基于“微課—翻轉(zhuǎn)課堂”的分子生物學實驗教學改革初探

王來 趙海鵬 董薇 王淼 閆文義

[摘 要]分子生物學是現(xiàn)代生物學領(lǐng)域里發(fā)展最為活躍的學科，其實驗課程的培養(yǎng)目標是使學生掌握分子生物學研究的實驗技能。該研究在“微課—翻轉(zhuǎn)課堂”教學理論的基礎(chǔ)上分別從教學內(nèi)容及其呈現(xiàn)方式、教學模式、教學方式和考核方法這幾個方面對分子生物學實驗教學進行綜合改革。在教學內(nèi)容方面，不斷替換、更新重復與老舊的內(nèi)容并將內(nèi)容錄制為微課視頻，提前呈現(xiàn)給學生并對教學內(nèi)容進行與時俱進的改革。在教學模式方面，根據(jù)課堂教學進度需要播放微課視頻。在教學方式方面，以實驗小組為單位，結(jié)合集中答疑的形式開展翻轉(zhuǎn)課堂。在考核方法上，增加實驗技能考核的比重，充分體現(xiàn)實驗教學培養(yǎng)學生實驗技能的課程特色。

[關(guān)鍵詞]分子生物學；實驗教學；課程改革；“微課—翻轉(zhuǎn)課堂”

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）06-0084-03

微課是以視頻的形式將某個學科知識點簡短、完整地展現(xiàn)出來，具有時間短、主題清晰、指向明確以及可使學生隨時學習等優(yōu)點[1]。教師提前讓學生觀看教學視頻，課堂上針對學生在觀看視頻時提出的疑問進行答疑或組織學生進行討論的教學模式稱為翻轉(zhuǎn)課堂。該教學模式將學習的主動權(quán)交給學生，使學生學習方式由傳統(tǒng)的“接受性學習”變?yōu)樽灾鞯摹疤骄啃詫W習”，尤其適用于實踐性、實驗性課程[2]。分子生物學是現(xiàn)代生物學領(lǐng)域里發(fā)展最為快速、知識更新最為頻繁、實驗技術(shù)不斷創(chuàng)新的學科，也是國內(nèi)外高校生物科學相關(guān)專業(yè)的學生目前必須學習掌握的核心主干課程[3]，由該課程的理論知識衍生的實驗技術(shù)是其相關(guān)專業(yè)學生所必須掌握的重要操作技能。因此，分子生物學的理論知識和實驗技能是當今世界闡明生命現(xiàn)象和規(guī)律的基本方法和核心技能。由此可見，學生學習該門課程不僅需要掌握扎實的理論知識，更重要的是掌握實驗操作技能。分子生物學實驗是培養(yǎng)學生掌握分子生物學實驗技術(shù)技能的重要課程，是驗證分子生物學理論的一門補充課程，是學生獲得理論知識的另一個途徑，更是一門操作性、實踐性非常強的課程[4]。通過分子生物學實驗課的學習，學生不僅可以鍛煉、培養(yǎng)理論與實踐相結(jié)合的能力，還有利于掌握基本的分子生物學實驗技術(shù)和技能，提高科學分析思維能力和創(chuàng)新能力，從而促進21世紀創(chuàng)新型高級人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)[5]。

分子生物學實驗課程目前由于授課方式、授課課時、實驗場所、實驗器材等的限制，學生學習的積極性、主動性差，不能完全保證學生都可以習得應(yīng)該掌握的實驗技能和方法[6]?；诖?，我們開展了基于“微課—翻轉(zhuǎn)課堂”的分子生物學實驗教學改革，從教學內(nèi)容、教學模式、教學方式和考核方式這四個方面進行探索，使學生提高了學習分子生物學實驗的積極性和主動性，培養(yǎng)了實驗技能、科學精神、科學思維和創(chuàng)新意識。

