研究生“合成生物學(xué)”課程混合式教學(xué)探索與實(shí)踐

張 琴，李艷賓，王遠(yuǎn)麗

（安徽工程大學(xué)生物與食品工程學(xué)院 安徽 蕪湖 241000）

混合式教學(xué)將教師主導(dǎo)的課堂教學(xué)活動(dòng)和學(xué)生自主參與的學(xué)習(xí)活動(dòng)有機(jī)融合，強(qiáng)調(diào)在線(xiàn)學(xué)習(xí)和課堂學(xué)習(xí)的結(jié)合，已成為國(guó)內(nèi)外高校課程教學(xué)改革的重要方向[1]。合成生物學(xué)是21 世紀(jì)興起的一門(mén)交叉學(xué)科，是生物學(xué)領(lǐng)域催動(dòng)原創(chuàng)突破和學(xué)科交叉融合的前沿代表，迄今已在生物能源、生物材料、醫(yī)療技術(shù)以及探索生命規(guī)律等諸多領(lǐng)域取得了令人矚目的成就。近年來(lái)，安徽工程大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我校”）面向生物工程學(xué)術(shù)型碩士和生物與醫(yī)藥專(zhuān)業(yè)型碩士開(kāi)設(shè)了該課程。本課程采用“以學(xué)為中心”的線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)。線(xiàn)上主要依托超星學(xué)習(xí)通、學(xué)習(xí)討論群等互聯(lián)網(wǎng)工具，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣；線(xiàn)下通過(guò)多媒體授課、翻轉(zhuǎn)課堂、師生互動(dòng)式答疑討論等多種教學(xué)方式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

1 課程簡(jiǎn)介

“合成生物學(xué)”課程是為我校生物工程學(xué)科相關(guān)專(zhuān)業(yè)一年級(jí)研究生開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)學(xué)位課，自2019 起，授課人數(shù)逐年增加，且基于MOOC/SPOC平臺(tái)開(kāi)展了線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)，初步建立了課程的線(xiàn)上簽到、分組討論、作業(yè)發(fā)放等在線(xiàn)活動(dòng)體系。前期由于授課時(shí)數(shù)、授課人數(shù)等條件限制，僅提供了少量專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)視頻和線(xiàn)上作業(yè)供研究生學(xué)習(xí)，近三年來(lái)，隨著合成生物學(xué)學(xué)科的迅猛發(fā)展和授課人數(shù)的增加，本課程組加強(qiáng)了學(xué)習(xí)視頻、課程案例等線(xiàn)上資源的建設(shè)，為研究生的線(xiàn)上自主學(xué)習(xí)和教師線(xiàn)下授課提供了充足的線(xiàn)上資源。

2 混合式教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)施

2.1 線(xiàn)上教學(xué)資源構(gòu)建

本課程采用線(xiàn)下27 學(xué)時(shí)+線(xiàn)上9 學(xué)時(shí)的方式實(shí)施混合式教學(xué)。目前，線(xiàn)上教學(xué)資源庫(kù)已包含本課程的教學(xué)大綱、多媒體課件、作業(yè)題庫(kù)及一些微課視頻資源，迄今已上傳6 個(gè)章節(jié)的多媒體課件，制作了微課視頻10 余個(gè)，發(fā)放合成生物學(xué)相關(guān)的前沿及思政案例20 余個(gè)。此外，每學(xué)期資源庫(kù)都會(huì)持續(xù)更新一些合成生物學(xué)的時(shí)事新聞和前沿案例等，使學(xué)生能夠有效地利用線(xiàn)上資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)科時(shí)事及前沿的了解，挖掘自身的學(xué)科興趣點(diǎn)。

2.2 線(xiàn)上線(xiàn)下混合開(kāi)展案例教學(xué)

案例教學(xué)法可通過(guò)典型案例的引入，讓學(xué)生更深刻理解和掌握教學(xué)內(nèi)容，從而提高課堂趣味性和學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性[2]。合成生物學(xué)是前沿性很強(qiáng)的學(xué)科，其研究技術(shù)和科研成果的變革日新月異，課程組教師積極跟進(jìn)合成生物學(xué)的研究前沿和時(shí)事新聞，充分挖掘其中的案例，建立了前沿和思政案例庫(kù)，一方面用于研究生的線(xiàn)上自主學(xué)習(xí)，另一方面作為教師授課的案例，以實(shí)例論證科學(xué)研究，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極主動(dòng)性。例如，教師在課堂授課中，將2017、2018 年中國(guó)十大科技新聞之一——天津大學(xué)、清華大學(xué)和華大基因合作完成的真核生物酵母4 條染色體的從頭設(shè)計(jì)及中國(guó)科學(xué)院植物生理生態(tài)研究所在國(guó)際上首次人工創(chuàng)建了單條染色體的真核細(xì)胞作為前沿案例進(jìn)行講授，并提供了這兩個(gè)科技新聞的相關(guān)視頻供學(xué)生觀(guān)看、了解，加深了學(xué)生對(duì)這兩個(gè)學(xué)科前沿案例的了解和對(duì)合成基因組技術(shù)的理解，在此基礎(chǔ)上，還將此兩大學(xué)科前沿案例相關(guān)的SCI 論文發(fā)布于案例資源庫(kù)，供學(xué)生線(xiàn)上自主學(xué)習(xí)。

