知识境脉双螺旋感知的研究导向型分子生物学课程教学创新

徐启江 黄云彤 何涛 陆群凤 邢志勇

摘  要：数智时代催生的教育4.0正在改变教与学的思维与方式，其主要特征是强调信息技术与课程教学深度融合、以学生关键素养的发展为价值诉求。构建面向泛在个性自主学习的研究导向型教学模式不仅有利于学生内化、迁移、应用和创新知识，更有助于学生认知、技能、素养和情感全面协调发展，促使思政育人、专业育才教学目标达成。作者以分子生物学课程为教学改革试验田，创新性提出知识境脉双螺旋感知的研究导向型教学模式，以期为促进数智技术与教育教学深度融合、推进课堂教学改革和人才培养高质量提供借鉴。

关键词：分子生物学；双螺旋；研究导向型教学；元能力；教育4.0；知识境脉

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）35-0101-06

Abstract： Education 4.0， a new term associated with digital intelligence age， shifts mindsets and approaches in learning and teaching. The main characteristics of education 4.0 are to emphasize the deep integration of information technology and curriculum teaching; take the development of students' key literacy as the value appeal. Research-oriented teaching model for ubiquitous personalized autonomous learning will not only help students to better internalization， migration， application， and innovation of academic knowledge， but also enhance the comprehensive coordinated development of cognition， skill， literacy， and emotion， promote the achievement of the course teaching objectives of combining ideological and political education with professional universities talent. Taking Molecular Biology course as a testing ground for teaching reform， the authors innovatively propose a research-oriented teaching model based on knowledge context-aware by double helix. The paper provides a useful reference for promoting the reform and innovation of professional courses with the deep integration of digital intelligence technology and teaching activities， and ultimately promote the high-quality development of talents.

Keywords： Molecular Biology; double helix; research-oriented teaching; meta-ability; education 4.0; knowledge context

高等教育的終极目标是培养学生的多元能力，使他们成为其自身教育的建筑师，从而获得终其一生能够进行自我再造的内驱力和规划力[1]。面对世界百年未有之大变局，全球高等教育正发生根本性变革，创新人才的全球竞争、“互联网+”教育的智能模式、在地国际化的人才培养成为新常态。各国教育核心再次聚焦于培养学生学习品质和多元能力，包括终生学习、高效沟通、批判质疑、创造思考、问题解决、团队合作和国际视野。作为高等教育最基础、最核心职能，课堂教学的提质、创新、增效已成为提升人才培养质量的应然和必然。在此背景下，我国高等教育正持续育新机、开新局，坚持“以本为本”、推进“四个回归”，打造一流教育教学体系，培养具有中国内核、国际视野的创新人才。高校在落实“立德树人”根本任务、为科技强国提供智力支撑过程中，必须牢牢抓住课堂教学这个人才培养高质量的中枢按钮。

课堂教学是人才培养全链条中的核心单元，是师生之间开展思想、学术、人格和情感交流的重要平台[2-3]，是对师生交互实施价值塑造、知识传授、能力培养和生命教育的过程。掀起大学课堂教学的“质量革命”、重塑质疑、争辩、探究教学生态和夯实“学生发展中心”理念是新时代建设中国特色、世界一流本科教育的厚重基石与关键抓手。

随着工业4.0的推进，数智时代的教育4.0应运而生。传统育人理念和场域发生了质变，学校不再是获取知识的唯一场域，教师不再是教授知识的唯一主角，书本不再是记录知识的唯一载体。时时能学、处处可学、人人皆学和样样助学的泛在全息化学习对课堂教学提出了新挑战。面对教育4.0的关键特征，即培养学生的全球公民技能、创新创造技能、技术技能、人际关系技能、可访问包容性学习、问题协作性学习、个性化自助学习和终生内驱学习，教师必须深化全人教育理念，提升教学学术水平，使自己成为学生学习情境的创设者、学习过程的领航员、学习成果的评估师、生涯发展的交流者及学习资源的开发者[4]，在线上线下双螺旋教学中树牢学生发展中心的地位，基于课程的知识属性、价值属性、政治属性，经过师生交互共同体的协商对话，涵养德性、启迪智慧、尊重个性、挖掘潜力、舒展生命及净化心灵。

