研究型教學模式在生物技術綜合實驗的探索與實踐*

郭曉蘭 譚 茵 付 欣 戴建威

廣州醫(yī)科大學—廣州生物院聯(lián)合生科院，廣東省廣州市 511436

新時代生物技術及其產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，已成為國家科研開發(fā)的戰(zhàn)略重點。新冠疫情暴發(fā)后，生物技術處于抗擊疫情前沿，廣泛應用于疫苗開發(fā)、病毒診斷與治療，對人類生命健康和國家安全具有重大影響。“十四五”規(guī)劃國家加大對生物科學的基礎研究與創(chuàng)新，支持將生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)打造成戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)[1-2]，這就要求高水平醫(yī)科大學應以此需求為導向，培養(yǎng)具備“獨立思考、創(chuàng)新思維、實踐研究、團結協(xié)作”綜合素質(zhì)的創(chuàng)新型生物技術人才。傳統(tǒng)“以教師講授為主”的教學模式已不能滿足生物卓越人才的培養(yǎng)[3]，必須打破傳統(tǒng)教學模式，運用現(xiàn)代教育理念和技術進行教學模式改革。

我校生物技術專業(yè)契合粵港澳大灣區(qū)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)建設需求，致力培養(yǎng)具備醫(yī)學基礎知識、生物技術理論和實踐能力、科學研究和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的高素質(zhì)生物卓越人才，堅持“以生為本”的教育理念，在打好專業(yè)理論基礎的前提下，將研究型教學模式應用于本科三年級生物技術綜合實驗課程，取得了不錯的教學效果：學生科研思維和實踐能力得到很大提升，近3年學生獲得多項國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)科研項目和學科競賽獎項；2021年生物技術專業(yè)成為國家級一流專業(yè)建設點。現(xiàn)將生物技術綜合實驗研究型教學模式的探索過程進行總結，從目前生物技術綜合實驗課程的現(xiàn)狀、研究型教學模式下的教學活動流程和特色分析三方面詳細展開，旨在提供教學經(jīng)驗，促進生物技術教學改革的發(fā)展。

1 生物技術綜合實驗

生物技術是以現(xiàn)代生物科學為基礎，采用先進的科學技術手段改造和利用生物體的一門綜合性技術，具有前沿性、實踐性和綜合性[4]。生物技術綜合實驗是重要的綜合性實驗技能課程，屬于學生培養(yǎng)方案中的能力強化階段，該課程的教學目標是使學生綜合運用所學的學科知識和技能，深入理解科學研究基本思路和規(guī)律，并培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力[5]。目前高校生物技術專業(yè)課程普遍存在以下局限[6]：(1)由于傳統(tǒng)課堂教學下專業(yè)知識的零碎化和片面性，學生處于被動接受知識狀態(tài)，無法自主整合和架構知識網(wǎng)絡。(2)生物技術日新月異，然而教材更新速度慢，教師和學生過分依賴教材，缺乏與前沿科研知識的融合。(3)教師對學生的評價單一，缺乏知識的研討性要求，過于注重考試成績，不利于學生真正運用專業(yè)知識，無法實現(xiàn)教育的根本目的。結合生物技術實驗課程的特點以及目前存在的局限，筆者進行了研究型教學模式的探索和實踐。

2 研究型教學模式的建立

研究型教學是指在教學過程中滲透運用科學研究的思維模式，引導學生主動發(fā)現(xiàn)問題，獨立解決問題[7]。因此，研究型教學模式尤其適用于綜合性、實踐性、科研性強的生物技術綜合實驗課程。下面，筆者將以“一個基因的故事”為例，詳細闡述教學活動過程。

2.1 教師引領科學問題，學生自主設計課題 生物技術綜合實驗采用“小生源，大師資”的模式，每組5名學生，配備1名教師引導。 以小組為單位，教師在課前給學生提供研究主題“一個基因的故事”，每個小組選擇感興趣的基因，以“序列設計—基因合成—基因克隆—基因表達—功能驗證”為主線研究基因從產(chǎn)生—表達—功能的整個過程，實驗方法涵蓋分子克隆、細胞培養(yǎng)與轉(zhuǎn)染、RNA提取和反轉(zhuǎn)錄、熒光定量PCR技術和Western blot技術，在自主研究過程鞏固和應用生物技術常用實驗技術。

學生運用生物信息學技術檢索文獻和數(shù)據(jù)庫，采用小組討論確定感興趣的基因后，與教師討論可行性；與教輔人員確定儀器和試劑耗材的配備；然后自主設計實驗方案，以PPT方式展示實驗設計思路、具體方案和可行性分析；小組間相互論證和評分后，教師進行點評，指出關鍵問題，并記錄學生的表現(xiàn)。

在“自主設計”環(huán)節(jié)，融入思政教育，通過對科學家研究歷程的介紹，鼓勵學生追尋前輩的腳步進行科學探索，培養(yǎng)學生“善于觀察，勇于挑戰(zhàn)，敢于創(chuàng)新”的科研精神。

2.2 學生自主準備，實施實驗方案 確定實驗方案后，學生進行實驗準備：(1)自主運用軟件進行基因引物的設計、合成和驗證。(2)通過實驗中心預約系統(tǒng)，申請門禁和儀器使用權限，并通過實驗室安全和儀器使用培訓。(3)通過云課堂、虛擬仿真軟件和實驗操作視頻，自主學習和鞏固相關實驗技能。(4)各組提交試劑耗材需求清單后，準備好實驗所需試劑耗材和細菌、細胞，并做好消毒滅菌工作。實驗的充分準備是確保科學研究順利進行的第一步，通過自己準備實驗，學生更加珍惜實驗機會，也更具挑戰(zhàn)性，可以極大地調(diào)動學生的主動性。