2.3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中，學(xué)生課前通過(guò)線(xiàn)上教學(xué)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，課堂上對(duì)自學(xué)的知識(shí)進(jìn)行講解，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化并提升綜合能力[3]。教學(xué)過(guò)程中，師生轉(zhuǎn)變角色，學(xué)生走上講臺(tái)，獲得“教學(xué)權(quán)”與“提問(wèn)權(quán)”，教師則作為輔導(dǎo)者進(jìn)行教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)和監(jiān)控[4]。本課程第五章的內(nèi)容為合成生物學(xué)相關(guān)應(yīng)用，教師僅做簡(jiǎn)單講授，以學(xué)生查閱文獻(xiàn)、完成文獻(xiàn)綜述和PPT 匯報(bào)為主。為此，本章的學(xué)習(xí)采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，并申請(qǐng)?jiān)谥腔劢淌沂谡n，學(xué)生學(xué)習(xí)變被動(dòng)為主動(dòng)，主動(dòng)查閱文獻(xiàn)、進(jìn)行文獻(xiàn)綜述的寫(xiě)作和匯報(bào)，有效地對(duì)合成生物學(xué)前沿研究知識(shí)進(jìn)行歸納、總結(jié)，教師及時(shí)地進(jìn)行點(diǎn)評(píng)、疑難問(wèn)題解答，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

2.4 課程思政建設(shè)

高校研究生專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中普遍存在“重教學(xué)輕育人”的問(wèn)題，為扭轉(zhuǎn)這一現(xiàn)狀，以專(zhuān)業(yè)知識(shí)為媒介的研究生思政教育可最大程度地發(fā)揮專(zhuān)業(yè)課程的主干功能，比純粹的思政課更有說(shuō)服力和感染力[5]。合成生物學(xué)這一新興學(xué)科不僅發(fā)展迅速，且與人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)和生活密切相關(guān)，其中蘊(yùn)含著豐富的思政元素，為此，課程組依據(jù)合成生物學(xué)前沿成果主導(dǎo)的科學(xué)精神和思維及合成生物學(xué)相關(guān)的生物安全和倫理等案例建立了思政資源案例庫(kù)。例如，我國(guó)科學(xué)家2021 年在Science 雜志上發(fā)表的人工合成淀粉方面的研究成果以CO2和氫為原料，可節(jié)約土地和淡水資源，推動(dòng)了以CO2為原料制造化學(xué)品的碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)[6]；美國(guó)和丹麥科學(xué)家2022 年在Nature雜志上發(fā)表的工程酵母從頭合成抗癌藥物長(zhǎng)春堿以可再生生物質(zhì)（葡萄糖和色氨酸）為底物，開(kāi)辟了不受作物種植和供應(yīng)鏈影響的長(zhǎng)春堿新生產(chǎn)途徑[7]。通過(guò)對(duì)上述成功案例的解讀，使研究生們領(lǐng)略了合成生物學(xué)在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和人民生命健康領(lǐng)域的強(qiáng)大威力，更加堅(jiān)定了做科研要積極創(chuàng)新、圍繞國(guó)家重大需求，以科學(xué)研究服務(wù)人類(lèi)社會(huì)的理念。然而，合成生物學(xué)研究亦是一把雙刃劍，自合成生物技術(shù)使能應(yīng)用以來(lái)，其引發(fā)的安全、倫理問(wèn)題已引起了各國(guó)政府的廣泛關(guān)注，例如，合成生物技術(shù)使得一些病毒、毒素等合成更加容易[8]，在授課中，教師針對(duì)一些合成病毒、合成毒素案例的研究技術(shù)和潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行講解，讓學(xué)生深入了解其中的安全和倫理道德問(wèn)題，強(qiáng)化其生物安全意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)價(jià)值觀(guān)和道德觀(guān)。

2.5 主題辯論引入課堂教學(xué)

