提高實驗課教學(xué)效果的思考與實踐
——以“生物工程下游技術(shù)實驗”課程為例

趙秋伶，史雅靜

(遼寧科技學(xué)院 生物醫(yī)藥與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 本溪 117004)

實驗是研究自然科學(xué)的一種重要方法，在科技發(fā)展的道路上，任何一項成果的取得都離不開科學(xué)實驗。能夠獨立的設(shè)計實驗并完成實驗項目是一名合格大學(xué)生必備的基本技能〔1〕。雙一流重點高校通過實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和基本科研素養(yǎng)；普通本科高校通過實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和實踐應(yīng)用能力〔2-3〕。實驗課教學(xué)質(zhì)量從一個方面直接反映了高校的人才培養(yǎng)質(zhì)量，提高實驗課教學(xué)質(zhì)量、取得預(yù)期的實際效果，是當前高校教學(xué)改革的重要內(nèi)容。

實驗是對自然規(guī)律的直觀認識，上好實驗課不僅幫助理解和消化課堂所學(xué)理論知識，而且能夠提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、實踐能力和創(chuàng)新意識〔4〕。然而受實驗室條件、教師水平和學(xué)生能力的限制，受傳統(tǒng)教育體制、觀念和評價機制的束縛，實驗課的教學(xué)效果一直不理想。從提高實驗課教學(xué)效果考慮，對“生物工程下游技術(shù)實驗”進行課程改革。

1 實驗教學(xué)中存在的問題

1.1 實驗類型單一，與培養(yǎng)應(yīng)用技能型人才脫節(jié)

教育部2015年出臺“引導(dǎo)地方本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變”的文件，按照文件內(nèi)涵地方本科高校應(yīng)以培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用技能型人才為目標。實驗教學(xué)是理論聯(lián)系實際、提高實踐能力的重要手段，也是培養(yǎng)應(yīng)用技能型人才的必要途徑〔5〕。然而傳統(tǒng)的實驗教學(xué)以驗證型實驗為主，學(xué)生在固定的時間和地點，按照教師指定的實驗程序，利用教師調(diào)配好的儀器設(shè)備和實驗試劑、遵循教師提供的方法和用量，按部就班的完成實驗。學(xué)生雖然可以學(xué)習(xí)基本的實驗方法和操作技能，但這種教學(xué)過程，方式單一，缺少探索性和挑戰(zhàn)性，學(xué)生興趣不高。這種實驗教學(xué)體系，難以有效支撐學(xué)生的職業(yè)發(fā)展需要。

1.2 學(xué)時不足，課程目標難以達成

為適應(yīng)國家社會經(jīng)濟發(fā)展需要、全面落實立德樹人根本任務(wù)、提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，高校每4年修訂1次人才培養(yǎng)方案。因為知識的更新迭代不斷加速，每次修訂培養(yǎng)方案，課程設(shè)置都有較大改動，開課數(shù)量一直在增加，單門課程學(xué)時被不斷壓縮〔6〕。目前我校生物技術(shù)專業(yè)“生物工程下游技術(shù)實驗”課程24學(xué)時，最多安排6個實驗，能鍛煉的實驗操作有限，無法安排高階實驗項目，學(xué)生的綜合能力得不到全面提升，課程目標難以全部達成。課時是保證理想教學(xué)質(zhì)量的前提，對于培養(yǎng)應(yīng)用技能型人才來說，我校的“生物工程下游技術(shù)”實驗學(xué)時比較不足。有限的學(xué)時數(shù)，無法凸顯實驗教學(xué)的作用，使實驗教學(xué)流于形式，效果不理想。

1.3 分組實驗，實驗參與度降低

學(xué)生實驗的傳統(tǒng)形式是3-5人一組，學(xué)生們互相協(xié)助與配合、監(jiān)督與指導(dǎo)，共同完成一組實驗，既鍛煉了團隊合作能力，又達到共同進步的目的。但實際上，多人組實驗，課堂效果難以實現(xiàn)。很多小組在合作中，分工不明確，不知道自己該干什么。學(xué)習(xí)基礎(chǔ)好、動手能力強的同學(xué)，往往主動出位，包攬了大部分實驗操作；動手能力差、對實驗興趣不高的同學(xué)，主動退縮，成了旁觀者或局外人。因此實驗課堂上，總是看見有的組里，只有一個或兩個同學(xué)在做實驗，他們又要實驗，又要記錄，忙得不亦樂乎。而其余組員則無事可干，于是就開開小差，玩下手機，做做其他事情。這些無所事事成員，因為沒有投入到分組實驗中去，一整節(jié)課下來不知道做了什么，為什么這樣做，毫無收獲?？傊嗳私M實驗，難以讓每個同學(xué)百分之百積極地動手操作，部分學(xué)生參與度低，影響了實驗課的教學(xué)效果。

