基于翻轉課堂的《醫學細胞生物學實驗》教學設計

劉星 郝燕 夏春麗 馮昆 張青峰 魏妮娜

摘? 要：隨著現代教育技術的發展，翻轉課堂的教學模式被廣泛使用，并取得卓越的教學效果。目前大多數高校實驗教學還是采用傳統的教學模式，不利于實驗課程的發展。利用翻轉課堂的教學模式，結合超星學習通公共平臺，以細胞融合實驗為例，對醫學細胞生物學實驗進行改革和創新，有利于改善教學效果，提高實驗教學水平，培養醫學生的創新能力和科研素養，促進學科建設和發展。

關鍵詞：翻轉課堂;實驗教學;細胞融合;醫學細胞生物學

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）25-0081-03

Abstract： With the development of modern educational technology， flipped classroom is widely used and has achieved excellent effect on teaching. However， the experimental teaching of most colleges and universities still uses the traditional teaching mode， which is not conducive to the development of experimental courses. Taking cell fusion experiments as an example to reform the medical cell biology experiments by flipped classrooms and combining with the public platform of superstar learning is helpful to improve the teaching effect and the level of experimental teaching. In addition， this teaching mode also plays an important role in cultivating the creative ability and scientific research literacy of students， and promotes construction and development of subjects.

Keywords： flipped classroom; experimental teaching; cell fusion; medical cell biology

翻轉課堂（Flipped Classroom）又稱反轉課堂，是一種與傳統教學模式相反的教學模式，主要通過借助現代教學微視頻或學習平臺等來取代傳統課堂知識講授，將知識的講解置于課前，要求學生在課前通過共享平臺自主觀看學習[1]。在課堂上再通過教學活動和互動交流，集中解決學生在學習過程中產生的困惑和疑問，進而實現知識的內化[2]。它顛覆了傳統教學的講授模式，將課堂有限的寶貴時間主要用于知識的高級認知和實踐應用[1]。翻轉課堂自2011年在美國開始實行，隨后傳播到世界各地，掀起了一波教改新浪潮。隨著翻轉課堂的廣泛應用和取得的卓越成效，國內許多學校包括中小學，職校和高等院校紛紛開展了翻轉課堂教學模式的探討和應用，并取得了較好的教學效果，翻轉課堂教學模式的可行性和優越性得到了充分的肯定和證實[3，4]。翻轉課堂要求學生在課前完成理論知識的初步理解，并通過搜集相關素材以加深對知識的記憶，在課內通過多種教學手段如PPT講授，小組討論等開展知識的應用、分析、評價等高級認知內容。因此，為了實現這種翻轉，任課教師需要根據各個知識點的教學目標，提前設計好相關的問題、案例或者實驗等，引導學生思考，通過閱讀文獻、書籍等方式系統了解相關知識點，并對所了解的知識進行梳理，形成較為系統的知識認知。在課堂上引導學生分析問題、提出方案、驗證方案和評價方案，最終達到在知識、能力和情感方面的教學目標[5]。與傳統教學中老師為“主角”的模式完全不同，翻轉課堂教學模式在整個教學過程把學生當成“主角”。因此，在翻轉課堂教學實施過程中，教師必須根據教學目的和教學大綱設計“以學生為中心”的教學體系，以滿足方案的驗證、分析和評價等活動的需求[1]。

實驗教學的發展歷程相對理論教學較短，目前大多數院校開設的實驗課依舊采用傳統的教學模式，即實驗前教師講授實驗原理，實驗操作步驟和注意事項等，然后學生根據固有的實驗操作步驟等來完成相關實驗操作，獲得特定的實驗結果[6，7]。在這個過程中，學生只需要重復相應的實驗操作，缺乏獨立思考的過程，未能引發學生對實驗結果的思考，不利于培養學生發現問題，思考問題，解決問題的能力，也不利于提高學生的科研素養。除此之外，很多課程中實驗課成績占總成績的比值較低，導致學生不充分重視實驗課程，應付式的完成實驗報告。因此，這種傳統的教學模式不利于有效實現理想的教學目標和良好的教學效果[8，9]。因此，利用現代教學手段改變傳統的高校實驗課堂教學模式，轉變教師的教育理念，不斷更新學習內容，改變學習形式等迫在眉睫。

