新工科背景下生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)線上線下混合式教學(xué)探索*

王麗梅 趙秀舉 王華林 王宏勛

（武漢輕工大學(xué)，生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 湖北武漢 430023）

生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為生物工程、制藥工程和環(huán)境工程等工科專業(yè)的專業(yè)必修課程，在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過(guò)程中具有重要作用。新工科建設(shè)強(qiáng)調(diào)通過(guò)實(shí)踐教學(xué)改革培養(yǎng)創(chuàng)新性應(yīng)用人才，《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》也強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造性思維[1]。生化實(shí)驗(yàn)課程是后續(xù)專業(yè)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)，是穩(wěn)步提高學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，提升綜合素質(zhì)的關(guān)鍵所在。

近年來(lái)，多所高校在生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的具體落實(shí)過(guò)程中，開展了系列教學(xué)改革嘗試。北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉旖璇進(jìn)行生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)在線教學(xué)的探索與實(shí)踐[2]；南昌大學(xué)涂碩開展了“教-賽-訓(xùn)-賽-改”模式促進(jìn)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)持續(xù)改進(jìn)的探索與實(shí)踐[3]；山東科技大學(xué)崔志芳結(jié)合慕課與“三位一體”實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的生物化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)[4]；遵義醫(yī)科大學(xué)徐先林開展了OBE理念輔助生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程性評(píng)價(jià)改革初探[5]，深圳大學(xué)楊一開展TBL教學(xué)在醫(yī)學(xué)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐[6]，廣州醫(yī)科大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院洪瑋開展了基于大學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)室生化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐[7]。目前，線上線下混合式教學(xué)主要在理論教學(xué)方面進(jìn)行了應(yīng)用，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的嘗試還不多。以我校工科專業(yè)學(xué)生為載體，采用學(xué)習(xí)通平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)現(xiàn)線上學(xué)習(xí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)線下教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性。通過(guò)教學(xué)內(nèi)容整合、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)及課程考核體系等方面進(jìn)行初步探索改革，為提高生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果提供一定的參考。

一、混合式教學(xué)改革的必要性

生物化學(xué)作為專業(yè)基礎(chǔ)課，是生命科學(xué)的基礎(chǔ)，也涉及生命科學(xué)的前沿。生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程所涉及的理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，在生命科學(xué)、食品及化工等領(lǐng)域廣泛使用。生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)也是學(xué)生理解生物化學(xué)理論知識(shí)及應(yīng)用拓展的必要環(huán)節(jié)，對(duì)于生化實(shí)驗(yàn)課程的探索與改革，可提高學(xué)生對(duì)生物化學(xué)課程體系的掌握和應(yīng)用程度，也可為后續(xù)專業(yè)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的開展打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，是提高學(xué)生思考能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力及創(chuàng)新能力，提升綜合素質(zhì)的關(guān)鍵一環(huán)。傳統(tǒng)的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在主要問(wèn)題如下：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多而綜合性、開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)較少，傳統(tǒng)課堂授課過(guò)程，老師講解后學(xué)生按照講義上的步驟完成相應(yīng)的操作，以得到預(yù)想中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不利于發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所僅僅局限于課堂，因各高校硬件條件差異，實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件有限，特別是大型新型設(shè)備在本科生實(shí)驗(yàn)中較為匱乏。在一些綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，大型以及貴重儀器臺(tái)套數(shù)有限，多位同學(xué)一組，難以保證學(xué)生都獨(dú)立操作。存在部分學(xué)生操作動(dòng)手，部分學(xué)生旁邊觀看的情況。傳統(tǒng)教學(xué)的考核評(píng)價(jià)以課堂操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)?yōu)橹?，并未考核學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中的表現(xiàn)，評(píng)價(jià)體系單一，不能全面客觀考評(píng)學(xué)生在整體實(shí)驗(yàn)過(guò)程綜合表現(xiàn)，不利于培養(yǎng)學(xué)生思考能力和分析問(wèn)題的能力。

