基于SPOC 的混合式翻轉課堂實驗教學模式的探索
——以“生物工程基本技術實驗”課程為例

付 明，鄒 娟，向小亮，胡 興，李 俊

（懷化學院生物與食品工程學院，湖南懷化 418008）

0 引言

“互聯(lián)網(wǎng)+ ”、大數(shù)據(jù)、云計算、微傳播等信息技術的迅速發(fā)展及在教學領域的應用，助推了高等院校教學模式、教學方法的創(chuàng)新。在這種背景下，大規(guī)模開放在線課程（MOOC） 應運而生，并成為高等教育課程教學的一個重要模式。然而，無論是在基礎理論還是在實踐技術課程中，MOOC 的教學質量和完成率都不盡人意[1]。如何解決MOOC 教學存在的問題，教育工作者進行了思考并尋求變革，于是小規(guī)模限制性在線課程（SPOC） 被提出來并在大學校園得到應用。SPOC 為MOOC 提供了一種可持續(xù)發(fā)展模式，更重要的是SPOC 讓教師更多地回歸校園，回歸小型在線課堂，成為真正的課程掌控者[2]。SPOC 將傳統(tǒng)的教育及教學原則與圍繞互聯(lián)網(wǎng)和信息技術建立的新教學生態(tài)系統(tǒng)相結合，實現(xiàn)了線上和線下學習的最佳組合，其教學模式已被證明是極其有效的[3]。

“生物工程基本技術實驗”是生物工程專業(yè)的必修課程，是從“生物化學實驗”“微生物學實驗”“分子生物學實驗”“細胞生物學實驗”等課程中整合而來，該課程的獨立開設有利于學生強化對理論知識的理解與運用，有利于學生系統(tǒng)地掌握基本實驗技術，有利于更好地培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和動手能力。筆者長期在地方性本科院校從事“生物工程基本技術實驗”和“生物化學實驗”教學，致力于探索基于SPOC 的線上線下混合式翻轉課堂教學模式，主要的考慮是為了使高校教育回歸育人本位，強化學生的主體地位，培養(yǎng)學生的自主學習能力、獨立思考能力和開拓創(chuàng)新能力，進一步增強課堂教學效果；同時，也為促進高校教育理念和教學模式的創(chuàng)新與變革提供借鑒。

1 傳統(tǒng)實驗教學模式面臨的問題

筆者在多年的教學實踐中，對傳統(tǒng)的實驗教學模式、教學方法駕輕就熟，并取得了一定的教學成績，但同時也感覺到，隨著時代的發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗教學受到了置疑和挑戰(zhàn)，面臨著以下問題。

1.1 不能充分利用教學資源

隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息技術的迅速發(fā)展，網(wǎng)上教學資源、數(shù)字化的教學資源越來越豐富，而且可以通過互聯(lián)網(wǎng)共享教學資源。傳統(tǒng)實驗教學主要有教材、教案、課件、實驗設施設備等教學資源，教學方法一般是課堂講授和指導實驗。講授主要借助黑板、PPT、講義等教學資源來實現(xiàn)，實驗指導由教師現(xiàn)場進行，解答學生的疑難問題，糾正學生的錯誤操作。相對而言，傳統(tǒng)實驗教學對教學資源的占有和使用都有限，不能充分利用線上的教學資源。

1.2 不能有效拓展教學時空

實驗教學要嚴格按照教學計劃開展教學，根據(jù)課程學時和周學時設置教學進度，但在傳統(tǒng)的實驗教學模式中教學時間與實驗空間相對固定，靈活性不足[4]。實驗教學不同于理論教學，在傳統(tǒng)的教學模式下，學生想利用課余時間和碎片化時間進行自學，條件不具備或效果不好。

1.3 不能完全保證教學效果

傳統(tǒng)實驗教學是在相對固定的時間和空間里進行。鑒于上課時間的限制，教師無暇顧及也沒法了解學生對實驗原理的理解和掌握程度；鑒于空間的限制，教師演示時只有前面幾個學生能夠看清楚操作細節(jié)；鑒于課程的統(tǒng)一進度和安排，教師也無法協(xié)調學生接受能力和理解能力的差異，從而出現(xiàn)部分學生對實驗理論理解不透、對實驗技能掌握不牢的局面。傳統(tǒng)實驗教學過于依賴教師課堂上的講授和指導，會限制學生想象力的發(fā)揮，學生對教師提供的解決思路產(chǎn)生先入為主的印象，最后以達到或接近教師提出的要求為目標，很難實現(xiàn)較大的突破和創(chuàng)新[5]。多方面的原因，導致教學效果難以保證。

