生物化學實驗精品在線開放課程的建設(shè)與研究

沈 劍 敏

(蘭州大學 生命科學學院，蘭州 730000)

0 引 言

隨著計算機技術(shù)、云計算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與相關(guān)教育科技的迅猛發(fā)展，大規(guī)模在線開放式課程(MOOC)應(yīng)運而生，使得知識的傳播突破了時空限制，從面對面的實體形式轉(zhuǎn)變?yōu)檫h程的數(shù)字形式，大幅度提升了知識傳遞的廣度與效率，為傳統(tǒng)教學模式注入了新的活力[1]。以高校學生為受眾主體免費開放的精品視頻公開課屬于MOOC范疇，課程內(nèi)容專業(yè)性強，是一種融入了課程視頻、進階式測試、論壇交流、資料閱讀等內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)公開視頻資源[2]。根據(jù)教育心理學，學習者的注意力只有20 min是高度集中的[3]，故把課程內(nèi)容劃分為若干個知識點，以視覺化效果的微課形式呈現(xiàn)，學生通過碎片式學習方式在智能移動終端收視，這是符合新時期教學規(guī)律的舉措。微課教學視頻是一種原創(chuàng)作品，一部好的系列MOOC就是一部優(yōu)秀的影視作品，濃縮了教學藝術(shù)、認知研究、視頻技術(shù)，是用藝術(shù)的形式把專業(yè)知識再現(xiàn)出來，是知識的再創(chuàng)造[4]。然而，目前精品視頻公開課中理論講授類居多，實驗實訓(xùn)類鳳毛麟角，顯得模式單一，課程類型不夠系統(tǒng)多樣。此外，與理論課相比，實驗類精品MOOC建設(shè)將面臨更多的實際難題，如原理講授與實驗操作的組織設(shè)計、實驗現(xiàn)場拍攝與場景錄制的協(xié)調(diào)、理論知識與實驗結(jié)果的呼應(yīng)、后期制作中先進技術(shù)的駕馭等，很大程度上制約了實驗MOOC的開發(fā)，進而影響其在教育活動中發(fā)揮作用。本文以生物化學實驗精品視頻公開課建設(shè)為例，對制作過程中的核心內(nèi)容開展研究，旨在更加直觀地展示實驗操作、關(guān)鍵步驟、儀器設(shè)備使用等元素，經(jīng)過二度消化、三度轉(zhuǎn)換后，融合到視頻之中，大幅度提升在線實驗課程的視覺展示效果及互動亮點的表達,提升實驗類MOOC的教學效果。

1 實驗精品在線開放課程的現(xiàn)狀及問題分析

實驗精品視頻公開課對教學最直接的幫助是學生可以反復(fù)回放觀看操作細節(jié)和操作要點，有的可以微距觀看，尤其對儀器設(shè)備的介紹從課本平面圖例的抽象概念轉(zhuǎn)換成了三維視頻的實物認識，對于語言和文字不易表達的知識點能夠生動形象地呈現(xiàn)，是指導(dǎo)學生規(guī)范化操作的好途徑[5]。如此先進的教學手段，應(yīng)該積極地引入到教學活動中。然而，作者在地毯式搜查了一遍國內(nèi)最主要的視頻公開課網(wǎng)站后，發(fā)現(xiàn)實驗實訓(xùn)類視頻遠遠不如理論課多，有的實驗課視頻只是微課的簡單堆砌，顯得零散，缺乏個性化體系。分析一下原因，主要由以下幾點：① 所有學科都有理論講授形式，但是，實驗課多在理工科，其他學科較少，所以會有數(shù)量上的不平衡；加之，各高校間的實驗課程設(shè)置不同，有些實驗課的通用性不如理論課。② 長期以來受重科研、輕教學觀念的影響，高校教師寧愿把時間和精力投入科研當中，也不愿去拍攝教學視頻，尤其是實驗課視頻。因為實驗MOOC建設(shè)過程相對繁瑣，比如實驗課必須先寫好腳本才能拍攝，不像理論課有講稿或課件就可以錄制了。③ 實驗課視頻更多地需要拍攝操作過程，而拍攝實驗的變數(shù)非常大，在沒有到具體操作的時候，單純看腳本文字確定拍攝方式和機位等問題是很難考慮周全的；如果實驗不成功，或結(jié)果不理想，還要查找原因，解決問題后需要補拍或重拍，有時甚至反復(fù)多次拍攝，不像理論課，往攝像機前一站一講即可。④ 實驗視頻是全方位展示標準化操作，而實際情況與標準規(guī)范之間或多或少存在著差距，常常會受到教師長期形成的操作習慣、環(huán)境條件、試劑器材、設(shè)備狀況等因素的制約，只有當各個環(huán)節(jié)同時達到最佳狀態(tài)才能拍出滿意的效果。⑤ 后期制作難度大，要求的技術(shù)復(fù)雜，制作費用高，有時為了更清楚地展示一個操作細節(jié)，需要將錄屏、錄像、動畫、特效等技術(shù)結(jié)合使用，而制作團隊往往不懂專業(yè)實驗技術(shù)，教師與制作團隊的磨合時間也會變長，比理論課的制作周期要長。綜上所述，實驗精品視頻公開課的建設(shè)存在困難多，要投入的時間多精力大。