二、基于超星學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

1.施教學(xué)生載體

我校生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生來(lái)源包括生科學(xué)院、醫(yī)護(hù)學(xué)院、化環(huán)學(xué)院，每年修讀課程學(xué)生約400人。本課題以生物工程、制藥工程、生物制藥及化學(xué)工程等工科專業(yè)的學(xué)生為載體，以課程資源系統(tǒng)為依托，采用線上+線下的混合式教學(xué)方式探索，線上充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，線下實(shí)驗(yàn)操作發(fā)揮教師對(duì)課程的全面主導(dǎo)，增強(qiáng)師生交流。線上線下互為配合補(bǔ)充，可增加學(xué)生學(xué)生的靈活性和教師授課的便捷性，可提高學(xué)生的主體地位及主動(dòng)性，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的認(rèn)識(shí)及掌握。學(xué)生可隨時(shí)反饋評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，使教師及時(shí)了解教學(xué)效果，方便解決學(xué)生疑問(wèn)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，也可訓(xùn)練學(xué)生提出問(wèn)題能力及創(chuàng)新能力。

2.超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)引入

為了解決在傳統(tǒng)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中存在的上述問(wèn)題，授課團(tuán)隊(duì)多位教師通過(guò)超星學(xué)習(xí)通線上教學(xué)平臺(tái)，共同建設(shè)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課線上課程資源，充分發(fā)揮線上平臺(tái)的傳播使用優(yōu)勢(shì)形成課程教學(xué)資源共享體系，達(dá)到生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程資源共建共享的目的。線上實(shí)驗(yàn)示教視頻庫(kù)已經(jīng)由生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)授課團(tuán)隊(duì)教師拍攝、剪輯實(shí)驗(yàn)示教的高清視頻上傳至學(xué)習(xí)通學(xué)習(xí)平臺(tái)。課前預(yù)習(xí)習(xí)題集及課后作業(yè)課程均已完成建設(shè)。超星學(xué)習(xí)通擁有著強(qiáng)大的實(shí)時(shí)互動(dòng)功能，如視頻學(xué)習(xí)、章節(jié)測(cè)試、課堂簽到、隨機(jī)點(diǎn)名、隨堂測(cè)驗(yàn)、課后討論等，有助于課堂互動(dòng)，形成良好的課堂氛圍，加強(qiáng)師生交流，提高學(xué)生的課堂參與度。“新時(shí)代高教40條”指出，現(xiàn)代教學(xué)改革的實(shí)現(xiàn)應(yīng)深入結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)，努力建設(shè)和使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》也提出需要提高高校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境的建設(shè)。近些年尤其是在疫情背景下，虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)和完善了課下實(shí)驗(yàn)的不足和也可作為傳統(tǒng)教學(xué)的補(bǔ)充方案，成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革必須也是重要的創(chuàng)新發(fā)展方向。近幾年通過(guò)在虛擬實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)等方面都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。尤其是對(duì)一些線下難以實(shí)現(xiàn)的大型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)空間等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)形成了非常豐富的教學(xué)資源。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的綜合性、直觀性、安全性等特點(diǎn)，豐富了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，拓展了學(xué)生視野。2020年疫情期間，為了解決在線授課的難題，通過(guò)篩選實(shí)驗(yàn)空間等網(wǎng)絡(luò)資源的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)及華中科技大學(xué)虛仿實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)建了生化實(shí)驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K，保證了在特殊時(shí)期課程的正常開展，也提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣。通過(guò)建設(shè)完善的學(xué)習(xí)通平臺(tái)資源，探索實(shí)驗(yàn)課程線上教學(xué)與課堂結(jié)合的教學(xué)模式，采用學(xué)生課前線上實(shí)驗(yàn)視頻學(xué)習(xí)、線上互動(dòng)討論、線下實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)拓展，并通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提高創(chuàng)新的方式教學(xué)。形成線上示教、線上測(cè)試、互動(dòng)交流、線下實(shí)驗(yàn)、過(guò)程性評(píng)價(jià)“五位一體”的創(chuàng)新性教學(xué)模式。充分發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)中的主體地位，充分發(fā)揮其積極性和創(chuàng)造力。