1.4 學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)效率低

我校為省屬本科高校，生物技術(shù)專業(yè)學(xué)生的高考錄取分數(shù)接近公辦本科錄取的最低分，總體來講學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)比較薄弱，與之相伴的是學(xué)習(xí)態(tài)度不端正、學(xué)習(xí)方法不對頭、自主學(xué)習(xí)能力差、接受新知識慢等客觀因素。部分學(xué)生對學(xué)習(xí)沒興趣，做實驗注意力不集中，過分依賴小組內(nèi)主導(dǎo)性強的同學(xué)，懶于思考和判斷、觀察和質(zhì)疑，思維能力發(fā)展緩慢。另外大部分學(xué)生沒有明確的學(xué)習(xí)目的，預(yù)習(xí)很敷衍，做實驗也只是為了應(yīng)付老師、完成任務(wù)，部分同學(xué)不能獨立完成實驗報告、抄襲現(xiàn)象嚴重。預(yù)習(xí)、做實驗、撰寫實驗報告都是實驗教學(xué)必不可少的重要環(huán)節(jié)。預(yù)習(xí)不充分，實驗帶有盲目性，實驗過程慌亂，無法沉下心來觀察實驗現(xiàn)象，也來不及思考相關(guān)問題；實驗過程應(yīng)付，依賴組內(nèi)同學(xué)，自己收獲甚微；實驗報告抄襲，扼殺了學(xué)生的分析問題的能力及辯證思維能力，導(dǎo)致實驗課教學(xué)效果很差。

2 提高“生物工程下游技術(shù)實驗”課程效果的改革措施

2.1 部分教學(xué)任務(wù)轉(zhuǎn)至課堂外，革除課堂和課時的局限

針對學(xué)時少，培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)型人才的目標難以達成的現(xiàn)實，我們改變教學(xué)形式，爭取課堂外時間，合理進行教學(xué)設(shè)計。課堂24學(xué)時全部留給做實驗，理論與實踐講解，預(yù)習(xí)與預(yù)習(xí)考核，學(xué)生提問與教師答疑，實驗報告，總結(jié)研討，實驗結(jié)項考核等課程環(huán)節(jié)全部分散至課堂外。本課程以實驗課堂為核心，將教學(xué)任務(wù)貫穿于課堂內(nèi)外，改變了課時少，課程質(zhì)量低的局面，保證了學(xué)生綜合能力的提高。

2.2 構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)資源的線上線下混合式教學(xué)模式

(1)網(wǎng)絡(luò)平臺課程建設(shè)。在學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進行“生物工程下游技術(shù)實驗”課程建設(shè)，課程分為4大教學(xué)模塊。首先是基本信息模塊，包括課程信息、課程大綱、教學(xué)日歷和教師信息，學(xué)生能了解課程的教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容、課時安排、教學(xué)重點和難點、參考書目及課程考核要求、任課教師的簡介和聯(lián)系方式等信息。單元學(xué)習(xí)模塊有6個實驗項目的視頻講授，內(nèi)容為實驗?zāi)康摹⒃?、儀器和試劑、實驗方法與步驟等。涉及相關(guān)專業(yè)知識，典型實驗方法及常規(guī)實驗操作，實驗項目的設(shè)計方法、儀器的使用規(guī)則及注意事項、實驗安全問題等，也都有專題講解。課程資源模塊有每個實驗項目的電子文檔、PPT課件、flash動畫和試題試卷庫。除了試題和試卷庫，都面對學(xué)生開放，學(xué)生可隨時上網(wǎng)學(xué)習(xí)。根據(jù)單元學(xué)習(xí)和課程資源兩模塊的材料，要求學(xué)生自行預(yù)習(xí)，必要時查閱其他相關(guān)資料，預(yù)習(xí)后必須明確實驗的目的和要求，理解實驗的原理和方法，了解儀器原理和使用，在此基礎(chǔ)上寫好預(yù)習(xí)報告。預(yù)習(xí)工作做的好，后面做實驗事半功倍。課程資源模塊發(fā)布拓展閱讀，主要介紹與實驗項目相關(guān)的文獻資料、生活中實用的生物技術(shù)、中外生物學(xué)家的偉大成就等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課程活動模塊細分為課程作業(yè)、答疑討論、在線測試、課程問卷、常見問題等。教師在此區(qū)發(fā)布作業(yè)、預(yù)習(xí)測驗、項目總結(jié)測驗，學(xué)生必須在規(guī)定時間內(nèi)完成作業(yè)和測驗，系統(tǒng)會自動統(tǒng)計出成績；教師不定時上傳實驗過程中的實際問題，供學(xué)生在線案例交流；學(xué)生反饋實驗心得，大家相互交流；學(xué)生有問題咨詢教師及教師答疑都設(shè)置成公開狀態(tài)，供所有學(xué)生查看。

