研究型挑戰(zhàn)性混合式教學(xué)模式探索與實踐
——以“基因工程原理”課程限制性內(nèi)切酶章節(jié)為例

劉春燕，王 嬌

（1.煙臺市蓬萊中醫(yī)醫(yī)院 護理部，山東 煙臺 265699；2.上海大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，上海 200444）

引言

新冠肺炎疫情迫使高校暫停了面對面的教學(xué)活動，眾多高校采用了在線教學(xué)的方式，這是傳統(tǒng)面對面教育無法開展而又要保證教育的連續(xù)性的無奈之舉。線下教學(xué)有真實場景體驗、易于管理、易于開展多樣化活動等優(yōu)點，這些都是線上教育所不具備的。2005年就有研究顯示，與面對面教學(xué)或者電子學(xué)習(xí)相比，混合式學(xué)習(xí)是一種更有效的教學(xué)模式。采用混合式方法學(xué)習(xí)的學(xué)生被證明比采用傳統(tǒng)方法學(xué)習(xí)的學(xué)生具有更主動的學(xué)習(xí)動機。我們借助網(wǎng)絡(luò)平臺，將線下的面對面教學(xué)與線上教學(xué)結(jié)合起來，同時，我們在課堂中融入了研究型挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)內(nèi)容，不僅能夠增加學(xué)生對課堂知識理解的深度，還能培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)飛速發(fā)展社會所需要的深度學(xué)習(xí)的技能。研究型挑戰(zhàn)性指的是，教師與學(xué)生合作，針對某一問題一起探索新知識，教師為學(xué)生提供平臺與時間，鼓勵學(xué)生嘗試新事物，表達自己的觀點。在基于挑戰(zhàn)的學(xué)習(xí)中，教師不要介意學(xué)生犯錯誤，教師更應(yīng)該充當(dāng)一個引導(dǎo)者的角色，與學(xué)生一起利用已有的知識去探尋答案。我們的目標是為了學(xué)生的未來，讓知識動起來，課堂活起來，思維躍起來。我們在積累經(jīng)驗的同時，也面臨著一些問題。接下來以“基因工程原理”課程為例分享我們在研究型挑戰(zhàn)性的線上線下混合教學(xué)模式中的經(jīng)驗。

一、“基因工程原理”課程現(xiàn)狀分析

“基因工程原理”課程是生物類專業(yè)本科生的基礎(chǔ)必修課程，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力為核心，主要學(xué)習(xí)以基因工程的方法分析解決在基因克隆和編輯研究中的問題，激發(fā)學(xué)生的愛國主義情懷和使命擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)科研工匠精神。疫情之前，傳統(tǒng)教學(xué)模式下的教學(xué)主要是教師授課和師生互動，師生互動主要遵循提問—應(yīng)答—評估的對話模式，即老師問，學(xué)生答，最后再由老師評估答案。然而，這種傳統(tǒng)的做法有其弊端：通過強調(diào)正確答案限制固定知識、阻礙學(xué)生自主思考和持續(xù)學(xué)習(xí)。疫情暴發(fā)之后，“基因工程原理”教學(xué)不得不采用線上授課方式來開展，這就暴露出在線教學(xué)模式存在的問題：（1）缺乏教師的監(jiān)督，無法保證學(xué)生在課堂上始終專注；（2）師生不在同一空間，很難進行實時有效互動。教師無法通過學(xué)生的面部表情和實時反饋來判斷學(xué)生是否理解了教學(xué)內(nèi)容。（3）在線教學(xué)對教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施有一定的專業(yè)需求。

二、研究型挑戰(zhàn)性混合式案例教學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用

案例教學(xué)法是基于問題的學(xué)習(xí)方法的變體，可引導(dǎo)學(xué)生積極參與，從而根據(jù)理解建立自己的知識體系。在混合式教學(xué)中融入挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)是“互聯(lián)網(wǎng)+時代”的一種創(chuàng)新。現(xiàn)在的學(xué)生獲取信息的方式已經(jīng)不局限于教師授課，他們更習(xí)慣通過網(wǎng)絡(luò)碎片化時間獲取知識。對教學(xué)來說，這既是挑戰(zhàn)，也是機遇，教師可以充分利用互聯(lián)網(wǎng)和學(xué)生充分交流互動，讓學(xué)生參與整個課堂活動。這種模式下，教師不再是單一地輸出，而是積極參與到學(xué)生中來，跟學(xué)生一起相互學(xué)習(xí)，共同探索（見表1）。

表1 研究型挑戰(zhàn)性混合案例方法對教學(xué)的改善

三、基于研究型挑戰(zhàn)性案例教學(xué)的混合式教學(xué)環(huán)節(jié)

（一）教學(xué)背景

對于“基因工程原理”限制性內(nèi)切酶的這一章節(jié)，利用網(wǎng)絡(luò)平臺，希望學(xué)生通過自主性學(xué)習(xí)和探究性學(xué)習(xí)，能掌握以下能力：（1）掌握限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)歷史、科學(xué)意義；（2）了解基因工程中常見的限制性內(nèi)切酶及其分類；（3）理解細菌防御系統(tǒng)的基本原理及應(yīng)用前景。線上學(xué)習(xí)了解基本概念與理論、實驗發(fā)展前沿等，約占總課時的40%。線下課堂主要是總結(jié)難點、答疑解惑，夯實學(xué)生的基礎(chǔ)知識，提升學(xué)生對知識掌握的深度（見圖1）。

