教育信息化助力“细胞工程”翻转课堂教学的探索

李继伟，邓祥宜，石 慧，李婵娟

（武汉设计工程学院食品与生物科技学院，湖北 武汉 430205）

0 引言

信息技术的不断变革为高等教育的发展带来了新的机遇和挑战。近年来，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020 年）》、《教育信息化2.0 行动计划》、《中国教育现代化2035》等多个文件要求大力推进信息化在教育教学中的应用，特别是作为教育重要环节之一的高等教育[1-2]。探索信息化背景下的教育教学手段，构建信息化背景下的人才培养模式，提升师生的信息技术应用能力，成为每一位高校教师应该积极探索的新课题。

学校依托中国大学MOOC、学习通、智慧树等平台，建立了线上教学资源，开展了线上教学。为推进现代信息技术与教学深度融合，为促进课程教学内容、教学方法和教学模式的有效改革，学校立足校情加速开展校内SPOC 课程建设，同时定期组织教师参加各类线上平台的学习培训，支持教师开展线上线下混合式教学。学校的种种举措也为“细胞工程”课程翻转课堂的探索与实践提供了强大助力。

1 学校“细胞工程”课程教学的基本情况

“细胞工程”是一门现代生物科学理论和工程技术相结合的综合性学科，即应用细胞生物学和分子生物学方法，借助工程学的实验方法或技术，在细胞水平上研究改造生物遗传特性和生物学特性，以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的有关理论和技术方法的学科[3]。细胞工程是现代生物技术的重要组成部分，同时也是现代生物学研究与生物产品生产的重要技术。学生通过“细胞工程”课程的学习可以掌握细胞离体培养的原理与技术，为从事生物学领域的相关研究及其与细胞工程有关的生物技术产业奠定良好的理论和技术基础。

“细胞工程”是学校生物工程专业的专业核心课程，共48 学时，其中理论32 学时，实验16 学时，课程以植物细胞工程技术为主，动物细胞工程技术为辅，涉及细胞全能性与形态发生、植物组织与器官培养、植物细胞培养及次生代谢产物生产、原生质体培养、体细胞杂交、人工种子、动物细胞工程概述等内容。课程涉及大量的细胞离体培养技术的相关理论，学生觉得抽象和枯燥，通常很难把理论知识与实际应用联系起来。课程组教师充分借助各种互联网资源，包括线上学习通平台、中国大学MOOC 平台、QQ、腾讯会议等，采用翻转课堂教学、案例式教学等方法，以激发学生的学习兴趣，发挥学生的主观能动性，培养学生的自主学习能力，增强学生的实践能力和创新能力，从而帮助学生更好地完成对知识的理解和延伸，取得了较好的效果。

2 课程信息化助力翻转课堂教学

2.1 课程信息化与课前预习相结合

学校属于民办地方本科院校，学生自律性不强、自学能力一般，如果参照传统翻转课堂的方法，学生需要在课前进行自学，然后就重要知识点进行课堂讨论，要求学生有足够的自律性和自学能力，否则将与预期的教学效果背道而驰。

根据学生的学习特点，课程组教师将课程信息化与课前预习相结合。教师提前将下次课内容相关的PPT 或者短视频在学习通平台发布，通过平台发布通知以明确学习目标、设置问题引导，要求学生用有限的时间完成课前预习；然后在线下学习时，就章节重点问题进行讲解、讨论。有了预习的铺垫，学生带着问题参与线下学习，听课效率有了改善。

比如，在学习“细胞全能性及其表达”这一内容时，教师提前录制3 个5~10 min 的课程视频，分别是“细胞全能性概述”“细胞脱分化”和“细胞再分化”，在上课前几天将小视频和对应的PPT 上传至学习通平台，发布了5 个问题导向式作业——什么是细胞全能性？如何理解细胞全能性的相对性？脱分化和再分化与细胞全能性的关系是什么？脱分化与愈伤组织形成的关系是什么？极性与细胞再分化的关系是什么？然后在平台发布通知，提醒学生预习相关内容并完成这5 个作业，另外，教师还上传了与细胞全能性相关的5 篇专业文献，供学有余力的学生课外延伸阅读。相同的问题导向式作业也会同步发送至班级QQ 群，以便大家第一时间知晓预习作业并及时完成。

