國(guó)際學(xué)生生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的云端混合教學(xué)模式

胡 博，閻 敬，馮 晨，王華芹

(中國(guó)醫(yī)科大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室，遼寧 沈陽(yáng) 110122)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是醫(yī)學(xué)院校培養(yǎng)高素質(zhì)人才的重要環(huán)節(jié)。其教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)原理和操作，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和利用已有知識(shí)提出、分析和解決問(wèn)題的能力。近年來(lái)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在不斷的創(chuàng)新與改革中[1]，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)(virtual simulation experiment)[2]、問(wèn)題為導(dǎo)向(problem-based learning，PBL)[3]、慕課(massive open online courses，MOOC)[4]、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(internet platform)[5-6]、翻轉(zhuǎn)課堂(flipped classroom)[7]等引入教學(xué)中，打造“線上+線下”混合教學(xué)的成功案例[8]。然而在全球新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)疫情(簡(jiǎn)稱新冠肺炎疫情)防控背景下，國(guó)際學(xué)生可能長(zhǎng)期無(wú)法回歸課堂的情況，使得實(shí)驗(yàn)課程只能在線上開(kāi)課。為了彌補(bǔ)線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力培養(yǎng)的缺乏，課程設(shè)計(jì)將科研設(shè)計(jì)和家庭實(shí)驗(yàn)引入線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，建立“雨課堂—定向自學(xué)—科研設(shè)計(jì)—家庭實(shí)驗(yàn)”云端實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，并考察了其在線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)施和效果。

1 對(duì)象與方法

1.1 教學(xué)對(duì)象

選取2018級(jí)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)(bachelor of medic-ine & bachelor of surgery，MBBS，89人)和牙科專業(yè)(bachelor of dental surgery，BDS，16人)共計(jì)105名跨國(guó)際、跨時(shí)差的國(guó)際學(xué)生為教學(xué)對(duì)象，開(kāi)展“雨課堂—定向自學(xué)—科研設(shè)計(jì)—家庭實(shí)驗(yàn)”云端實(shí)驗(yàn)教學(xué)。授課教師、教材、教學(xué)資源和過(guò)程相同。

1.2 方法

以虛擬仿真平臺(tái)和微視頻等線上教學(xué)資源為基礎(chǔ)，利用“兩臺(tái)一信”(畢博Blackboard、雨課堂和微信)，進(jìn)行國(guó)際學(xué)生醫(yī)學(xué)生物化學(xué)云端實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1.2.1 設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、收集教學(xué)資源：原有實(shí)驗(yàn)課程包含6個(gè)實(shí)驗(yàn)，圍繞蛋白質(zhì)和核酸的分離純化、鑒定展開(kāi)；涉及生物技術(shù)和儀器設(shè)備全面，設(shè)計(jì)緊湊、綜合性強(qiáng)，但作為家庭實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)較為困難。為了便于“雨課堂—定向自學(xué)—科研設(shè)計(jì)—家庭實(shí)驗(yàn)”混合教學(xué)的實(shí)施，便于引入科研設(shè)計(jì)和家庭實(shí)驗(yàn)，課程對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)(表1)。

表1 調(diào)整前后的實(shí)驗(yàn)課程

將實(shí)驗(yàn)室安全、常用儀器基本操作內(nèi)容前置，依靠視頻和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)。并將生物大分子分離純化與鑒定實(shí)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)教學(xué)，完整展示某一科學(xué)問(wèn)題從發(fā)現(xiàn)、分析、到解決的全過(guò)程。增加糖代謝模塊，引入血糖監(jiān)測(cè)家庭實(shí)驗(yàn)。引入DNA提取家庭實(shí)驗(yàn)。

收集或自制包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、MOOC、微視頻、圖片等英語(yǔ)教學(xué)資源。

1.2.2 云端混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的實(shí)施：國(guó)際學(xué)生以大班分組授課方式，每周1個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，實(shí)施云端教學(xué)，過(guò)程不受地域和時(shí)差限制(圖1)。

圖1 云端實(shí)驗(yàn)教學(xué)的單個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K實(shí)施過(guò)程Fig 1 Cloud experimental teaching process of a single practical module

課前，教師通過(guò)“兩臺(tái)一信”發(fā)布學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)材料至云端，學(xué)生定向自學(xué)。

課中，雨課堂網(wǎng)絡(luò)直播進(jìn)行再學(xué)習(xí)，學(xué)生依靠虛擬仿真平臺(tái)完成測(cè)試，形成知識(shí)脈絡(luò)和體系。此為“有痕”教學(xué)部分，學(xué)生進(jìn)入課堂即可回放教學(xué)視頻，不會(huì)“缺席”。布置科研設(shè)計(jì)/家庭實(shí)驗(yàn)。

課后，學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)完成科研設(shè)計(jì)和家庭實(shí)驗(yàn)，分享實(shí)驗(yàn)結(jié)果、交流實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。

云端實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程依據(jù)“實(shí)驗(yàn)基本原理+操作+問(wèn)題提出前置，問(wèn)題解決+討論+總結(jié)后行”的順序?qū)嵤Ｒ蕴谴x實(shí)驗(yàn)為例展示(表2)。