一、教學內(nèi)容及其呈現(xiàn)方式的改革

教師在上分子生物學實驗課時大都以文本或板書的形式呈現(xiàn)實驗內(nèi)容，通過課堂講授讓學生明確實驗內(nèi)容。這種方式忽略了一個最基本的問題——開設(shè)實驗課程的目的是使學生將所學習的本學科理論知識內(nèi)化為實踐能力。在這個過程中，教師應(yīng)充分考慮學生對本學科理論知識的儲備情況、心理接受水平和知識轉(zhuǎn)化為技能的能力?；凇拔⒄n—翻轉(zhuǎn)課堂”的分子生物學實驗教學內(nèi)容的改革，注重將以文本呈現(xiàn)的實驗內(nèi)容改為錄制微課視頻，并在上課前將其上傳到虛擬實驗平臺或班級QQ群、微信群等公共平臺，讓學生在課前觀看實驗內(nèi)容和實驗操作視頻，給學生提出觀看視頻后需要解答和討論的問題，比如該實驗體現(xiàn)的核心理論知識是什么，該實驗需要注意的事項是什么，該實驗還有什么改進之處等，讓學生提前思考、查找答案、進行總結(jié)，并在實驗課上集中討論這些問題，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂，真正使學生在課堂上發(fā)揮主體性作用。

生物類相關(guān)專業(yè)學科的發(fā)展已進入以分子生物學內(nèi)容和技術(shù)為核心闡明生命現(xiàn)象、生命機能的階段，分子生物學學科知識和實驗技能滲透到各個相關(guān)學科中，這就促進了分子生物學科理論體系和實驗操作技能的大力發(fā)展，同時也造成不同課程存在知識點重復的現(xiàn)象。因此，分子生物學實驗教學內(nèi)容的改革還涉及將原有的實驗內(nèi)容改為反映學科研究新進展以及滿足社會新需求的教學內(nèi)容，同時還將與其他實驗課程重復的內(nèi)容更換為具有分子生物學學科特點的實驗內(nèi)容，如生物化學和分子遺傳學實驗課程開展過聚合酶鏈式反應(yīng)、紫外分光光度計檢測DNA濃度和純度等實驗，而這些實驗在前期的分子生物學課程內(nèi)容設(shè)置中是作為一節(jié)完整的實驗課來學習和操作的，現(xiàn)在的改革就是將這些與其他課程重復的實驗內(nèi)容更換為新的教學內(nèi)容，或變更為某節(jié)實驗課中的一個關(guān)鍵實驗步驟，弱化這些實驗內(nèi)容在現(xiàn)今分子生物學實驗課中的地位，以提高學生學習的針對性與效果。

二、教學模式改革

傳統(tǒng)的實驗教學模式過多地強調(diào)對實驗課程內(nèi)容的講授，并讓學生按照黑板或PPT上的實驗步驟一步步進行實驗操作，至于具體應(yīng)該怎么操作、為什么要這樣操作、需要注意什么事項等學生事先并不知情，這就造成學生在實驗操作過程中不知其然也不知其所以然，因此，很難達到培養(yǎng)學生實驗技能的目的?；凇拔⒄n—翻轉(zhuǎn)課堂”的分子生物學實驗教學模式的改革就是以“小視頻”的微課形式將實驗內(nèi)容展現(xiàn)給學生，使學生在課前就能對實驗內(nèi)容、實驗操作步驟等有個直觀的感性認識，并讓學生思考該次實驗課所涉及的問題。教師在課堂上盡量省去講授理論知識的時間，而添加對觀看微課時所產(chǎn)生問題的集中答疑時間，最后讓學生進行實驗操作，實驗結(jié)束后教師再結(jié)合該次實驗過程中出現(xiàn)的問題給學生總結(jié)需要注意的事項以及解決方法，爭取將大量的課堂時間交給學生，使所有學生都參與到實驗操作過程中。建議學生在撰寫實驗報告的時候，根據(jù)自己的實驗操作過程并結(jié)合微課視頻回憶自己在本次實驗課上的收獲、經(jīng)驗與教訓，強調(diào)一定要以自己操作的實驗過程、實驗結(jié)果為藍本撰寫實驗報告，客觀認真、實事求是地分析實驗結(jié)果以及完成本實驗過程需要注意的事項。

