生物技術(shù)專業(yè)生物學(xué)實驗課教學(xué)模式的改革與思考*

馮 毅 譚 茵 戴建威 廣州醫(yī)科大學(xué)廣醫(yī)—廣州生物院聯(lián)合生科院生物學(xué)實驗中心 511436

生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新型生物技術(shù)人才的培養(yǎng)對我國快速發(fā)展的進(jìn)程具有重要的戰(zhàn)略意義，因此需要建設(shè)完善的生物技術(shù)專業(yè)人才隊伍。生物技術(shù)專業(yè)是以培養(yǎng)具備系統(tǒng)的生命科學(xué)的基本理論、基本知識和基本技能，具有創(chuàng)新精神、國際視野，科學(xué)素養(yǎng)和實踐能力的生物技術(shù)人才為目的，打造滿足科研、教學(xué)、研發(fā)生產(chǎn)和診療服務(wù)等多樣化人才培養(yǎng)體系[1]。其中，生物學(xué)實驗課程是培養(yǎng)生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生實踐能力的重要手段，能幫助學(xué)生學(xué)習(xí)實驗原理和內(nèi)容，加深對理論知識的理解，提高其自主學(xué)習(xí)和分析解決問題的能力[2]；同時還能培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和素養(yǎng)，提高其實踐技能，為將來臨床實踐和科研工作打下夯實基礎(chǔ)。然而，生物技術(shù)領(lǐng)域的研究發(fā)展日新月異，單純以教師為中心的傳統(tǒng)線下實驗課程教學(xué)模式無法滿足學(xué)生實踐能力培養(yǎng)及學(xué)習(xí)的需要[3]。因此，本文就“線上+線下”的混合式教學(xué)模式在生物技術(shù)專業(yè)生物學(xué)實驗課程教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 傳統(tǒng)的生物技術(shù)專業(yè)生物學(xué)實驗教學(xué)模式存在的問題

1.1 以教師為中心的實驗教學(xué)模式 生物技術(shù)專業(yè)的生物學(xué)實驗課程內(nèi)容多樣豐富，但是單一的傳統(tǒng)實驗室教學(xué)模式卻難以保證教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的實踐操作掌握程度。具體而言，實驗課前學(xué)生的參與程度低，對實驗內(nèi)容不熟悉，上課時教師采取傳統(tǒng)的授課方式進(jìn)行實驗操作前講解，使得學(xué)生無法充分理解實驗內(nèi)容，在實驗操作中容易混淆犯錯。同時，實驗課后學(xué)生對實驗操作記憶不深刻，實踐技能掌握程度低。這種以教師為中心的教學(xué)模式難以保障實驗課程的教學(xué)質(zhì)量，難以激發(fā)和維持學(xué)生自我學(xué)習(xí)興趣。

1.2 無法開展前沿性或擴(kuò)展性的實驗項目 生物技術(shù)是實踐性極強(qiáng)的專業(yè)，其教學(xué)涵蓋了大量的實驗操作課程。傳統(tǒng)的教學(xué)模式會準(zhǔn)確按照教學(xué)安排定時定點進(jìn)行實驗排課。一般而言，實驗課程的教學(xué)課時和場地有限，因此只有最實用、基礎(chǔ)且安全的實驗內(nèi)容被選擇作為實驗教學(xué)課程。學(xué)生無法系統(tǒng)學(xué)習(xí)課程之外的實驗操作及接觸了解更高級的實驗儀器，例如激光共聚焦顯微鏡和流式細(xì)胞儀等臨床科研工作中常用的儀器。同時，生物學(xué)實驗課程的教學(xué)安排相對較固定。如今生物技術(shù)的快速發(fā)展，前沿性的實踐技能或?qū)嶒瀮?nèi)容難以得到展示，從而造成學(xué)生的知識面相對狹窄。

1.3 實驗課教學(xué)信息資源的利用程度不足 教育信息化建設(shè)是當(dāng)今促進(jìn)教育改革和提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段[4]。如今，越來越多的線上教學(xué)手段正逐漸地被廣泛應(yīng)用到生物學(xué)相關(guān)專業(yè)的理論教學(xué)中，如大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程(Massive open online courses,MOOC)和小規(guī)模限制性在線課程(Small private online course,SPOC)等在線學(xué)習(xí)方式，以及超星、智慧樹、人衛(wèi)慕課、雨課堂、學(xué)堂在線等各種在線教學(xué)平臺。然而，由于實驗課程涉及實踐操作，因此如何提高實驗課教學(xué)信息化程度是值得關(guān)注的重點課題，它將有助于改善生物學(xué)相關(guān)實驗及理論課程的教學(xué)質(zhì)量及深化生物技術(shù)專業(yè)教育改革。