针对“课本知识本位、静态授受传承、拷贝记忆学习观、人才培养同质化”教学痛点，我们以分子生物学课程为试验田，秉承“学生发展中心、德育为先、能力为重、塑造灵魂、激励生命”教学理念，打造“深度学习+研究体验+穷理尽性+生涯发展”学术原生境课堂，以“和易以思、长善救失、教学相长、不陵节而施、藏息相辅、豫时孙摩”为师术，建立师生交互学习共同体，实施了知识境脉双螺旋感知的学术原生境教学，持续激活学生6C（Character and civic literacy；Critical thinking and problem solving；Creativity and imagination；Communication；Collaboration；self-learning Capability）基因的加性效应。

一  分子生物学课程建设历程

作为生物学与医学专业核心课程，分子生物学以基因为核心、遗传信息流动的中心法则为主线，阐述DNA、RNA和蛋白质的生物合成、相互作用及其调节机制，理论性、前沿性、综合性强，技术更新快，是当前生命科学中发展最快并与其他学科广泛交叉、深度融合的前沿活力课程。课程建设持续推进，先后经历了从中文授课到双语授课、从理论与实验混合到单独设课与双轨教学、从线下课堂到线上线下混合课堂及从个体表层被动学习到小组合作反思学习等教学模式的转变[5-8]。先后被评为省线上线下精品课程、首批国家线下一流本科课程、自治区课程思政示范课程，2021年在大学慕课上线。

教学团队持续优化课程体系，更新教学理念和教学模式，推进课程思政、“互联网+”学术课堂教学现代化。建设改革经历了三个阶段。

1998—2004年起步建设期。理论与实验教学混成，共64学时。以师讲生听、授受二元教学范式、理实并轨和演示验证实验为主。

2005—2011年成熟發展期。理论与实验双轨授课，各56学时，实施语能和学能并重式双语教学、科研案例、专题讨论和多媒体辅助教学；编写了导航式《现代分子生物学模块试验指南》（高等教育出版社），先后被评为校、省精品课程。

2012年至今提质跃迁期。基于建构主义、合作学习、STEAM和成果导向教育理论，坚守立德树人、为党育人、为国育才的初心和使命，遵照“学生发展中心、成果导向、能力培养、价值引领、过程考核”思路，重构知识、能力、素质课程目标，帮助学生启智、思辨、人生触达。兼收并蓄地采用翻转对分自主课堂、科研反哺、研究导向等师生交互式学术生态课堂教学模式，学生在探究合作、科研体验的氛围中激发自主构建知识体系、迁移应用、创新思辨和自我反思的潜能。

二  重塑三维课程目标

基于区域性高水平医科大学办学定位、兴趣高-基础好-自主弱-应用差的学情特征和培养精于医术、诚于人品、创新实践、下得去、用得上和留得住的高质量应用型医学人才目标，深化课程在人才培养系统中的生态位。（一）  知识目标

突出学科核心学术内容，对接现实社会的需求性，内化生物大分子结构与功能统一性机理及互作规律，将静态生化基础知识运用于动态机能生命解析；内化调控基因组复制、表达、损伤修复的精细机制；运用在生命科学领域开展研究的试验设计逻辑和数据分析方法，构建跨学科的知识谱系，激发心智跃迁。

（二）  能力目标

侧重于学科学术思维培养，基于元学习力提升，搭建系统逻辑、构架清晰、接轨前沿的知识体系；学以致用，针对具体科学问题设计方案，利用微观机制解释宏观生命科学现象，在此过程中提升批判思辨、创新创造、交流沟通、数智技能和信息消费等多元能力。

（三）  素质目标

教育不是注满一桶水，而是点燃一把火，指引学生自我规划人生发展之路。从正念、好奇心、勇气、道德、韧性和领导力等维度，引导学生立足学科领域，激荡成为具有世界胸怀、家国情怀、人文情怀和专业文化自信的社会贡献者的内驱力；养成探索求实、诚信合作、知行合一的人格品质；将个人发展与民族复兴、现代化强国目标同步叠加、同频共振。

三  分子生物学课程教学痛点

教与学是两类生命体发生激情聚合的成长跃迁反应，以学生的学为核心，在此过程中，学生是被引导的，不是教导；信息是被访问的，不是灌输。塑造互联网+研究导向型学术教学生态、夯实“学生发展中心”理念、构建探究高深学问的“两性一度（高阶性、创新性、挑战度）”学术课堂，培养传承“自由、开放、独立、人文、科学、思辨、批判、创新”大学精神的高素质创新人才，创新教学核心。然而，目前本科分子生物学教学还存在诸多痛点，主要体现如下。