2 打造實驗精品在線開放課程的策略

2.1 激發(fā)教師建設(shè)的積極性

實驗MOOC資源建設(shè)是一項費時費力的工作，學校應(yīng)該加大獎勵力度，建立激勵機制。引導(dǎo)實驗教學人員高度重視實驗在人才培養(yǎng)中的地位和重要性，名師們先進的教育教學理念、豐富的實踐經(jīng)驗、高超的實驗操作技能、正能量的人格魅力在實驗課程資源傳播中潛移默化地感染更多的受眾，真正實現(xiàn)優(yōu)秀教師資源的共享[6]。此外，職能部門要創(chuàng)造條件，積極培育實驗類精品在線開放課程，選派課程負責人及團隊成員參加校內(nèi)外教學觀摩、教學交流、教學研討、專題培訓(xùn)，開展實驗課程建設(shè)主題報告，參加進修學習或交流推廣課程建設(shè)成果；教師還可以在學生中發(fā)動志愿者，充分利用學生資源，協(xié)助查閱資料，準備實驗道具，做預(yù)備實驗等，減輕自身負擔。

2.2 做好課程建設(shè)的準備工作

(1)準確定位建設(shè)目標。建設(shè)之初有3個層次的定位要把握好，① 要清楚微課、MOOC、在線精品課程3者的內(nèi)涵及其相互關(guān)系，準確定位建設(shè)目標。微課是以短小精悍的視頻形式闡述某一領(lǐng)域或?qū)I(yè)的某一個知識點[7]；MOOC是針對大規(guī)模在線用戶的課程，一般為公共基礎(chǔ)課，其主要特點是受眾面廣；而在線精品課程則是面向全國或省內(nèi)各高校相關(guān)專業(yè)的學生，屬于MOOC范疇，但專業(yè)性更強，以微課為單元組成的課程體系。② 依據(jù)教學大綱、方案，準確定位擬建課程在整個教學體系中的地位，處理好與先修課、后續(xù)相關(guān)課程之間的邏輯關(guān)系和內(nèi)容銜接，避免知識點的遺漏和重復(fù)，突出本課程的重點和難點。比如，開設(shè)電泳實驗時，SDS-PAGE留給分子生物學實驗在Western-blotting中教授，生化實驗選做薄膜電泳[8]。③ 上各大網(wǎng)站搜查與本課程相關(guān)的視頻資料，做好市場需求分析，查缺補漏，梳理自己的特色，定位好重技術(shù)、基礎(chǔ)，還是求全面。