主題辯論式教學(xué)是在課堂上引入辯論形式，以學(xué)生為主體，通過(guò)小組形式，圍繞特定主題收集資料、辯駁問(wèn)題、各抒己見(jiàn)，主動(dòng)獲取知識(shí)、提高素養(yǎng)的一種教學(xué)方式，可培養(yǎng)學(xué)生辯論能力，提高學(xué)生的課堂參與度，豐富課堂教學(xué)[9-10]。本課程依據(jù)教學(xué)內(nèi)容和目前合成生物學(xué)的研究熱點(diǎn)，設(shè)定了兩個(gè)主題“合成生物學(xué)是否面臨安全挑戰(zhàn)”和“合成生物學(xué)是否能顛覆傳統(tǒng)生物制造”，將全班學(xué)生分成4 個(gè)小組，每小組分別為這兩個(gè)辯題的正方和反方。每組學(xué)生首先根據(jù)各自的辯論主題查閱資料、文獻(xiàn)及典型案例。辯論過(guò)程中，每一主題辯論的時(shí)長(zhǎng)不超過(guò)45 分鐘。先由主持人介紹辯論主題與雙方辯手，然后進(jìn)入正式辯論過(guò)程，包括立論陳詞、攻辯盤(pán)問(wèn)、自由辯論和總結(jié)陳述環(huán)節(jié)。最后，通過(guò)學(xué)生互評(píng)和教師評(píng)論相結(jié)合的方式對(duì)各組辯論效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)主題辯論，學(xué)生對(duì)合成生物學(xué)的前沿性和安全性有了從理論到實(shí)踐的深入了解，加深了對(duì)合成生物學(xué)知識(shí)的理解，提升了學(xué)習(xí)本課程的興趣。

3 課程考核方式的改革

本課程混合式教學(xué)初期（2019―2020 學(xué)年）采用的考核方式為：平時(shí)考核占40%、期末考試占60%，平時(shí)考核形式較為單一，主要有線(xiàn)上作業(yè)和課堂表現(xiàn)兩種形式，分別占平時(shí)成績(jī)的20%和80%。自2021 學(xué)年開(kāi)始，課程組對(duì)本課程的考核方式進(jìn)行了深入改革，將平時(shí)考核占比提高至50%，平時(shí)考核形式進(jìn)一步多樣化，除線(xiàn)上作業(yè)外，把專(zhuān)題PPT 匯報(bào)、互動(dòng)學(xué)習(xí)（包括線(xiàn)上自主學(xué)習(xí)、在線(xiàn)簽到、在線(xiàn)搶答、主題討論、投票/問(wèn)卷）等方式均納入平時(shí)考核范疇，其中，線(xiàn)上作業(yè)占20%，專(zhuān)題PPT 匯報(bào)占15%，互動(dòng)學(xué)習(xí)占15%。通過(guò)多元化的考核方式，提高了研究生平時(shí)學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生能將更多的精力置于平時(shí)對(duì)合成生物學(xué)前沿知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解上，而不是對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的死記硬背，切實(shí)做到了科研思維和科研能力的雙提升。

4 課程教學(xué)評(píng)價(jià)

課程學(xué)習(xí)結(jié)束，學(xué)生可通過(guò)課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，不少學(xué)生評(píng)價(jià)“張老師上課特別有趣，很多知識(shí)點(diǎn)講得很細(xì)致，還組織辯論賽讓同學(xué)們更加理解合成生物學(xué)”“合成生物學(xué)課程重要且豐富，老師講課生動(dòng)清晰，實(shí)行雙語(yǔ)教學(xué)，和學(xué)生互動(dòng)性強(qiáng)，列舉熱點(diǎn)實(shí)例，拓寬學(xué)生視野，同時(shí)增強(qiáng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力”“老師講課互動(dòng)性很強(qiáng)，講解了很多專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域前沿的知識(shí)。講解也生動(dòng)有趣，很棒”等，可見(jiàn)，本課程的授課方式受到了研究生的一致好評(píng)。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，混合式教學(xué)模式下的線(xiàn)上自主學(xué)習(xí)、理論課堂、課后學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、期末考核等環(huán)節(jié)，所支撐的能力培養(yǎng)強(qiáng)度和層級(jí)均得到了提升。

5 結(jié)語(yǔ)

本課程建設(shè)過(guò)程中，既注重與國(guó)內(nèi)外高校相同課程的共同點(diǎn)，又基于我校生物工程、生物與醫(yī)藥等專(zhuān)業(yè)研究生的特點(diǎn)，有效地歸納總結(jié)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，在課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和課堂授課中展示為他們易于理解的形式，使其既能夠系統(tǒng)地學(xué)習(xí)合成生物學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，又能有效了解合成生物學(xué)的研究前沿、發(fā)展前景和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。總的來(lái)看，自2019 年本課程開(kāi)展混合式教學(xué)以來(lái)，研究生對(duì)合成生物學(xué)基礎(chǔ)理論和前沿研究技術(shù)的理解更深入，自主學(xué)習(xí)能力得到明顯提高，取得了良好的教學(xué)效果。