PBL教学模式在生物技术专业本科生细胞生物学课程教学中的应用
2022-06-08
一 细胞生物学学科地位
细胞生物学是以细胞为研究对象，从整体水平、亚显微水平、分子水平三个层次，以动态的观点，研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。它作为生命科学的四大前沿学科之一，与分子生物学、神经生物学和生态学并列[1]，是学习分子生物学和遗传学的基础。随着该学科新技术和新方法的建立，细胞生物学已成为各大高校医学、农学和生物学等专业的一门必修课[2]，反应出细胞生物学在未来生命科学领域的重要性。自从我校生命科学院成立以来，细胞生物学就是生物科学、生物技术专业的学科基础、必修课和主干课，是学生在我校的医学大背景下理解疾病形成中的遗传和分子生物学过程的基础， 是理解包括分子靶向、干细胞疗法等新颖的转化医学手段的基础，其学科地位不可替代。
二 细胞生物学教学中存在的问题
随着先进生命科学“大数据”时代的到来，无论是基础理论还是应用技术研究，细胞生物学都处于生命科学最活跃的领域，知识更新快、内容丰富且深奥难懂。我院生物技术专业的本科学生多为专业调剂，初高中生物学基础知识欠扎实，学科兴趣不足，学生自主学习的能力较弱。如果教学只按图索骥照本宣科，根本无法调动他们学习的积极性。另外，课本知识过于陈旧，无法适应新时代学科发展的需要。尽管近些年部分教师已开始引导学生通过查阅文献、综述总结的方法接触细胞生物学领域最前沿的知识，但大多止步于盲目填鸭式罗列国外文献数据，没有加以甄别和指导，学生很容易在复杂的信息和数据中丧失学习的信心。
因此，如何使细胞生物学教学紧跟学科发展的步伐，使学生在有限的学时中既能具备扎实的细胞生物学基础知识和基本技能，又使学生及时掌握最新的细胞生物学理论和应用技术，能为他们将来的考研深造学习阶段和日益剧烈的职场竞争中打下良好的基础，这成为生物技术专业本科生细胞生物学教学中待解决的问题。仅靠教师讲授为主的传统教学方法和教学模式已不适应目前学科的发展和人才培养的需求，难以提高教学质量。
三 以问题为导向的教学方法（ PBL）的优势
1969年美国的神经病学教授Barrows在加拿大的麦克马斯特大学首创了一种以问题为导向的教学方法——PBL（Problem-Based learning）教学法[3]，它倡导让学生通过自学、分析、讨论和合作解决问题，从而培养学生自主学习能力，发展学生综合思考能力。这种以问题为基础，以学生为主体，以教师为导向的启发式教育，以培养学生的能力为教学目标的教学方法与传统的教学方法相比有诸多优势。
1 突出学生的主体地位
PBL教学法强调以学生的主动学习为主，而不是传统教学中的以教师讲授为主;通过设计真实性任务，强调把学习融入到复杂的、有意义的问题情景中，通过学习者的自主探究和合作来解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，培养解决问题的技能和自主学习的能力[4，5]。
2 提高学生对细胞生物学的学习兴趣
细胞生物学基础知识内容较多且大部分深奥难懂，传统教学模式主要通过教师制作丰富的多媒体课件将知识灌输给学生，起初能够激起学生兴趣，但随着知识的不断深入，学生就会感觉枯燥无味，学习的积极性大大降低。而PBL教学可通过设计与日常生活息息相关的医学实践问题，使学生充分认识自己的主人翁意识，主动运用细胞生物学知识解决这些问题。这种“提出问题——解决问题——归纳总结”的教学方法不但使学生巩固了先前学过的知识，而且激发了他们主动学习新知识的动力。
3 拓宽了学生的知识面
PBL教学中，为了解决教师提出的问题，学生必须查阅相关文献和收集材料。在这个过程中，学生不仅可以掌握本课程重点内容，而且可以了解相关领域的热点以及前沿进展，拓宽了学生的知识面，有利于知识的理解和融会贯通。
4 培养了学生团队协作意识
PBL教学中需要小组成员分工查阅、收集和整理材料，一起合作讨论、总结、制作多媒体课件，最后安排一人进行陈述。通过此过程让学生意识到团队协作的重要性，增强团队意识。经过多轮合作还有利于各位成员挖掘自己的潜力、发挥各自特长、树立自信。
5 增强了教师自身素质
PBL教学过程中，教师虽然不再是主体，但导向作用不容忽视。首先在“提出问题”阶段，教师要根据本堂课应该教授的基本知识，结合该领域前沿热点，设计出合理的案例，使学生通过解决此案例，既掌握了课本知识又了解了很多相关领域的前沿进展;其次在学生“解决问题”阶段，还需要尽可能回答学生提出的问题引导学生向正确的方向查阅资料;最后在“归纳总结”部分，教师还需要运用丰富的知识对遗留问题进行解释，并对整个讨论结果进行总结。这就要求教师不仅熟练地掌握本学科及相关学科的知识，而且要深入广泛了解相关领域前沿进展，对知识具有融会贯通、灵活运用的能力。在此过程中使得教师拓宽知识面，增加知识储备，完善知识结构，促进教与学的互动，真正做到教学相长。