圖1 研究型挑戰(zhàn)性混合式教學(xué)應(yīng)用案例

（二）教學(xué)設(shè)計與課程學(xué)習(xí)評價

1.線上教學(xué)與課程評價。線上課程設(shè)計包括課件、經(jīng)典案例、視頻及單元測試題等。同學(xué)觀看完視頻，完成相關(guān)測驗題，并繪制思維導(dǎo)圖，這種形式能夠充分調(diào)動學(xué)生的思維，幫助學(xué)生厘清思路，找到在線學(xué)習(xí)中尚未完全理解的知識點。讓學(xué)生能夠在線下課堂抓住難點，更系統(tǒng)更深入地理解知識。課前教學(xué)案例大多簡短但經(jīng)典，此次案例使用諾貝爾獎獲得者的實驗資料，本課程通過噬菌體侵染大腸桿菌經(jīng)典實驗的案例引出限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)；通過限制修飾重現(xiàn)的案例使學(xué)生了解限制修飾的應(yīng)用?；诖?，向?qū)W生提出問題：如果你是科學(xué)家，你的假設(shè)是什么？設(shè)計什么實驗來驗證你的假設(shè)？寫出具體設(shè)計方案了嗎？為了回答這些問題，學(xué)生除了觀看教師發(fā)布的線上視頻，還需要在網(wǎng)絡(luò)上查閱資料，以小組為單位討論并上傳本組設(shè)計的實驗方案。

2.線下教學(xué)與課程評價。線下課堂中教師帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)線上學(xué)習(xí)遇到的問題，強調(diào)重點難點。開課自然地引出問題：（1）自然界生物的自我保護機制有哪些？（2）在基因工程的操作中，如何解決基因的切割問題？教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)線上學(xué)習(xí)內(nèi)容和查閱的經(jīng)典文獻，跟著諾貝爾獎獲得者的腳步，進行分組討論后，由每組代表發(fā)表觀點。每個學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)有差異，對第一個問題，大多數(shù)學(xué)生都能回答出動物的保護色或者是趨利避害逃跑機制；第二個問題學(xué)生也能簡單回答出基因的切割是由于存在的蛋白酶。

研究型挑戰(zhàn)性的案例教學(xué)突出學(xué)生的主體地位，教師提出問題引導(dǎo)學(xué)生，學(xué)生自己討論探索答案，并且要組織語言在課堂上互相交流。教師鼓勵愿意發(fā)言的同學(xué)，學(xué)生的多樣化答案可以開闊教師的教學(xué)思路，同時拓寬學(xué)生的思維。課堂學(xué)習(xí)的評價，教師可以綜合多方面考慮，例如課堂研討的積極性和發(fā)言的踴躍度；課后提交的實驗思路與實驗方法等。

3.課堂總結(jié)。分組討論并發(fā)言后，教師對課堂內(nèi)容進行總結(jié)，依據(jù)諾貝爾獎獲得者的實驗回顧限制性核酸內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)發(fā)展歷程。限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)及其分離鑒定在分子學(xué)中得到了應(yīng)用，為基因工程的誕生拉開了序幕，三位主要貢獻科學(xué)家Arber、Smith和Nathans獲得了1978年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎?；仡櫿麄€歷程，讓學(xué)生意識到做科研要善于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。此外，科研工作者要知曉本領(lǐng)域最新發(fā)展動向，教師要啟發(fā)學(xué)生了解最新技術(shù)，思考這些技術(shù)會對我們的社會及生活帶來哪些影響。

4.課后任務(wù)布置。Crispr-Cas9基因編輯技術(shù)獲得了2020年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎，我們鼓勵學(xué)生課后了解其發(fā)現(xiàn)過程與應(yīng)用，感受一項技術(shù)從發(fā)現(xiàn)到后期的成熟應(yīng)用，需要許多人付出多年的努力，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷和使命擔(dān)當(dāng)感。最后，為了讓學(xué)生把課堂與實際聯(lián)系在一起，針對引起社會熱議的賀建奎事件，查閱資料，討論其基因編輯嬰兒的風(fēng)險到底有哪些。提醒學(xué)生，伴隨著技術(shù)進步，人們的思想也在進步，強化思考倫理問題。

四、研究型挑戰(zhàn)性的混合式案例教學(xué)在“基因工程原理”中的創(chuàng)新與反思

研究型挑戰(zhàn)性的混合式案例教學(xué)既克服了傳統(tǒng)教學(xué)方法中學(xué)生只能被動接受知識的缺點，又能在疫情反復(fù)的當(dāng)下，保持教學(xué)的連續(xù)性。通過信息技術(shù)與課堂教學(xué)內(nèi)容的結(jié)合，驅(qū)動學(xué)生自主思考，提高了學(xué)生查閱資料、獲取信息、分析思考的能力（見圖2）。我們也為對生物領(lǐng)域感興趣的同學(xué)提供實驗平臺，通過科研與教學(xué)的結(jié)合，讓學(xué)生了解生物相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識與綜合思維。這種研究型挑戰(zhàn)性的線上線下混合式案例教學(xué)能夠適應(yīng)當(dāng)下素質(zhì)教育的要求，學(xué)生也能更加適應(yīng)和滿足社會需求。同時，也對教師提出了更高的要求，教師需要具有更加深厚的理論素養(yǎng)、豐富的專業(yè)知識和一定的文獻閱讀及科學(xué)研究能力，并且時刻保持敏銳的探究意識，隨時在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，整理案例，解決問題，具有創(chuàng)新精神，這也督促著任課教師的自我提升和不斷成長。

圖2 研究型挑戰(zhàn)性混合案例教學(xué)的優(yōu)點與反思