新冠疫情下高校分子生物學在線教學的思考獲獎科研報告

新冠疫情下高校分子生物學在線教學的思考獲獎科研報告摘

要：新型冠狀病毒肺炎疫情期間“停課不停教，停課不停學”促使國內(nèi)各類大中小學都開展了各種模式的在線教學實踐，有成果也有教訓。在這全國上下即將復課的形勢下，如何多角度的理性分析和總結在線教學模式，有助于我們?nèi)胬斫庠诰€教學的特點，并且為廣大教師在以后的教學實踐中，如何實現(xiàn)在線教學認知與能力升級。分子生物學是大學生物專業(yè)的一門重要基礎課，以往除了課堂理論教學之外，都配套有相應的實驗教學，以促進學生對分子生物學理論知識的掌握和培養(yǎng)學生的動手能力。針對當下師生只能“云聽見”或“云見面”的情況，探索實施如何設計多種師生互動教學環(huán)節(jié)，以保證分子生物學等實驗性課程的在線教學效果。

關鍵詞：分子生物學;在線教學;新冠病毒;高等教育

2020年，這場突如其來的新型冠狀病毒肺炎疫情（以下簡稱疫情）打亂了我們的生活。相應國家號召，大中小學教育工作者在這非常時期，將教學從面對面的現(xiàn)實世界轉(zhuǎn)變到了網(wǎng)絡數(shù)字世界，利用現(xiàn)代“互聯(lián)網(wǎng)+”的信息技術平臺，教育系統(tǒng)做到了“停課不停教，停課不停學”[1]。面對突如起來的在線教學“網(wǎng)絡主播”模式，教師們有的焦慮無奈，充滿挫折感和無力感;有的借鑒成功的在線教學做法，改進傳統(tǒng)教學設計，依靠穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡平臺，實現(xiàn)圓滿教學。

分子生物學從廣義上說是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結構與功能，并從分子水平上闡明生命現(xiàn)象和生物學規(guī)律的學科。從這個意義上說分子生物學包括了所有的生物學，是人類從分子水平上真正揭開生物世界的奧秘，由被動適應自然到主動改造自然的基礎學科[2]。作為大學生物專業(yè)的一門重要基礎課，分子生物學除了課堂理論教學之外，都配套有相應的實驗教學，以促進學生對分子生物學理論知識的掌握和培養(yǎng)學生的動手能力。在當前疫情下，如何開展正常的分子生物學在線教學，我們從2個多月（九周）的實際教學出發(fā)，分析和總結了高校分子生物學在線教學的經(jīng)驗，以期為今后推進傳統(tǒng)課堂教學與在線教學的緊密融合提供思考。

一、高校具有優(yōu)質(zhì)的在線教學平臺

2003年教育部啟動了“國家精品課程”項目，促進現(xiàn)代信息技術在教學中的應用，了第一批一流示范性課程。進入21世紀以來，“互聯(lián)網(wǎng)+”在中國迅速發(fā)展，中國教育初步完成了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”信息技術的偉大變革。2014年，由網(wǎng)易與高教社攜手推出中國大學“MassiveOpenOnlineCourse（MOOC，大規(guī)模在線開放課程）”在線教育平臺，承接教育部國家精品開放課程任務，向大眾提供國內(nèi)985大學的免費在線課程[3]。目前，該在線平臺中有分子生物學相關課程17個，其中武漢大學的《分子生物學》是國家精品課程;有分子生物學實驗相關課程5個，其中廈門大學的《遺傳與分子生物學實驗》為國家精品課程。

不可否認的是，互聯(lián)網(wǎng)還將持續(xù)影響著教育事業(yè)，開放的互聯(lián)網(wǎng)教學方式，未來將會成為教育的常態(tài)。國內(nèi)有不少優(yōu)秀的在線課程平臺在順利運行，如中國大學MOOC、學堂在線、智慧樹、超星等，配有慕課堂、雨課堂、知到、學習通等智慧教學和學習工具。這些平臺各有其特色和優(yōu)勢，完整的在線教學模式支持高等學校在線開放課程建設，在疫情防控期間教師可以根據(jù)課程的具體情況，選擇合適的在線課程平臺開展教學[4]。

