高校“分子生物學(xué)”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的探索

李倩瑋，陳春茂

（中國(guó)石油大學(xué)〔北京〕 化學(xué)工程與環(huán)境學(xué)院，北京 102249）

一、“分子生物學(xué)”傳統(tǒng)教學(xué)模式改革必要性分析

為滿足國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)應(yīng)用型高層次人才的需求，高校要以培養(yǎng)研究生的科研能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，不斷更新和完善教學(xué)內(nèi)容，改變傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法，改革考核方式，持續(xù)探索研究生課程教學(xué)改革的方向。作為環(huán)境污染治理的一種技術(shù)手段，生物技術(shù)具有高效性、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，它對(duì)環(huán)境污染的治理和修復(fù)發(fā)揮了巨大作用，為重金屬廢水、石油廢水、油脂廢水、農(nóng)藥廢水以及生活污水，提供了一條十分有效的途徑。隨著生物技術(shù)研究的進(jìn)展和人們對(duì)環(huán)境問題認(rèn)識(shí)的深入，人們已越來越意識(shí)到，現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域提供了評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)環(huán)境變化趨勢(shì)的方法。

我校環(huán)境工程專業(yè)主要針對(duì)石油石化行業(yè)在污染減排及清潔生產(chǎn)方面的迫切需求，重點(diǎn)開展“三廢”污染控制、處理、資源轉(zhuǎn)化等方面?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)升級(jí)以及新技術(shù)開發(fā)研究。盡管在油氣田采出水處理、煉化難降解廢水處理、惡臭污染控制、含油污泥資源化等方面形成一系列特色技術(shù)和優(yōu)勢(shì)成果，但是在開展“石油-環(huán)境”污染作用機(jī)制及石油污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)工作的研究過程中，涉及“分子生物學(xué)”技術(shù)方面的知識(shí)較為缺乏，而研究生課程中也并未專門開設(shè)此類課程，因此“環(huán)境工程中的分子生物學(xué)技術(shù)”課程的建設(shè)將為環(huán)境工程碩士研究生的培養(yǎng)體系注入新的血液。目前各高校環(huán)境工程研究生培養(yǎng)體系中并未開設(shè)專門的“分子生物學(xué)”技術(shù)類課程，環(huán)境工程中的分子生物學(xué)技術(shù)作為環(huán)境專業(yè)與生物學(xué)的交叉學(xué)科，對(duì)于培養(yǎng)研究生了解環(huán)境微生物種類、微生物與環(huán)境的相互作用具有重要作用，有助于研究生掌握環(huán)境生物分子學(xué)的研究技術(shù)。

二、雨課堂教學(xué)模式的研究與探索

在2012年全國(guó)教育信息化工作電電話會(huì)議中，時(shí)任國(guó)務(wù)委員劉延?xùn)|提出了著名的“雙重革命”和“三個(gè)轉(zhuǎn)變”，即“信息技術(shù)的深度應(yīng)用，迫切要求教與學(xué)的‘雙重革命’，加快以教為中心向多種學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變”。習(xí)近平總書記在《致首屆國(guó)際教育信息化大會(huì)的賀信》中提到“因應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)教育變革和創(chuàng)新，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個(gè)性化、終身化的教育體系，建設(shè)‘人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)’的學(xué)習(xí)型社會(huì)，培養(yǎng)大批創(chuàng)新人才，是人類共同面臨的重大課題。”翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新型課堂模式，通過現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)，將傳統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，將課堂中部分講授的環(huán)節(jié)提到以多種方式課前，將鍛煉學(xué)生融會(huì)貫通能力的環(huán)節(jié)安排在課上，重構(gòu)教學(xué)理念，將以教師“教”為中心的模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生自“學(xué)”為中心，通過教學(xué)互動(dòng)，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)。

