以學(xué)為中心的“免疫印跡”實驗課程設(shè)計

潘 倩，鄭 翔，周 雪

（四川大學(xué) 華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610041）

為提高教育質(zhì)量，越來越多的高校開始重視“以學(xué)為中心”的教學(xué)理念，并將其付諸實踐。這一教學(xué)理念摒棄“教師將知識傳授給學(xué)生”的傳統(tǒng)教學(xué)方式，強調(diào)讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)、解決問題，通過自主學(xué)習(xí)獲得知識［1］。它改變了學(xué)生在傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中的被動地位，注重提高他們對學(xué)習(xí)的主動性和積極性，使他們不再機械地接受知識，而是在自主構(gòu)建知識的過程中健康發(fā)展［2］。實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生探索能力、動手能力、合作能力等的重要平臺，傳統(tǒng)的教學(xué)方式“以教為中心”［3］，即 “教師現(xiàn)場演示講解、學(xué)生依照教材摸索操作”［1，4］，這束縛了學(xué)生的思維，不利于其探究和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。所以應(yīng)及時將“以學(xué)為中心”這一先進的教育思想融入教學(xué)體系，圍繞“學(xué)生、學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)過程”優(yōu)化課程設(shè)計，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果［1］。

1 “免疫印跡”實驗課程介紹

“免疫印跡”（western blotting，WB）是一門難度較大的綜合性實驗課程，主要面向高年級生物醫(yī)學(xué)類學(xué)生，使其掌握初步鑒定蛋白質(zhì)的方法。具體教學(xué)內(nèi)容如圖1所示，其中涉及分子生物學(xué)、生物化學(xué)和免疫學(xué)等多學(xué)科知識，實驗原理復(fù)雜［5］，操作步驟繁瑣且環(huán)環(huán)相扣，前一步驟的結(jié)果直接影響后一步驟的進展，甚至決定整個實驗的成敗［6］。

2 傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

“免疫印跡”在實際教學(xué)中，往往采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式［5－6］，但教學(xué)效果不盡如人意。

2.1 學(xué)生的學(xué)習(xí)局限于課堂

圖1 “免疫印跡”實驗課程的具體教學(xué)內(nèi)容

相當(dāng)一部分學(xué)生課前不預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容，課后不反思實驗結(jié)果，在對所學(xué)內(nèi)容一無所知的情況下進入實驗室，現(xiàn)學(xué)現(xiàn)做，操作停留在對教師現(xiàn)場演示的機械模仿階段。由于“免疫印跡”實驗對操作要求較高，在這種情況下，學(xué)生很容易實驗失敗。而學(xué)生一旦完成實驗，不管結(jié)果如何就認為學(xué)習(xí)任務(wù)已經(jīng)結(jié)束，對實驗中的操作技巧及可能存在的問題不及時反思和總結(jié)。這顯然違背了“免疫印跡”實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能、科學(xué)思維及發(fā)現(xiàn)問題和解決問題等綜合能力的初衷。

2.2 學(xué)生的學(xué)習(xí)依賴于教師

在傳統(tǒng)實驗教學(xué)中，學(xué)生習(xí)慣被動地從教師那接受知識，缺乏主動獲取知識的意識與能力。這主要體現(xiàn)為，首先教師講授實驗原理，學(xué)生聽講、理解、記憶。這樣學(xué)生容易產(chǎn)生思維惰性，不利于其探究能力的培養(yǎng)?！懊庖哂≯E”實驗原理復(fù)雜且較難理解，這種灌輸式的教學(xué)使很多學(xué)生對實驗原理停留在一知半解的狀態(tài)，以至于會操作但不知為什么如此操作。其次教師安排實驗內(nèi)容，學(xué)生聽從安排，對所學(xué)內(nèi)容沒有選擇權(quán)［7］。這就忽視了學(xué)生的個體差異，不利于他們的個性發(fā)展。最后教師演示實驗操作，學(xué)生觀看、記憶、模仿。但現(xiàn)場演示不具有重復(fù)性，而且一次能教授的學(xué)生有限，對于“免疫印跡”這種步驟繁瑣、耗時較長的實驗課程來說，教學(xué)效果并不好。當(dāng)學(xué)生因忘記或沒看到演示等原因在實驗過程中不知所措時，只能求助于教師，這反而又加深了他們對教師的依賴。

