混合式教學(xué)模式在分子生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用探索

摘 要 “互聯(lián)網(wǎng)+教育”的發(fā)展為探索高校實驗教學(xué)改革提供了機遇。傳統(tǒng)的分子生物學(xué)實驗教學(xué)模式已不能滿足現(xiàn)代生物技術(shù)創(chuàng)新實踐型人才培養(yǎng)需求。采用線上線下混合式教學(xué)模式，研究分析線上資源與分子生物學(xué)實驗教學(xué)活動的契合點，優(yōu)化實驗教學(xué)目標(biāo)，重構(gòu)教學(xué)知識體系，以期高效培養(yǎng)生物技術(shù)創(chuàng)新型專業(yè)人才，為高校實驗教學(xué)改革提供參考。

關(guān)鍵詞 混合式教學(xué)；實驗教學(xué)；分子生物學(xué)實驗；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.423 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）19-00-04

0 引言

分子生物學(xué)實驗是生物技術(shù)、生物工程、環(huán)境科學(xué)、食品科學(xué)與工程、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)等眾多本科專業(yè)的核心課程，也是掌握分子生物學(xué)實驗技術(shù)和方法的主要實踐環(huán)節(jié)，更是培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力、創(chuàng)新思維、科學(xué)素養(yǎng)和良好道德品質(zhì)的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)[1]。隨著生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物精密儀器的研發(fā)與應(yīng)用以及工具酶類的創(chuàng)新，分子生物學(xué)實驗技術(shù)不斷迭代更新，分子生物學(xué)實驗課程教學(xué)改革也站在新的歷史起點?！爸R、能力和素質(zhì)”是全方位生物學(xué)人才培養(yǎng)的目標(biāo)，也是生物學(xué)教學(xué)改革的前進方向，高素質(zhì)生物學(xué)人才應(yīng)該具備這三要素[2]。分子生物學(xué)實驗課程教學(xué)在生物學(xué)高素質(zhì)人才培養(yǎng)中發(fā)揮著重要的作用，也是更新教育理念、推進創(chuàng)新教育、探索培養(yǎng)創(chuàng)新人才的途徑之一[3]。

傳統(tǒng)分子生物學(xué)實驗課程教學(xué)模式單調(diào)，學(xué)生依靠課堂的時間難以消化實驗原理與掌握實驗操作技能，處于被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)，缺乏自主的思考、分析、歸納和總結(jié)。

近年來，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，MOOC資源、電子圖書和虛擬仿真平臺等深受學(xué)生喜愛，實體課堂不再是學(xué)生獲得知識的唯一途徑[4]。線上教學(xué)已成為教學(xué)過程中不可或缺的一部分，線上線下混合式教學(xué)已逐步趨于常態(tài)化。如何將傳統(tǒng)的實體課堂教學(xué)與在線教學(xué)有機融合，需要廣大一線教師不斷探索與實踐?；旌鲜浇虒W(xué)改變了以教為主的傳統(tǒng)教育模式，強調(diào)以學(xué)生為中心的教育理念，促進教學(xué)方法的更新和教學(xué)效果的改善?；旌鲜浇虒W(xué)模式能打破實驗教學(xué)時空限制，帶給學(xué)生不一樣的學(xué)習(xí)

體驗[5-6]。

1 混合式教學(xué)模式改革初探

1.1 修訂教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)圍繞“知識—能力—素質(zhì)”三方面展開，參考教育部提出的“高校要全面梳理各門課程的教學(xué)內(nèi)容，合理提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度、拓展課程深度、增加課程難度，切實提高課程教學(xué)質(zhì)量”的要求重新設(shè)定了知識目標(biāo)、能力目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)（圖1）。知識目標(biāo)以線上學(xué)習(xí)為主，實踐過程中培養(yǎng)能力目標(biāo)，結(jié)合線上線下教學(xué)促成學(xué)生素質(zhì)目標(biāo)的達成。

1.2 重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)課程目標(biāo)，重構(gòu)分子生物學(xué)實驗課程內(nèi)容體系，按照由淺入深的原則設(shè)置基礎(chǔ)技能型實驗、虛擬仿真型實驗、綜合型實驗和設(shè)計型實驗等實驗項目（圖2）。基礎(chǔ)技能型實驗項目重點培養(yǎng)學(xué)生掌握基本實驗技能，虛擬仿真型實驗項目和綜合型實驗項目強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生高階性實驗技能，設(shè)計型實驗項目注重培養(yǎng)學(xué)生對知識的遷移和創(chuàng)新應(yīng)用能力。