醫學細胞生物學是生命科學的四大基礎學科之一，通過實驗課程的開設，有助于學生深入認識細胞的形態、結構和功能等，加深對理論知識的鞏固[10，11]。通過課程學習，學生能掌握研究細胞組分，結構特點的基本方法和技能，并培養學生善于觀察、獨立思考和綜合運用知識技能的能力[11，12]。但目前我校區醫學細胞生物學實驗課程由于教學方法單一，教學模式跟不上時代的發展，實驗教學效果不佳，不利于整體教學水平的提高。因此，本文以經典的基礎實驗“細胞融合”為例，以個性化高效率學習為教學目標，結合現校區所使用的超星學習通平臺，利用翻轉課堂教學模式設計一套實驗教學方案，以促進實驗教學的發展，提高實驗教學水平，改善實驗教學效果。

細胞融合（cell fusion）是指由2個或2個以上的細胞合并成1個核或多核的雜核細胞的過程，也稱細胞雜交[13]。目前體外細胞融合的方法主要有生物法（病毒法）、化學法（PEG法）、物理法（脈沖、激光法）和細胞融合芯片法[14]。通常在實驗教學中使用簡單易行的PEG誘導融合的方法。為了讓學生學有所用，并能學以致用，充分提高學生對理論結合實踐的認識和體會，以及對實驗嚴謹性的認識和科學態度，取得良好的教學效果[15]。本文以翻轉課堂教學模式實行對細胞融合實驗進行改革，為醫學細胞生物學進一步的實驗教學改革奠定一定基礎和積累相應的經驗。具體教學設計如下：

一、實驗教學視頻的制作

教學視頻以直觀生動的形式將實驗步驟展現出來，更有利于學生全面的了解實驗過程，對整體的實驗有清晰的認識和把握，因此需要授課教師錄制相關視頻。視頻資料中包括實驗原理介紹，原理介紹可通過動畫或下載相應視頻進行清晰的講解;實驗所需儀器、試劑、用具等應配合實物一一介紹，對于儀器設備還需錄制相應的使用步驟，以便學生充分了解儀器的具體使用方法。實驗操作步驟的完整演示，充分展示整個實驗操作流程，并應對操作步驟中的注意事項進行強調，以防學生在試劑操作過程中忽視實驗細節導致實驗結果不佳。在本實驗中可自行錄制或者下載細胞融合過程的視頻，便于學生清晰的認識細胞融合發生的全部過程。利用視頻編輯軟件將錄制的視頻和下載的相關素材等進行剪輯和配音，完成教學視頻。

二、學習資料的搜集與共享

課前在超星學習通平臺上傳實驗分組情況，視頻資料，教學PPT，教學設計方案，實驗評分細則、標準和實驗報告書寫要求等。建立討論組，針對實驗過程中不理解的知識進行解答。要求學生進行自主學習，熟悉實驗目的，實驗原理和實驗流程。鼓勵學生搜集實驗相關的內容，讓學生不但能夠“知其然”，而且還“知其所以然”[11]。同時將文獻數據庫如中國知網、萬方、維普、NCBI等網址分享至學習平臺，激勵學生通過正規的數據庫搜集可靠資料。細胞融合實驗要求學生自行查閱文獻資料，從PEG的分子量大小、濃度，誘導融合的時間，緩沖液的pH值，誘導融合的溫度五個方面來優化細胞融合率。教師將具體任務按組（五個大組，每組約8人）分配給學生，由學生自行推選小組長，小組長負責分配具體任務給組員，比如制作PPT，查找資料，設計實驗方案等指定專人負責。并召集小組成員針對實驗方案、PPT等進行討論和修改。提前2天將實驗設計的具體方案提交，由任課教師審核通過，以便于實驗準備教師提前準備好實驗用品等。通過集中討論后，小組將具體的實驗設計方案制作成PPT，內容包括實驗原理的介紹，實驗設計的具體思路和操作步驟，以及實驗中應該注意的事項等。