2 生物技術(shù)專業(yè)生物學(xué)實驗課教學(xué)模式的改革

生物技術(shù)專業(yè)生物學(xué)實驗課教學(xué)的改革應(yīng)著重于將單一的傳統(tǒng)實驗室教學(xué)模式進(jìn)行優(yōu)化，充分利用互聯(lián)網(wǎng)與教育相結(jié)合，增加信息化教學(xué)方式的比重，發(fā)展成為“線上+線下”的混合式教學(xué)模式。由于生物學(xué)實驗課程涉及實踐操作，因此采取的線上教學(xué)方式要求能完整清晰地展示實驗內(nèi)容和操作演示。

2.1 虛擬仿真實驗教學(xué)平臺 虛擬仿真實驗平臺是利用信息化技術(shù)，實現(xiàn)對實驗原理內(nèi)容、實驗耗材與儀器、實驗對象、實驗操作以及實驗數(shù)據(jù)結(jié)果的模擬仿真[5]，學(xué)生通過情境代入式的方式模擬實驗操作學(xué)習(xí)。尤其適用于獲取實驗材料難度大、儀器設(shè)備要求高、試劑毒性危害大、操作難度和耗時長的教學(xué)難度大的實驗課程[6]，以及生物技術(shù)相關(guān)學(xué)科的科技前沿實驗內(nèi)容。虛擬仿真實驗教學(xué)為學(xué)生提供了豐富的實驗課程，完整的實驗?zāi)M操作體驗及實驗技術(shù)認(rèn)知的機(jī)會，可有效提高學(xué)生實驗課程的參與程度并激發(fā)其自主學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)造性思維，是良好的生物學(xué)實驗線上教學(xué)手段。但虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的建設(shè)周期較長，需要專業(yè)數(shù)字化技術(shù)團(tuán)隊與相關(guān)學(xué)科團(tuán)隊共同完成搭建，以及系統(tǒng)的管理體系和持續(xù)性的后期維護(hù)。本中心作為廣東省省級生物學(xué)實驗教學(xué)示范中心，承擔(dān)國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心細(xì)胞分子醫(yī)學(xué)模塊的教學(xué)任務(wù)，自主研發(fā)了多項虛擬仿真實驗項目，在傳統(tǒng)線下結(jié)合線上教學(xué)模式改革中取得良好成效[7]。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化實驗操作視頻 標(biāo)準(zhǔn)化實驗操作視頻展示某特定實驗內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)化實驗操作步驟，能全面詳細(xì)地顯示實驗操作過程和細(xì)節(jié)。學(xué)生通過觀看視頻學(xué)習(xí)實驗操作流程，能還原真實的實驗情境，獲得可重復(fù)的實驗指導(dǎo)，能有效幫助學(xué)生掌握實驗內(nèi)容和熟悉實驗操作。同時，標(biāo)準(zhǔn)化實驗操作視頻還能規(guī)范實驗操作手法，在一定程度上可糾正不同實驗教師在同一實驗課教學(xué)中操作示教不統(tǒng)一的問題，有助于師生在實驗操作上具有同質(zhì)性和規(guī)范性，提高學(xué)生的實踐能力[8]。

2.3 微課 微課是以教學(xué)視頻為主要載體，記錄教師在課堂教學(xué)過程中針對某個知識點開展的簡短教學(xué)活動[9]。生物技術(shù)專業(yè)的生物學(xué)有許多前期實驗材料是由教師操作獲得，甚至有部分實驗是直接在課堂展示實驗結(jié)果而略過操作過程，容易造成學(xué)生對實驗整體的理解和掌握困難。因此，可以將前期的實驗過程制作成微課，或?qū)鹘y(tǒng)上課的操作前實驗講解以微課的方式呈現(xiàn)出來，讓學(xué)生在正式上課前能獲得實驗指導(dǎo)，將有助于提高課堂上學(xué)生的實驗效率和教學(xué)質(zhì)量。

3 “線上+線下”的混合式教學(xué)模式

3.1 “線上+線下”混合式教學(xué)模式的積極作用

3.1.1 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)積極性。現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)及個人便攜式電子設(shè)備得到了極大普及，當(dāng)代大學(xué)生更偏向和適應(yīng)使用電子設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)汲取知識?！熬€上+線下”的混合式教學(xué)模式提高了實驗課程教學(xué)的信息化程度，相比單一傳統(tǒng)的實驗教學(xué)形式更新穎，更符合學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)習(xí)慣，因此學(xué)生能快速容易獲得線上教學(xué)資源，在一定程度上有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及提高其學(xué)習(xí)積極性。