1.3 設(shè)計教學(xué)實施過程

根據(jù)布魯姆認知發(fā)展目標(biāo)，認知維度從低階思維到高階思維可劃分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造六個層次。線上線下混合式教學(xué)過程分淺層、深層兩個維度展開，逐層遞進設(shè)計學(xué)生活動和教師活動[7-9]。整個教學(xué)設(shè)計流程分為三個環(huán)節(jié)：課前引導(dǎo)學(xué)習(xí)、課中實踐探索討論、課后鞏固與拓展（圖3）。

1）課前引導(dǎo)學(xué)習(xí)，依據(jù)在線資源和預(yù)習(xí)任務(wù)，完成布魯姆認知目標(biāo)的初級層次（記憶、理解）。教師課前完成學(xué)生分組，通過超星泛雅教學(xué)平臺推送任務(wù)學(xué)習(xí)清單和微課視頻等，學(xué)生查看任務(wù)清單、在線自學(xué)、挖掘疑難問題、參與討論區(qū)話題（由小組長組織完成）。另外對一些試劑儀器受限制、實驗時間長和操作危險性高的實驗，比如酵母雙雜交、原位雜交、Southern Blot等分子雜交實驗，利用線上虛擬仿真技術(shù)開展，既提高了實驗教學(xué)的深度又增加了教學(xué)的廣度。通過團隊引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動和目標(biāo)問題導(dǎo)向，依托高等教育出版社出版云平臺（ICC）和實驗空間（iLab），學(xué)生課前掌握實驗原理和虛擬仿真型實驗項目。教師查看預(yù)習(xí)情況，有針對性地進行實體課堂教學(xué)。

2）課中實踐探索討論，線下開展小組合作實踐學(xué)習(xí)，聚焦布魯姆認知目標(biāo)的初、高級層次（應(yīng)用、分析和評價）。課中是實驗教學(xué)過程中的最重要環(huán)節(jié)，基礎(chǔ)技能型實驗項目和綜合型實驗項目主要在線下實體課堂開展，以完成能力目標(biāo)為主?；趯W(xué)生課前自主預(yù)習(xí)，課堂上教師只需對實驗內(nèi)容進行簡單介紹，針對實驗關(guān)鍵步驟展開講授。學(xué)生帶著基礎(chǔ)理論知識走進教室，在一定程度上提高了實驗操作的效率。綜合型實驗項目讓學(xué)生從試劑配制開始，了解實驗試劑的理化性質(zhì)，掌握各種試劑配制和各種容量器皿的使用注意事項，熟練掌握常規(guī)儀器設(shè)備的正確操作規(guī)程，如超凈臺、離心機、恒溫金屬浴等。同時，掌握實驗生物安全常識、危化品的處理方法、廢棄物的回收和處理方法，提升學(xué)生的安全防護意識和生態(tài)環(huán)保意識。能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)等體驗式教學(xué)目標(biāo)通過團隊合作、實驗探究、小組互評和案例研究等方式實現(xiàn)。

3）課后鞏固與拓展，線上線下延伸學(xué)習(xí)，緊扣布魯姆認知目標(biāo)的高級層次（分析、評價和創(chuàng)造）。課后學(xué)習(xí)是課程教學(xué)的第二課堂，能夠幫助學(xué)生夯實理論知識和操作技能，設(shè)計型實驗項目主要在課后展開。教師推送與實驗內(nèi)容相關(guān)的熱點研究，要求學(xué)生查閱相關(guān)資料設(shè)計實驗，并在線完成電子版實驗報告。課后作業(yè)設(shè)計一般難度較高，讓學(xué)生在反思總結(jié)的過程中實現(xiàn)深層次學(xué)習(xí)。分子生物學(xué)實驗的特點是內(nèi)容抽象、操作微量且與社會需求聯(lián)系緊密，借助分子生物學(xué)相關(guān)學(xué)習(xí)平臺，深化理論知識和社會需求與應(yīng)用的聯(lián)系，注重知識的遷移和深化應(yīng)用，在理解實驗理論與操作技能優(yōu)化的基礎(chǔ)上提升學(xué)生的綜合能力和高階思維。

