研究型教学模式在生物技术综合实验的探索与实践*

郭晓兰 谭 茵 付 欣 戴建威

广州医科大学—广州生物院联合生科院，广东省广州市 511436

新时代生物技术及其产业迅速发展，已成为国家科研开发的战略重点。新冠疫情暴发后，生物技术处于抗击疫情前沿，广泛应用于疫苗开发、病毒诊断与治疗，对人类生命健康和国家安全具有重大影响。“十四五”规划国家加大对生物科学的基础研究与创新，支持将生物医药产业打造成战略性新兴产业[1-2]，这就要求高水平医科大学应以此需求为导向，培养具备“独立思考、创新思维、实践研究、团结协作”综合素质的创新型生物技术人才。传统“以教师讲授为主”的教学模式已不能满足生物卓越人才的培养[3]，必须打破传统教学模式，运用现代教育理念和技术进行教学模式改革。

我校生物技术专业契合粤港澳大湾区医药产业建设需求，致力培养具备医学基础知识、生物技术理论和实践能力、科学研究和创新创业能力的高素质生物卓越人才，坚持“以生为本”的教育理念，在打好专业理论基础的前提下，将研究型教学模式应用于本科三年级生物技术综合实验课程，取得了不错的教学效果：学生科研思维和实践能力得到很大提升，近3年学生获得多项国家级大学生创新创业科研项目和学科竞赛奖项；2021年生物技术专业成为国家级一流专业建设点。现将生物技术综合实验研究型教学模式的探索过程进行总结，从目前生物技术综合实验课程的现状、研究型教学模式下的教学活动流程和特色分析三方面详细展开，旨在提供教学经验，促进生物技术教学改革的发展。

1 生物技术综合实验

生物技术是以现代生物科学为基础，采用先进的科学技术手段改造和利用生物体的一门综合性技术，具有前沿性、实践性和综合性[4]。生物技术综合实验是重要的综合性实验技能课程，属于学生培养方案中的能力强化阶段，该课程的教学目标是使学生综合运用所学的学科知识和技能，深入理解科学研究基本思路和规律，并培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力[5]。目前高校生物技术专业课程普遍存在以下局限[6]：(1)由于传统课堂教学下专业知识的零碎化和片面性，学生处于被动接受知识状态，无法自主整合和架构知识网络。(2)生物技术日新月异，然而教材更新速度慢，教师和学生过分依赖教材，缺乏与前沿科研知识的融合。(3)教师对学生的评价单一，缺乏知识的研讨性要求，过于注重考试成绩，不利于学生真正运用专业知识，无法实现教育的根本目的。结合生物技术实验课程的特点以及目前存在的局限，笔者进行了研究型教学模式的探索和实践。

2 研究型教学模式的建立

研究型教学是指在教学过程中渗透运用科学研究的思维模式，引导学生主动发现问题，独立解决问题[7]。因此，研究型教学模式尤其适用于综合性、实践性、科研性强的生物技术综合实验课程。下面，笔者将以“一个基因的故事”为例，详细阐述教学活动过程。

2.1 教师引领科学问题，学生自主设计课题 生物技术综合实验采用“小生源，大师资”的模式，每组5名学生，配备1名教师引导。 以小组为单位，教师在课前给学生提供研究主题“一个基因的故事”，每个小组选择感兴趣的基因，以“序列设计—基因合成—基因克隆—基因表达—功能验证”为主线研究基因从产生—表达—功能的整个过程，实验方法涵盖分子克隆、细胞培养与转染、RNA提取和反转录、荧光定量PCR技术和Western blot技术，在自主研究过程巩固和应用生物技术常用实验技术。

学生运用生物信息学技术检索文献和数据库，采用小组讨论确定感兴趣的基因后，与教师讨论可行性；与教辅人员确定仪器和试剂耗材的配备；然后自主设计实验方案，以PPT方式展示实验设计思路、具体方案和可行性分析；小组间相互论证和评分后，教师进行点评，指出关键问题，并记录学生的表现。

在“自主设计”环节，融入思政教育，通过对科学家研究历程的介绍，鼓励学生追寻前辈的脚步进行科学探索，培养学生“善于观察，勇于挑战，敢于创新”的科研精神。

2.2 学生自主准备，实施实验方案 确定实验方案后，学生进行实验准备：(1)自主运用软件进行基因引物的设计、合成和验证。(2)通过实验中心预约系统，申请门禁和仪器使用权限，并通过实验室安全和仪器使用培训。(3)通过云课堂、虚拟仿真软件和实验操作视频，自主学习和巩固相关实验技能。(4)各组提交试剂耗材需求清单后，准备好实验所需试剂耗材和细菌、细胞，并做好消毒灭菌工作。实验的充分准备是确保科学研究顺利进行的第一步，通过自己准备实验，学生更加珍惜实验机会，也更具挑战性，可以极大地调动学生的主动性。