（一）  强调知识本位，忽视能力本位

师生持有记忆知识学习观，强调学生对知识的记忆和静态传承，生硬储存、简单提取，忽视培养学生质疑批判、开拓创新、综合运用能力。

（二）  知识单轴流向

教师主体、学生客体的确定性突出，教学依然运行在知识“灌输-接收-存储-提取”授受二元教学范式轨道上，未能实现知识内化的社会协商。教学创新就是要变革学与教关系，突出学习是自主、自适、建构、情景和协作的过程，打造“教师导、学生演”课堂，提升动机与创新之间的协同效应，实现知识内化的多向态，使学生自主深度成就式学习成为常态。

（三）  课堂教学的学术性特质不足

教学未能有效促进知识的创新性发展，学生只能接受他人对于问题探索和认识的结果，不能介入过程。教师要创设知识生成的实验室原生境，把课堂打造成为合作研讨与情感交流的场域。

（四）  信息技术与全人教学的深度融合不足。

“互联网+”教学是破解低效工厂同质化教学、学为中心置换教为中心的关键路径，推进个性自主学习；突破时空局限性，建立双线全息学堂；阻断课堂游离，促进学生沉浸式学习；隐藏教师主导性，凸显学生主体性。

四  知识境脉双螺旋感知的研究导向型教学

分子生物学是一门实验性科学，大三上学期本科生由于缺乏系统科研思维训练而对微观抽象的分子生物学理论难以深刻理解和迁移应用。在平面化教学过程中，学生无法介入对于问题的探索和认识过程之中。因此，实施了知识境脉线上线下双螺旋感知的“互联网+”研究导向型教学改革，教师创设实验室原型学习生境，让学生跨时空感知理论获得的实验过程，结合教师科研案例的讨论，使学生在体验科研思维历程中内化知识、激活思维、探究问题，以师生交互学习共同体形式完成知识内化的社会协商。再利用多元化评价机制，驱动学生持续提升学习能力。

双螺旋教学模式是基于DNA双螺旋结构及教育信息化理念而提出，正义链代表学生课前线上自主预学低层级知识点；反义链代表学生课后自主拓学进展性知识点。双链在课中（也包括数智平台）通过师生交互协商对话，化合式完成中高层知识点意义建构，在师生研讨学习中实现正义链与反义链的氢键式结合，形成蕴含跨学科知识谱系的载体双螺旋结构。双螺旋教学模式旨在通过教师多元化教学与学生自主合作反思学习，革新“灌输-接收-存储-提取”的授受二元教学范式为“内化-迁移-应用-创生”的研究导向型教学，知识谱系建构的正义链与反义链通过教师、学生、课程和平台等核心要素紧密聚合在一起，自转与共转、顺式与反式同频，实现涵养德性、启迪智慧、尊重个性、挖掘潜力、舒展生命和净化心灵的教育教学目标。

（一）  教学内容合理权重经典与前沿，靶向培养目标

面对分子生物学领域新知识、新理论、新技术不断涌现态势，需要围绕学科核心素养对课程教学内容精选，确保课程知识的基础性、前沿性、专业性，这是线上线下双螺旋教学改革的核心。

教学内容以基因为核心、中心法则为主线，既强调基本理论传授和实践技能培养，又重视热点问题研讨，跟踪学科发展动态，达成授课内容与最新进展的零时差，靶向自主知识建构能力培养。通过无时差整合最新国外优秀原版教材、TOP期刊源文献、学院教师科研成果，形成系统、前沿的授课内容，包括基因编辑、表观遗传学、调节RNA等，组建“基础理论、科研案例、前沿进展”交融内容体系，提升课程高阶性、创新性、挑战度，强化学习广度、深度、厚度，培养学生国际视野和创新精神；注重展现民族文化底蕴和我国学者在分子生物学领域取得的国际领先成果，增强学生民族自信和专业文化自信；激励学生汲取榜样力量，强化责任担当。