在线下课堂，教师首先根据平台数据点评预习作业完成的情况，再围绕这5 个问题进行针对性的讲解，为了加深学生对知识点的理解，讲解的过程中会设计一些小的讨论点，如“所有细胞都具有全能性吗？请举例说明。”根据学生的回答引出全能性相对性的概念，最后引导学生一起绘制本节内容的思维导图，理清知识点之间的联系。使学生更深刻地理解细胞全能性的表达是以脱分化为基础，而再分化则是全能性表达的最终体现。

2.2 课程信息化与文献汇报讨论课相结合

对于一些重点的、或应用性很强的内容，教师在课前精选10 篇左右与课程内容密切相关的代表性文献上传学习平台，同时每个班成立5 人（约6 组）学习小组，在教师给定的范围中自主选择文献（要求每组文献不得重复），进行课下分组学习，课堂PPT 汇报和讨论，每组进行汇报时，其他组需要提问同时也需要回答汇报组提出的问题，增加了课堂讨论的互动性。在互动环节，教师可以引导学生思考“汇报的文献中用到了哪些课程相关的理论知识？”等问题，帮助学生对知识点进行复习和整理，建立知识点之间的联系。同时，教师根据每组的表现，包括PPT 制作的精美程度和学术水平、汇报和互动的表现等，进行评分。

比如，在学习“细胞培养和次生代谢产物生产”时，通过汇报花青素、原花青素、叶黄素、黄酮、白藜芦醇等的生产实例，学生不仅可以学习不同细胞的培养方法，也可以了解在实际研究和生产中如何应用相关理论知识和技术手段来提高次生代谢产物的产量，使学生对知识的理解不是仅仅停留在理论层面，而是通过科研和生产实例更好地提升了实际应用能力。部分学生在进行文献和汇报讨论时，可以很好地进行旧知识点的复习和新知识点的延伸，对课程知识体系的构建和自身能力的培养大有益处。

通过组织学生进行文献的讨论和汇报，既促进了课程知识点的理解和内化，也培养了学生阅读文献、PPT 制作和演讲汇报的能力，使学生了解了学科前沿，培养了科学思维，增加了专业认同感。

2.3 课程信息化与课程思政相结合

《高等学校课程思政建设指导纲要》中明确指出课程思政的内涵即落实立德树人根本任务，课程思政的过程中，必须将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体、不可割裂[4]。

“细胞工程”教学中，课程组教师在传授课程知识、培养学生创新能力的同时，也在不断凝练专业知识中的思政元素，利用丰富的互联网资源，筛选合适的思政教育小视频，并上传至学习通平台，通过学生线上观看视频、线下畅谈感悟、教师总结归纳等方式，培养学生正确的人生观、价值观和科学观，以实现对学生“才”和“德”的协同教育。

比如，在学习无菌操作技术时，课前在教学平台上发布“组培视频——多肉种子无菌播种操作”并要求学生观看，课上引导学生如何基于科学原理，采用科学方法，对学科研究的问题展开分析，使学生全面了解细胞工程的基本原理和技术，培养其发现和解决问题的能力。在学习“植物脱毒和快速繁殖的意义”时，课前发布“微视频——山水之恋”，课上由“节约耕地”引申到“生态保护、环境污染”等问题，引导学生畅谈“绿水青山就是金山银山”“生态兴则文明兴”的重大意义，激发学生的社会责任感和使命感。在学习“植物次生代谢产物的类型”时，课前安排学生观看“微视频——巾帼英雄故事之屠呦呦”，课上讲述“青蒿素是植物体产生的一种倍半萜，属于次生代谢产物萜类化合物的一种类型”，引出中国首位诺贝尔医学及生理学奖获得者——屠呦呦的事迹，鼓励学生践行科学路上不畏艰辛、积极进取的精神，融入爱国主义教育，激励学生为中华民族的伟大复兴而努力学习。在学习“动物克隆”时，课前安排学生观看“微视频——克隆背后的故事”，课上引导学生讨论人类克隆的伦理问题，使学生明白科研是有底线的，要遵守人类的伦理道德。