三、課堂實施策略

課堂中由小組推選PPT講解人，對小組設計的實驗方案進行詳細講解，時間控制在8分鐘以內。授課教師和其他小組成員對講解小組設計的方案進行綜合評價，同時也可提問，互相討論。講解結束后對該小組整體表現進行評分，具體評分細則如下：1. 設計方案的可行性、合理性和可操作性（40分）;PPT制作是否精美，簡潔，突出重點，是否有動畫或視頻資料等（30分）;講解是否簡單易懂、清晰有條理，表述是否流暢（20分）;回答問題是否全面、切入主題（10分）。各組講解完畢，分別按照自行設計的方案進行實驗，以小組的形式共同協作完成，比如探討PEG濃度對細胞融合的影響，可設計5個不同PEG濃度，分別由兩個同學負責合作完成細胞融合實驗。探討PEG分子量大小對細胞融合的影響，可設置PEG2000，4000，6000，8000等;探討誘導融合時間的影響，可設置2，4，6，8，10min等時間梯度;探討緩沖液pH值可設置為6.0，7.0，8.0，9.0等梯度;誘導溫度可設置37～57℃不同梯度。學生在實驗過程中必須認真觀察并記錄實驗現象。實驗結束后，要求各小組對實驗結果進行拍照，并計算出細胞融合率。小組成員對實驗結果進行比較分析，獲得最佳誘導細胞融合的條件，將實驗結果（包括照片和融合率的計算結果）上傳到超星學習通平臺上，其他小組成員和教師對每組實驗結果進行評分，評分細則包括圖片的清晰度，顏色的飽和度，涂片背景是否潔凈，細胞融合率是否有變化。最后，由教師對每組實驗結果進行點評，重點指出實驗過程中存在的不足或者應該要注意的細節。同時引導學生思考細胞融合技術的應用前景和實際意義，細胞發生融合的條件以及細胞融合在現代醫學中的作用等。

四、課后反饋

實驗課結束后要求學生提交實驗報告，報告中需繪制詳細的實驗流程圖和實驗結果，對實驗結果進行深入分析，總結實驗成功或者失敗的經驗和教訓。實驗討論中要求查閱文獻深入回答細胞融合技術的應用前景和實際意義等思考題。教師根據實驗報告書寫是否規范，排版是否合理，簡潔，字跡是否工整，實驗流程圖是否清晰有條理，實驗結果呈現是否精美，討論是否深入等對實驗報告進行評分，并將實驗報告成績通過超星學習通平臺反饋給學生。最后學生實驗成績由三部分組成：課前準備（30%）、課堂表現（50%）、課后反饋（20%）。課前準備分為兩部分：教師通過學習平臺考察學生是否觀看和學習共享的相關資料，是否參與實驗討論中，占該部分評分的30%;小組長根據每個組員的參與度、積極性、配合情況等進行評分（分值100），占該部分評分的70%。課堂表現分為2部分：利用超星學習通平臺當場進行的評分，包括講解PPT和實驗結果的評定，各占50%。課后反饋即教師給每組實驗報告的評分。

通過結合超星學習通平臺，利用翻轉課堂的教學模式，對細胞融合實驗進行改革，可充分調動學生的主動性和積極性，培養學生對科研實驗的興趣，激發他們的探索欲，鍛煉學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，有利于培養學生的動手能力，科研設計能力等。通過改革，加強醫學生對基礎學科的重視，培養醫學生將專業基礎知識與臨床實例進行有機結合的能力。學生的實驗成績由原本單一的教師評分，轉化為學生互評和教師評分的綜合成績，更有助于鼓勵學生發揮主觀能動性，充分參與到實驗中來，真正體會自行設計實驗，驗證實驗結果的樂趣，從而激發學生對基礎實驗課的濃厚興趣和對科研的探索欲。同時能和理論有機結合起來，加深學生對理論知識的理解和記憶，鞏固課本上的難點和重點內容，拓寬學生的視野和知識面。在實驗教學中對傳統的教學方法進行改革和創新，在深化教育改革，提高實驗教學質量，培養大學生的創新精神與實踐動手能力等方面發揮著重要的作用[16]。教學改革的路還很漫長，需要廣大教育工作者在教學工作中敢于創新，勇于嘗試，為提高教學質量，培養新一代綜合型人才做出貢獻。