（二）  实施学术生态教学模式，创设激活学生创新思维的课堂生态

遵循“学生发展中心、育人先育德、成才先成人、塑造灵魂、激励生命”教学思想，基于“互联网+”教育，实施“双链（双螺旋）、三环（课前预学、课中讨学、课后拓学）、四化（资源特色化、平台全息化、模式多元化和评价过程化）、五合（学科融合、新陈耦合、师生配合、内外结合和质控闭合）”生态教学，师生围绕共同学习愿景，在协商对话中激活学生6C基因（图1）。嵌入知识生成的实验室原型要素，让学生在科研思维历程的跨时空体验中激发求知欲，实现知识内化、增量、应用和创新，将课堂变知识传播中心为新知识生产中心，成为对学生进行价值塑造、知识传授、能力培养和生命教育的阿基米德支点。

1  依据“学什么如何学”设计“互联网+”教学

突出学生在课程知识消费、加工、应用和创新中的主体地位，构建师生交互学习共同体，建立“自主驱动、交流内化、评议提升、反思拓展、心智激发”的研究导向型教学模式，采取基于翻转课堂、对分课堂、双线化合的案例分析、文献解读、分组讨论和问题解决的教学，将学习决定权从教师转移给学生，通过双螺旋生生讨论和师生研讨、互评共鉴，实现教与学顺序的翻转、课内外空间的翻转、师生地位的翻转及讲授式学习与探究式学习的翻转，营造“知其然更知其所以然”的宽容、激励、生态型学习环境，为学生自主成长和创新提供最大空间。

2  设计“学生发展中心”的自主互助个性化课堂

以智慧平台载体，构建“可视化、可听化、协作化、互动化”线上线下教学闭环，教学流程由“先教后学”变“先学后教”，让学生在科研思维历程的跨时空体验中实现知识内化，达成“三识（基础知识、综合知识、元知识）、三学（自主学习、讨论学习、拓展学习）、三反（反馈、反思、反省）”的全息学习。尊重学生主体性，激发学生潜能，引导学生思考和探究。将核心知识点录制微视频，以超星泛雅平台和爱课程为教学智慧载体，建设了分子生物学MOOC，构建双螺旋教学闭环，拓展教学时空，实现信息的多相流转与深层师生互动。

课前学生线上自主学习低层级知识点，为完成实体课堂学习目标而进行知识储备。对于线上学习过程中遇到的问题，可以与同学、教师开展线下、线上讨论。课中师生线下以学习共同体形式开展任务学习、深入讨论，通过充满乐趣的学术互动体验，内化中高层级知识点。课后学生线上巩固、提升、内化和拓展学习，构建知识体系（图2）。

例如，在讲授“端粒与端粒酶”知识点时，教师通过雨课堂和学校学习中心发布课前学习任务，要求学生登录慕课学习端粒、端粒酶等基本知识，了解端粒与端粒酶结构与功能发现的科学故事。基于DNA复制的基本特征，向学生提出“线性染色体DNA在复制过程中新合成子链5'-末端的RNA引物切除后的空隙如何补齐”的科学问题[9]。“为什么将端粒称为生命计时器、端粒酶称为寿命天使”？

课中，师生围绕“线性DNA分子在复制结束后面临着5'-末端短缩的问题”进行协商对话，从“端粒结构、端粒功能、端粒酶结构、端粒酶功能和如何保护端粒长度”层层递进、完成知识内化，并穿插里程碑式科学案例的介绍，通过总结、课后习题引导学生自主完成“端粒与端粒酶”知识體系构建。课后在线发布最新文献，引导学生进行拓展性学习，解析端粒功能障碍与衰老之间的联系，以及端粒和端粒酶失调与衰老、癌症发生的关联，激发学生学习兴趣、求知欲望及独立思考、自主构建知识体系的潜能。