3.在線實(shí)驗(yàn)教學(xué)及互動(dòng)交流

線上實(shí)驗(yàn)課視頻學(xué)習(xí)時(shí)，由負(fù)責(zé)該班級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師全程組織。通過(guò)學(xué)習(xí)通平臺(tái)，安排學(xué)習(xí)內(nèi)容及目的要求。實(shí)驗(yàn)課前，學(xué)生預(yù)習(xí)學(xué)習(xí)通平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源并完成課前測(cè)試。授課教師在平臺(tái)的討論區(qū)，采用測(cè)試題疑難解答、選人、主題討論、群聊等課堂活動(dòng)的互動(dòng)方式，針對(duì)本次課程的實(shí)驗(yàn)原理、操作注意事項(xiàng)及實(shí)驗(yàn)的實(shí)際應(yīng)用等問(wèn)題與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)溝通，通過(guò)讓學(xué)生充分參與問(wèn)答，達(dá)到鞏固實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的目的。教師要關(guān)注學(xué)生的預(yù)習(xí)情況及知識(shí)的掌握程度，并及時(shí)答復(fù)學(xué)生疑問(wèn)。學(xué)生完成課前學(xué)習(xí)任務(wù)并提交預(yù)習(xí)報(bào)告。教師也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容特點(diǎn)，適當(dāng)布置一定的預(yù)習(xí)作業(yè)或其他形式的學(xué)習(xí)考核，如查閱與本次實(shí)驗(yàn)相關(guān)的最新熱點(diǎn)技術(shù)及微信推文，學(xué)生所獲取信息可以截圖上傳學(xué)習(xí)通平臺(tái)，鍛煉學(xué)生查閱資料、捕捉科研熱點(diǎn)及學(xué)以致用的能力。預(yù)習(xí)作業(yè)提交后，教師及時(shí)查閱，可以適當(dāng)比例納入課前預(yù)習(xí)成績(jī)，讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。

4.線下學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作實(shí)踐

學(xué)生正式上課前5分鐘開始在學(xué)習(xí)通平臺(tái)簽到，完成線上預(yù)習(xí)并考評(píng)合格后可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，開展實(shí)驗(yàn)課程的線下實(shí)踐操作。實(shí)驗(yàn)課上，授課教師可以按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康募敖虒W(xué)要求，講解實(shí)驗(yàn)操作的重點(diǎn)難點(diǎn)及注意事項(xiàng)，對(duì)于難度較大的實(shí)驗(yàn)，也可開展示范操作。授課過(guò)程中，教師可采用學(xué)習(xí)通工具，發(fā)起如小組作業(yè)、搶答、舉手回答等活動(dòng)，考察監(jiān)督學(xué)習(xí)對(duì)實(shí)驗(yàn)的參與程度，也可增加實(shí)驗(yàn)課的趣味性。分組后，所有學(xué)生需獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，并對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生在線下實(shí)驗(yàn)課堂中與教師、同學(xué)交流，對(duì)于善于思考和提問(wèn)的學(xué)生，適當(dāng)鼓勵(lì)。實(shí)驗(yàn)完成后，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，學(xué)生可當(dāng)堂或課后獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師通過(guò)系統(tǒng)訓(xùn)練，鍛煉學(xué)生思考問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，同時(shí)對(duì)學(xué)生在課堂問(wèn)答、課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)操作等可給予加分獎(jiǎng)勵(lì)，加強(qiáng)對(duì)教學(xué)過(guò)程的監(jiān)控。