(2)線上線下混合式教學(xué)模式。尊重教學(xué)規(guī)律，學(xué)習(xí)是不斷積累并逐步深入的過程。我們將優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)平臺教學(xué)資源和課堂實驗教學(xué)的優(yōu)勢有機結(jié)合，實現(xiàn)“線上+線下”混合式的教學(xué)模式，使學(xué)習(xí)空間擴大、學(xué)習(xí)時間延長、學(xué)習(xí)內(nèi)容加深，把學(xué)生的實驗課由淺到深地引向深度學(xué)習(xí)。具體做法是：學(xué)生先根據(jù)課程資源模塊的實驗指導(dǎo)書及電子課件等資源優(yōu)先熟悉實驗內(nèi)容，然后聽單元學(xué)習(xí)模塊下的視頻課，視頻課除了深入介紹實驗原理、方法、步驟等，還專題介紹相關(guān)的實驗方法、實驗操作等，在視頻課中設(shè)置相關(guān)思考題，要求學(xué)生完成，有些思考題需要查閱其他文獻資料再回答。學(xué)生回答的思考題通過教師檢查后，允許查看答案。學(xué)生需寫好預(yù)習(xí)報告，對實驗有較全面了解。學(xué)生預(yù)習(xí)情況通過預(yù)習(xí)測驗來考核，合格者才能進入實驗室做實驗。實驗過程中，學(xué)生要嚴謹科學(xué)地做實驗、仔細觀察實驗現(xiàn)象，正確記錄實驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)，實驗過程中要勤于思考、勇于質(zhì)疑，想不明白的問題，教師隨時解答，課前和課后，學(xué)生可以把積攢的問題發(fā)布到平臺，教師第一時間解答，面向全體同學(xué)開放。實驗后，學(xué)生認真總結(jié)實驗結(jié)果和收獲，教師根據(jù)實驗操作及報告書寫情況，及時發(fā)現(xiàn)問題，并反饋給學(xué)生，錯誤要及時更正。課后教師認真反思本次實驗效果，不足之處在下次實驗時予以改進。

2.3 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、鍛煉學(xué)生思維能力

好奇心和求知欲是與生俱來的，然而受傳統(tǒng)教育體制的影響，受中高考應(yīng)試教育的限制，學(xué)生的好奇心和求知欲被遏制。在大學(xué)實驗教學(xué)中，為了激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，我們不斷地優(yōu)化課程模式，大膽實施教學(xué)改革，一切以學(xué)生為中心，建立了以學(xué)生為主體的線上線下混合式教學(xué)模式。同時將實驗操作過程拍成視頻，上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺，學(xué)生先在網(wǎng)絡(luò)平臺觀課。演示實驗將難以理解的實驗操作具體化、明朗化，讓教學(xué)內(nèi)容簡潔易懂，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在教學(xué)中，注重教學(xué)內(nèi)容和實踐生產(chǎn)的關(guān)系，將現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)中的重要技術(shù)作為實驗內(nèi)容，在教學(xué)實踐中多設(shè)疑問，設(shè)置能引發(fā)學(xué)生深度思考的疑問，鍛煉學(xué)生的高階思維能力，鼓勵學(xué)生進行批判性質(zhì)疑，每個人都有質(zhì)疑的權(quán)力，即使問題再簡單，再低檔，能提出問題就是值得肯定的，思維能力在質(zhì)疑提問中，才能不斷地提高。