2.3 學(xué)生的學(xué)習(xí)拘泥于教材

在實驗課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)生大都依靠學(xué)校提供的實驗教材，并以其為準(zhǔn)繩，很少能自覺主動地查閱其他相關(guān)資料［8］，發(fā)散思維、擴展知識?！懊庖哂≯E”作為一種前沿的實驗技術(shù)，其實驗方法仍在不斷改進，如果學(xué)生迷信教材權(quán)威，認識難免就會僵化，這不利于其創(chuàng)新、批判精神的培養(yǎng)。

3 對存在問題的原因分析

首先，產(chǎn)生上述問題的根本原因在于傳統(tǒng)的實驗教學(xué)忽視了對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)［9－10］，導(dǎo)致他們很少相對獨立和帶有質(zhì)疑批判精神地綜合資料、總結(jié)實踐、交流經(jīng)驗、擴展學(xué)習(xí)，從中構(gòu)建知識、提升能力。

其次，學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容沒有興趣。傳統(tǒng)的實驗授課方式是教師向?qū)W生單向地灌輸知識，學(xué)生很少有參與和自由表達的機會，這就壓抑了他們的好奇心和求知欲［7］，加上學(xué)習(xí)資料往往以文字敘述為主，學(xué)生缺乏對實驗直觀感性的認識，難免就會感到枯燥乏味。

另外，在于學(xué)生缺少途徑開展自主學(xué)習(xí)。一是學(xué)生的學(xué)習(xí)資料有限；二是傳統(tǒng)實驗授課主要在實驗室里進行，而一般教學(xué)實驗室只在上課時才對學(xué)生開放，學(xué)生沒有機會課前接觸儀器設(shè)備、課后練習(xí)實驗技能；三是在課外師生很少建立互相交流的渠道，當(dāng)學(xué)生在課外感到疑惑不解時，并不能得到教師及時的關(guān)注和幫助，此時學(xué)生就容易放棄，甚至產(chǎn)生厭學(xué)心理。

4 “免疫印跡”實驗課程設(shè)計

“以學(xué)為中心”來源于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，此理論認為，知識不是通過教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定情境下，借助其他人（包括教師和學(xué)習(xí)伙伴）的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式獲得。意義建構(gòu)是學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)，在學(xué)習(xí)過程中教師幫助學(xué)生建構(gòu)意義，就是要幫助學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容所反映的事物性質(zhì)、規(guī)律及該事物與其他事物間的內(nèi)在聯(lián)系達到較深刻的理解［11］。在此理論的基礎(chǔ)上，借鑒北卡羅萊納州立大學(xué)Dr.Richard Felder“以學(xué)為中心”的教學(xué)實踐［12－14］，結(jié)合實際教學(xué)情況，我們設(shè)計了以學(xué)為中心的“免疫印跡”實驗課程，并計劃將其應(yīng)用于今后教學(xué)。此課程設(shè)計如圖2所示。

圖2 以學(xué)為中心的“免疫印跡”實驗課程設(shè)計

此課程設(shè)計以創(chuàng)建師生交流平臺和學(xué)習(xí)資料庫為前提，由課前、課堂、課后3部分組成，中間貫穿主動學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)、基于問題的學(xué)習(xí)等多項教學(xué)策略，成功地將教學(xué)活動的中心由教師轉(zhuǎn)移到學(xué)生［15］。

