全方位的混合式教学模式改革，实现了虚拟仿真实验与线上线下混合式教学的有机结合[12]，将原来有限的教学学时扩展到课外[13]，丰富了教学内容与形式，增添了课程吸引力和趣味性，很好地提升了学生对知识掌握的主动性和便捷性，同时有效降低了实验教学成本，达到更好的教学效果。