翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式用于大學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)的探討

王魏根，崔亞東，偶　春，蘭　偉

（阜陽師范學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，安徽 阜陽 236037）

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式用于大學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)的探討

王魏根，崔亞東，偶春，蘭偉

（阜陽師范學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，安徽 阜陽 236037）

實驗教學(xué)在培養(yǎng)生物學(xué)專業(yè)人才方面起著重要的作用，但由于多方面的原因，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式已跟不上生物學(xué)科發(fā)展和學(xué)生知識、能力需求。結(jié)合現(xiàn)代信息和通訊技術(shù)，將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于大學(xué)生物實驗教學(xué)能較好地解決這一問題。利用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，在課前、課中都能促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高課堂教學(xué)效率，更好培養(yǎng)學(xué)生能力。

生物學(xué)；實驗教學(xué)，翻轉(zhuǎn)課堂；能力培養(yǎng)

生物學(xué)是一門自然學(xué)科，是實驗性學(xué)科，實驗教學(xué)在生物學(xué)教學(xué)中占有重要的地位，學(xué)生通過學(xué)習(xí)，要求掌握“群體、個體、細胞以及分子等不同生物學(xué)層次的分析方法和實驗技術(shù)”。實驗教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐和操作能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和分析能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。隨著生物學(xué)理論知識和生物技術(shù)的不斷發(fā)展，生物學(xué)實驗教學(xué)也需要不斷的發(fā)展，目前生物學(xué)實驗教學(xué)已經(jīng)滯后于生物學(xué)科的發(fā)展，學(xué)生對生物學(xué)實驗教學(xué)的滿意度下降［1］。怎樣改進實驗教學(xué)內(nèi)容和實驗教學(xué)手段，滿足學(xué)生日益增長的知識、能力需求是擺在每一個實驗教學(xué)人員面前的重要課題。隨著現(xiàn)代信息和通訊技術(shù)的發(fā)展，其參與教學(xué)的程度越來越深，促進了教育技術(shù)發(fā)展和教育新理念提出，帶來學(xué)習(xí)方式的變化、教學(xué)模式的革新［2］。其中以學(xué)生為中心的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式就是近些年得到較多應(yīng)用和發(fā)展的模式之一，該方法為生物學(xué)實驗教學(xué)改革帶來了契機。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式已經(jīng)在國內(nèi)外生物學(xué)理論教學(xué)中應(yīng)用并取得了一定的效果，將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式運用于生物學(xué)課程的實驗教學(xué)也有少量報道［3-5］。

1　傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在問題及原因

1.1存在問題

實驗內(nèi)容陳舊、形式單一。實驗指導(dǎo)教師往往只選用自己使用多年的實驗教材，只開設(shè)自己熟悉的實驗，實驗內(nèi)容更新較慢，實驗教學(xué)內(nèi)容沒有隨生物科學(xué)的發(fā)展做相應(yīng)的調(diào)整和改進，沒有與當(dāng)?shù)厣鐣嶋H需要相結(jié)合。很多實驗教學(xué)內(nèi)容仍然是在以往實驗條件比較簡陋情況下而開設(shè)的一些相對簡單的驗證性實驗，如多為生物體形態(tài)結(jié)構(gòu)靜態(tài)的觀察實驗，缺乏綜合性、探究性、設(shè)計性的創(chuàng)新性實驗，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。隨著實驗條件的改善，實驗內(nèi)容也應(yīng)隨著更新。

雖然為了強調(diào)實驗教學(xué)的重要性，生物科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程和核心課程實驗教學(xué)部分都已經(jīng)作為獨立的課程從理論課程教學(xué)中分離出來，但仍是單一課程、單一實驗課的模式。教師一般先講授理論知識，再進行相關(guān)實驗教學(xué)，將實驗教學(xué)作為驗證理論教學(xué)的一個附加部分。學(xué)生認為實驗教學(xué)就是上實驗課，實驗課就是儀器操作，采取“預(yù)習(xí)報告→課堂操作→實驗報告→教師批閱”這樣的“四段式”。即選取一本實驗教材，學(xué)生按照教材寫實驗預(yù)習(xí)報告，課堂上學(xué)生按照教材所列實驗步驟進行實驗，課后學(xué)生按照固定格式填寫實驗報告，教師收到的幾乎是寫的一模一樣的實驗報告，學(xué)生無法獲得教師有效的反饋意見。在整個實驗教學(xué)過程中，學(xué)生的獨立思考能力、分析能力得不到有效的鍛煉。

