细胞工程实验翻转课堂的设计与实践效果评估

岳续朋，卢彦欣

（遵义医科大学珠海校区，广东 珠海 519041）

细胞工程是生物工程专业最重要的课程之一，属于必修课程，而细胞工程实验对于巩固理论知识、锻炼学生独立动手能力以及培养严谨的科学态度起着至关重要的作用。因此，加强学生对细胞工程实验重要性的认识，并培养其学习积极性和主动性尤为重要。

1 传统细胞工程实验教学存在的问题

1.1 不能提高学生积极性

传统细胞工程实验教学方式是学生在上课前预习实验步骤，撰写部分实验报告，教师则负责实验准备，包括实验器材和实验材料。课上教师讲解实验目的、原理、步骤以及注意事项，学生使用教师准备好的器材和试剂耗材，按照教师的讲解思路进行实验操作。因此，传统实验课存在的问题是学生对实验不熟悉，不知道如何上手。另外，实验准备工作往往会涉及一部分实验操作，而学生没有参与其中，所以不能引起足够重视，在按照实验指导完成实验后，很多人仍不清楚实验原理、实验目的，实验技能也掌握得不够牢固。因此，在实验课前调动学生兴趣，让学生清楚实验原理、实验目的、实验操作步骤是最关键的。

1.2 课堂效率低

传统授课模式下教师往往需要花大量时间进行实验原理以及步骤讲解，关键步骤更是要反复强调，目的是引起学生重视。然而实际效果并不理想，反而导致学生处于被动学习状态，没有听下去的耐心，学习积极性低。对于教师多次强调的注意事项学生也不够重视，在实验过程中经常犯一些不必要的错误，导致实验失败。

另外，受到空间的限制，教师在讲台上演示实验操作，而距离远的学生观察不到具体细节，操作时会有偏差，影响实验结果。由于时间有限，教师不能多次重复演示，这使得一部分学生实验积极性降低甚至出现抵触情绪。而且在实验操作过程中，很多学生会重复询问某些问题，不仅加重了教师的工作负担，而且浪费了很多实验操作时间。

1.3 实验技能掌握不牢固

一些重要实验原理和实验步骤往往在考试中也会出现，由于实验课上学生照搬实验指导上的实验步骤，没有独立思考的机会，导致其对实验操作印象不够深刻，对实验原理不清楚，考试成绩不理想。学生在做毕业课题时，对于所学过的实验相关知识基本不能应用于课题研究，需要从头学起。因此，如何让学生真正掌握实验技术是重中之重。

1.4 缺乏独立完成实验能力

细胞工程实验课共有15次实验，包括植物组织培养、动物原代细胞分离培养、淋巴细胞分离培养、肿瘤细胞培养、细胞增殖实验等，基本涉及所有细胞工程基础实验技术。但由于学生都是按照操作步骤来完成实验，往往在自己做毕业课题时缺乏独立设计并完成实验能力。因此，培养学生独立完成实验能力以及良好的科研思维，是实验教学的重要目标。

2 细胞工程实验课翻转课堂的设计与实施

近几年，翻转课堂成为热门教学模式之一，教师和学生互换角色，可以更好地调动学生积极性，充分发挥主观能动性，增强主人翁意识，让他们感到责任在身，必须努力做好。同时，翻转课堂教学能让教师不断提高自己的业务能力。为了更好地将翻转课堂应用于细胞工程实验，教师和学生都需要做充足的准备工作，因此，必须增加细胞工程实验课时，相应地减少部分不太重要的实验内容。以笔者多年生物工程专业教学经验来看，与其让学生学得多而杂，不如学得少而精，因为很多实验技能有相似之处，如果学得多而不精，往往在做新的实验时不能很好地应用所学实验方法。只有对一项实验技能掌握得牢固，才能更好地学习其他实验技能以及进行综合实验。因此，为了能让学生有效掌握更多实验技能以及具备独立完成实验能力，我们从以下几方面对翻转课堂进行了调整。

2.1 实验准备工作

翻转课堂是一种全新的教学模式，以学生为中心[1]，教师只负责提供试剂以及仪器设备，其他实验准备完全由学生自己来做，具体操作参照实验指导。教师可以通过微信和QQ等平台与学生交流，学生有问题在平台上提问，教师解答，需要的话教师可以现场做指导，除了一些必须由教师来解决的问题外，其余问题要学生自己想办法解决。由于学生第一次接触细胞工程实验，教师应当选取简单而又具有代表性的实验，这样既不会打击学生积极性，又能让其熟悉细胞工程实验的基本操作。因此，我们选取了肿瘤细胞的传代培养作为动物细胞培养的第一个实验，从实验耗材的高压灭菌到细胞的复苏，完全由学生自己操作，教师可以适当进行指导。