四 PBL在生物技术专业本科生细胞生物学教学中的具体实施方法
为了能够在我院生物技术专业本科生细胞生物学教学中顺利开展PBL教学，并取得良好效果，在开课前，授课教师参加了2012年上海复旦大学举办的PBL教学培训，掌握了相关教学技能。在充分调查了我院生物技术专业本科生知识结构及对细胞生物学知识的掌握情况后，我们制定了如下实施方案。
1 实施对象
浙江中医药大学生命科学学院2011级生物技术专业1个班的学生。
2 教学内容的选择
我院生物技术专业属于三本专业，学生又大多为专业调剂，初高中生物学基础较弱。因此，在教学过程中，细胞生物学基础知识部分如各种细胞器的结构和功能、细胞膜系统以及细胞骨架等可采用教师多媒体教授的传统教学方法;而本学科的难点以及前沿问题，如细胞的信号转导、细胞的增殖与周期、细胞分化、细胞凋亡与自噬、DNA的损伤与修复以及基因表达调控等则采用PBL教学，以问题为基础，通过收集资料、论证、实施以及总结归纳，使学生切实感受到细胞生物学与人类日常生活间的联系。进而通过自主学习，提高学生自信心，更有利于激发学生学习兴趣。 3 教师提出问题
PBL教学中问题的设计非常重要，我们遵循以下原则： 第一，根据教学大纲的要求及章节重点内容，结合目前细胞生物学领域的研究热点设计问题;第二，根据生物技术专业学生知识构架，设计难易适中的问题;第三，设计结合日常生活中大家关注的生命科学问题。例如，细胞的信号转导这一章围绕G蛋白偶联受体结构和功能这一知识点，设计了G蛋白偶联受体突变与哪些疾病息息相关？与肿瘤相关的信号转导途径有哪些，如何预防和治疗？ 针对细胞分化这一章的干细胞这一重点知识，设计了干细胞的临床应用情况如何？干细胞与器官移植等问题。
4 学生分组查阅资料
问题提出以后，要分组解决问题。每组5人，分别设立组长负责本组问题的分工、督促查找资料和组织组内讨论等任务。提前一周将问题分发给学生，各小组经过充分的调研和讨论选取共同感兴趣的问题。根据分工，各小组成员开展工作。同时要求教师配合每个小组，随时与各小组进行沟通和答疑。
5 课堂讨论
各小组根据分工将材料做成PPT，由组长进行10分钟陈述，组员补充，其他组进行质疑和指正。若交流中出现学生解决不了的问题，教师适当进行启发和引导，如果问题仍解决不了，则由教师解答。
6 总结归纳以及教师评价
课堂讨论结束后，首先，学生对本组存在的问题进行归纳总结，自我评价学习过程和学习结果，思考知识、技能、小组成员协作和认知策略各方面的收获。其次，教师应对各小组信息是否完整与前沿、是否有创新与团队合作性、整理资料是否有逻辑性与条理性、是否按时完成、小组成员在小组讨论时的参与积极性以及各组的汇报是否精彩等方面进行评价。同时对于表现优异的小组给予适当奖励，进一步提高学生的参与积极性。
总之，为了提高教学质量，培养和提高我校生物技术专业学生的实践创新能力，促进学生综合素质的提高，我们积极进行教学改革。在结合细胞生物学课程特点和生物技术专业学生实际情况下，我们将PBL 教学模式引入课堂，并且获得了较好的教学效果。我们希望通过PBL教学模式的实施，能够充分激发学生的学习兴趣及积极性，培养出具有良好学习能力、实践能力及创新能力的高素质人才。
参考文献
[1]翟中和，等. 细胞生物学[M].北京：高等教育出版社， 2000.
[2]余晓丽等. 细胞生物学教学改革与实践[J]. 南阳师范学院学报， 2006，5（6）.
[3]Barrows HS，Tamblyn RM.The portable patient problem
pack：a problem-based learning unit[J].J ofMed Edu，1977，52（12）：1002- 1004.
[4]Mancy LJ，Ann MP，Ann L，et al.Developing a problem-
based learning（PBL）curriculum for professionalism and scientificintegrity training for biomedical graduate students [J].Med Ethics，2010，36：614-619.
[5]吕会茹，李姣锋，崔颜宏，王娜丽，郭晋祥.PBL教学法在成教班生物化学教学中的应用体会[J].现代生物医学进展，2012，12（8）：1560-1562.
