信息化條件下瓊脂糖凝膠電泳實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

尚金燕，鄒小麗，邵明輝，李 楊

（山東藥品食品職業(yè)學(xué)院 教學(xué)改革研究中心，山東 威海 264200）

瓊脂糖凝膠電泳是用瓊脂糖作支持介質(zhì)，來對核酸進(jìn)行分離分析的一種電泳方法，在核酸研究工作中起著重要作用，廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)理論研究、農(nóng)業(yè)科學(xué)、商檢等許多領(lǐng)域，是生物化學(xué)課程和生物技術(shù)制藥課程中的重要操作實(shí)驗(yàn)[1，2]。

一、傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生預(yù)習(xí)情況不易檢查和控制，教學(xué)模式單一。課前，教師先讓學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)講義。課堂上，教師先講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、步驟和操作注意事項(xiàng)，并進(jìn)行重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)操作演示，然后再由學(xué)生分組，按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。教師講解時間一般為15到20分鐘，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果差，實(shí)驗(yàn)時間短，也沒有時間反復(fù)驗(yàn)證?？己朔绞絾我?，教師僅根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂的表現(xiàn)來對學(xué)生進(jìn)行評價，學(xué)生在課后缺乏與教師的溝通，無法及時總結(jié)實(shí)驗(yàn)中存在的問題，由于需要在規(guī)定的課時內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，即使學(xué)習(xí)認(rèn)真的學(xué)生也得不到很好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這種教學(xué)模式不利于提高實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果，不利于鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生勤于思考的學(xué)習(xí)習(xí)慣，不利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維及培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力[3]。

二、信息化條件下實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，職業(yè)教育信息化已成為培養(yǎng)高素質(zhì)勞動者和技能型人才的重要支撐[4]。借助豐富多樣的信息化教學(xué)資源開展教學(xué)活動，充分利用微課、視頻、虛擬軟件等為枯燥的學(xué)習(xí)過程增添趣味，將枯燥的理論形象化，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[5，6]。

在瓊脂糖凝膠電泳的實(shí)驗(yàn)中，融入信息化教學(xué)手段，借助微課、視頻、PPT、超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺等多媒體網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)為輔助,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)新方法的改革，使教學(xué)內(nèi)容得以形象生動地展示,有效解決了學(xué)生預(yù)習(xí)不充分、傳統(tǒng)教學(xué)示范不易展示的難題，突破了實(shí)驗(yàn)和操作環(huán)節(jié)的時空限制，吸引學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)中來，提高了學(xué)生的動手操作能力，改善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

1.教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

結(jié)合學(xué)院“虛實(shí)結(jié)合，學(xué)訓(xùn)交替”的人才培養(yǎng)模式，利用信息化手段加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，讓學(xué)生帶著興趣和問題學(xué)習(xí)，了解實(shí)驗(yàn)全過程；提高學(xué)生自學(xué)能力，增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識。流程如圖1所示。

圖1 信息化技術(shù)支持的瓊脂糖凝膠電泳實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革流程

整個教學(xué)環(huán)節(jié)劃分情況如下：

（1）課前預(yù)習(xí)

課前教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上傳自學(xué)任務(wù)單，要求學(xué)生觀看教師制作的講解瓊脂糖凝膠電泳原理的微課和實(shí)驗(yàn)操作過程微視頻，觀看結(jié)束后完成預(yù)習(xí)題，教師通過教學(xué)平臺匯總的學(xué)生任務(wù)完成情況數(shù)據(jù)，對學(xué)生的預(yù)習(xí)情況進(jìn)行初步評價。線上學(xué)習(xí)拓展了學(xué)習(xí)的時間與空間，通過課前檢測結(jié)果，了解學(xué)生對本次實(shí)驗(yàn)基本知識點(diǎn)的掌握情況，能夠有效幫助教師制定教學(xué)過程中的重難點(diǎn)，并根據(jù)學(xué)生掌握情況合理分配教學(xué)時間。

（2）課中導(dǎo)學(xué)

第一環(huán)節(jié)：情景導(dǎo)入

教師創(chuàng)設(shè)情景，導(dǎo)入任務(wù)：DNA分子的混合樣品如何實(shí)現(xiàn)分離？任務(wù)提出后，教師引導(dǎo)學(xué)生先以小組討論方式，對DNA的分離進(jìn)行研究和探討。教師可提示學(xué)生考慮蛋白質(zhì)混合樣品的分離手段。本環(huán)節(jié)的目的在于引導(dǎo)學(xué)生自主思考，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力，提高學(xué)習(xí)興趣，自然引入實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