雨課堂軟件是應(yīng)用于PowerPoint軟件中的一個(gè)插件，使用者可以便捷地制作PPT和插入視頻，使用之前不需要先制作慕課，只要有意愿做混合式教學(xué)就可以使用。“環(huán)境工程中的分子生物學(xué)技術(shù)”一共有32學(xué)時(shí)，內(nèi)容主要包括分子生物學(xué)導(dǎo)論和環(huán)境樣品核酸的提取；環(huán)境組學(xué)中的環(huán)境微生物基因組學(xué)、環(huán)境微生物蛋白質(zhì)組學(xué)、環(huán)境微生物轉(zhuǎn)錄組學(xué)和環(huán)境微生物代謝組學(xué)；環(huán)境分子生物學(xué)技術(shù)包括PCR技術(shù)、分子標(biāo)記技術(shù)、熒光原位雜交技術(shù)、基因差異表達(dá)研究技術(shù)、生物芯片技術(shù)；環(huán)境分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用以及和部分現(xiàn)代分析儀器內(nèi)容。為了讓學(xué)生更好地了解分子生物學(xué)知識(shí)，掌握基礎(chǔ)的分子生物學(xué)技術(shù)，我們根據(jù)課堂內(nèi)容額外設(shè)置了兩個(gè)綜合性的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，包括“土壤樣品中總DNA的提取”和“產(chǎn)脲酶菌株的分離篩選及分子生物學(xué)鑒定”，其中第一個(gè)實(shí)驗(yàn)用到的土壤學(xué)生可根據(jù)自己的意愿選擇自備或者由老師提供，充分考慮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增加實(shí)驗(yàn)樂趣，而事實(shí)上很多同學(xué)傾向于選擇自己備土，如來自宿舍花盆、校園樹林等，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂中的寓教于樂；而第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中菌株的篩選是第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的后續(xù)，考查學(xué)生從菌株分離、篩選、鑒定的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ粌蓚€(gè)綜合性的實(shí)驗(yàn)需要三大節(jié)課來完成，同時(shí)課下還需要根據(jù)實(shí)際情況完成部分實(shí)驗(yàn)中間環(huán)節(jié)，比如菌株的轉(zhuǎn)接、培養(yǎng)基的配置等。不同的實(shí)驗(yàn)材料以及操作手法會(huì)導(dǎo)致每個(gè)人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不盡相同，因此課后還需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析討論，提出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)建議，在一定程度上避免了實(shí)驗(yàn)報(bào)告的雷同。而反觀傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，占用了較多的教學(xué)時(shí)間來進(jìn)行授課，只能通過少量的實(shí)驗(yàn)和課余實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展有限、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)課堂指導(dǎo)不足、難以激發(fā)學(xué)生的興趣等問題。

在課上結(jié)合我校或國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)和動(dòng)態(tài)，通過雨課堂向?qū)W生介紹相關(guān)領(lǐng)域的最新研究成果，利用這種方式有效地拓寬學(xué)生的知識(shí)面。如在講授宏基因組學(xué)方面的知識(shí)時(shí)，將2013年發(fā)表在上的一篇文章進(jìn)行分享，其中提到復(fù)雜的基因與環(huán)境互作被認(rèn)為是形成肥胖的重要因素，腸道微生物群落的組成決定著人體從食物中獲取能量的效率，而飲食結(jié)構(gòu)的變化會(huì)引起腸道微生物群落的改變，該研究采用宏基因組測(cè)序技術(shù)對(duì)受到飲食干預(yù)的38位肥胖者和11位超重者的腸道微生物基因豐度變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，研究發(fā)現(xiàn)飲食干預(yù)會(huì)提高腸道微生物基因豐度，改善一些與肥胖相關(guān)的臨床癥狀，腸道微生物的低基因豐度可能對(duì)飲食干預(yù)的有效性具有預(yù)測(cè)能力。通過這一案例的分享，學(xué)生在課堂上就“肥胖與基因組”這一研究課題展開熱烈討論。在講授采用互動(dòng)式的講授方式是國(guó)外一流大學(xué)的普遍授課形式，課程教學(xué)是科研的前提和基礎(chǔ)條件，科研是提高教育質(zhì)量和層次的關(guān)鍵。柏林大學(xué)的創(chuàng)辦者洪堡認(rèn)為大學(xué)的主要認(rèn)為是追求真理，科學(xué)研究是第一位的，并且提出了“教研同一”的原則。將課程與科研課題相結(jié)合，可拉近課堂與生產(chǎn)實(shí)際的距離，有效激發(fā)學(xué)生的興趣，提高教學(xué)的效果。此外，翻轉(zhuǎn)課堂的另一目的是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、分析并獨(dú)立解決問題的能力，因此在完成幾個(gè)章節(jié)的授課后，會(huì)設(shè)置一個(gè)綜合性問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，如在完成多個(gè)“組學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容后，設(shè)置一個(gè)開放性的題目“某區(qū)域環(huán)境受到重金屬污染后，如何以組學(xué)的角度研究該區(qū)域發(fā)生的變化”供學(xué)生思考，該題目可以考查學(xué)生對(duì)基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等方面的知識(shí)的掌握情況。