5.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開展及考核

根據(jù)已經(jīng)建設(shè)完善的實(shí)驗(yàn)資源，學(xué)生可自由選擇實(shí)驗(yàn)?zāi)K，進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，按網(wǎng)絡(luò)課程要求完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，并完成虛擬仿真測(cè)試及討論模塊。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生遇到問(wèn)題，可隨時(shí)在學(xué)習(xí)通中與老師溝通交流。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以采用直接上傳實(shí)驗(yàn)成績(jī)截圖或者實(shí)驗(yàn)報(bào)告書的形成考核，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后可隨時(shí)上傳，無(wú)需學(xué)習(xí)委員與老師之間紙質(zhì)報(bào)告的頻繁傳遞。教師也可隨時(shí)在學(xué)習(xí)通平臺(tái)查閱學(xué)生作業(yè)提交情況，并進(jìn)行打分評(píng)閱，可迅速將評(píng)閱結(jié)果及存在問(wèn)題反饋給學(xué)生。此部分在生化實(shí)驗(yàn)課程中為加分項(xiàng)目，按課程要求完成此部分實(shí)驗(yàn)的同學(xué)可獲得課程加分。

三、構(gòu)建過(guò)程性評(píng)價(jià)體系

實(shí)驗(yàn)課程中，線上及線下的過(guò)程性評(píng)價(jià)占實(shí)驗(yàn)課總成績(jī)的70%。其中，學(xué)習(xí)通平臺(tái)綜合成績(jī)占40%，包括課程視頻的完成度、課前測(cè)試成績(jī)、討論區(qū)參與度和提交的預(yù)習(xí)作業(yè)等。實(shí)驗(yàn)參與度和科研素質(zhì)（出勤率、問(wèn)答參與度、操作規(guī)范表現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)束后衛(wèi)生情況）評(píng)價(jià)占30%。課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告占課程總成績(jī)的30%。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)部分可根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，最高分滿分可獲加分5分。每次實(shí)驗(yàn)課結(jié)束及課程完成后，學(xué)生均可通過(guò)學(xué)習(xí)通討論區(qū)及群聊區(qū)反饋實(shí)驗(yàn)操作問(wèn)題，對(duì)課程的建議及收獲等，方便教師了解學(xué)生的掌握程度和對(duì)教學(xué)效果的反饋，及時(shí)對(duì)授課方式作出適當(dāng)調(diào)整。

以生物工程2020級(jí)1班學(xué)習(xí)過(guò)程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（圖1），大部分學(xué)生使用手機(jī)進(jìn)行線上學(xué)習(xí)，所占比例為85.7%。所有學(xué)生均完成了在線視頻學(xué)習(xí)，學(xué)生視頻平均觀看時(shí)常近100分鐘。每次實(shí)驗(yàn)課前1-2天為學(xué)生的學(xué)習(xí)高峰期，每個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)次數(shù)最多可達(dá)200次，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣很強(qiáng)。96.67%的學(xué)生成績(jī)?cè)?0分以上，與未采用線上線下學(xué)習(xí)的課堂相比，成績(jī)提高明顯。線上+線上混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課只采用線下授課的不足，過(guò)程性評(píng)價(jià)體系更為完善評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)的所有過(guò)程，替代傳統(tǒng)評(píng)價(jià)僅僅考察實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)過(guò)于片面的現(xiàn)狀。全方位評(píng)價(jià)考核，可明顯提高學(xué)生興趣，對(duì)實(shí)驗(yàn)的參與度和思考問(wèn)題的能力，也明顯提升了“生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課堂的教學(xué)效果。通過(guò)課堂教學(xué)改革的探索，可形成更為完善的實(shí)驗(yàn)考核體系，使教師可隨時(shí)接受學(xué)生的反饋信息，及時(shí)了解教學(xué)效果并改進(jìn)。

圖1 生物工程專業(yè)生化實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程評(píng)價(jià)體系

結(jié)語(yǔ)

信息技術(shù)逐漸深入到傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)中，混合型教學(xué)、智慧教學(xué)等已經(jīng)成為教學(xué)改革發(fā)展的主要方向。雖然全國(guó)不同層次高校開設(shè)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)情、實(shí)驗(yàn)方案和教學(xué)設(shè)計(jì)并不相同，但授課教師都在積極探索最為適合的、更好效果的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，以不斷提高生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量[8,9]。本文構(gòu)建過(guò)程性評(píng)價(jià)教學(xué)模式，注重學(xué)生課前、課中和課后的全程參與，并借助學(xué)習(xí)通對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行量化考核，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。