基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革與探索

張玉明 王彥芳 曲占良 劉秀華 唐婷

摘要：分子生物學(xué)實(shí)驗是高等生物科學(xué)教育中一門重要的實(shí)踐課程，在生命科學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要的支撐作用。然而，該課程具有內(nèi)容廣泛、操作復(fù)雜、概念抽象等特點(diǎn)。如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提升教學(xué)質(zhì)量已成為了分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)的難題。隨著信息技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)的不斷融合，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念應(yīng)運(yùn)而生。本文以河北大學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗課程為試點(diǎn)，嘗試將翻轉(zhuǎn)課堂理念引入教學(xué)過程中，探討其在提升教學(xué)效果中的優(yōu)勢與特點(diǎn)。本研究可為分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革提供新思路。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；教學(xué)；自主學(xué)習(xí)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）38-0260-03

分子生物學(xué)是生命科學(xué)教學(xué)中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，教學(xué)內(nèi)容涉及生物體中核酸和蛋白質(zhì)這兩類生物大分子的功能、形態(tài)結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)系。實(shí)踐教學(xué)是高校教學(xué)工作的重要組成部分，是深化課堂教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生獲取、掌握知識的重要途徑[1]。因此，在分子生物學(xué)教學(xué)中理論與實(shí)驗課程具有同等重要的地位，很多高校生命科學(xué)專業(yè)都單獨(dú)設(shè)立了分子生物學(xué)實(shí)驗課程。

河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院自2000年設(shè)立《分子生物學(xué)實(shí)驗》。多年來，課程依托“河北省級生物實(shí)驗教學(xué)示范中心”，在動物學(xué)國家重點(diǎn)（培育）學(xué)科，河北省生物學(xué)強(qiáng)勢特色學(xué)科，河北省生物學(xué)國家重點(diǎn)培育學(xué)科等資金支持下，教學(xué)內(nèi)容不斷豐富，教學(xué)效果得到顯著提升。然而，近年來生命科學(xué)發(fā)展迅猛，新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)。分子生物學(xué)實(shí)驗是生物類教學(xué)基礎(chǔ)而又前沿的實(shí)踐課程，教學(xué)內(nèi)容和方法必須不斷革新[2，3]。因此，開展教學(xué)改革研究工作十分必要。

一、分子生物學(xué)實(shí)驗教改方法的思路

分子生物學(xué)實(shí)驗的教學(xué)目的是訓(xùn)練學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)、熟練的操作能力、敏銳的觀察力及進(jìn)行科學(xué)研究的創(chuàng)新能力。然而，以往多以驗證性實(shí)驗為主要內(nèi)容的課程安排，學(xué)生對教師和教材依賴性強(qiáng)，教學(xué)方式單一，在激發(fā)學(xué)生實(shí)驗操作的主觀能動性方面存在不足[4]?！胺D(zhuǎn)課堂”（Flipped Classroom或Inverted Classroom）是一種新型教學(xué)理念[5]，該模式創(chuàng)造性地提出一種混合使用技術(shù)和親自動手活動的教學(xué)環(huán)境。在這種教學(xué)模式中，知識傳遞由傳統(tǒng)的教師課堂講授轉(zhuǎn)變成學(xué)生課前提前領(lǐng)會知識點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)自主性、針對性教學(xué)理念[6]。

高校教學(xué)體制改革目的是提高教學(xué)水平，培養(yǎng)出基礎(chǔ)知識扎實(shí)，具有應(yīng)用性和開拓性的創(chuàng)新型人才[7]。作者結(jié)合在分子生物實(shí)驗教學(xué)一線的多年經(jīng)驗，并根據(jù)省屬重點(diǎn)大學(xué)的學(xué)生培養(yǎng)要求，從教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、探索綜合創(chuàng)新性實(shí)驗等方面進(jìn)行了探索與革新。我們嘗試對分子生物學(xué)實(shí)驗進(jìn)行教改，努力將翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念融合到實(shí)踐教學(xué)中。目的是提高教學(xué)質(zhì)量、強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗技能和綜合能力，培養(yǎng)具有獨(dú)立思考和善于解決問題的應(yīng)用型、創(chuàng)新性人才。

二、翻轉(zhuǎn)課堂的起源與特點(diǎn)