1.4 不能很好適應學生需求

學生的基礎參差不齊，其理解能力和接受能力也有差異，有些基礎相對較差的學生想先學一步，基礎好的學生希望深學一步，對實驗教學有個性化的需求。傳統(tǒng)實驗教學，以班級或實驗小組為授課對象，通常由數(shù)十人組成，教師對學生的學情分析不夠，整個教學過程是在相對固定的時間與空間里統(tǒng)一推進，需要考慮的是班級和實驗小組整體學習情況，無法照顧到學生的個體情況，不能滿足學生的個性化需求，不能較好地因材施教。

1.5 不能客觀評價學習成效

傳統(tǒng)實驗教學無法全過程地對學生學習和操作情況進行評價，平時成績主要是看實驗報告，容易造成評價的不準確、不客觀。因為即使學生不懂實驗原理、不完成實驗，只要寫好實驗報告就能得高分，使得部分學生投機取巧、抄襲實驗報告，并得到高分。這樣一方面挫傷了部分認真學習學生的積極性；另一方面，教師也無法準確掌握教學成效和學生的學習情況，從而使實驗教學效果大打折扣。

2 基于SPOC 的線上線下混合式翻轉課堂教學模式的設計

基于SPOC 的線上線下混合式翻轉課堂教學模式設計是一個系統(tǒng)工程，包括教學的方方面面，主要從教學內(nèi)容、教學方法、教學過程和考核評價的設計著手。

2.1 教學內(nèi)容設計

建立基于SPOC 的線上線下混合式翻轉課堂實驗教學模式，首先要改革和優(yōu)化教學內(nèi)容。傳統(tǒng)實驗課程體系是以理論課程為核心設置的，即“1 門理論課+ 1 門實驗課”，導致實驗課程門數(shù)多，知識點分散、孤立，實驗環(huán)節(jié)缺乏連貫性、完整性。近年來，圍繞專業(yè)核心內(nèi)容，把握應用型人才培養(yǎng)的內(nèi)涵，對實驗教學內(nèi)容進行了優(yōu)化和整合，將生物工程專業(yè)的實驗體系設置成“生物工程基本技術實驗（一）”“生物工程基本技術實驗（二）”“生物工程綜合實驗”“生物工程設計創(chuàng)新實驗”4 門課程，增強了實驗課程的科學性和系統(tǒng)性?！吧锕こ袒炯夹g實驗”是專業(yè)必修課，在大學二年級開設，150 學時，5 學分。為了配合實驗課程改革，專門編寫了教材《生物工程實驗技術指南——基本技術實驗原理與實踐》。

生物工程專業(yè)的學生需要掌握的基本實驗技術包括離心技術、分光光度技術、層析技術、電泳技術、顯微攝影技術、染色技術、PCR 技術、微生物菌種保藏技術等，按照從易到難、從簡單到復雜、從單項到綜合的原則，設置了34 個遞進式實驗項目，旨在通過系統(tǒng)的實驗教學，使學生循序漸進地掌握基本技術。

生物工程基本技術實驗項目見表1。

2.2 教學方法設計

教學方法設計是線上線下混合式翻轉課堂教學模式設計的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的實驗教學方法主要有講授法、演示法、實驗法等，在實驗課程改革中，在保留原有教學方法的同時，增加了自主學習法、討論法、合作探究法等教學方法。所謂自主學習法，就是把教師對實驗原理、實驗步驟的講授、儀器使用、實驗操作的演示制作成了微視頻，上網(wǎng)供學生線上自主學習。所謂討論法，就是學生線上學習時進行相互討論，或與教師進行交流；線下翻轉課堂教學以學生為主體，主要進行討論、搶答，教師引導、啟發(fā)學生的思維。所謂合作探究法，就是學生合作做實驗，并共同思考探究實驗怎么做、為什么這樣做、哪里有差錯、如何改進等問題，教師巡回指導、檢查。在課程設計中要把這幾種教學方法進行合理配置、有效銜接，以便達到最佳的教學效果。

表1 生物工程基本技術實驗項目

2.3 教學過程設計

近幾年，堅持以學生為主體，在探索構建基于SPOC 的混合式翻轉課堂實驗教學模式時，設計了“線上自主學習、線下動手操作、隨時互動討論、全程考核評價”等“四環(huán)節(jié)”教學過程。①線上自主學習。主要指學生在課前或利用碎片化時間，通過電腦或手機讀講義、看視頻，自主學習，可以相互討論，也可以向教師提問，并完成闖關題、練習題。②線下動手操作。在線上學習的基礎上，課堂上學生按照要求動手做實驗，在這個過程中教師負責指導學生，糾正學生操作上的錯誤；學生也可以在不清楚的時候再次觀看演示視頻，或者向教師請教，完成實驗后學生回去整理實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結果，上傳或者上交實驗報告。③隨時互動討論?；佑懻摼€上線下都可以進行，學生之間可以進行討論，學生與教師之間也可以進行討論交流；討論的內(nèi)容可以是學習和做實驗中的一些思考，也可以是遇到的困惑和問題；課堂上教師負責組織學生討論，引導學生理解實驗原理，了解實驗中的注意事項。④全程考核評價。教師可以通過闖關題、練習題、實驗報告完成情況和討論互動情況綜合考評學生實驗課成績。