(2)組建建設(shè)團隊。實驗精品在線開放課程視頻的設(shè)計和制作往往需要教學團隊和技術(shù)團隊相互協(xié)作才能圓滿完成。需要簽署學校、教學團隊和視頻制作團隊3方協(xié)議，各司其職，相互配合，明確各方的責、權(quán)、利。學校負責制度保障和經(jīng)費支持。教學團隊的授課教師主要負責實驗教學視頻內(nèi)容的設(shè)計，規(guī)劃好實驗順序，根據(jù)每個實驗項目的目的與要求拆分知識點，架構(gòu)知識體系，確定呈現(xiàn)風格，制定教學策略。準備好各種輔助資料、素材，包括教學大綱、方案、教材、課件、文獻資料、測試題等。此外，還要事先做好拍攝前的各項實驗準備，包括配制試劑、準備實驗材料、調(diào)試儀器設(shè)備、提前做好預(yù)備實驗等。制作團隊為MOOC教學視頻建設(shè)提供技術(shù)支持和服務(wù)，主要負責做好場景編劇準備、現(xiàn)場拍攝、多媒體制作、圖形設(shè)計、數(shù)字媒體制作、創(chuàng)意設(shè)計，與教學團隊探討腳本編寫等[9]。此外，制作方要提前考察實驗室，選擇適宜拍攝的場地、臺面，檢查光線，儀器擺放位置等，環(huán)境要安靜無打擾。正式拍攝前還應(yīng)做好設(shè)備安裝調(diào)試工作，如補光燈、攝像機位，保證成像清晰、穩(wěn)定。教學團隊和視頻制作團隊在MOOC設(shè)計、拍攝和制作等階段相互溝通，相互配合，嚴格按照MOOC教學視頻開發(fā)的項目執(zhí)行計劃，保證MOOC教學視頻建設(shè)圓滿完成。

(3)撰寫拍攝腳本、提綱和講稿。拍攝實驗視頻的前期準備中，腳本、提綱和講稿的寫作是重要的環(huán)節(jié)，需要教學團隊和視頻制作團隊通力合作，一起分析MOOC課程的基本設(shè)計特點和要求，觀摩優(yōu)秀課例，合理安排各個實驗項目的知識點和呈現(xiàn)順序，劃分好拍攝場景，比如錄播室拍攝實驗原理、結(jié)果處理、注意事項等的講解，實驗室拍攝操作演示畫面、試劑器材、儀器設(shè)備等。腳本中編排的每一個鏡頭對應(yīng)每一步操作或每一個器材畫面，都有詳細的文字描述，包括實驗流程和需要的器材等。需要提前規(guī)劃好哪些鏡頭有人出鏡，哪些操作需要特寫，哪些細節(jié)要微距拍攝。腳本中還要注明哪些地方要插入動畫、分子結(jié)構(gòu)式、反應(yīng)方程式、操作流程、圖表、字幕等，或畫個草圖便于制作方理解。最后，每個實驗要編5～8道思考題，最好是選擇題，并且附答案，作為進階式在線測試題。

(4)做好實驗準備。為了把最好的一面展現(xiàn)在精品課程的視頻當中，實驗用到的物品要新、潔凈、規(guī)范，提前擦拭干凈所有儀器、器材，有條件的最好用新設(shè)備，平時學生已經(jīng)用舊的、臟的、腐蝕過的統(tǒng)統(tǒng)不能上鏡。實驗材料力求豐富多樣，例如，在生物化學實驗中選用了食用油、雞蛋、魚、動物肝臟、豆芽、牛奶、馬鈴薯、唾液、人血清、淀粉等，分別用于定性、定量分析生物大分子。