第二環(huán)節(jié)：任務(wù)分析

為順利完成本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，教師引導(dǎo)學(xué)生分析本次實(shí)驗(yàn)，把DNA分離的任務(wù)分解為三個層次：DNA瓊脂糖凝膠電泳的原理，電泳的操作步驟，電泳所需的試劑、設(shè)備和注意事項(xiàng)。使學(xué)生在學(xué)習(xí)中目標(biāo)明確，層層遞進(jìn)，結(jié)合課前預(yù)習(xí)制定下一步的側(cè)重點(diǎn)。

第三環(huán)節(jié)：探究學(xué)習(xí)

虛擬仿真軟件模擬實(shí)驗(yàn)過程：結(jié)合課前微課學(xué)習(xí)，教師講解虛擬仿真軟件的操作方法，講解結(jié)束后，請學(xué)生自主探究、積極操作，教師引導(dǎo)強(qiáng)調(diào)操作過程中的技巧。通過虛擬仿真軟件，學(xué)生強(qiáng)化課前預(yù)習(xí)內(nèi)容，教師演示、指導(dǎo)突破教學(xué)難點(diǎn)，并為實(shí)際操作做好鋪墊。

實(shí)操演練：模擬操作結(jié)束后，學(xué)生即進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)操演練，學(xué)生根據(jù)教師要求分組完成制膠、加樣、電泳、觀察等實(shí)驗(yàn)過程。

第四環(huán)節(jié)：歸納評價

操作完成后展示作品，選取1-2組學(xué)生講述其制作過程，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行初步分析。將各組凝膠圖譜上傳至教學(xué)平臺，請學(xué)生投票選出最佳作品，對各組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評價。最后，教師圍繞電泳的操作進(jìn)行點(diǎn)評。

（3）課后拓展

①平臺交流

課后教師引導(dǎo)學(xué)生在教學(xué)平臺討論電泳過程中的影響因素，如何得到清晰的電泳圖譜？教師線上參與討論。討論后總結(jié)實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)注意的關(guān)鍵點(diǎn)。給學(xué)生布置任務(wù)：認(rèn)識溴化乙錠。讓學(xué)生查閱資料，了解溴化乙錠用于DNA染色的原理，試劑的毒性和使用注意事項(xiàng)，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識。

②開放實(shí)驗(yàn)室

實(shí)驗(yàn)后開放實(shí)驗(yàn)室?guī)椭鷮W(xué)生進(jìn)一步加強(qiáng)練習(xí)，在規(guī)定的時間內(nèi)要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電泳操作，每個學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，都需要在教學(xué)平臺提交清晰的電泳圖譜，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過在實(shí)驗(yàn)室反復(fù)錘煉、鞏固知識，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的專業(yè)素養(yǎng)和工匠精神。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價方式改革

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師對學(xué)生的評價僅限于出勤率、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)過程等，而且考核粗放，考核缺乏公開性、公平性和公正性，無法真實(shí)反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程[7]。信息化背景下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核評價注重于過程評價，注重收集學(xué)生學(xué)習(xí)狀況的數(shù)據(jù)和資料，評價過程中給予學(xué)生多次評價機(jī)會。如有學(xué)生對自己的電泳圖譜不滿意，允許學(xué)生重新去實(shí)驗(yàn)室得到滿意的電泳結(jié)果，重新上傳教學(xué)平臺?？己藰?biāo)準(zhǔn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)調(diào)整，切實(shí)體現(xiàn)依考促學(xué)，建立形成性學(xué)習(xí)評價與考核機(jī)制，達(dá)到促進(jìn)學(xué)生技能提升的目標(biāo)。

三、信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革效果

1.信息化手段的有效運(yùn)用提升了課堂教學(xué)效果

超星教學(xué)平臺等多種信息化手段的運(yùn)用，擴(kuò)大了教學(xué)中的信息容量，提供了科學(xué)、逼真的教學(xué)資源，有效激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高了課堂效率，推動形成了“學(xué)生主體、教師主導(dǎo)”的課堂[8]。學(xué)生積極參與到教學(xué)活動中，教師從教學(xué)轉(zhuǎn)為導(dǎo)學(xué)，學(xué)生從被動地接受知識轉(zhuǎn)為主動地獲取知識，學(xué)生實(shí)驗(yàn)參與度高，學(xué)習(xí)的效率也相應(yīng)提高，每個學(xué)生都掌握了實(shí)驗(yàn)要領(lǐng)，達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)。