1.4 建構(gòu)多元化、多維度的課程評價體系

分子生物學(xué)實驗課程混合式教學(xué)模式將改變以實驗結(jié)果與報告定乾坤的終結(jié)性評價體系。為了更加全面地評價學(xué)生在本課程中獲得的綜合實驗?zāi)芰退仞B(yǎng)，理應(yīng)建構(gòu)多方位、多樣化的評價體系，讓課程評價更加合理和科學(xué)[10]?？己嗽u價需要做到全面覆蓋實驗教學(xué)目標(biāo)，實現(xiàn)線上與線下、理論與實踐、過程與結(jié)果等層面的多元化考核。如表1所示，在教學(xué)過程中結(jié)合線上線下的評價標(biāo)準(zhǔn)，采用四個維度進行教學(xué)效果評價。

2 教學(xué)成效和反思

2.1 混合式教學(xué)模式實驗教學(xué)成效

2.1.1 提高了學(xué)生實驗操作的水平

與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，2018—2020級生物工程和生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生在實驗課中采用了線上線下混合式教學(xué)模式。大約240名學(xué)生在3個學(xué)期的實驗課程中，通過課前登錄虛擬實驗平臺，已經(jīng)掌握了必要的實驗技能。這種模式顯著提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并且加快了各班級整體的實驗操作完成速度。例如，“原核表達蛋白聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測”傳統(tǒng)教學(xué)模式通常耗費6～7學(xué)時，而線上線下混合式教學(xué)模式僅需要4～5學(xué)時?？梢?，混合式教學(xué)模式在一定程度上能夠提高學(xué)生實驗操作的水平。

2.1.2 培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作意識和創(chuàng)新精神

線上線下混合式教學(xué)模式下的實驗課，以小組為單位完成課前預(yù)習(xí)、課中分工和課后問題研討，同時協(xié)作完成關(guān)鍵實驗過程視頻錄制。實驗操作過程中所用到的恒溫金屬浴、瓊脂糖凝膠電泳儀、低溫高速離心機等儀器設(shè)備還需要共用，這就需要學(xué)生合理安排實驗進度、團結(jié)協(xié)作，以提高課堂效率。在實驗教學(xué)過程中，學(xué)生的責(zé)任感和團隊協(xié)作能力得到顯著提升。實驗結(jié)束后教師還會布置一個延伸實驗的設(shè)計型實驗項目，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，為學(xué)生參加各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽提供新思路。

2.1.3 課堂教學(xué)更具針對性和及時性

混合式教學(xué)模式下，教師能第一時間獲取學(xué)生信息，了解其學(xué)習(xí)狀況，基于學(xué)生的實際情況及時調(diào)整教學(xué)方案。通過課前查看學(xué)生預(yù)習(xí)任務(wù)的完成度，明確實驗重難點、易錯點，使課堂教學(xué)選擇性、針對性和有效性得到精準(zhǔn)定位。課堂上實驗小組拍攝視頻上傳至學(xué)習(xí)通平臺，可以起到查漏補缺的作用。課后，教師通過仔細觀察學(xué)生錄制的實驗操作視頻，對小組成員實驗操作需改進的細節(jié)進行批閱留言，學(xué)生能夠及時發(fā)現(xiàn)自己的問題和不足并加以糾正。經(jīng)過課前、課中和課后師生、生生之間的研討與交流互動，在課堂教學(xué)中做到精準(zhǔn)、及時地解決實驗問題。

2.1.4 對學(xué)生的成績考核更客觀

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式考核標(biāo)準(zhǔn)過于依賴實驗報告，存在投機取巧的學(xué)生抄襲優(yōu)秀學(xué)生的報告等問題?；诰€上線下混合式教學(xué)模式下的實驗考核體系，教師能真實、全方位地考查學(xué)生的學(xué)習(xí)進展。通過課前線上平臺學(xué)習(xí)時長及測評結(jié)果掌握學(xué)生對實驗知識的認知程度；通過查看小組錄制的實驗過程視頻了解學(xué)生的實踐操作水平；通過實驗報告中的結(jié)果與分析明確學(xué)生對本實驗的理解程度；通過課后延伸實驗的設(shè)計水平評估學(xué)生的創(chuàng)新和應(yīng)用