2.3 設(shè)計視頻內(nèi)容

(1)教學內(nèi)容設(shè)計。在線開放實驗課程的教學內(nèi)容是判斷其質(zhì)量的關(guān)鍵所在[10]。① 教學視頻是在線開放實驗課程學習內(nèi)容的傳遞形式，要根據(jù)建設(shè)定位選擇擬拍攝的實驗項目。例如生物化學實驗課程性質(zhì)屬于專業(yè)大類課，是大學二年級學生的一門重要基礎(chǔ)課，在訓(xùn)練學生的基本技能、培養(yǎng)動手能力和創(chuàng)新能力等方面起著重要的作用[11]。所以，確立的建設(shè)目標是重視基礎(chǔ)的同時力求全面。共拍攝了27個實驗，內(nèi)容囊括了糖、脂肪、氨基酸、蛋白質(zhì)、酶、核酸、維生素、激素8大類生命物質(zhì)的定性、定量研究，從基礎(chǔ)驗證性、綜合提高型、到創(chuàng)新研究型實驗，知識成體系且全面；研究方法涉及滴定、分光光度比色、離心、層析、電泳、高效液相色譜等，力求滿足不同層次大學生的需求。② MOOC是以知識點為基礎(chǔ)組織教學內(nèi)容的，而每一個實驗項目都有其內(nèi)涵、因果、邏輯關(guān)系，如果只是為了迎合MOOC形式，任意切割實驗流程，勢必造成實驗技術(shù)、實驗操作與現(xiàn)象結(jié)果等的不完整呈現(xiàn)，無法陳述清楚知識點的內(nèi)容。所以，這就需要對傳統(tǒng)實驗項目進行整體教學設(shè)計、課程創(chuàng)意、合理安排。拆解原實驗項目知識點，凝練出核心知識點，將實驗教學內(nèi)容按照一定主題和內(nèi)在聯(lián)系進行深加工，重新創(chuàng)意、設(shè)計、架構(gòu)實驗項目，做到詳略得當，主次分明[12]。

(2)教學方法設(shè)計。優(yōu)秀的教學設(shè)計是教學獲得成功的前提。首先，要按本課程教學大綱制定的教學目的要求為準則，按照學生的特點設(shè)計教學，符合認知規(guī)律，循序漸進。合理規(guī)劃所開設(shè)實驗內(nèi)容的順序，既要符合邏輯，又要井然有序，注意知識的銜接。其次，腳本與提綱是視頻制作的依據(jù)，內(nèi)容與形式都應(yīng)立足激發(fā)學生的興趣，不要拘泥于教師講授與操作演示層面，要豐富知識的呈現(xiàn)形式，使學生在興趣中完成知識探索過程[13]。最后，根據(jù)不同的實驗，采用不同的教學方法，選擇由問題為切入點引出實驗內(nèi)容，還是以故事或常識作為鋪墊導(dǎo)入知識點，或是采取平鋪直敘的方式都要提前設(shè)計好。例如，介紹蛋白質(zhì)含量測定時，先引入社會熱點話題“三聚氰胺奶粉事件”，再說明“凱氏定氮法測定蛋白質(zhì)含量”方法存在的漏洞，以及如何被鉆空子的，再逐一展開諸多蛋白質(zhì)測定方法的優(yōu)缺點和適用范圍的講解，以及實際操作；以農(nóng)殘、藥殘對食品存在安全隱患為話題，引入如何利用高效液相色譜技術(shù)檢測市售養(yǎng)殖魚中殘留雌激素含量；在講解血清蛋白醋酸纖維素薄膜電泳時，先簡要介紹200多年的電泳研究史，讓微課具有“史詩般”的“生物化學實驗紀錄片”之感 ，又不同于一般紀錄片，同時串起實驗視頻和問題鏈；在講到“2,6-二氯酚靛酚法測定維生素C含量”時，采用先介紹15世紀哥倫布航海途中偶然發(fā)現(xiàn)海島上的野果可以治愈壞血病，到科學家發(fā)現(xiàn)抗壞血酸，并命名為維生素C，并成就了多位科學家獲得了諾貝爾生理學獎和化學獎的史實資料，自然地過渡到測定維生素C的意義、方法上，極大地提高了教學內(nèi)容的趣味性和實驗視頻的觀賞性。

(3)視頻風格設(shè)計。面對龐雜的實驗內(nèi)容，以實驗項目為單位，把教學視頻設(shè)計成模塊形式，每一個實驗項目再作二級模塊化分割，子模塊分別對應(yīng)實驗?zāi)康暮鸵?、實驗原理、實驗操作、結(jié)果處理、注意事項、測試題，力求做到每一模塊主題明確、短小精悍、形式豐富、相互關(guān)聯(lián)，突出實驗教學的重點、難點和要點，串聯(lián)起來就是結(jié)構(gòu)化的知識體系。此外，實驗視頻畢竟是以演示動手操作為主的，為了幫助大學生更好地掌握實驗技能，需要采用針對性的視頻呈現(xiàn)手段，讓學生能夠看得明白，比如借助三維動畫、特效等多媒體工具，提高學以致用的教學效果，真正回歸到精品課程的微課創(chuàng)作要服務(wù)于完善認知結(jié)構(gòu)的主題上來[14]。