雨課堂中的隨機(jī)點(diǎn)名、限時(shí)作答、發(fā)彈幕、發(fā)紅包等多種寓教于樂的教學(xué)形式，不僅能夠很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的課堂積極性，同時(shí)有利于教師課上隨時(shí)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，提高教學(xué)效果。相比于歐美國(guó)家的學(xué)生，我國(guó)學(xué)生性格大多比較害羞內(nèi)斂，由于各方面的原因，導(dǎo)致學(xué)生有時(shí)即使聽不懂也不會(huì)主動(dòng)發(fā)問，但是雨課堂中的彈幕、不懂等環(huán)節(jié)的設(shè)置，可以讓學(xué)生在有疑問時(shí)利用手機(jī)小程序隨時(shí)點(diǎn)選，學(xué)生的反饋信息會(huì)及時(shí)匯總到教師端，教師可以在課上或課下對(duì)學(xué)生反饋進(jìn)行即時(shí)或課后總結(jié)，及時(shí)調(diào)整課堂教學(xué)進(jìn)度，真正實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”。課程考核包括平時(shí)成績(jī)和最終答辯成績(jī)，平時(shí)成績(jī)占40%，答辯成績(jī)占60%。課程結(jié)束后的答辯環(huán)節(jié)，要求學(xué)生根據(jù)學(xué)科的領(lǐng)域自行設(shè)計(jì)科研項(xiàng)目，并以匯報(bào)答辯的方式進(jìn)行考核，要求學(xué)生結(jié)合課程知識(shí)和自己的研究生課題，采用自由選題的方式設(shè)計(jì)研究項(xiàng)目，并在課程結(jié)束后按照正式研究生論文的形式提交報(bào)告并準(zhǔn)備20分鐘的答辯PPT，教師以選題意義、內(nèi)容方法可行性、撰寫格式等作為書面材料的評(píng)價(jià)依據(jù)；以語言表達(dá)能力、時(shí)間掌握以及回答問題的情況作為答辯的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)依據(jù)。

三、雨課堂線上線下教學(xué)效果對(duì)比

通過兩年多的教學(xué)改革實(shí)踐，并對(duì)參與改革的60多名研究生進(jìn)行回訪調(diào)查，90%以上的學(xué)生對(duì)這種互動(dòng)式的教學(xué)方式較為贊成，多數(shù)同學(xué)則表示，作為環(huán)境工程專業(yè)研究生本身對(duì)于分子生物學(xué)方面的知識(shí)較為缺乏，而這種互動(dòng)式教學(xué)方法及結(jié)合科研熱點(diǎn)的討論式教學(xué)過程，能夠快速而有效地獲取分子生物學(xué)相關(guān)知識(shí)，讓枯燥的課本知識(shí)變得鮮活起來。

疫情期間在線下教學(xué)條件無法實(shí)施的情況下，我們嘗試?yán)糜暾n堂模式全面覆蓋線上教學(xué)，雖然可以保證教學(xué)質(zhì)量，但遭遇的困難也很多。雨課堂的優(yōu)勢(shì)在于能夠在教室里與學(xué)生實(shí)現(xiàn)面對(duì)面的互動(dòng)，而線上授課則將老師與學(xué)生分隔在屏幕兩端，教師無法看到網(wǎng)絡(luò)另一端學(xué)生的上課反饋；另外大規(guī)模的網(wǎng)課也導(dǎo)致我們的授課經(jīng)常由于網(wǎng)絡(luò)卡頓而中斷，為了保證授課質(zhì)量，在教學(xué)方式上，除了雨課堂，我們又利用騰訊會(huì)議的中的視頻模式替代線下面對(duì)面授課，以提高課堂參與度；在教學(xué)內(nèi)容上，對(duì)于部分內(nèi)容采用提前預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，而課上利用科學(xué)視頻/動(dòng)畫的方式對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行講授，以“熒光定量PCR技術(shù)”的學(xué)習(xí)為例，我們課前將該技術(shù)的概念、操作及應(yīng)用范圍等以預(yù)習(xí)課件的形式發(fā)給學(xué)生并設(shè)置相應(yīng)的題目以考察其對(duì)知識(shí)的掌握程度，課上則引入嗶哩嗶哩網(wǎng)站上《細(xì)胞戰(zhàn)場(chǎng)Battelfield Cell》及知乎網(wǎng)站上的《關(guān)于新冠病毒的一切》科普視頻，讓學(xué)生更加清晰地了解病毒侵染細(xì)胞的過程，以及新冠病毒的傳染機(jī)制和檢測(cè)方法，將真實(shí)案例融入課堂學(xué)習(xí)中。疫情影響盡管只能進(jìn)行線上教學(xué)，但80%的同學(xué)認(rèn)為線上教學(xué)的靈活性更強(qiáng)，可以隨時(shí)隨地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，同時(shí)該課程的教學(xué)方式也使他們能夠更有效利用時(shí)間，學(xué)習(xí)、理解最新最前沿的分子生物學(xué)知識(shí)，從而使特殊期間實(shí)現(xiàn)“停課不停學(xué)”的要求成為可能。