细胞生物学是以细胞为研究对象，从整体水平、亚显微水平、分子水平三个层次，以动态的观点，研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。它作为生命科学的四大前沿学科之一，与分子生物学、神经生物学和生态学并列[1]，是学习分子生物学和遗传学的基础。随着该学科新技术和新方法的建立，细胞生物学已成为各大高校医学、农学和生物学等专业的一门必修课[2]，反应出细胞生物学在未来生命科学领域的重要性。自从我校生命科学院成立以来，细胞生物学就是生物科学、生物技术专业的学科基础、必修课和主干课，是学生在我校的医学大背景下理解疾病形成中的遗传和分子生物学过程的基础， 是理解包括分子靶向、干细胞疗法等新颖的转化医学手段的基础，其学科地位不可替代。
二 细胞生物学教学中存在的问题
随着先进生命科学“大数据”时代的到来，无论是基础理论还是应用技术研究，细胞生物学都处于生命科学最活跃的领域，知识更新快、内容丰富且深奥难懂。我院生物技术专业的本科学生多为专业调剂，初高中生物学基础知识欠扎实，学科兴趣不足，学生自主学习的能力较弱。如果教学只按图索骥照本宣科，根本无法调动他们学习的积极性。另外，课本知识过于陈旧，无法适应新时代学科发展的需要。尽管近些年部分教师已开始引导学生通过查阅文献、综述总结的方法接触细胞生物学领域最前沿的知识，但大多止步于盲目填鸭式罗列国外文献数据，没有加以甄别和指导，学生很容易在复杂的信息和数据中丧失学习的信心。
因此，如何使细胞生物学教学紧跟学科发展的步伐，使学生在有限的学时中既能具备扎实的细胞生物学基础知识和基本技能，又使学生及时掌握最新的细胞生物学理论和应用技术，能为他们将来的考研深造学习阶段和日益剧烈的职场竞争中打下良好的基础，这成为生物技术专业本科生细胞生物学教学中待解决的问题。仅靠教师讲授为主的传统教学方法和教学模式已不适应目前学科的发展和人才培养的需求，难以提高教学质量。
三 以问题为导向的教学方法（ PBL）的优势
1969年美国的神经病学教授Barrows在加拿大的麦克马斯特大学首创了一种以问题为导向的教学方法——PBL（Problem-Based learning）教学法[3]，它倡导让学生通过自学、分析、讨论和合作解决问题，从而培养学生自主学习能力，发展学生综合思考能力。这种以问题为基础，以学生为主体，以教师为导向的启发式教育，以培养学生的能力为教学目标的教学方法与传统的教学方法相比有诸多优势。
1 突出学生的主体地位
PBL教学法强调以学生的主动学习为主，而不是传统教学中的以教师讲授为主;通过设计真实性任务，强调把学习融入到复杂的、有意义的问题情景中，通过学习者的自主探究和合作来解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，培养解决问题的技能和自主学习的能力[4，5]。
2 提高学生对细胞生物学的学习兴趣
细胞生物学基础知识内容较多且大部分深奥难懂，传统教学模式主要通过教师制作丰富的多媒体课件将知识灌输给学生，起初能够激起学生兴趣，但随着知识的不断深入，学生就会感觉枯燥无味，学习的积极性大大降低。而PBL教学可通过设计与日常生活息息相关的医学实践问题，使学生充分认识自己的主人翁意识，主动运用细胞生物学知识解决这些问题。这种“提出问题——解决问题——归纳总结”的教学方法不但使学生巩固了先前学过的知识，而且激发了他们主动学习新知识的动力。
3 拓宽了学生的知识面
PBL教学中，为了解决教师提出的问题，学生必须查阅相关文献和收集材料。在这个过程中，学生不仅可以掌握本课程重点内容，而且可以了解相关领域的热点以及前沿进展，拓宽了学生的知识面，有利于知识的理解和融会贯通。
4 培养了学生团队协作意识
PBL教学中需要小组成员分工查阅、收集和整理材料，一起合作讨论、总结、制作多媒体课件，最后安排一人进行陈述。通过此过程让学生意识到团队协作的重要性，增强团队意识。经过多轮合作还有利于各位成员挖掘自己的潜力、发挥各自特长、树立自信。
5 增强了教师自身素质
PBL教学过程中，教师虽然不再是主体，但导向作用不容忽视。首先在“提出问题”阶段，教师要根据本堂课应该教授的基本知识，结合该领域前沿热点，设计出合理的案例，使学生通过解决此案例，既掌握了课本知识又了解了很多相关领域的前沿进展;其次在学生“解决问题”阶段，还需要尽可能回答学生提出的问题引导学生向正确的方向查阅资料;最后在“归纳总结”部分，教师还需要运用丰富的知识对遗留问题进行解释，并对整个讨论结果进行总结。这就要求教师不仅熟练地掌握本学科及相关学科的知识，而且要深入广泛了解相关领域前沿进展，对知识具有融会贯通、灵活运用的能力。在此过程中使得教师拓宽知识面，增加知识储备，完善知识结构，促进教与学的互动，真正做到教学相长。