雖然實驗課堂教學(xué)是以學(xué)生操作為主，但其教學(xué)模式本質(zhì)仍是以教師為中心，學(xué)生一直處于被動接收、模仿操作的地位，主觀能動性很難在實驗教學(xué)過程中得到發(fā)揮，學(xué)生逐漸對實驗教學(xué)失去興趣。學(xué)生課前準(zhǔn)備很不充分，課堂實驗容易出現(xiàn)問題，實驗結(jié)果也不一定正確呈現(xiàn)，失敗原因無法分析，達不到實驗教學(xué)的目的。

1.2問題的原因

近些年來，生物學(xué)理論研究發(fā)展迅速，新的生物技術(shù)和方法也層出不窮。生物學(xué)的發(fā)展從宏觀走向微觀，從單一走向綜合，生物學(xué)實驗也是向更微觀、更抽象、或者是更復(fù)雜、更大尺度發(fā)展，但現(xiàn)在的課堂實驗教學(xué)很難滿足這些實驗的客觀需求。原因也是多方面的，一些是生物學(xué)實驗本身特性決定的，如生物體其固有的生長發(fā)育規(guī)律使得其完整生命過程不能在實驗課時內(nèi)完全呈現(xiàn)，生態(tài)學(xué)中大尺度空間實驗也無法在狹小的實驗室或校園內(nèi)完成；有些實驗則不適合在本科教學(xué)中大規(guī)模開展，如分子生物學(xué)實驗，需要的耗材價格昂貴，所用的大型精密儀器操作復(fù)雜，導(dǎo)致實驗成本高，教學(xué)難度大；有的實驗具有較大的危險性，如要利用到放射性同位素、病毒等實驗材料等，對實驗室安全等級要求高。同時，阜陽師范學(xué)院這樣一類地方普通院校，在實驗教學(xué)師資、實驗室硬件以及實驗教學(xué)經(jīng)費上與國家和省級重點高校相比還有很大的差距，雖然這些年實驗條件得到一定改善，但還達不到理想的要求，使得一些前沿的生物學(xué)實驗暫時還無法開展。除了這些客觀原因之外，有些教師思想因循守舊，主觀上不想改變自己熟悉的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式也是原因之一。

2　基于翻轉(zhuǎn)課堂的生物學(xué)實驗教學(xué)模式

2.1翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom或者 Inverted Classroom），就是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，教師提供短的教學(xué)視頻（微課）為主的學(xué)習(xí)資源，學(xué)生在課前完成對教學(xué)視頻等資源的觀看、學(xué)習(xí)，并提交學(xué)習(xí)成果，師生在課堂上通過協(xié)作探究、交流互動等面對面地教學(xué)活動，完成知識的內(nèi)化［6-7］。

根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的基本定義和實施要求，我們對大學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)模式進行重新設(shè)計，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中師生主要教學(xué)活動見表1?？梢钥闯?，和傳統(tǒng)實驗教學(xué)相比，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式增加了課前學(xué)生觀看微視頻資源、課前測驗和課后師生對實驗總體結(jié)果進行分析討論等環(huán)節(jié)；相反是減少了教師在課堂中對實驗原理、步驟進行講解和演示實驗環(huán)節(jié)，相應(yīng)地增加了學(xué)生在課堂上的實際操作時間。在所設(shè)計的翻轉(zhuǎn)教學(xué)實驗教學(xué)模式中，以學(xué)生為中心、自我導(dǎo)向?qū)W習(xí)的特點也得到很好體現(xiàn)，在這一過程中，學(xué)生既有獨立學(xué)習(xí)（觀看視頻），也有合作學(xué)習(xí)（課堂討論），既有網(wǎng)絡(luò)線上學(xué)習(xí)（網(wǎng)絡(luò)交流），也有線下學(xué)習(xí)，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和學(xué)習(xí)習(xí)慣。

2.2翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式優(yōu)點

以往學(xué)生實驗前往往通過觀看教師演示實驗來掌握實驗操作過程，但演示效果的限制因素較多。如在學(xué)生數(shù)較多的情況下，不是每個學(xué)生每個實驗細節(jié)都能看清楚；演示實驗一般只做一遍，學(xué)生觀看一遍不一定能深刻記住；學(xué)生觀看演示實驗占用了較多課堂教學(xué)時間，使得學(xué)生實驗時間減少。教師錄制實驗教學(xué)視頻，將實驗操作過程、實驗中學(xué)生需要特別注意的問題和關(guān)鍵步驟呈現(xiàn)出來，學(xué)生在實驗前可以反復(fù)觀看直到真正掌握，和教師課堂演示實驗相比，具有更好的示范效果。學(xué)生的觀看都是在課前完成，不占用實際課堂教學(xué)時間，學(xué)生有更多的時間用來完成自己的實驗以及隨后的實驗結(jié)果分析、參與課堂討論，提高課堂教學(xué)的效率。