能力。

2.2 在實驗教學(xué)中應(yīng)用混合式教學(xué)模式的反思

2.2.1 合理安排線上學(xué)習(xí)資源以提升課前效率

首先，提升學(xué)習(xí)平臺易用性，清晰易懂地劃分在線學(xué)習(xí)板塊，確保相關(guān)實驗知識的針對性，進而保證學(xué)生便捷地獲得所需實驗資源。其次，提升學(xué)習(xí)資源類型豐富性，滿足學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求，教師適宜上傳多元化的學(xué)習(xí)材料，如視頻、圖表、流程圖等直觀性學(xué)習(xí)資料和報告、論文等文本性學(xué)習(xí)資源。再次，還應(yīng)有實際的前沿的或商品化的實例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。最后，確保學(xué)習(xí)資料的多層次性和邏輯性，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建思維導(dǎo)圖進行知識梳理和實驗框架構(gòu)建，推動學(xué)生深刻理解實驗要點，有效把握知識的內(nèi)在聯(lián)系。

2.2.2 合理培育創(chuàng)新教學(xué)團隊

三個臭皮匠頂個諸葛亮。線上線下混合式教學(xué)需要集思廣益、攻堅克難，需建立長期合作的課程教學(xué)團隊。因此，各校應(yīng)該按照本校情況科學(xué)合理地建立教師教學(xué)改革激勵機制，給予教學(xué)團隊一定的資金支持，以資助和活躍教學(xué)教研活動。

3 結(jié)束語

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代信息技術(shù)在教育中的應(yīng)用，越來越多的應(yīng)用型高校開始在實驗教學(xué)中選用線上線下混合式教學(xué)模式。分子生物學(xué)實驗經(jīng)過混合式教學(xué)改革，重新設(shè)定高階教學(xué)目標(biāo)（知識目標(biāo)、能力目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)），在課程內(nèi)容中設(shè)置了基礎(chǔ)技能型、虛擬仿真型、綜合型、設(shè)計型實驗項目，結(jié)合布魯姆認知目標(biāo)發(fā)展理論，從低到高、由淺到深開展教學(xué)，同時建構(gòu)了多元化、多維度的課程評價體系。改革有效激發(fā)了學(xué)生探索生命科學(xué)的興趣，培養(yǎng)了他們的科研思維和解決復(fù)雜問題的能力。

4 參考文獻

[1] 尹燕霞，駱靜，楊冬，等.生物化學(xué)與分子生物學(xué)綜合實驗課程的建設(shè)與實踐[J].生物學(xué)通報，2020，55（7）：42-44.

[2] 鐘丹，申曉冬，高敏，等.云班課在生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗教學(xué)改革中的應(yīng)用探索[J].生命的化學(xué)，2021，41（7）：1536-1541.

[3] 郭慶，海鶯，趙中華，等.基于創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的實驗教學(xué)考核模式改革探索[J].實驗室研究與探索，2017，36（7）：175-177.

[4] 魏力軍，錢宇，聶桓，等.多方位教學(xué)模式在植物生物學(xué)及實驗教學(xué)中的探索[J].生物工程學(xué)報，2022，38（5）：2012-2018.

[5] 湯海峰，劉艷，閆國棟，等.開展線上線下混合式教學(xué)助推大型儀器面向本科生開放[J].實驗技術(shù)與管理，2020，37（11）：174-177.

[6] 徐圓圓，曹蓓，曹旭.“課程思政”供給側(cè)改革視域下高校實驗室安全教育體系模式思考[J].實驗室研究與探索，2021，40（11）：291-293，300.

[7] Amer A. Reflections on Bloom’s Revised Taxonomy[J].Electronic Journal of Research in Educational Psychology，2006，4（8）： 213-230.

[8] 李貴生.遺傳學(xué)布魯姆認知階層體系的建立[J].教育教學(xué)論壇，2019（28）：55-56.

[9] 何欣憶，張小洪，羅仕建，等.基于SPOC的混合式翻轉(zhuǎn)課堂模式探索[J].高等建筑教育，2019，28（3）：137-143.

[10] 宋欣.混合式學(xué)習(xí)在高校英語口語課程中的應(yīng)用研究[J].長春大學(xué)學(xué)報，2019，29（12）：109-113.

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.19.0

*項目來源：粵港澳大灣區(qū)高校在線開放課程聯(lián)盟教育教學(xué)研究和改革項目“基于大灣區(qū)聯(lián)盟平臺的《分子生物學(xué)實驗》目標(biāo)問題導(dǎo)向教學(xué)模式研究”（基金編號：WGKM2024066）；廣東石油化工學(xué)院人才引進項目“番石榴采后成熟分子調(diào)控機理研究”（基金編號：2018rc34）。

作者簡介：劉金豐，實驗師；蕭允藝，通信作者，副教授。