4.1 前提

4.1.1 創(chuàng)建師生交流平臺

師生交流平臺在課外利用網(wǎng)絡(luò)為教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生提供溝通渠道。在此平臺上，學(xué)生可收發(fā)“免疫印跡”實驗課程的學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)活動并對之回應(yīng)反饋，自由表達相關(guān)理解看法，提出學(xué)習(xí)中的困難與疑問等；教師可創(chuàng)建學(xué)習(xí)計劃，開展教學(xué)調(diào)查，根據(jù)學(xué)生的反饋信息及時調(diào)整教學(xué)策略，追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)進度，正確引導(dǎo)學(xué)生、及時糾正他們的錯誤，在線輔導(dǎo)學(xué)生、為他們解答問題、提供幫助等。此交流平臺應(yīng)具有以下特點：

（1）開放性，即全班學(xué)生皆可加入；

（2）透明性，即加入者都能看到平臺上的全部信息；

（3）友好性，即界面簡單易操作；

（4）方便性，即加入者在網(wǎng)絡(luò)條件下能隨時隨地登錄使用。

創(chuàng)建師生交流平臺，可利用公共資源，如創(chuàng)建QQ群、微信群等，也可利用自身學(xué)校資源，有條件的還可應(yīng)用電子書包，甚至開發(fā)手機、平板電腦的相關(guān)應(yīng)用程序APP來創(chuàng)建師生交流平臺。

4.1.2 創(chuàng)建“免疫印跡”學(xué)習(xí)資料庫

師生交流平臺需有較大的文件容量，因為在這一平臺上建立的學(xué)習(xí)資料庫是實施此課程設(shè)計的資源基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上學(xué)生能方便地查閱、下載相關(guān)資料，開展自主學(xué)習(xí)，探索鉆研“免疫印跡”實驗課程。資料庫的建立是開放式的，即在教師審核無誤的情況下，交流平臺的成員均可上傳相關(guān)學(xué)習(xí)資料，例如課程介紹、教學(xué)大綱、教學(xué)計劃、實驗原理、儀器設(shè)備介紹、試劑配方、操作手冊、本實驗技術(shù)發(fā)展歷程及最新進展、常見問題分析、練習(xí)題等，這些資料可以是文檔、視頻、音頻、圖片等多種格式。其中教學(xué)視頻能直觀生動地真實展現(xiàn)實驗全貌［16］，減少實驗的誤操作和試劑耗材的損耗，激發(fā)學(xué)生興趣，提高教學(xué)效率，較好地指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“免疫印跡”這類實踐操作課程。

鑒于目前數(shù)千元的普通數(shù)碼攝像機即有不錯的拍攝質(zhì)量，建議教師根據(jù)實際教學(xué)情況自制視頻，最大限度還原教學(xué)實景、貼合教學(xué)對象。有條件的教師還可依此創(chuàng)建大規(guī)模開放在線教育課程（massive open online courses，MOOCs）。自制視頻的步驟為：

（1）制訂實驗方案；

（2）編寫拍攝劇本；

（3）拍攝者與實驗操作者協(xié)調(diào)溝通；

（4）拍攝視頻素材；

（5）撰寫旁白；

（6）用非線性視頻編輯軟件如Adobe Premiere、Sony Vegas、Corel Video Studio Pro等剪輯視頻素材、添加圖表字幕、錄制旁白（需耳麥）、導(dǎo)入音樂等，最終渲染生成視頻文件。