表1　大學(xué)生物學(xué)實驗教學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師一般也通過課堂提問的方式來考查學(xué)生實驗準(zhǔn)備的情況，但此時學(xué)生已經(jīng)進入實驗室，對于準(zhǔn)備不充分或沒準(zhǔn)備的學(xué)生教師也不可能讓其離開實驗室重新準(zhǔn)備，最終只能是混在小組中濫竽充數(shù)，實驗效果可想而知。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式則要求學(xué)生在看完教學(xué)視頻后進行相應(yīng)的測試，測試成績作為平時成績的一部分，測試合格的學(xué)生才能進入實驗室，課前檢查具有可操作性，能有效保證學(xué)生課前必須做好實驗準(zhǔn)備。

實驗教學(xué)的目的不僅僅是讓學(xué)生掌握一些儀器操作知識和技能，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的獨立分析能力、思維能力以及創(chuàng)新能力等。在傳統(tǒng)教學(xué)中，由于時間、場地、經(jīng)費等各方面的限制，實驗以驗證性實驗為主，學(xué)生實驗按部就班的進行，整個教學(xué)過程對學(xué)生思維能力、分析能力培養(yǎng)有限，更談不上創(chuàng)新了。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下，學(xué)生對實驗原理、方法、操作步驟的學(xué)習(xí)在課堂之外進行，學(xué)生有較多的學(xué)習(xí)時間，學(xué)習(xí)時需要有自己獨立的思考，達到真正對實驗原理、方法的理解。在課堂教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生進一步對實驗結(jié)果進行討論、分析，更加深了學(xué)生對該實驗的理解。在真正正確地理解基礎(chǔ)之上，鼓勵學(xué)生找出可能的實驗改進措施。在整個實驗教學(xué)過程中，包括課前和課中的，都需要學(xué)生主動的參與其中，真正以學(xué)生為中心，使學(xué)生能力得到培養(yǎng)。

翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式有利于實驗教學(xué)中引進新的實驗教學(xué)工具，如虛擬實驗室。虛擬實驗室的開發(fā)和應(yīng)用，使得實驗課堂教學(xué)不再局限于固定的實驗室中，學(xué)生參與實驗教學(xué)的空間得到擴展。在虛擬實驗室內(nèi)學(xué)生可以反復(fù)多次的進行練習(xí)操作，直到自己滿意為止，實驗操作的時間也不僅限于課堂教學(xué)時間內(nèi)，學(xué)生參與實驗教學(xué)的時間得到延長。學(xué)生在虛擬的實驗環(huán)境中練習(xí)，不會增加實際的實驗藥品和儀器的損耗，降低了實驗教學(xué)成本［9］。

總之，將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于實驗教學(xué)，有利于促進學(xué)生在課前對實驗的準(zhǔn)備，因而減少課堂講解、準(zhǔn)備的時間，將更多的時間用在實驗的真正操作和實驗結(jié)果的分析上，有利于學(xué)生能力的培養(yǎng)［8］。

2.3翻轉(zhuǎn)課堂實驗教學(xué)舉例

在《基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)實驗》中，我們開設(shè)了“群落物種多樣性指數(shù)的測定”實驗項目，該實驗?zāi)康闹饕钦莆找恍┥锒鄻有灾笖?shù)的計算方法。實驗類型設(shè)計為探究性實驗，基本要求是每3～4個同學(xué)一組，每組同學(xué)選擇一個水域，不同組選擇不同水域，然后對水域浮游動物群落進行采樣調(diào)查，根據(jù)調(diào)查結(jié)果計算生物多樣性指數(shù)。根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，課前制作了2個視頻，一個是浮游動物采樣方法，一個是生物多樣性指數(shù)計算方法以及怎樣利用EXCEL軟件對數(shù)據(jù)進行分析、計算，視頻上傳至學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。學(xué)生在課前通過觀看視頻熟悉實驗原理、實驗步驟以及多樣性指數(shù)計算方法。浮游動物樣品的野外采集、固定以及在實驗室內(nèi)的濃縮也都在課前完成。在課內(nèi)，學(xué)生主要完成樣品的分類鑒定、計數(shù)，在物種鑒定時教師可以幫助鑒定，然后學(xué)生根據(jù)所得到的數(shù)據(jù)計算均勻度、辛普森多樣性指數(shù)以及香農(nóng)-威納生物多樣性指數(shù)。隨后根據(jù)不同組的計算結(jié)果，讓學(xué)生討論分析生物多樣性指數(shù)的大小與群落內(nèi)物種數(shù)目多少以及均勻程度有沒有相關(guān)性，具有怎樣的相關(guān)性。通過討論，學(xué)生進一步明確利用生物多樣性指數(shù)來衡量群落復(fù)雜性的意義。