2.4 课程信息化与实践环节相结合

课程教学团队近年来不断尝试对课程实践部分进行改革，包括教学内容“开放化、多样化”，操作要点“视频化”，实验报告“论文化”，课外延伸“项目化”，取得了一定的效果[5]。随着课程信息化的推进，实践环节改革的脚步也必须与时俱进，在前述改革的基础上，课程组教师将实践环节改革进一步推进，主要包括：第一，将已有操作要点微视频上传至学习通平台，跟之前上传至QQ 群相比，可以通过平台学习数据更好地了解学生学习的情况。第二，实验结束后，要求每组上传自己的实验结果（包括实验图片） 至学习通平台，“细胞工程”实验主要内容是植物组织培养，除个别小组会自己选择外植体类型外，大部分小组的实验内容是激素种类和浓度对胡萝卜愈伤组织诱导和继代的影响，根据实验设计，小组协同完成上述内容，因每组选用的激素类型和浓度不同，实验结果也不尽相同，将实验结果（特别是图片） 上传至平台后，每组学生可以更直观地了解全班的实验结果，进而进行横向比较分析，总结激素对胡萝卜组织培养的影响。第三，利用学习通平台带领学生“深入”企业。课程组教师将以前带领学生参观武汉光谷生物城的植物组织培养相关企业——武汉天问生物科技有限公司、武汉伯远生物科技有限公司的相关照片和资料上传学习通平台，让学生了解通过农杆菌转染水稻、小麦、番茄等植物的愈伤组织，然后进行愈伤组织分化，筛选阳性植株的全过程。整个过程既涉及细胞工程组织培养相关内容，又涉及基因工程中植物转基因相关内容，可以使学生深刻体会到生产实践中多门课程知识的有机结合和综合应用。学习结束后，要求学生在学习通平台讨论区谈谈自己的感受。通过学习这部分内容，既可以体验企业的氛围、扩大学生的认知面、提升学生的专业认同感，也可以引导学生树立正确的人生观和职业理想，做一个有责任、有担当的人。

3 结语

在教育信息化的大背景下，“细胞工程”教学团队不断尝试教学改革，利用课程信息化助力细胞工程翻转课堂的教学。通过将课程信息化与课前预习相结合，使学生从知识的被动接受者变成了主动参与者，也让教师可以准确掌握学生课前学习的状态；通过将课程信息化与文献汇报讨论相结合，使学生在学习课程知识的同时也了解其在科学研究和生产实践中的应用；通过将课程信息化与课程思政相结合，在平台观看“小视频——大事件”等视频资源，使学生在学习课程专业知识的同时接受“德”育，实现了学生价值塑造、知识传授和能力培养的融合；通过将课程信息化与实践环节相结合，提升了学生参与实践环节的积极性、参与度和学习效果。

课程改革是一个不断探索、不断完善的过程，需要教师不断学习，努力提升自己[6]。在改革的过程中不断发现问题、解决问题，切实提高教学效果是课程组教师不变的初衷。在课程改革的过程中，也存在一些问题，比如个别学生不能及时完成线上小视频的学习；进行小组任务时，个别学生浑水摸鱼、流于形式等，如何切实提高这部分学生的课程参与度也是课程组教师在今后的教学改革中需要关注和研究的问题。