基于创新性人才培养的“高等细胞生物学”教学改革
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作者:杨英 朱春凤
[摘 要] 高等细胞生物学是生物科学专业研究生的必修课程之一，是学生进入科研阶段的重要的基础学科，改善教学方法，提高教学质量，增加学生的学习兴趣，是本次教学改革的重点。本次教学改革的目的是通过设置创新性科学问题，激发学生的“头脑风暴”，在鼓励学生发挥想象力的同时培养学生创新性思维的能力。
[关键词] 高等细胞生物学;教学改革;教学方法
[基金项目] 天津大学研究生创新人才培养项目“基于创新型人才培养的《高等细胞生物学》教学改革”（YCX18035）
[作者简介] 杨 英（1973—），女，黑龙江集贤人，医学博士，天津大学生命科学学院（微生物免疫系）副教授、硕士生导师（通信作者），主要从事肿瘤免疫机制研究;朱春凤（1987—），女，山东潍坊人，生物化学与分子生物学硕士，天津大学生命科学学院实验中心工程师，研究方向为大型仪器平台管理和实验。
[中图分类号] G642.4 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）30-0181-03 [收稿日期] 2019-12-29
细胞生物学是生命科学前沿学科之一，高等细胞生物学是在本科阶段细胞生物学的基础上的拓展和提升。随着生命科学的迅速发展，细胞生物学领域的内容不断更新，教学内容和教学方式都需要与时俱进。根据学生的专业特点及学科发展的要求，对传统教学的各方面进行合理调整和优化，更新教学内容、改进教学方法和评价手段，把握学科研究的前沿动态，通过科研来指导教学。本教学改革采用线上和线下结合的授课方式，通过设置创新性科学问题，让学生以问题为导向，首先进行线下的小组讨论，并在课堂教学过程中进行整体的思路汇总，发挥群体智能，开拓科研思维，培养学生的创新意识和创新能力。
高等细胞生物学教学改革以本科阶段的细胞生物学为基础，综合国内外已有的教学经验[1，2]，结合目前的前沿进展以专题的形式进行讲授，在讲授过程中有机地将细胞生物学的基本概念和理论融入知识体系。
一、高等细胞生物学课程改革的创新点和基本思路
高等细胞生物学是天津大学生命科学学院的硕士生的必修课之一，并没有指定教材，那么如何设置课程，怎样通过本学课的学习提高学生对细胞生物学的认识，并培养学生的创新性思维，而且能够对学生即将进入的实验室工作起到指导的作用，是我们需要思考的问题。本次高等细胞生物学课程教学改革的创新之处在于以设置创新性科学问题为主线，发挥学生主观能动性，学生进行“头脑风暴”，进行创新性思考，解决科学问题，并鼓励学生提出创新性的科学问题;同时，通过采用线上线下结合的方式进行教学将有利于提高学生的团结协作精神。
（一） 如何通过设置创新性科学问题培养学生的创新能力
培养学生的创新能力可以从多个角度进行，那么如何通过设置创新性的科学问题进而激发学生的学习兴趣并培养创新能力呢？即以问题为基础的学习（problem-based learning，PBL），引导学生积极主动地解决问题。举个例子。高等细胞生物学中的第一讲为“细胞培养技术”，鉴于本专题是为生命科学专业的研究生提供如何进行细胞培养的重要专题之一，因此在上课前，预留几个科学问题让同学们思考一下对课堂学习非常重要，问题包括：（1）肿瘤细胞是可以在体外培养基中多次传代进行扩增的，那么根据你所知道的细胞生物学知识谈谈如何在体外培养正常细胞并建立细胞系？（2）如何在太空中进行细胞培养？在失重的条件下细胞的形态会发生哪些改变？请提出你的设想和理论依据。同学们對此问题各抒己见，在线下讨论就已经异常火爆，在课堂讨论环节各个小组也争相发表见解。此专题讲座结束后同学们学习高等细胞生物学的热情高涨，有的同学还提出其他的创新性问题，例如在太空中孵出的蝌蚪行为异常，基因变异，那么回到地球后基因是否可以修复为正常状态呢？通过设置这类创新性问题，不仅激发了同学们的学习热情，同时也让大脑充分地“风暴”了一下，让同学们提高了创新性的能力并拓展了想象空间，使同学们从书本中解脱出来，并灵活地运用书本中所学的知识解决科学问题，让科学研究不再枯燥。
（二） 如何通过线上线下结合的教学方式提高学生的创新能力
在提出了针对性的创新性科学问题基础上，教学方式的改革也是本次教改的创新性内容之一。线上和线下相结合的教学方式又称为混合式教学，主要是指将网络教学形式与传统课堂教学方法相结合的教学形式，即在继承和发展传统课堂教学精髓的基础上，有效地导入网络教学模式，突出学生学习主体地位和教师的主导作用的一种课堂教学模式[3，4]。高等细胞生物学教学改革以创新性问题为核心并结合混合式教学模式开展。
首先，通过线上平台系统将问题发给学生。此部分内容通过天津大学研究生院的e-learning教学平台系统进行。通过线上将科学问题在课前发给学生，目前高校网络资源丰富，文献检索数据库齐备，学生可根据自己的时间进行预习并检索资料。