教師要用微課視頻貫穿在學生進行分子生物學實驗學習、實驗操作、撰寫實驗報告以及復習回顧的整個過程，時時提醒學生思考實驗過程體現(xiàn)了哪些理論知識，如何正確地開展實驗操作以及對實驗過程進行反思。分子生物學實驗教學模式改革的核心是采用學生最為喜歡的視頻方式講授實驗過程，將學生觀摩實驗技能的時間提前，同時將學生學習過程延續(xù)到課后，且順應(yīng)目前高校移動學習的趨勢，這樣有利于突破實驗教學的時間、空間限制，增加學生學習的自主性，拓展學生學習實驗技能的深度和廣度[7]。

三、教學方式改革

傳統(tǒng)的實驗教學注重由教師在課堂上對實驗原理、實驗過程進行講授，注重讓學生按板書的實驗步驟亦步亦趨地重復實驗過程，沒有充分體現(xiàn)學生參與實驗課的主動性和積極性，這就降低了學生參與實驗過程的興趣?；凇拔⒄n—翻轉(zhuǎn)課堂”的分子生物學實驗教學改革就是要變學生被動學習為主動學習，增強學生的參與意識和主體意識，從而達到使學生掌握實驗操作技能的教學目的。在學生預習和觀看微課視頻時給學生提供需要思考的問題和實驗操作過程中需要注意的事項，課堂上大量采用集中答疑、小組討論的方式解答學生預習時產(chǎn)生的各種疑問，之后將大量的時間交給學生親自動手添加實驗試劑、操作實驗儀器、觀察實驗結(jié)果，并對部分操作過程中出現(xiàn)錯誤的學生進行個別指導，促使學生強化正確的實驗操作方法，從而使學生更好地掌握分子生物學實驗技能。

教師在翻轉(zhuǎn)課堂的教學過程中，尤其需要注重建設(shè)好以實驗小組為單位的“討論小組”，這些小組是實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂效果與課程教學目標的基本核心單元，他們在實驗課堂上的所有表現(xiàn)和收獲直接決定實驗課程的成功或失敗。由此可見，在實驗開展過程中，教師雖然要將實驗課的主動權(quán)交給學生，但仍然需要時刻關(guān)注每個實驗小組的每個學生在實驗操作過程中所出現(xiàn)的理論知識運用和實驗技能操作上的失誤或錯誤，并及時給學生講明錯誤的地方及糾正方法，以避免學生將這些失誤或錯誤固化為實驗習慣。教師在實驗課堂上將每個實驗小組最容易出現(xiàn)失誤和錯誤的操作方法收集、匯總起來，在實驗課程將要結(jié)束的時候重點給學生講解，使學生能從學科知識理論和實驗操作技能兩個方面理解錯誤的地方。對于關(guān)鍵的錯誤還可以直接點名犯錯的實驗小組以強化其成員對所犯錯誤的認識，并要求他們將這些容易犯錯的地方作為實驗注意事項寫在實驗報告上，從而督促他們養(yǎng)成良好的實驗習慣和掌握相關(guān)的實驗技能。實驗小組在實驗過程中所犯錯誤具有以下特點：①代表性。一般來講，每個實驗小組的實驗操作失誤或錯誤是不太一樣的，這與本小組成員對理論知識的理解和實驗習慣有關(guān)，因此單個實驗小組的實驗錯誤很具有典型性、代表性。②整體性。全班所有小組的實驗操作錯誤匯總起來就是全班學生容易出現(xiàn)的實驗失誤或錯誤，具有整體性的特點。因此，將匯總起來的實驗失誤或錯誤進行講評可以避免學生在分子生物學的實驗操作過程中再次出現(xiàn)類似的失誤或錯誤，從而使其習得正確的實驗技能。以實驗小組為單位進行的基于“微課—翻轉(zhuǎn)課堂”的分子生物學實驗教學改革，有利于使學生通過分子生物學實驗課程學習提高將理論知識應(yīng)用于實驗的水平并掌握正確開展實驗的技能。