4.2 課前

課前學(xué)生首先要面對的問題，即如何用“免疫印跡”鑒定某蛋白的表達。此目的蛋白可由學(xué)生根據(jù)興趣自行決定，但考慮到實驗需用到較為昂貴的抗體，目的蛋白及蛋白種屬也可由教師指定。接著教師要對學(xué)生的性別、學(xué)習(xí)能力、知識背景、才能傾向、個性特征、家庭社會背景等開展調(diào)查問卷，在此基礎(chǔ)上依照組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)的原則，將全班學(xué)生分為若干學(xué)習(xí)小組，每組4人（可根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整人數(shù)），組內(nèi)成員的特質(zhì)要有合理差異，各組總體情況應(yīng)相對一致［17］。這樣分組能豐富學(xué)生認知、分析問題的視角［18］，促使他們主動承擔(dān)小組責(zé)任、參與學(xué)習(xí)過程、掌握合作技能［19］。隨后學(xué)生即在探索如何解決問題的背景下，以學(xué)習(xí)小組的形式，互相依存又相對獨立地通過開展自主合作學(xué)習(xí)，討論設(shè)計出詳盡的實驗方案。

在合作學(xué)習(xí)中，教師既要鼓勵學(xué)生配合、協(xié)作，又要強調(diào)個體的獨立學(xué)習(xí)、獨立思考，并注意為每一位學(xué)生創(chuàng)造同等的訓(xùn)練與學(xué)習(xí)機會［20］，使每一位學(xué)生均能參與所有的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。這樣可培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識和合作能力，全面深化他們對學(xué)習(xí)內(nèi)容的認識理解，激發(fā)創(chuàng)新思維，并避免組內(nèi)能力強的學(xué)生主導(dǎo)小組，使人人都從中獲益。除此之外，課前教學(xué)實驗室還應(yīng)對學(xué)生預(yù)約開放，讓他們有機會熟悉實驗環(huán)境和器材試劑。

4.3 課堂

課堂上學(xué)生首先要以學(xué)習(xí)小組為單位，依次就自己實驗方案的科學(xué)性、可行性等進行答辯，通過應(yīng)答教師、同學(xué)的提問和集體討論，修訂、完善實驗方案。這樣可集思廣益，開闊學(xué)生的思路，同時鍛煉他們的表達能力和思辨能力。教師要注意啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生，解釋難點，補充要點，深化概念。此外，教師還應(yīng)對學(xué)生開展包括水電、器材試劑等在內(nèi)的實驗室安全教育，防止出現(xiàn)教學(xué)事故。

教師根據(jù)學(xué)生上交的成熟的實驗方案進行實驗課前準(zhǔn)備，接著各學(xué)習(xí)小組依照自己的實驗方案同時進行獨立操作。各操作環(huán)節(jié)的學(xué)時安排如表1所示（學(xué)時數(shù)可根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整）。教師要關(guān)注學(xué)生的實驗，幫助他們解決其中出現(xiàn)的問題，并及時糾正不規(guī)范操作。

表1 以學(xué)為中心的“免疫印跡”實驗課程各操作環(huán)節(jié)的學(xué)時安排

從“SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳”到“蛋白的檢測”需連續(xù)操作且耗時較長，建議“免疫反應(yīng)”環(huán)節(jié)中的“抗孵育”采用4℃過夜的形式，并以此為時間節(jié)點將實驗安排在周六、周日2天進行?？紤]到時間安排，選做環(huán)節(jié)“考馬斯亮藍染色”應(yīng)與“蛋白轉(zhuǎn)膜”、“免疫反應(yīng)”等同時進行。

實驗結(jié)束后，各學(xué)習(xí)小組應(yīng)撰寫實驗報告并依次向全班匯報實驗結(jié)果，交流實驗中遇到的問題、分享實驗成敗的經(jīng)驗教訓(xùn)等，其中教師同樣要注意對學(xué)生的啟發(fā)引導(dǎo)、對知識點的強調(diào)深化。學(xué)生在互相歸納總結(jié)中最終解決“如何用‘免疫印跡’鑒定某蛋白的表達”這一問題。