翻轉(zhuǎn)課堂最早由教育學(xué)者薩爾曼·汗創(chuàng)造性地提出。目前，該教學(xué)方法和理念日益得到教育工作者的認(rèn)可[8]?；诜D(zhuǎn)課堂理念而成立的非營利性“可汗學(xué)院”網(wǎng)站，引起了教育界的廣泛關(guān)注。在我國，高等院校從2007年開始嘗試將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)理念運(yùn)用到大學(xué)課題中，取得了很好的教改效果[9]。

翻轉(zhuǎn)課堂，通常借助信息技術(shù)手段，結(jié)合不斷涌現(xiàn)的基于信息傳播的教學(xué)環(huán)境（如，微課、慕課等），重新規(guī)劃和組織教學(xué)內(nèi)容的課前、課內(nèi)、課后三個階段。創(chuàng)造性地將知識傳遞、知識內(nèi)化、知識鞏固的顛倒安排，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)中師生角色的翻轉(zhuǎn)。在這種新型的教學(xué)模式中，知識傳遞由傳統(tǒng)的教師課堂教學(xué)提前到課前，學(xué)生從教師提供的學(xué)習(xí)資料中首先接觸和領(lǐng)會知識點(diǎn)。知識內(nèi)化則實(shí)在課堂教學(xué)時間實(shí)現(xiàn)，學(xué)生在教師的輔導(dǎo)和學(xué)習(xí)小組的協(xié)助下展開個性化的討論學(xué)習(xí)。這樣，基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的教學(xué)活動成為了學(xué)生提出問題、解決問題、合作學(xué)習(xí)的過程，教師和學(xué)生之間互動明顯加強(qiáng)，學(xué)生的積極主動性得到激發(fā)。知識鞏固階段是學(xué)生領(lǐng)會知識、總結(jié)歸納的階段，源自教師的知識內(nèi)容順利地滲透到學(xué)生頭腦中，并“生根發(fā)芽”。

因此，翻轉(zhuǎn)課堂開創(chuàng)了全新的教學(xué)模式。在這種新型教學(xué)模式下，教師的角色發(fā)生了逆轉(zhuǎn)：由傳統(tǒng)的知識傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)者和指導(dǎo)者。同時，學(xué)生也從知識的接納者轉(zhuǎn)變成了學(xué)習(xí)的探求者和思考者，教學(xué)效果得到極大提高。

三、翻轉(zhuǎn)課堂模式應(yīng)用于分子生物學(xué)實(shí)驗具體方案

翻轉(zhuǎn)課堂作為新型的教學(xué)理念已經(jīng)受到了廣泛的好評，在微生物學(xué)[10]、生理學(xué)實(shí)驗[11]、大學(xué)應(yīng)用[12]和地理學(xué)[13]等課程已經(jīng)開展教改并取得了顯著的教學(xué)提升效果。然而，分子生物學(xué)實(shí)驗操作目標(biāo)都是核酸、蛋白質(zhì)等“微小、微量”的物質(zhì)，教學(xué)內(nèi)容較為抽象[14]。因此，如何將翻轉(zhuǎn)課堂理念恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用到分子生物學(xué)實(shí)驗這門課程仍需要認(rèn)真探討和研究。我們對翻轉(zhuǎn)課堂理念反復(fù)研究、開展教學(xué)研討，并結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗，提出了基于以下三個步驟的具體方案。

1.建立課程討論網(wǎng)絡(luò)平臺，明確翻轉(zhuǎn)的原則及教學(xué)目的。Blackboard教學(xué)平臺是一種基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化綜合教學(xué)模式，在Blackboard平臺上授課教師可以和學(xué)生進(jìn)行多媒體課件分享、教學(xué)內(nèi)容發(fā)布、數(shù)字化問答交流等[15]。河北大學(xué)教學(xué)處很早就建立了Blackboard網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，數(shù)字化教學(xué)已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可。分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)時，首先由教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上發(fā)布課程的教學(xué)大綱和教學(xué)目的，在課前及時發(fā)布更新教學(xué)課件、視頻以備學(xué)生進(jìn)行課前學(xué)習(xí)。此外，在Blackboard平臺或者利用即時通信軟件建立討論組，組織學(xué)生就課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)的問題進(jìn)行討論，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互動答疑。