表2 糖代謝實(shí)驗(yàn)的云端教學(xué)實(shí)施Table 2 Implementation process of cloud experimental teaching of glucose metabolism class

1.2.3 云端實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核評(píng)價(jià)探索：建立形成性評(píng)價(jià)為主的全過(guò)程評(píng)價(jià)體系(圖2)。依據(jù)Blackboard、雨課堂和虛擬仿真平臺(tái)的學(xué)習(xí)、科研設(shè)計(jì)、家庭實(shí)驗(yàn)以及期末考試，綜合評(píng)價(jià)學(xué)生的進(jìn)步與收獲。

圖2 云端實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的全過(guò)程評(píng)價(jià)體系Fig 2 Whole process evaluation system of the cloud experimental teaching mode

2 結(jié)果

2.1 科研思維培養(yǎng)評(píng)定

定向自學(xué)喚起了學(xué)生的學(xué)習(xí)主體意識(shí)，提高了對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的關(guān)注度和學(xué)習(xí)積極性。使學(xué)生能夠依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)自行查找資料進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，豐富教學(xué)資源，提升了學(xué)生文獻(xiàn)的查閱能力。系統(tǒng)學(xué)習(xí)使學(xué)生熟悉并掌握目標(biāo)分子從復(fù)雜樣品中的分離提純和鑒定方法，能夠通過(guò)分析選取合適的方法進(jìn)行分離提純。學(xué)生上交科研設(shè)計(jì)方案(105份)被評(píng)定為4個(gè)層次：

分析正確、方法合理、方案清晰、可行性高，占20.0%；

分析正確、方法較合理、方案較清晰、可行性較高，占66.7%；

分析較正確、方法欠佳、方案尚清晰、可行性差，占11.4%；

分析不正確、方法不正確、方案混亂、無(wú)可行性，占1.9%；

2.2 動(dòng)手能力培養(yǎng)評(píng)定

以小鼠肝臟DNA的提取實(shí)驗(yàn)為例，學(xué)生根據(jù)實(shí)際情況就地取材，靈活設(shè)計(jì)完成了一個(gè)個(gè)漂亮的家庭實(shí)驗(yàn)，精準(zhǔn)抓住了DNA提取的原理與精髓。不同食材DNA提取實(shí)驗(yàn)被學(xué)生分享(圖3)。

圖3 家庭實(shí)驗(yàn)結(jié)果分享：基因組DNA的提取Fig 3 Home experiment results sharing: genomic DNA isolation

2.3 云端實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的滿意度調(diào)查

利用調(diào)查問(wèn)卷收集學(xué)生對(duì)云端混合教學(xué)模式的評(píng)教反饋。由于種種原因，發(fā)出105份調(diào)查問(wèn)卷，收回65份(表3)。

表3 云端實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的滿意度調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果Table 3 Cloud experimental teaching design questionnaire survey

續(xù)表3

3 討論

“雨課堂—定向自學(xué)—科研設(shè)計(jì)—家庭實(shí)驗(yàn)”云端混合教學(xué)模式適用于全球疫情防控下國(guó)際學(xué)生生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。以“兩臺(tái)一信”為交流平臺(tái)，通過(guò)課前、課中和課后3個(gè)維度，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程低階(實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的掌握)和高階(創(chuàng)新性思維和利用已有知識(shí)分析和解決問(wèn)題的動(dòng)手實(shí)踐能力)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。

體現(xiàn)教學(xué)優(yōu)勢(shì)，即學(xué)生可反復(fù)學(xué)習(xí)、內(nèi)容和資源更豐富、時(shí)間更靈活?？蒲性O(shè)計(jì)和家庭實(shí)驗(yàn)配合虛擬仿真平臺(tái)，使脫離科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)仍能抓住學(xué)生眼球，教學(xué)效果顯著。既彌補(bǔ)了特殊時(shí)期學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的缺失，又使學(xué)生更好了解科學(xué)問(wèn)題解決的全過(guò)程。

然而云端混合教學(xué)也存在一些問(wèn)題值得思考。首先，科研設(shè)計(jì)和家庭實(shí)驗(yàn)并不能完全替代科學(xué)實(shí)驗(yàn)中動(dòng)手能力培養(yǎng)的環(huán)節(jié)。其次，教學(xué)效果易受國(guó)際學(xué)生所處環(huán)境(如新冠肺炎疫情嚴(yán)重程度、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、學(xué)習(xí)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)材料等)影響而大打折扣。未來(lái)課程將針對(duì)調(diào)查反饋，完善云端實(shí)驗(yàn)教學(xué)。創(chuàng)新科研設(shè)計(jì)與家庭實(shí)驗(yàn)的課程內(nèi)容，促進(jìn)教學(xué)資源平臺(tái)化和規(guī)范化，以期提高云端混合教學(xué)模式的普適性，為實(shí)驗(yàn)課程的進(jìn)一步改革提供教學(xué)資源和可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。