其次，进行线上分组，并建立小组讨论区。天津大学的e-learning教学平台系统经过不断的完善，目前操作方便，界面友好，包括了课程编辑、课程进度跟踪、成绩分析、题库和探索讨论区等功能。网络教学平台给予学生进行个性化学习的空间，学生可以自由选择学习时间和学习地点，促使教师与学员、学员与学员之间的交流与协作，可以在学习过程中更快地获取最新信息。
第三，线下教学是在提出创新性问题和线上讨论的基础上在教师的引导下对知识进行补充和总结。课堂讲授是我国教育的主要模式，这并不是说我们的教育方式因循守旧，事实证明由教师为主体的课堂讲授是整个教学活动的必要环节，虽然线上教学比较灵活，但不能取代传统的课堂教学。理由包括：（1）教师是教学环节的指引者和监督者;（2）课堂讲授可以检查学生线上的学习效果，并防止有的学生滥竽充数;（3）课堂讨论是线上讨论的升华，可以更有效地增强学生的语言表达能力、分析总结能力和团结协作能力;（4）教师通过口授、板书、PPT等方法，学生通过课堂听讲和笔记记录，直接地从教师那里获得知识，并学习思考问题和解决问题的方法;（5）在课堂教学活动中师生能面对面地交流，教师在知识分析、话语感知、思绪表情、肢体姿态等方面都是直接的、感性的，教师的教学魅力和人格风尚可以很好地传递给学生，使学生在感官上有认识，这些都是线上教学模式难以获得的教学效果。 二、教师在高等细胞生物学课程改革中的作用
随着生命科学的快速发展，细胞生物学与生物化学、遗传学、分子生物学等学科的教学内容相互交叉，因此，高等细胞生物学的讲授需要授课老师根据内容所涉及的学科交叉领域及学生的知识储备等进行合理安排，在课时有限、学生学习时间和精力有限的情况下，合理安排教学任务和教学内容则显得尤为重要，这就需要教师对整个教学过程进行宏观调控。
首先，教师在备课时应紧跟科学前沿设置教学内容。本次教改的课程内容设置包括六个主题：细胞培养技术、细胞的死亡方式、肿瘤干细胞的监测及其对肿瘤复发的影响、表观遗传学对肿瘤生长的调控作用、肿瘤细胞的转移和肿瘤血管生成、CAR-T免疫疗法的原理及应用。内容的设置包含了分子生物学、遗传学和免疫学的相关领域。
其次，教师要引导学生抓住重点，理清主线，将枯燥的理论转化成有趣的话题。比如在肿瘤干细胞监测专题中，教师通过问题引入知识，请你列举出你所知道的能让单个肿瘤细胞可视的方法，同学们讨论异常热烈，有的同学说“通过免疫学技术将可以识别肿瘤的特异抗体进行荧光标记”，但问题来了，单个细胞的荧光强度能检测到吗？有聪明的同学建议到“可以与做监测的老师合作，看如何提高信号强度”。另外，有的同学说“现在荧光纳米材料在医学应用很广，是否可以在标记抗体时选用易被激发的材料呢？”等等。
第三，教师需要组织课堂讨论并给予有建设性的建议。例如在如何让单个肿瘤细胞可视的专题的讨论环节，教师可以提醒同学们在考虑增强荧光信号的同时一定要考虑荧光过强对机体是否有损伤作用等。
第四，教师对重点和难点内容进行概括总结，便于同学们理解和记忆。通过将所讲内容的总结归纳，使同学们对所学的内容脉络清晰，并将各个部分有机地结合在一起，在头脑中形成一个知识网络图，同时结合每个主题的创新性问题，将更好地理解细胞生物学地理论知识，并为将来更好地应用到科学研究中打下良好的基础。
因此，教师在整个教学活动中起着非常重要的作用，是整个教学计划实施的领导者，要及时掌握学生们对知识理解的深度和广度，并将线上和线下课堂的时间进行合理分配，达到最优的效果。
三、教学效果评估
随着创新型人才培养目标的提出，对于教学活动中学生主体作用的认识已经逐渐深入到每一个教学环节，由于学生能够积极主动地参与到教学活动中，教学效果明显提高。成绩考核是为了检验教学效果，督促学生学习的方法之一，它贯穿课程学习的整个过程。闭卷考试仍是考核学生学习效果的主要方式之一，可检验学生的基本理论知识掌握的情况，而对于学生分析问题和解决问题的能力考核涉及较少。那么，如何既能考核对基本理论的掌握情况又能兼顾学生的创新意识和创新能力的评价呢？因此，高等细胞生物学教学改革结合传统的课程考核方式，建立了一种综合评价的考核方式，即通过平时成绩和科研设计报告两部分成绩对学生的课程学习进行考核。平时成绩包括课堂讨论及线下在讨论区的活跃度给出（占50%），科研设计报告则根据学生是否运用了课堂所学的基本理论设计科学实验并具有一定的创新性（占50%）。从平时表现统计可以看到，100%的同学参与了线上讨论，并都登录了讨论区并发表了见解，但有20%左右的学生在系统关闭的时间节点登录，这部分学生在课堂讨论环节表现欠佳，说明部分学生的学习态度不端正，只是为了应付了事。针对这部分学生，找了其中几个学生进行了谈话，基本都是表示课业比较多，时间安排不好，所以有时候会对不同学科有偏好。这也反映了高校学生的自主管理能力的培养也是素质教育的方向之一。科研设计报告是让学生在六个主题中任选一个，针对课堂讲授内容和文献检索进行课题设计，要求写出研究的创新点，立题依据，并综合运用所学的细胞生物学技术和分子生物学技术等，主要考察学生的创新性思维和综合运用知识的能力。从作业报告看，85%的同学能够认真对待科研设计报告，课题具有一定的创新性，有的同学在实验方法上进行了创新，总体上作业完成效果良好。学生们评价这种授课模式很好，不仅学到了很多知识，而且让他们对细胞生物学有了更大的学习兴趣，也学会了如何思考科学问题。