在學生“獨立準備和實施實驗”環(huán)節(jié)，繼續(xù)融入思政教育，開展實驗室生物安全教育，培養(yǎng)學生“保護自己，愛護環(huán)境”的意識。

2.3 實驗過程學生發(fā)現(xiàn)問題，獨立解決問題 因科學實驗存在許多不確定因素，導致學生在實驗過程中會不可避免地遇到各種各樣的問題，學生遇到問題時，鼓勵學生通過獨立思考、自主查閱資料、詢問有經(jīng)驗的實驗人員來解決問題，每組教師在關鍵時刻給予適當引導，旨在鍛煉學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

2.4 采用形成性評價進行教學效果反饋 傳統(tǒng)的教學評價注重學生的實驗結果，導致學生過于看重實驗結果，思想受到禁錮，無法發(fā)揮創(chuàng)造力。形成性評價是對學生整個學習過程進行評價，包括學生的學習態(tài)度、學習能力、遇到問題的分析能力和解決能力等[8]。生物技術綜合實驗采用實驗記錄+報告+現(xiàn)場答辯+綜述的方式對學生進行評價，現(xiàn)場答辯以小組為單位，各組間可提出質(zhì)疑并評分，教師通過學生整個實驗過程的表現(xiàn)給予評價和反饋；綜述是學生對學習過程的收獲進行總結從而形成書面報告，可使學生從被動接受評價轉(zhuǎn)變?yōu)樵u價的主體和積極參與者。學生發(fā)表心得體會：通過這樣的教學模式，雖然我們并沒有得到最理想的實驗結果，但是我們收獲更多，我們從失敗中發(fā)現(xiàn)問題、總結經(jīng)驗，從實驗過程中體會了科研的成就感和快樂！

在學生“獨立分析和總結實驗”環(huán)節(jié)，將思政教育潤物于無聲，繼續(xù)貫穿整個實驗過程，引出基因編輯“韓春雨事件”，教育學生實事求是、追求真理。

3 生物技術綜合實驗研究型教學模式的特色分析

3.1 “教師科學問題引領，學生自主設計和實現(xiàn)”的教師制教學模式 研究型教學模式強調(diào)“以學生為主體”，然而對于本科生來說，知識架構尚未形成，知識儲備尚未充足，教師在關鍵時刻的引導也十分重要。本課程采用“5人一組，配備1名教師”的方式，可更詳細跟進每名學生的動態(tài)；學生可有更多機會與教師討論和交流；采用“圓桌會議”方式進行討論，平等交流，意見開放，形成輕松的討論氛圍，有助于學生思想火花的迸發(fā)，促進“教”與“學”。

課程從課題設計、準備、實施、分析、總結的整個過程，始終貫徹“以學生為主體”的教學理念，學生自主設計課題，獨立準備、實施、分析和總結實驗。通過自主研究的過程，可激發(fā)學生的科研興趣，發(fā)揮學生的積極性，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)—分析—解決科學問題的思維。

3.2 采用“虛實結合”的多元教學模式 信息學技術是現(xiàn)代教育技術的重要手段，在實際教學活動中發(fā)揮重要作用[9]。課程依托我校基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗中心細胞與分子醫(yī)學模塊[10]以及廣東省實驗教學示范中心——生物學實驗中心，制作了生物技術綜合實驗主題的實驗技術操作視頻、虛擬仿真實驗軟件和高端實驗儀器AR軟件；學生通過線上自主學習，更形象深刻地鞏固實驗技能。建立了實驗預約和指紋門禁系統(tǒng)，為開放研究式實驗課程提供平臺。依托我校“云課堂”——生物技術綜合實驗課程，學生可在線上學習課程、小組討論以及與教師互動。通過線上與線下相結合的多元教學模式，學生可隨時隨地學習，突破時間、空間的限制。

3.3 “主線設計，引入前沿”，體現(xiàn)課程高階性 為了呈現(xiàn)科學研究的“連貫性”，課程通過引導的方式給學生提供主線，比如以“一個基因的故事”為主題，以基因的產(chǎn)生—表達—功能為主線，學生根據(jù)主線選擇感興趣的基因以及相關研究方法來設計實驗方案，連續(xù)的主線研究有助于學生了解基因研究的整個過程。同時，學生結合教師的科研方向，通過文獻檢索等方式選擇自己感興趣的基因與功能，引入學科前沿知識，有助于學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

3.4 建立多元化評價標準，重視學生的全面發(fā)展 課程不僅采用形成性評價，實現(xiàn)對學生整個學習過程的評價與反饋，而且將自我評價、組間評價和教師評價相結合，形成師生共同評價體系，更全面地對學生學習效果進行反饋；使學生也成為評價的參與者，有助于學生不斷反思、認識自我，從而實現(xiàn)自主學習和發(fā)展。

3.5 思政教育與專業(yè)教育相融合，推進“知識傳授，能力培養(yǎng)，價值塑造”三位一體 課程在“獨立設計、實施、分析和總結”3個環(huán)節(jié)均融入思政教育，滴水可穿石，通過潛移默化的影響，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，使其成為具有正確價值觀和人生觀的生物卓越人才。

研究型教學模式在生物技術綜合實驗課程的應用形成特色優(yōu)勢，并取得了一定的成效，不僅鞏固了學生的實驗技能，而且激發(fā)了學生的科研興趣，鍛煉了學生科研能力和創(chuàng)新思維，滿足生物卓越人才的培養(yǎng)要求，將為生物技術實驗課程的改革提供寶貴的經(jīng)驗。我們也將乘風破浪，進一步深入探索和完善研究型教學模式在生物技術綜合實驗的實踐。