表1 瓊脂糖凝膠電泳實(shí)驗(yàn)學(xué)生考核評價表

2.虛擬仿真軟件幫助學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)操作

在學(xué)生實(shí)操前，先操作虛擬仿真軟件，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程，能夠更好地體驗(yàn)技能操作過程的情景性，通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)，能夠使學(xué)生提前了解本節(jié)課所要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，快速熟悉工作場景以及操作步驟，規(guī)范操作方法，增強(qiáng)學(xué)生動手能力和職業(yè)技能[9，10]。同時通過仿真訓(xùn)練，協(xié)助學(xué)生掌握操作流程，縮短動手訓(xùn)練時間，提升訓(xùn)練效果。瓊脂糖凝膠電泳實(shí)驗(yàn)中使用到有毒試劑溴化乙錠，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作中，教師會強(qiáng)調(diào)試劑使用的注意事項(xiàng)，但由于對實(shí)驗(yàn)過程不了解，學(xué)生在操作中會出現(xiàn)忘記帶手套等現(xiàn)象，甚至有的學(xué)生直接不去動手操作。虛擬仿真教學(xué)模式解決了這一問題，通過虛擬操作，學(xué)生熟練了實(shí)驗(yàn)步驟，了解了實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，規(guī)范了實(shí)驗(yàn)操作，避免了實(shí)驗(yàn)過程中的風(fēng)險(xiǎn)。

3.信息化背景下過程性考核促進(jìn)教學(xué)相長

信息化背景下學(xué)生的考核評價有跡可查，教師在教學(xué)平臺上可以輕松獲取學(xué)生出勤、學(xué)習(xí)的一系列數(shù)據(jù)，根據(jù)課前、課中、課后學(xué)習(xí)情況進(jìn)行全面考核。在這種考核方式下，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性顯著提升，積極參與到課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)及課后討論中，同時對于教學(xué)過程中的問題，教師也可以及時與學(xué)生溝通，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，使得教與學(xué)相互促進(jìn)，形成良性循環(huán)[11]。

4.信息化教學(xué)促使教師提升信息化教學(xué)能力

職業(yè)教育信息化的關(guān)鍵在于教師信息化能力的提升。在信息化背景下，教師必須依據(jù)現(xiàn)代教育技術(shù)的理論方法對教學(xué)過程進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，運(yùn)用信息技術(shù)手段和數(shù)字化的教學(xué)資源，組織學(xué)生開展信息化教學(xué)活動，并利用信息化環(huán)境實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動[12]。這就需要教師提升自身信息化能力，主動創(chuàng)新轉(zhuǎn)變教育觀念，推動教學(xué)信息化的進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與課程教學(xué)的融合。

5.開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)磨練學(xué)生技能

開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)彌補(bǔ)了課堂教學(xué)的不足，為學(xué)生提供了一個多動手、多動腦、發(fā)揮潛能的實(shí)驗(yàn)環(huán)境[13]。通過反復(fù)訓(xùn)練達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)，并能滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需要，為主動進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的學(xué)生提供不斷學(xué)習(xí)的機(jī)會與訓(xùn)練場所，使學(xué)生的技能訓(xùn)練系統(tǒng)化、規(guī)范化、常態(tài)化；為學(xué)生贏得更多的技能訓(xùn)練機(jī)會，通過在實(shí)驗(yàn)室反復(fù)錘煉技能，磨礪品性，培養(yǎng)了學(xué)生的工匠精神。為學(xué)生的終生學(xué)習(xí)與發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有效地拓寬了課堂的實(shí)效性。

四、結(jié)束語

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式忽略了學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，難以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，難以滿足高素質(zhì)技能型人才培養(yǎng)的需求。信息化大環(huán)境為實(shí)踐教學(xué)改革提供了幫助與支持，教師應(yīng)當(dāng)科學(xué)使用信息化教學(xué)方式，逐步推進(jìn)信息技術(shù)與課程的有機(jī)整合，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，探索最佳的信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂形式，切實(shí)增強(qiáng)學(xué)生的操作技能與提升課堂效果。