四、存在的問題

本課程通過對(duì)比雨課堂教學(xué)模式在線下和線上教學(xué)效果發(fā)現(xiàn)，雨課堂智慧教學(xué)模式能夠?qū)⒄n前—課中—課后三個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)，提高學(xué)生課堂參與度，實(shí)現(xiàn)學(xué)生為主導(dǎo)的教學(xué)模式，無論是線上教學(xué)還是線下教學(xué)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、分析問題和解決問題能力等方面有著重要意義。但是，相對(duì)于線下教學(xué)，在線授課模式面臨著更大的挑戰(zhàn)，如線上教學(xué)由于網(wǎng)絡(luò)的原因，教師很難通過視頻確定學(xué)生是否跟得上教學(xué)進(jìn)度；上網(wǎng)課的同時(shí)不能很好地記筆記，課后不能及時(shí)回顧導(dǎo)致看過就忘；由于短時(shí)間內(nèi)在線教學(xué)平臺(tái)用戶量激增，超過其最大承載用戶量，導(dǎo)致平臺(tái)卡頓、無法登陸等問題，很多教學(xué)設(shè)計(jì)的問答環(huán)節(jié)不能有效實(shí)施，只能臨時(shí)更換其他平臺(tái)，降低教學(xué)效率等。此外，在教學(xué)實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)，不同的同學(xué)在課上的表現(xiàn)差異較大，課上進(jìn)行重難點(diǎn)知識(shí)講解及答疑時(shí)，有些同學(xué)表示在課前預(yù)習(xí)中以及課前推送的課件中已經(jīng)掌握該部分內(nèi)容，可以忽略不講，而有些同學(xué)則表示課前推送內(nèi)容仍不懂，希望老師在課上詳細(xì)講解；在課中互動(dòng)環(huán)節(jié)，總是有一小部分同學(xué)在其他同學(xué)自動(dòng)分組開展討論時(shí)沉默寡言，甚至不會(huì)主動(dòng)去加入小組。如何解決這些問題，更好地設(shè)計(jì)線上教學(xué)環(huán)節(jié)并準(zhǔn)備多套線上教學(xué)方案，有效地把握課堂節(jié)奏，是今后線上教學(xué)改革的努力方向。

課堂教學(xué)質(zhì)量與“學(xué)”和“教”的相互反饋機(jī)制息息相關(guān)，教學(xué)不只是簡(jiǎn)單的“記憶”式知識(shí)輸出，而應(yīng)該激發(fā)學(xué)生的好奇心和興趣，引導(dǎo)其積極探索，主動(dòng)汲取知識(shí)；“教學(xué)相長(zhǎng)”，教師也會(huì)在教的過程中自我成長(zhǎng)。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，能夠引導(dǎo)學(xué)生在理解基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過互相討論、質(zhì)疑、探究等形式鍛煉其分析問題、解決問題的能力，從而實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。同時(shí)，為有效地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，真正實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”，需要我們對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、每節(jié)課對(duì)應(yīng)的教學(xué)手段和學(xué)生能夠接受的范圍進(jìn)行深入的分析。教學(xué)改革的根本目的是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，只有保持教育思想觀念的不斷變革和及時(shí)更新，才能促進(jìn)高校教育的不斷進(jìn)步和發(fā)展。線上教學(xué)是高校教育教學(xué)的未來方向，而特殊時(shí)期則推動(dòng)了線上教學(xué)的發(fā)展，今后線上+線下混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式必將迎來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。