2.4 增加學(xué)生實驗參與度，實驗過程單人單組并由學(xué)生準備實驗

為了鍛煉學(xué)生的動手能力，實驗的準備工作由同學(xué)們協(xié)助完成。準備工作包括實驗儀器的準備與調(diào)試、實驗試劑的配制和材料的預(yù)處理等。將學(xué)生分成6大組，每組準備1次實驗，并且將準備實驗的過程拍成視頻，并配以語音講解。視頻上傳至網(wǎng)絡(luò)課程平臺，其他同學(xué)通過看視頻了解實驗準備過程。并讓同學(xué)們?yōu)闇蕚鋵嶒灥耐瑢W(xué)提意見，準備實驗的過程中是否有錯誤，是否有可改進的地方，下次怎么做更高效。

將1個班的學(xué)生，分成3批次，每批次在不同時間做實驗，實驗過程單人單組，不給任何同學(xué)依賴別人的機會。實驗成敗全在于自己，大大加強了學(xué)生對實驗的興趣和責(zé)任心，以至于每次實驗結(jié)束后，仍有一些學(xué)生對著儀器設(shè)備仔細琢磨；甚至有的同學(xué)，實驗出錯后，愿意花時間重新做實驗。不斷地優(yōu)化實驗條件，直到做出好的實驗現(xiàn)象。

2.5 加大考核力度，確保學(xué)習(xí)效果

實驗教學(xué)內(nèi)容包括預(yù)習(xí)、實驗準備、做實驗、總結(jié)與實驗報告。對每個實驗項目分別考核，考核內(nèi)容包括預(yù)習(xí)考核(20%)，實驗準備和實驗操作能力考核(40%)，總結(jié)與實驗報告考核(20%)，實驗結(jié)項考核(20%)。預(yù)習(xí)包括對實驗內(nèi)容和過程的了解，典型實驗方法及常規(guī)實驗儀器及操作等，要求對平臺上相關(guān)知識單元下的所有課程資源進行自學(xué)，自學(xué)完畢，做預(yù)習(xí)考核，分數(shù)達85分以上才能獲得實驗資格，沒有達85分的需要將預(yù)習(xí)流程重走一遍，然后再次參加預(yù)習(xí)考核直至達到85分以上，兩次考核的題不會相同。學(xué)生分批次進行，每批次最多12名同學(xué)，共有兩位老師帶領(lǐng)，學(xué)生數(shù)目少，老師能及時指導(dǎo)、準確把握實驗情況，根據(jù)學(xué)生實驗操作打出操作成績，主要考慮幾個方面，操作的生熟、操作的規(guī)范性、最終實驗結(jié)果的準確性及實驗過程中是否能發(fā)現(xiàn)問題即提出較高層次的問題。每一名同學(xué)做完實驗都要對自己的實驗情況進行總結(jié)，一并呈現(xiàn)到實驗報告上，根據(jù)學(xué)生報告的書寫情況給學(xué)生打分，主要考慮幾個方面，是否有實事求是的科學(xué)態(tài)度，是否能對實驗結(jié)果進行深入的分析和討論，實驗收獲的大小。教師根據(jù)學(xué)生實驗過程及實驗報告中呈現(xiàn)的問題，做出總結(jié)，把學(xué)生出現(xiàn)的問題指出來發(fā)布到平臺，讓學(xué)生深刻反思自己的問題。最后對單個實驗的總體情況再次進行考核，考核學(xué)生對實驗的掌握情況。

3 教學(xué)改革的實效

“生物工程下游技術(shù)實驗”不僅是理論課程的應(yīng)用與延伸，也是培養(yǎng)學(xué)生獨立動手能力、創(chuàng)新意識的重要渠道。在充分尊重教學(xué)規(guī)律的前提下，將混合式教學(xué)模式在“生物工程下游技術(shù)實驗”課程中進行探索與實踐，擴大了實驗課教學(xué)的時間與空間，提高了學(xué)生的參與度及考核的力度，教學(xué)效果明顯提升。實施混合式教學(xué)模式改革，教師花費了大量的時間進行網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)與實施，實驗過程改為單人單組，實驗耗材及試劑增加了3倍，教師的上課時間也增加了3倍。學(xué)生得到了更多的動手操作機會，學(xué)生承擔了實驗的準備工作，學(xué)生線下學(xué)習(xí)時間增長，為原來的3-5倍。從學(xué)生的學(xué)習(xí)情況看：提高了學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性、提升了學(xué)生的實驗操作能力、責(zé)任心和探索精神、專業(yè)業(yè)務(wù)能力等。通過對學(xué)生發(fā)放問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)：學(xué)生們對本次“生物工程下游技術(shù)實驗”課程改革有較高的滿意度。