2.課前準(zhǔn)備階段。以分子生物學(xué)實(shí)驗課中的“藍(lán)白斑篩選重組子”實(shí)驗為著力點(diǎn)，我們將翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念生動地融入其中，并借助微課教學(xué)方法激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性。首先，教師根據(jù)分子生物學(xué)實(shí)驗的教學(xué)大綱和本次實(shí)驗的具體教學(xué)目的將“藍(lán)白斑篩選重組子”實(shí)驗的重點(diǎn)內(nèi)容分離出來，確定微課的內(nèi)容，完成課件設(shè)計。具體而言，教師課前將藍(lán)白斑篩選重組子的基本原理和操作方法的多媒體課件通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺分享給學(xué)生，并列出任務(wù)單。任務(wù)單就是教學(xué)內(nèi)容的具體體現(xiàn)，是翻轉(zhuǎn)課堂中“問題”的導(dǎo)向[16]。下發(fā)任務(wù)單，可以告知學(xué)生教學(xué)內(nèi)容，有利于幫助學(xué)生領(lǐng)會學(xué)習(xí)目標(biāo)。例如，“藍(lán)白斑篩選重組子”教學(xué)內(nèi)容的難點(diǎn)是兩個對照（陽性對照和陰性對照），將上述內(nèi)容制作為微課課件，并提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗原理。并且，提出“重組子”和“轉(zhuǎn)化子”的概念，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，為后續(xù)的課上教學(xué)內(nèi)容做好鋪墊。

3.課上實(shí)施階段。課前準(zhǔn)備階段是為了讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，課上實(shí)施階段就是在課堂上解決問題。解決問題的方式不拘一格，可以采用學(xué)生提問、教師解答方式，也可以采用小組討論形式[17]。鼓勵學(xué)生參與解決問題，提出和討論問題本身就是學(xué)習(xí)和交流的過程。重點(diǎn)和難點(diǎn)問題可以由教師主動提出，學(xué)生可以自由發(fā)言或者分組辯論。這樣可以突出翻轉(zhuǎn)課堂的理念，強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)地位，課堂討論中就鍛煉了思考問題和解決問題的能力。具體到“藍(lán)白斑篩選重組子”實(shí)驗，即由學(xué)生按照課前所掌握的實(shí)驗原理和技術(shù)路線自行配制藍(lán)白斑篩選試劑、自主進(jìn)行藍(lán)白斑篩選重組子的實(shí)驗。期間，就實(shí)驗的重點(diǎn)和難點(diǎn)及學(xué)生操作中遇到的問題組織課堂討論，通過教師演示和學(xué)生動手操作相合方式開展教學(xué)。等到上述問題解決后，教師可以根據(jù)實(shí)驗進(jìn)程布置新任務(wù)、提出新問題。內(nèi)容可以涉及第一階段未解決的問題，或者還尚未提及的知識點(diǎn)，幫助學(xué)生通過自主思考或者小組討論的方式完成。對于“藍(lán)白斑篩選重組子”實(shí)驗是讓學(xué)生根據(jù)已有知識設(shè)計下一步實(shí)驗操作，提出實(shí)驗中可以改進(jìn)的方法以及需要注意的問題等。在課堂的教學(xué)過程中，教師可以弱化自己，作為“旁觀者”觀察學(xué)生的討論情況?；蛘?，可以轉(zhuǎn)變身份為一名普通學(xué)生，參與討論，平等交流。當(dāng)然，對于重點(diǎn)問題教師必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)募w講解和單獨(dú)輔導(dǎo)?？傊?，課上實(shí)施階段就是學(xué)生主動完成解答問題、發(fā)現(xiàn)知識點(diǎn)的內(nèi)化學(xué)習(xí)過程。

4.課后鞏固階段。根據(jù)實(shí)際教學(xué)進(jìn)展情況，教師根據(jù)對學(xué)生參與的討論問題和關(guān)鍵知識點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。歸納課上實(shí)施階段出現(xiàn)的問題和發(fā)現(xiàn)的新思路、新方法，將完善后的學(xué)習(xí)資源和課件再次發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)平臺，幫助學(xué)生鞏固知識。并且，經(jīng)歸納總結(jié)的前瞻性課堂還可以幫助有特殊需求的同學(xué)進(jìn)行參考，達(dá)到循環(huán)、拓展和拔高的效果。具體到“藍(lán)白斑篩選重組子”實(shí)驗，就是教師將課上學(xué)生總結(jié)的實(shí)驗技術(shù)路線進(jìn)行總結(jié)和升華，將實(shí)驗操作中的重點(diǎn)難點(diǎn)（如感受態(tài)細(xì)胞制作、轉(zhuǎn)化和篩選過程）凝練，再次以微課形式發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)平臺。當(dāng)然，為了將科研知識融入教學(xué)中，也可以將“藍(lán)白斑篩選”應(yīng)用相關(guān)的最新的文獻(xiàn)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)平臺上，供學(xué)生進(jìn)行知識拓展和拔高。