四、总结与展望
按照布鲁姆教育目标分类学，教育的基本要素分为记忆、理解、应用、分析、评价、创造等6个层面。高等细胞生物学的教学活动着重让学生在课前活动中进行理解、分析和创新，在课堂讲授环节学生需对老师所讲的专题内容进行理解并记忆，同时在课堂上参与教师师组织的课堂教学活动，专注于较高层次的认知學习，即应用、分析、评价和创造。因此，线上教学和线下教学的有机结合是提高学习效率、培养创新能力的有效途径之一[5，6]。该教学模式增加了教师的工作量，需要教师在整个教学活动中跟踪线上学生的动态，并同时组织生动活泼的课堂教学活动，需要教师全身心投入，当然，对于学生而言必须在课前进行线上预览并回答创新性科学问题，虽然增大了学生的学习任务，但在课堂活动中教学效果明显提高，学生回答问题踊跃，并且积极地提出自己的见解，也有部分同学能够发挥主观能动性，进行大胆的设想，提出科学问题。因此，这种线上与线下结合的教学模式对于培养学生自主学习能力，转变学生传统的被动学习方式有着显著的提高。
本次高等细胞生物学教学改革以创新性问题为主导，在已有经验的基础上[7]，让学生在掌握基本细胞生物学理论的基础上，培养学生进行创新性思维的能力，同时采用混合式的教学手段，发挥线上和线下教学各自的特点，扬长避短，更有效地启发学生思考，为学生开始科学研究提供了良好的基础。我们也将在将来的教学中继续探索，不断完善教学手段。
参考文献
[1]李远婷，安登第.翻转课堂在细胞生物学教学中的应用[J].中国细胞生物学学报，2019（6）：1121-1126.
[2]Martinelli SM，Chen F，DiLorenzo AN，et al.Results of a Flipped Classroom Teaching Approach in Anesthesiology Residents [J].J Grad Med Educ.2017（4）：485-490. [3]李鋒，朱蕙霞，贾惠，等.独立学院医学生物化学混合式教学探索[J].江苏科技信息，2016（30）：37—38.
[4]罗彩林，罗婉妹，郑晨娜，等.线上线下组合教学在生物化学课程中的应用[J].广东职业技术教育与研究，2017（3）：55-57.
[5]董秀，王淳，王彩霞，等.细胞生物学开展翻转课堂教学模式的改革与实践[J].基础医学教育，2017（4）：246-248.
[6]Sonnen BE.Notes on continuing education：Bloom's theory of school learning.J Contin Educ Nurs.1981（1）：suppl 1-4.
[7]杨英.E-learning教学平台在现代生物学实验技术课程教学改革中的应用[J].高等理科教育，2019（1）：89-92.
Preliminary Studies on Teaching Reform of Advanced Cell Biology
YANG Ying，ZHU Chun-feng
（School of Life Sciences，Tianjin University，Tianjin 300072，China）
Abstract：The course of Advanced Cell Biology is one of the required courses of biology graduate students and the major subject of initiating scientific research.The emphasis of the teaching reform is focusing on improving teaching method，enhancing teaching quality and increasing student interest in learning.The purposes of teaching reform of Advanced Cell Biology aim to promote the brain storm through setting initiative questions and develop students' ability of thinking creatively.
Key words：Advanced Cell Biology;teaching reform;teaching method
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