2.2 翻转课堂教学过程

教师在课前整理好本次实验的目的、原理、操作步骤及注意事项，下发给学生，学生根据实验目的和要求进行针对性学习，掌握实验原理及操作注意事项，同时也可以进行相关实验拓展，深入了解该领域的前沿知识。课堂上，学生分组讲解实验原理、目的、步骤以及注意事项，然后进行实际操作，每组3人，1名学生操作，1名学生讲解，另外1名学生可以观看其他组的实验操作并进行评分，指出操作出现的问题以及做得好的地方，做好记录。实验结束后进行小组讨论，探讨如何解决实验过程中遇到的问题。通过翻转课堂，学生的积极性提高了，人人都参与其中，深入了解实验原理、目的以及操作，而不再机械地照搬实验指导，提高了独立学习能力，拓宽了知识面。通过观察其他组的实验操作，学生锻炼了发现问题能力，对将来自己独立完成课题起到了很好的帮助作用。

细胞工程实验的基础是细胞培养，学生只有熟练掌握细胞培养技术，才能顺利完成后续实验。而无菌操作是贯穿整个细胞培养的精髓，因此我们选择植物愈伤组织培养作为第一个植物细胞培养实验。植物组织培养对无菌操作的要求没有动物细胞培养那么高，学生刚开始接触细胞培养，主要是初步认识无菌操作，即使没有完全掌握无菌操作，实验也不至于完全失败，这样就不会打击学生的积极性。在实验操作过程中，教师要不断提醒学生注意无菌操作原则，慢慢地学生就具备了无菌操作意识，同时能够熟悉细胞培养的操作流程和手法，为后面的综合实验打下基础。

2.3 设计小的综合实验并录制微视频

为让每个学生都有机会近距离观看实验操作，我们根据课程安排设计实验项目，并录制详细的操作视频，辅助使用一些课件和动画来呈现实验步骤、原理。细胞工程实验课共包含5个小的综合实验：兔肾原代细胞分离培养，淋巴细胞分离培养，MTT检测细胞的增殖，细胞迁移实验，绿色荧光蛋白转染肿瘤细胞。翻转课堂包括很多重要环节，如微课制作、学生课堂讨论、师生互动交流等。在录制微课时，教师要非常熟悉该实验，这样才能很好地拆分知识点、准备素材以及设计脚本，录制过程中语言和肢体动作要很好地结合在一起，这对教师的能力提出很高的要求[2]。微视频的应用解决了学生无法仔细观看教师示教问题，而且学生可以通过对视频暂停、倒退以及反复观看，来熟悉自己没有掌握的内容。研究显示，人的大脑每天通过5种感官接受外部信息的比例分别为触觉1.5%、味觉1%、听觉11%、嗅觉3.5%、视觉83%，而人的感官对视频信息的敏感度要远远高于文本信息[3]，因此，翻转课堂能否产生良好的教学效果，微视频的制作非常关键，教师本身的因素也非常重要。相对传统教学模式，教师要面临更大的挑战，具有更强的个人能力[4]。这就要求教师不断学习，努力提升自己。

由于课前观看视频熟悉了实验操作，学生可以顺利进行实验，同时教师有时间纠正错误、答疑解惑以及强调重点，这样可以使学生养成良好的实验习惯，很好地掌握实验原理以及实验步骤。为了更好地提高学生动手能力以及独立完成实验能力，实验课结束后，教师要求每个学生录制一段实验操作视频，内容自选，作为实验报告的一部分。这样不仅能对前面所学的知识进行巩固，还锻炼了学生自主完成实验能力。

3 实验教学效果评价

传统实验教学效果往往是通过实验报告来评价，可能会导致同一组学生之间互相依赖，甚至有的学生在整个实验过程中很少动手操作，撰写实验报告时也出现互相抄袭情况。实施翻转课堂教学后，每个学生都必须亲自动手，而且还要给其他组的学生评分，很好地调动了学生积极性和主动性。实验课最终成绩包括实验准备成绩、实验操作成绩和实验报告成绩，这3项分别占30%、30%和40%。通过两年的翻转课堂实施，我们发现学生实验课上不再懒散，能很快掌握实验操作，课后也能独立完成一些小的综合实验，最后在做毕业课题也能得心应手。

总之，将翻转课堂引入细胞工程实验课是成功的。有研究显示，翻转课堂的应用能激发学生学习兴趣，提高学习主动性，感受到团队的重要性，同时也能提高教师教学能力，实现教学相长[5]。但是翻转课堂也存在一些问题。比如在实施过程中，教师和学生都需要花费很多时间进行准备，教师需要提高自身水平，完善知识体系，而学生不仅仅学习这一门实验课，如果每一门实验课都进行翻转课堂教学，可能会给学生带来很大压力。因此，教师要把握好时间，突出教学重难点，选择有代表性的实验，使学生在有限的时间内掌握更多的知识和技能，为培养优秀生物工程专业人才打下良好基础。