（三）  十维度课程思政

“教之以事而喻诸德”“学校之中，惟以成德为事”。将思政教育融入专业课程教育教学全过程是高校践行“为党育人、为国育才”初心使命的根本路径，从课程的“学科本位”转向“育人本位”，推动课程思政走深走实[10]。课程团队在落实“立德树人”根本任务过程中，将价值塑造、知识传授、智慧启迪、能力培养和人格健全融为一体，坚持以“如春在花、如盐入水、耳濡目染、润物无声”的意境，全方位推进分子生物学课程思政。在尊重专业教学体系、课程知识体系、学科价值体系基础上，挖掘课程内容与生俱有的科学观、生命观与价值观；突显杰出科学家特别是中国科学家的楷模示范性；注重内容与重大国家战略、民族伟大复兴、国计民生的关联度，以“如花在春、如盐入水、耳濡目染、润物无声”的意境做实“政治认同、家国情怀、科学精神、公民品格、文化自信、生态文明、法治意识、全球视野、责任担当、公共参与”十维度思政。从融入通道、方式、调控方法等方面着手，推动课程思政“卓越教学”、塑造课程思政“高效课堂”，实现显性专业知识传授与隐性思政教育有机融合，德育和智育同频共振。例如，以tRNA功能引导学生工作要勤勤恳恳、一丝不苟；以RNA转录起始过程培育学生要有团队合作意识、各行其职、各尽其能；以基因表达调控内容引导学生要处理好个体与整体、宏观与微观、协助与约束的关系；以DNA损伤修复为例教育学生要培育工匠精神，注重细节，追求完美，既传承又创新。

（四）  形成性学业评价

将诊断性、过程性、总结性评价有机整合，建立了“知识移植、能力中心、关注过程、双线结合、成果导向、形式多元”的形成性评价体系，克服了终结性考试“目的与功能错位、内容客观固化、反馈环节缺失”的弊端，使教学本质从重教、重记忆、重结果及重传承转变为重学、重能力、重过程及重创新。形成性评价体系由课前线上预习（5%）、课堂讨论（5次，15%）、线上阶段性考试（15%）、线下阶段性考试（15%）、文献阅读（15%）、小组专题讨论（5%）和期末考试（30%）构成，充分发挥考试的导向、鉴定、诊断、反馈、改进、激励和调控功能，实现对学生学习能力、动机、态度、情感、意志和人格等智力和非智力因素的综合评价，引导学生变浅表学习为深层次成就式学习，发展自主元学习力。

五  课程建设及育人成效

立足成果导向教育（Outcome Based Education， OBE）理念，以专业人才培养目标为基础，以教学内容前沿性、教学环境学术性、教学活动探究性为抓手，通过系统提出和实施一流课程建设具体举措，着力抓实课程思政、教材建设、内容体系、“互联网+”教学、研究型教学模式、形成性评价体系和科研反哺教学工作。有效激活了学生6C基因，提升学习兴趣、自主知识内化、点燃创新创业火花、感受团队协作力量及推动学习力发展；塑造质疑、争辩、探究和知识创新大学课堂教学生态，注重培养学生逻辑思维和解决复杂现实问题能力，进行分层次目标达成，实现知识、能力、素质综合培养。实现了六个课程育人生态位转变：教学范式从教为中心转向学为中心；培养模式从专业化灌输传承转向个性化探究创生；学业评价从重教、重记忆、重结果及重传承的终结性转向重学、重能力、重过程及重创新的形成性；教师角色从知识传播者转向学习设计引导者；学生角色从知识接受者转向知识迁移创生者；学习行为从知识本位浅表被动传承转向能力本位深度主动内化。形成教师“爱教、善教、乐教”与学生“勤学、悦学、会学”教学相长溢出效应。

团队先后承担省教育科学规划重点课题、高等教育教学改革重点项目等12余项，发表教学论文20多篇，出版教材4部。获首批国家线下一流本科课程、自治区课程思政示范课程、省线上线下精品课程各1门、自治区级一流本科课程4门；获黑龙江省教学名师、首届黑龙江省教师教学创新大赛三等奖和教学创新设计奖、广西壮族自治区第二届教师教学创新大赛二等奖和全国高校生命科学类微课教学比赛一等奖。学生创新能力、国际竞争力及综合素质全面升华。近几年，学生在“互联网+”、双创竞赛中成绩斐然，获国家及省部级以上奖项76项。

实践证明，知识境脉双螺旋感知的研究导向型分子生物学教学创新，增强了课堂吸引力，激发了学生的心智跃迁，形成了勇于探索、敢于实践的学术创新氛围，自主学习力、思辨创新、合作交流和学科视野显著提高。学生普遍认为新的教学模式有助于感受知识的力量、科学的优美、技术的伟大，培养了学科自豪感、学校归属感、国家责任感，树立了正确三观，实现了从被动学习到研究导向型学习、从盲目学习到兴趣导向的人生规划。

参考文献：

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[10] 肖会舜.建设合乎思政规律的“课程思政”[J].思想政治课教学，2022（5）：11-14.