4.4 課后

課后學(xué)生需對相關(guān)理論、實驗操作進行鞏固學(xué)習(xí)，強化學(xué)習(xí)效果，教師要予以支持和協(xié)助。鞏固學(xué)習(xí)形式多樣，如文字式的練習(xí)題、知識競賽、研討會、相關(guān)小游戲、實際動手操作等。應(yīng)注意其中的知識性和趣味性，設(shè)立合理的獎勵機制，實驗室的開放要規(guī)范合理有序［21］等，關(guān)鍵是要提高學(xué)生的積極性和參與度，讓他們在鞏固學(xué)習(xí)中消除疑惑、改正錯誤，加強他們對知識的消化和吸收。

在評價方面，學(xué)生成績不再是單一由教師決定，而是依照學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)，按“多元—權(quán)重”原則［22］，采用德爾菲法，形成自我評價 （權(quán)重20%）、學(xué)習(xí)小組內(nèi)成員評價（即組內(nèi)評價，權(quán)重10%）、學(xué)習(xí)小組外同學(xué)評價（即組間評價，權(quán)重10%）和教師評價（權(quán)重60%）相結(jié)合的多元評價體系［23］，其中教師評價又包括平時成績（權(quán)重60%）、書面考試（權(quán)重15%）和操作考核（權(quán)重25%）（各項權(quán)重分配目前尚無可執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)，有待于進一步分析探討）。各部分評價采用自行設(shè)計的量規(guī)表，詳見表2—表5。

表2 以學(xué)為中心“免疫印跡”實驗課程的學(xué)生自我評價量規(guī)表 分

表3 以學(xué)為中心“免疫印跡”實驗課程的學(xué)生組內(nèi)評價量規(guī)表 分

表4 以學(xué)為中心“免疫印跡”實驗課程的學(xué)生組間評價量規(guī)表 分

表5 以學(xué)為中心“免疫印跡”實驗課程的教師評價量規(guī)表 分

此多元評價體系注重過程性評價，學(xué)生成績由多元化的評價主體根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的全程表現(xiàn)綜合決定，力求全面充分公正地反映學(xué)生學(xué)習(xí)的真實情況，教師依此可因地制宜，為學(xué)生提供個性化輔導(dǎo)。學(xué)生由傳統(tǒng)的被評價對象轉(zhuǎn)變?yōu)樵u價的主體和積極參與者，這樣激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)熱情，促進了他們對學(xué)習(xí)過程的積極反思，提高了他們對評價結(jié)果的認可度［23］，使其綜合素質(zhì)得到不斷升華。

在實際操作中，開展課前部分之初，教師便應(yīng)向?qū)W生提供相應(yīng)的評價量規(guī)表，確立他們評價主體的地位。通過評價量規(guī)表，學(xué)生可明確學(xué)習(xí)目的并得到學(xué)習(xí)指導(dǎo)，而學(xué)生則應(yīng)向班級提供在學(xué)習(xí)小組中的任務(wù)承擔(dān)情況，以方便教師和其他同學(xué)對應(yīng)打分。

此外，教師在課后還需認真反思教學(xué)過程，優(yōu)化課程設(shè)計。有條件的師生還可利用學(xué)習(xí)分析工具優(yōu)化教學(xué)、自我評估診斷、設(shè)計個性化學(xué)習(xí)等［24］。

5 結(jié)束語

以學(xué)為中心的“免疫印跡”實驗課程設(shè)計圍繞學(xué)生的自主知識構(gòu)建，運用多種教學(xué)策略，創(chuàng)建課前、課堂、課后三位一體的學(xué)習(xí)情境，通過培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和綜合能力，促進學(xué)生的優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)和全面發(fā)展。這改變了傳統(tǒng)實驗教學(xué)中學(xué)生被動消極的學(xué)習(xí)狀態(tài)，使學(xué)生以主動積極的姿態(tài)成為學(xué)習(xí)的主體；而教師則由指導(dǎo)變?yōu)橐龑?dǎo)，由講授變?yōu)閱l(fā)［21］。此課程設(shè)計變革了傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，是改進實驗教學(xué)的一次全新探索。

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