3　翻轉(zhuǎn)課堂實施面臨的困難

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實施，要求實驗教師做更多的準(zhǔn)備工作。課前要求實驗教師充分利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，包括視頻的制作、剪輯、上傳等。翻轉(zhuǎn)課堂的課堂教學(xué)是一個開放式的課堂，翻轉(zhuǎn)課堂的重點是在課堂教學(xué)中教師和學(xué)生之間面對面的交流活動，促進學(xué)生知識的內(nèi)化，這些對實驗教師的專業(yè)素養(yǎng)和對課堂教學(xué)的駕馭能力提出了更高的要求。也就是說實驗教師要比傳統(tǒng)教學(xué)模式付出更多的勞動，如果在教學(xué)考核中這一部分勞動得不到體現(xiàn)，教師就會失去改進教學(xué)的動力。

由于以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)理念在我國影響深遠，教師已經(jīng)習(xí)慣了站在講臺上以權(quán)威自居，學(xué)生也習(xí)慣了依靠教師來解決問題。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中，學(xué)習(xí)則完全以學(xué)生為中心，要求學(xué)生養(yǎng)成良好的自學(xué)能力，獨立完成課前的學(xué)習(xí)。課堂教學(xué)中，主要依靠學(xué)生自己的思考、學(xué)生之間的討論來促進學(xué)生發(fā)現(xiàn)、理解和掌握新知識，教師起著協(xié)助、引導(dǎo)的作用，不是簡單的告訴學(xué)生是什么或為什么。即在課堂內(nèi)外，都要求學(xué)生主動地學(xué)習(xí)、主動地思考，做不到這一點，就不是真正的翻轉(zhuǎn)課堂，教學(xué)效果就得不到真正的提高。教師和學(xué)生對新的學(xué)習(xí)方式、新的角色的適應(yīng)都需要一個過程。

由于實驗類型、目的的不同，翻轉(zhuǎn)課堂的實驗課內(nèi)師生之間、學(xué)生之間交流互動形式也應(yīng)不一致。將翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于生物學(xué)實驗教學(xué)的研究還處在剛起步階段，驗證性實驗、設(shè)計性實驗以及綜合性實驗等不同類型實驗課內(nèi)外教學(xué)活動怎樣設(shè)計，怎樣更有效的實施、更有效的實現(xiàn)以及其教學(xué)效果如何評價有待于進一步研究。

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》中要求“推動信息技術(shù)與高等教育深度融合，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式”，“培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)”，“提高人才培養(yǎng)質(zhì)量”。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式也許可為我國高等教育的實驗教學(xué)改革提供一個新的思路。

［1］ 龔慧，徐超，黃九九.生物專業(yè)本科實驗教學(xué)狀況調(diào)查與分析［J］.高校實驗室工作研究，2014（3）：88-90.

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［4］ 唐文武，吳秀蘭.“翻轉(zhuǎn)課堂”在MOOC中的教學(xué)實踐——以“生物信息學(xué)”課程為例［J］.肇慶學(xué)院學(xué)報，2015，36（2）：63-66.

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［9］ 丁雪梅，張曉君，王鵬，等.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在大學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用［J］.實驗室研究與探索，2015，34（6）：207-212.

On the application of flipped classroom mode in biological experimental teaching

WANG Wei-gen，CUI Ya-dong，OU Chun，LAN Wei

（School of Biology and Food Engineering，F(xiàn)uyang Normal University，F(xiàn)uyang Anhui 236037，China）

Experimental teaching plays an important role in ability training of biological science major student.But due to various reasons，traditional experimental teaching mode can’t keep up with biological discipline development and can’t satisfy students’demand for knowledge and their ability cultivation.Combined with modern information and communication technology，the flipped classroom teaching mode will change this situation.Before and in the class，the flipped classroom teaching mode promotes students’autonomous learning to improve classroom teaching efficiency and better to cultivate students’ability.

biological science；experimental teaching；flipped classroom；ability cultivation

G434

A

1004-4329（2016）03-092-04

10.14096/j.cnki.cn34-1069/n/1004-4329（2016）03-092-04

2016-04-08

國家卓越農(nóng)林人才教育培養(yǎng)計劃項目（教高函［2014］7號）；安徽省高校質(zhì)量工程項目（2013sjjd075）；安徽省高校教研項目（2015jyxm223）；阜陽師范學(xué)院質(zhì)量工程項目（2014sjjd01）資助。

王魏根（1975-），男，碩士，講師，研究方向：動物學(xué)。