在学生“独立准备和实施实验”环节，继续融入思政教育，开展实验室生物安全教育，培养学生“保护自己，爱护环境”的意识。

2.3 实验过程学生发现问题，独立解决问题 因科学实验存在许多不确定因素，导致学生在实验过程中会不可避免地遇到各种各样的问题，学生遇到问题时，鼓励学生通过独立思考、自主查阅资料、询问有经验的实验人员来解决问题，每组教师在关键时刻给予适当引导，旨在锻炼学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

2.4 采用形成性评价进行教学效果反馈 传统的教学评价注重学生的实验结果，导致学生过于看重实验结果，思想受到禁锢，无法发挥创造力。形成性评价是对学生整个学习过程进行评价，包括学生的学习态度、学习能力、遇到问题的分析能力和解决能力等[8]。生物技术综合实验采用实验记录+报告+现场答辩+综述的方式对学生进行评价，现场答辩以小组为单位，各组间可提出质疑并评分，教师通过学生整个实验过程的表现给予评价和反馈；综述是学生对学习过程的收获进行总结从而形成书面报告，可使学生从被动接受评价转变为评价的主体和积极参与者。学生发表心得体会：通过这样的教学模式，虽然我们并没有得到最理想的实验结果，但是我们收获更多，我们从失败中发现问题、总结经验，从实验过程中体会了科研的成就感和快乐！

在学生“独立分析和总结实验”环节，将思政教育润物于无声，继续贯穿整个实验过程，引出基因编辑“韩春雨事件”，教育学生实事求是、追求真理。

3 生物技术综合实验研究型教学模式的特色分析

3.1 “教师科学问题引领，学生自主设计和实现”的教师制教学模式 研究型教学模式强调“以学生为主体”，然而对于本科生来说，知识架构尚未形成，知识储备尚未充足，教师在关键时刻的引导也十分重要。本课程采用“5人一组，配备1名教师”的方式，可更详细跟进每名学生的动态；学生可有更多机会与教师讨论和交流；采用“圆桌会议”方式进行讨论，平等交流，意见开放，形成轻松的讨论氛围，有助于学生思想火花的迸发，促进“教”与“学”。

课程从课题设计、准备、实施、分析、总结的整个过程，始终贯彻“以学生为主体”的教学理念，学生自主设计课题，独立准备、实施、分析和总结实验。通过自主研究的过程，可激发学生的科研兴趣，发挥学生的积极性，培养学生发现—分析—解决科学问题的思维。

3.2 采用“虚实结合”的多元教学模式 信息学技术是现代教育技术的重要手段，在实际教学活动中发挥重要作用[9]。课程依托我校基础医学虚拟仿真实验中心细胞与分子医学模块[10]以及广东省实验教学示范中心——生物学实验中心，制作了生物技术综合实验主题的实验技术操作视频、虚拟仿真实验软件和高端实验仪器AR软件；学生通过线上自主学习，更形象深刻地巩固实验技能。建立了实验预约和指纹门禁系统，为开放研究式实验课程提供平台。依托我校“云课堂”——生物技术综合实验课程，学生可在线上学习课程、小组讨论以及与教师互动。通过线上与线下相结合的多元教学模式，学生可随时随地学习，突破时间、空间的限制。

3.3 “主线设计，引入前沿”，体现课程高阶性 为了呈现科学研究的“连贯性”，课程通过引导的方式给学生提供主线，比如以“一个基因的故事”为主题，以基因的产生—表达—功能为主线，学生根据主线选择感兴趣的基因以及相关研究方法来设计实验方案，连续的主线研究有助于学生了解基因研究的整个过程。同时，学生结合教师的科研方向，通过文献检索等方式选择自己感兴趣的基因与功能，引入学科前沿知识，有助于学生创新思维的培养。

3.4 建立多元化评价标准，重视学生的全面发展 课程不仅采用形成性评价，实现对学生整个学习过程的评价与反馈，而且将自我评价、组间评价和教师评价相结合，形成师生共同评价体系，更全面地对学生学习效果进行反馈；使学生也成为评价的参与者，有助于学生不断反思、认识自我，从而实现自主学习和发展。

3.5 思政教育与专业教育相融合，推进“知识传授，能力培养，价值塑造”三位一体 课程在“独立设计、实施、分析和总结”3个环节均融入思政教育，滴水可穿石，通过潜移默化的影响，培养学生的科学素养，使其成为具有正确价值观和人生观的生物卓越人才。

研究型教学模式在生物技术综合实验课程的应用形成特色优势，并取得了一定的成效，不仅巩固了学生的实验技能，而且激发了学生的科研兴趣，锻炼了学生科研能力和创新思维，满足生物卓越人才的培养要求，将为生物技术实验课程的改革提供宝贵的经验。我们也将乘风破浪，进一步深入探索和完善研究型教学模式在生物技术综合实验的实践。