2.4 考核評價設計

改革以往實驗成績評定方法，實行線上線下、隨機、零散測試，考核評價貫穿實驗課程的全過程，客觀、公正地評價學生的綜合成績。學生線上“看”課“聽”課時加入闖關題，經(jīng)常進行線上練習、線上測驗，學生在線上線下參加討論、搶答等，實驗過程中學生的具體操作，完成的實驗報告等，都要記錄成績，達到以學代考的目的，培養(yǎng)學生自主學習的良好習慣和學習能力。

3 線上線下混合式翻轉課堂教學模式的特色與效果

很多院校、很多課程都在探索和實施線上線下混合式教學模式，也各具特色、各有所長。線上線下混合式翻轉課堂教學模式，主要是著眼于地方本科院校的實際和生物工程實驗課程的特點，具有以下特色。

3.1 創(chuàng)新教學模式與優(yōu)化教學內(nèi)容相結合

一般來說，構建混合式翻轉課堂，是指教學模式的創(chuàng)新，包括教學方法、教學手段、教學過程等方面的改革與創(chuàng)新。而混合式翻轉課堂教學模式，不僅是教學模式的改革與創(chuàng)新，而且對教學內(nèi)容進行了優(yōu)化、整合和重組，使教學內(nèi)容設計更加連貫系統(tǒng)、更加符合教學規(guī)律、更適合新的教學模式、更利于學生的學習和掌握。

3.2 突出自主學習與加強互動交流相結合

線上線下混合式教學與翻轉課堂，學生能夠充分利用信息化教學資源和手段，可以隨時隨地學習實驗原理、觀看操作視頻，突出了學生的主體地位，能夠激發(fā)學生的學習興趣，提高學生自主學習的能力；同時，又注重互動交流，線上線下、課堂里課堂外，學生可能隨時隨地與同學、教師進行互動交流。

3.3 線上觀察演示與線下動手操作相結合

線上觀察演示，可以讓學生能夠反復觀看教師的操作，直到完全掌握，可以滿足不同理解能力、不同接受能力的學生需求，從而提高了實驗教學效果；與理論課程不同，實驗課程需要學生親自動手做實驗，線下動手操作是實驗課程的重點和特色。實現(xiàn)兩者的結合，就是實現(xiàn)理論到實踐的轉化、從“學”到“做”的轉變，非常契合教學規(guī)律。

3.4 強化教學控制與創(chuàng)新考核評價相結合

線上線下混合式翻轉課堂實驗教學模式，強化了對教學的全程控制，學生是否在線學習、闖關答題怎么樣、學習成效如何，教師可以隨時掌握，有利于教師有針對性地指導和因材施教。同時，對考核評價方式進行了創(chuàng)新，可以全面客觀地反映學生的學習成效，有利于激勵學生認真學習和精確操作。實現(xiàn)兩者的結合，對增加教學效果有積極的意義。

已有研究結果表明，線上線下混合實驗教學模式不僅能夠提高學生對知識的理解和掌握，還能提高自主學習能力、實踐能力和創(chuàng)新能力[6]。近年來，基于SPOC 的線上線下混合式翻轉課堂實驗教學模式在懷化學院生物工程、生物科學、制藥工程、生物制藥、食品質量與安全等專業(yè)的“生物工程基本技術實驗（一）”“生物化學實驗”“微生物學實驗”等課程進行了實踐和應用，取得了顯著成效：一是學生的研究能力得到增強。課程組指導的學生在各級各類刊物上發(fā)表研究性論文30 篇，其中8 篇學生為第一作者（3 篇為CSCD 論文）；課程組指導的學生在國家級和省級學術會議論文評比中榮獲一等獎3 次，二等獎1 次。二是學生的創(chuàng)新能力得到提高。近5 年，課題組指導的學生成功申報了13 項“大學生研究性學習和創(chuàng)新性實驗計劃項目”，其中國家級項目1 項、省級項目3 項；榮獲全國大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽一等獎1 項，“全國大學生生命科學競賽”三等獎2 項，優(yōu)勝獎2 項；在“挑戰(zhàn)杯”競賽中，學生共獲得省級二等獎2 項、三等獎2 項。三是學生的學習成績大幅提升，生物科學專業(yè)的考研升學率每年在學校排名第一。