二、分子生物學在線教育的主要問題

現(xiàn)代化教學手段的興起，各類優(yōu)質(zhì)的教學資源的開放，對當代教育產(chǎn)生重要影響，也給一線的教師帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)。從在實踐中也發(fā)現(xiàn)了諸多問題，教師和學生的不適應、課堂形式化、配套不完善等，都對進一步推進線上開放課程構成嚴峻挑戰(zhàn)。

2.1分子生物學需要大量的實驗輔助教學

實驗教學是分子生物學教學必不可少的組成部分，對引導學生深入理解和掌握分子生物學相關理論知識、激發(fā)學生興趣、培養(yǎng)學生動手能力及創(chuàng)新能力等都具有重要的意義。以我校為例，本科《分子生物學實驗》教學內(nèi)容嚴格對應《分子生物學》理論學習的知識點和及其連貫性，主要分為DNA模塊、RNA模塊和蛋白質(zhì)模塊三大部分。其中DNA模塊涉及植物基因組DNA提取，瓊脂糖凝膠電泳，目的基因PCR擴增，分子標記技術，大腸桿菌感受態(tài)細胞制備和轉(zhuǎn)化，DNA重組子的構建和鑒定，質(zhì)粒DNA的制備和純化，DNA酶切及鑒定，共8個實驗。RNA模塊涉及植物組織總DNA提取、反轉(zhuǎn)錄PCR、熒光定量PCR技術及其應用、分子雜交技術及其應用，共4個實驗。蛋白質(zhì)模塊包括植物總蛋白的提取與純化，以及雙向電泳，共2個實驗。

2.2分子生物學教學涉及很多最新前沿科學進展

目前高校分子生物學內(nèi)容與前沿分子生物學發(fā)展結合得不是很緊密，有些教學內(nèi)容雖然是金典，但是有些過于陳舊，甚至已經(jīng)失去了教學的價值。另外，分子生物涉及生物、醫(yī)學、農(nóng)林及藥學等多個研究領域，這就涉及知識的滲透性和應用性。因此，開設的分子生物學實驗課程必須與相應的學科緊密結合，做到適應時代發(fā)展，這樣才能更好地理論聯(lián)系實際，把分子生物學的知識點活學活用。以我校為例，結合當前分子生物學研究很多都是涉及高通量測序技術背景下得全基因組測序、轉(zhuǎn)錄組測序和蛋白組分析等研究內(nèi)容，我們在本科《分子生物學實驗》教學中就加入了“轉(zhuǎn)錄組測序及蛋白組修飾分析流程”和“高通量測序在動植物分子育種中的應用”等環(huán)節(jié)。

2.3網(wǎng)絡問題往往會影響教學效果

同樣是在線教學，但疫情下卻比平時的情況要更加復雜和困難。因為疫情下的大學生在線教學涉及到遍布全國各地的學生和老師，網(wǎng)絡基礎設施參差不齊的硬件條件往往會受到影響;不像平時在學校里老師和同學可以用局域網(wǎng)實現(xiàn)“在辦公室教學，在寢室學習”的在線教學。因此，疫情期間網(wǎng)絡通暢的情況下，我們教師首先要做的是提前把相關課件、視頻資料和其他相關資料都事先放在平臺上，讓學生課前都掌握這些資料。那么在線教學時如果網(wǎng)絡順暢，我們可以要按照設定流程開展正常教學;如果網(wǎng)絡卡頓，無法順暢直播的情況下，我們就需要用提前準備的相關課件、視頻資料和其他相關資料，以確保教學的順利完成[5]。

2.4難以第一時間掌握在線教學時的學生動態(tài)