3 精心制作實驗精品在線開放課程視頻

3.1 認真拍攝視頻素材

拍攝分兩部分進行:① 在實驗室里逐個實驗地拍攝儀器設(shè)備、實驗材料、操作過程、操作正誤對照等素材。其中，藥品、試劑、實驗材料、玻璃儀器、雜品等需要用照相機拍攝，拍清楚標簽上的品名、規(guī)格、型號、濃度，以及顏色、狀態(tài)等細節(jié)；實驗操作過程拍攝最好是連續(xù)的視頻鏡頭，一些重要的環(huán)節(jié)需要推近到微距拍攝，例如儀器的操作面板、數(shù)字顯示等；像高效液相色譜儀之類的精密儀器的軟件操作部分，最好采取屏幕錄像，使操作路徑更加清晰、穩(wěn)定。② 進錄音棚錄制實驗原理、操作流程、注意事項、結(jié)果處理等的講解，后期制作時有的處理成畫外音，有的直接呈現(xiàn)。這樣，拍攝動手操作時可以專注于實驗，拍攝講解時能很好地組織語言，并保證錄制的音質(zhì)。教師出鏡時要注意幾個問題：① 語言精練、語速適中、語句流暢、情緒飽滿、表情自然；② 充分利用手勢、表情等肢體語言，但不可大幅度變換身體的姿勢，通過控制節(jié)奏和音量突出重點、難點和要點；③ 所有實驗操作過程務(wù)必規(guī)范、科學、合理；④ 注意儀表儀容，實驗室里穿白大褂，錄音棚里穿正裝，顏色中間色為佳，盡可能拍出大學教師的氣場、風采和水平[15]。

3.2 重視視頻的后期制作

后期制作是對前期拍攝的素材進行二度創(chuàng)作，如圖像的空域變換、增強、分割等組織處理，調(diào)整圖像大小、色彩，摳圖、修圖等；進行視頻編輯、音視頻互轉(zhuǎn)、音視頻裁剪剪輯，操作現(xiàn)場錄制的如研磨、攪拌、儀器發(fā)出的聲音最好合成進去，給觀看者一種身臨其境之感；添加字幕、三維動畫、背景音樂等素材；制作視頻封面、視頻格式的轉(zhuǎn)化等[16]。盡可能文字圖形化、圖形數(shù)字化。采用動畫和模擬仿真要求動作、色彩、形態(tài)要逼真。高超的技術(shù)手段可以為內(nèi)容視覺化錦上添花，利用技巧對視頻進行必要的包裝和美化，賦予實驗內(nèi)容以精美的藝術(shù)形式，可大大提升感染力和觀賞性。

3.3 嚴格把控質(zhì)量驗收關(guān)

視頻制作完畢，依據(jù)MOOC建課驗收標準和質(zhì)量評價流程，召集相關(guān)專家對教學視頻最終產(chǎn)品的質(zhì)量進行鑒定，包括實驗課程內(nèi)容的先進性、科學性、可視性和視頻制作技術(shù)的創(chuàng)意形式、藝術(shù)性、清晰度、流暢度兩個方面，驗收通過方可上線。

4 結(jié) 語

將信息化技術(shù)與實驗教學相融合，激發(fā)教師建設(shè)實驗精品在線開放課程的積極性，準確定位建設(shè)目標，通過教學團隊和視頻制作團隊的齊心合作，努力設(shè)計好教學內(nèi)容、教學方法、視頻風格，精心打造實驗精品在線開放課程，為在校大學生提供優(yōu)質(zhì)實驗MOOC資源。線上學生可以利用互聯(lián)網(wǎng)初步學習實驗原理和實驗流程，線下把精力放在實驗操作的重點、難點上，這種混合式教學模式有助于鞏固知識、解決疑難，實現(xiàn)個性化和差異化學習。