3.1.2 提高學(xué)生實驗課程的參與程度。“線上+線下”的混合式教學(xué)模式讓學(xué)生有機(jī)會參與到實驗課程的各個階段。在線下實驗課前，學(xué)生可通過實驗微課線上了解實驗的原理、操作步驟以及實驗前期材料的準(zhǔn)備過程，或通過標(biāo)準(zhǔn)化實驗操作視頻和虛擬仿真實驗平臺熟悉實驗操作流程。學(xué)生在課前對實驗有了一定的認(rèn)識，將有助于提高線下實驗課程的開展，從而獲得更好的教學(xué)效果。線下實驗課后，學(xué)生可以在任何時間回顧和復(fù)習(xí)實驗操作。此外，虛擬仿真實驗平臺還涵蓋提問、學(xué)習(xí)資料上傳、作業(yè)布置及測試等學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，為線下實驗課教學(xué)提供重要補(bǔ)充。學(xué)生通過線上課程學(xué)習(xí)實驗內(nèi)容，既提高線下課堂實驗課的實驗效率，還加深了對理論知識的理解與實踐技能掌握。

3.1.3 不受時間和空間的限制，學(xué)習(xí)前沿技術(shù)。傳統(tǒng)的線下實驗教學(xué)受限于實驗課時、實驗室以及教師資源的限制?！熬€上+線下”的混合式教學(xué)能夠使學(xué)生不受時間和空間的限制進(jìn)行線上學(xué)習(xí)實驗課程，因此學(xué)生可利用碎片化時間反復(fù)進(jìn)行學(xué)習(xí)。讓學(xué)生能重復(fù)斟酌和理解實驗內(nèi)容，提高自主學(xué)習(xí)能力。而且線上教學(xué)能開展一些最新的生物技術(shù)前沿或者教學(xué)難度大的實驗項目，為學(xué)生提供廣泛的知識拓展。線上教學(xué)方式促進(jìn)線下實驗課堂的教學(xué)質(zhì)量，兩者有機(jī)結(jié)合的模式有效發(fā)揮“線上+線下”的教學(xué)優(yōu)勢，相輔相成。

3.2 “線上+線下”混合式教學(xué)模式實施的思考

3.2.1 “線上+線下”混合式教學(xué)模式的實施。在教學(xué)活動中，并不是在傳統(tǒng)教學(xué)活動實施的過程中加入少量教學(xué)視頻或者線上教學(xué)環(huán)節(jié)就認(rèn)為是混合式教學(xué)，“線上+線下”的教學(xué)模式應(yīng)該是互相都占有相當(dāng)比重，且在教學(xué)活動中發(fā)揮各自作用。在生物技術(shù)專業(yè)生物學(xué)實驗課教學(xué)中，不同的實驗可根據(jù)教學(xué)要求進(jìn)行線下或線上的方式安排教學(xué)；或者同一實驗的不同步驟也分別采用線上及線下的方式進(jìn)行。同時，在實施混合式實驗教學(xué)模式時也應(yīng)盡量豐富線上教學(xué)的內(nèi)容與手段，從而達(dá)到“因?qū)嶒炇┙獭钡哪康模岣邔嶒炚n程的教學(xué)效果。

3.2.2 “線上+線下”混合式教學(xué)模式仍需要不斷優(yōu)化。促進(jìn)教學(xué)模式的信息化發(fā)展是深化教育改革和提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段[4]。正如在本次新型冠狀病毒肺炎疫情期間，線上教學(xué)模式發(fā)揮了巨大的作用，許多高校都通過開展完全性的線上授課來保障本科教學(xué)正常實施。借此契機(jī)，高校中線上線下混合式課程的實施也將進(jìn)一步發(fā)展。同時也對教師的信息化教學(xué)能力以及學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力都提出了一定的要求[10]，這是所有實施混合式教學(xué)模式的課程都會遇到的問題。因此，“線上+線下”的教學(xué)模式仍需要不斷探索優(yōu)化，并發(fā)展成為具有各自課程特點的混合式教學(xué)模式。

生物學(xué)實驗課程教學(xué)是培養(yǎng)生物技術(shù)專業(yè)人才的理論水平和操作技能的重要環(huán)節(jié)，其實驗課的教學(xué)模式應(yīng)該隨著科技發(fā)展和社會需求不斷優(yōu)化。“線上+線下”的混合式教學(xué)模式能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高其自主學(xué)習(xí)積極性，有助于提高實驗課程的教學(xué)質(zhì)量。因此，充分認(rèn)識互聯(lián)網(wǎng)與教育結(jié)合的重要性，將傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式發(fā)展成為具有時代特點的教學(xué)模式，將進(jìn)一步推動實驗教學(xué)的信息化建設(shè)和教學(xué)改革。