四、考核方式改革

實驗教學的目標是使學生掌握本學科核心的實驗技術(shù)、技能，能將本學科的理論知識運用到科學實踐中，因此，引導學生掌握實驗技能，使其形成良好的實驗習慣，培養(yǎng)其科學思維和創(chuàng)新能力是實驗教學的落腳點與歸宿。對教學效果的評價，需要合理合適的考核方式，基于“微課—翻轉(zhuǎn)課堂”的分子生物學實驗教學改革也改進了對實驗的考核方式，增加學生是否初步掌握本學科實驗技能這部分考核內(nèi)容的比重。分子生物學實驗課程的考核分三部分：①平時成績，占總成績的20%，主要包括課前課后微課平臺上的留言討論情況、出勤情況、實驗態(tài)度、實驗操作、實驗習慣等。②實驗報告，占總成績的30%，包括實驗報告反映實驗數(shù)據(jù)的真實性、有效性，對實驗結(jié)果的處理、分析等的合理性，實驗心得的獨特性、適用性等。③綜合性實驗設(shè)計，占總成績的50%，主要考核運用所掌握的科學理論知識和習得的實驗技能設(shè)計一個綜合性的實驗，并撰寫一份類似基金申請的報告，內(nèi)容包括實驗原理、實驗內(nèi)容、實驗過程、實驗方法以及預期實驗結(jié)果等，判斷該綜合設(shè)計的可行性和合理性。通過這種考核方式，促使學生積極主動投入到實驗課的學習中，認真完成實驗報告，掌握實驗技能，詳細撰寫綜合性實驗設(shè)計，將所學知識應(yīng)用到解決自己提出或遇到的科學問題中，實現(xiàn)培養(yǎng)學生動手操作能力、創(chuàng)新能力以及科學精神、科學思維的培養(yǎng)目標[8]。

五、教學改革效果

通過對參加“基于‘微課—翻轉(zhuǎn)課堂的分子生物學實驗學習的學生進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學生普遍認為自己上實驗課的主動性提高了，能提前預習、觀看實驗課將要學習的實驗內(nèi)容和實驗技能，在課堂上自己的精力更集中，課后撰寫實驗報告時能從微課視頻的觀摩中反思自己實驗過程的錯誤和不足之處，切實提高了實驗操作能力，鍛煉了科學思維，培養(yǎng)了創(chuàng)新精神。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 馬超，李衛(wèi)民，王宏祥.基于微課的大學實驗教學模式探索[J].遼寧工業(yè)大學學報（社會科學版），2016（3）：113-116.

[2] 宣麗穎，林琳，王春貴，等.基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式在生理學實驗教學中應(yīng)用的可行性分析[J].高教學刊，2016（22）：119-120.

[3] 翟中和.面向21世紀的生命科學[J].生物學通報，1994（8）：1-4.

[4] 郭小勤，湯定欽，林新春，等.分子生物學實驗教學改革與實踐[J].生物技術(shù)世界，2016（4）：253-254.

[5] 胡志剛.淺析本科分子生物學實驗教學學生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].教育教學論壇，2016（52）：275-277.

[6] 吳傳芳，李圓圓，王甜，等.分子生物學實驗課程的改革探索[J].教育教學論壇，2016（37）：272-274.

[7] 章全.移動學習模式在高校中的研究與應(yīng)用[J].江蘇理工學院學報，2016（4）：125-127.

[8] 教育部.教育部關(guān)于進一步深化本科教學改革 全面提高教學質(zhì)量的若干意見[Z].2007.

[責任編輯：龐丹丹]