四 PBL在生物技术专业本科生细胞生物学教学中的具体实施方法
为了能够在我院生物技术专业本科生细胞生物学教学中顺利开展PBL教学，并取得良好效果，在开课前，授课教师参加了2012年上海复旦大学举办的PBL教学培训，掌握了相关教学技能。在充分调查了我院生物技术专业本科生知识结构及对细胞生物学知识的掌握情况后，我们制定了如下实施方案。
1 实施对象
浙江中医药大学生命科学学院2011级生物技术专业1个班的学生。
2 教学内容的选择
我院生物技术专业属于三本专业，学生又大多为专业调剂，初高中生物学基础较弱。因此，在教学过程中，细胞生物学基础知识部分如各种细胞器的结构和功能、细胞膜系统以及细胞骨架等可采用教师多媒体教授的传统教学方法;而本学科的难点以及前沿问题，如细胞的信号转导、细胞的增殖与周期、细胞分化、细胞凋亡与自噬、DNA的损伤与修复以及基因表达调控等则采用PBL教学，以问题为基础，通过收集资料、论证、实施以及总结归纳，使学生切实感受到细胞生物学与人类日常生活间的联系。进而通过自主学习，提高学生自信心，更有利于激发学生学习兴趣。 3 教师提出问题
PBL教学中问题的设计非常重要，我们遵循以下原则： 第一，根据教学大纲的要求及章节重点内容，结合目前细胞生物学领域的研究热点设计问题;第二，根据生物技术专业学生知识构架，设计难易适中的问题;第三，设计结合日常生活中大家关注的生命科学问题。例如，细胞的信号转导这一章围绕G蛋白偶联受体结构和功能这一知识点，设计了G蛋白偶联受体突变与哪些疾病息息相关？与肿瘤相关的信号转导途径有哪些，如何预防和治疗？ 针对细胞分化这一章的干细胞这一重点知识，设计了干细胞的临床应用情况如何？干细胞与器官移植等问题。
4 学生分组查阅资料
问题提出以后，要分组解决问题。每组5人，分别设立组长负责本组问题的分工、督促查找资料和组织组内讨论等任务。提前一周将问题分发给学生，各小组经过充分的调研和讨论选取共同感兴趣的问题。根据分工，各小组成员开展工作。同时要求教师配合每个小组，随时与各小组进行沟通和答疑。
5 课堂讨论
各小组根据分工将材料做成PPT，由组长进行10分钟陈述，组员补充，其他组进行质疑和指正。若交流中出现学生解决不了的问题，教师适当进行启发和引导，如果问题仍解决不了，则由教师解答。
6 总结归纳以及教师评价
课堂讨论结束后，首先，学生对本组存在的问题进行归纳总结，自我评价学习过程和学习结果，思考知识、技能、小组成员协作和认知策略各方面的收获。其次，教师应对各小组信息是否完整与前沿、是否有创新与团队合作性、整理资料是否有逻辑性与条理性、是否按时完成、小组成员在小组讨论时的参与积极性以及各组的汇报是否精彩等方面进行评价。同时对于表现优异的小组给予适当奖励，进一步提高学生的参与积极性。
总之，为了提高教学质量，培养和提高我校生物技术专业学生的实践创新能力，促进学生综合素质的提高，我们积极进行教学改革。在结合细胞生物学课程特点和生物技术专业学生实际情况下，我们将PBL 教学模式引入课堂，并且获得了较好的教学效果。我们希望通过PBL教学模式的实施，能够充分激发学生的学习兴趣及积极性，培养出具有良好学习能力、实践能力及创新能力的高素质人才。
参考文献
[1]翟中和，等. 细胞生物学[M].北京：高等教育出版社， 2000.
[2]余晓丽等. 细胞生物学教学改革与实践[J]. 南阳师范学院学报， 2006，5（6）.
[3]Barrows HS，Tamblyn RM.The portable patient problem
pack：a problem-based learning unit[J].J ofMed Edu，1977，52（12）：1002- 1004.
[4]Mancy LJ，Ann MP，Ann L，et al.Developing a problem-
based learning（PBL）curriculum for professionalism and scientificintegrity training for biomedical graduate students [J].Med Ethics，2010，36：614-619.
[5]吕会茹，李姣锋，崔颜宏，王娜丽，郭晋祥.PBL教学法在成教班生物化学教学中的应用体会[J].现代生物医学进展，2012，12（8）：1560-1562.