四、翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)的優(yōu)勢

“翻轉(zhuǎn)課堂”的目標(biāo)是將課時為單位的教學(xué)活動和網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的預(yù)習(xí)與總結(jié)深度融合，完成提前預(yù)熱、課堂討論、課后歸納這種“三位一體”的全新教學(xué)模式，促進(jìn)師生互動和生生互動，著力提高教學(xué)效果和質(zhì)量。分子生物學(xué)實(shí)驗具有技能要求高、細(xì)節(jié)繁雜、概念抽象等客觀教學(xué)難點(diǎn)，十分適合開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革。

教學(xué)過程中，根據(jù)實(shí)驗課操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，精心制作微課等多媒體課件。利用動畫、視頻、照片等模式展示教學(xué)內(nèi)容，力求清晰簡明，突出特色。細(xì)節(jié)方面，首先采用近鏡頭錄制并適當(dāng)加入語言描述，強(qiáng)調(diào)教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)，幫助學(xué)生認(rèn)知。視頻時長不宜過長，微課內(nèi)容不多于10分鐘，避免視覺疲勞。然后，將精心制作的微課資源通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺發(fā)布，并為教學(xué)難點(diǎn)設(shè)置過關(guān)任務(wù)，鼓勵學(xué)生自己動手嘗試實(shí)驗內(nèi)容。同時，還要借助網(wǎng)絡(luò)平臺開展在線解答問題、討論實(shí)驗原理等教學(xué)內(nèi)容，借助信息化手段促進(jìn)學(xué)生與教師交流討論。最后，在完成上述工作的基礎(chǔ)上，組織學(xué)生實(shí)施教學(xué)內(nèi)容，自由分組進(jìn)行實(shí)驗操作，并且對照微課內(nèi)容，提出自己的問題，充分參與討論環(huán)節(jié)，加深對實(shí)驗內(nèi)容的理解。最終，通過上述過程，將教師講授、學(xué)生動手的實(shí)驗流程“翻轉(zhuǎn)”，在學(xué)習(xí)課件、實(shí)踐操作和教師指導(dǎo)的過程中實(shí)現(xiàn)知識和技能的傳遞。這個過程就是典型的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和多媒體課件優(yōu)勢，幫助教師向?qū)W生傳授關(guān)鍵知識點(diǎn)，力求提升教學(xué)效果。

分子生物學(xué)實(shí)驗開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革后，教師不再是課堂主導(dǎo)者。當(dāng)然，教師的知識水平依然決定著網(wǎng)絡(luò)平臺的運(yùn)作、課件資源的制作、教學(xué)路線的設(shè)計。所以，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中教師依然是實(shí)質(zhì)性的主體。只是，教師轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)的幕后引領(lǐng)者和設(shè)計者。在這種前所未有的改革中，師資隊伍的培養(yǎng)依然是問題關(guān)鍵。這就要求教師在分子生物學(xué)實(shí)驗的教學(xué)過程中廣泛收集素材、全面評價學(xué)生活動、及時歸納總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，并依據(jù)教學(xué)效果及時調(diào)整、優(yōu)化教學(xué)方案，使翻轉(zhuǎn)課堂能真正讓學(xué)生受益，幫助學(xué)生全面掌握分子生物學(xué)實(shí)驗的教學(xué)內(nèi)容。

五、結(jié)束語

分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)不僅是構(gòu)成高等院校生物教學(xué)的重要組成部分，也是從事生物技術(shù)領(lǐng)域的研究人員必備實(shí)驗技能。傳統(tǒng)的分子生物學(xué)實(shí)驗教學(xué)注重讓學(xué)生學(xué)習(xí)操作步驟，而忽視了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力的培養(yǎng)。將翻轉(zhuǎn)課堂理念融入到教學(xué)之中，可以確保學(xué)生在操作的過程中深入領(lǐng)會實(shí)驗原理，同時開創(chuàng)討論式教學(xué)的創(chuàng)新教學(xué)模式。分子生物學(xué)實(shí)驗課程是生命科學(xué)的基礎(chǔ)，廣大教育工作者必須不斷探索新的教學(xué)方法，勇于革新教學(xué)理念，這樣才能真正提升教學(xué)水平，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的高等教育教學(xué)目標(biāo)。

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