傳統(tǒng)課堂教學時，教師可以目睹所有聽課學生的動態(tài)。對拋給學生的每個知識點，都可以從學生的反饋中的信息，幫助教師實時掌握上課的節(jié)奏，該快的時候就快，該細說和多說的地方就會重點闡述。然后，在線教學的時候，我們教師很難掌握學生的動態(tài)，本來是師生互動的教學模式變成了“獨角戲”，所以教學的效果往往受到很大的影響。據(jù)我們對本校學生的調(diào)查統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：95%的學生對教師的在線教學態(tài)度滿意，83%的學生對教師提供的在線教學資料滿意，但是只有63%的學生對在線教學的總體學習效果滿意。

三、分子生物學在線教學主要問題的對策與思考

3.1利用虛擬仿真實驗室資源進行輔助教學

近年來，全國高校興起虛擬仿真實驗室建設，旨在改變傳統(tǒng)教學，讓學生不需要親臨實驗室，也能身臨其境參與形同真實的實驗過程，從而提高課堂效率[6]。2018年，首批公示的15項生物科學類國家級虛擬仿真實驗教學項目占總數(shù)105項的14%，反映了生物科學類虛擬仿真實驗教學資源具有極大的開發(fā)、應用潛力[7]。根據(jù)教育部辦公廳關于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知，計劃到2020年將認定1000項左右示范性虛擬仿真實驗教學項目[8]。

在分子生物學教學過程中，傳統(tǒng)的教學方式是通過實驗教學輔助理論知識的傳授，從而加強學生對分子生物學知識點的掌握。如果我們能利用虛擬仿真實驗中的2D、3D動態(tài)授課模式生動的再現(xiàn)分子生物學不同知識點的原理和實際操作過程。在疫情期間我們無法開展分子生物學實驗教學，但是如果運用現(xiàn)有的虛擬仿真實驗平臺，讓實驗內(nèi)容更直觀，從而豐富分子生物學教學方式，充分激發(fā)學生學習的主觀能動性，加強學生對抽象理論知識的理解，進而提高分子生物學教學的實際效果。

3.2通過設計前沿科學相關問題激發(fā)學生興趣

翻轉(zhuǎn)課堂借助現(xiàn)代信息技術迅速發(fā)展之風，顛覆傳統(tǒng)的“老師教，學生聽”的教育模式，實現(xiàn)了學生由被動接受知識到自我探索知識階段的轉(zhuǎn)變，已經(jīng)成為當今教育界最受歡迎的教育模式之一[9]。因此，為了提高在線教學的實際效果，我們要充分認識傳統(tǒng)課堂教學與之的較大差異。以本校分子生物學在線教學為例，在備課期間，除了準備傳統(tǒng)教學相關的預備內(nèi)容之外，我們還設計了兼具新穎性和知識性的前沿科學相關問題。讓學生課后自己去查找答案，然后課上適當留出時間，讓學生展開討論。不但緩解了在線教學時教師“獨角戲”的尷尬，也可以掌握學生的學習動態(tài)過程，盡量讓每個學生都參與進來。此外，我們還把平時學生自己在實驗室跟著指導教師做科研的過程錄制下來，讓學生感受到自己之前熟悉的實驗場景，從而更好地吸引學生和激發(fā)興趣。

3.3通過學生助理掌握學生心理動態(tài)

大學生的學習活動受動機的支配和調(diào)節(jié)，學習動機是教育心理學研究的核心論題之一[10]。因此，如何掌握學生的心理動態(tài)，尤其是對在線教學課程的期望，往往是實現(xiàn)成功在線教學的關鍵。我們知道無論教師多么親切與和藹，師生之間或多或少總是有一定的距離，教師往往很難全面掌握學生的需求。針對這一問題，我們通過設置學生助理（可以是班長或者課代表），讓學生們內(nèi)部自己先去交流和討論，匯總大家較原始的心理期許后反饋給老師，然后針對學生們不同層次的期許，我們在實際的教學過程中區(qū)別對待，分層實施，以期盡可能全面地兼顧到所以學生的學習動機。

四、結語

分子生物學是知識體系龐雜、以大量科學實驗為基礎、且對學生動手實驗技能和實驗室硬件條件具有較高要求的新興綜合性學科。此次新冠疫情防控期間的“停課不停教，停課不停學