基于“微课—翻转课堂”的分子生物学实验教学改革初探

王来 赵海鹏 董薇 王淼 闫文义

[摘 要]分子生物学是现代生物学领域里发展最为活跃的学科，其实验课程的培养目标是使学生掌握分子生物学研究的实验技能。该研究在“微课—翻转课堂”教学理论的基础上分别从教学内容及其呈现方式、教学模式、教学方式和考核方法这几个方面对分子生物学实验教学进行综合改革。在教学内容方面，不断替换、更新重复与老旧的内容并将内容录制为微课视频，提前呈现给学生并对教学内容进行与时俱进的改革。在教学模式方面，根据课堂教学进度需要播放微课视频。在教学方式方面，以实验小组为单位，结合集中答疑的形式开展翻转课堂。在考核方法上，增加实验技能考核的比重，充分体现实验教学培养学生实验技能的课程特色。

[关键词]分子生物学；实验教学；课程改革；“微课—翻转课堂”

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）06-0084-03

微课是以视频的形式将某个学科知识点简短、完整地展现出来，具有时间短、主题清晰、指向明确以及可使学生随时学习等优点[1]。教师提前让学生观看教学视频，课堂上针对学生在观看视频时提出的疑问进行答疑或组织学生进行讨论的教学模式称为翻转课堂。该教学模式将学习的主动权交给学生，使学生学习方式由传统的“接受性学习”变为自主的“探究性学习”，尤其适用于实践性、实验性课程[2]。分子生物学是现代生物学领域里发展最为快速、知识更新最为频繁、实验技术不断创新的学科，也是国内外高校生物科学相关专业的学生目前必须学习掌握的核心主干课程[3]，由该课程的理论知识衍生的实验技术是其相关专业学生所必须掌握的重要操作技能。因此，分子生物学的理论知识和实验技能是当今世界阐明生命现象和规律的基本方法和核心技能。由此可见，学生学习该门课程不仅需要掌握扎实的理论知识，更重要的是掌握实验操作技能。分子生物学实验是培养学生掌握分子生物学实验技术技能的重要课程，是验证分子生物学理论的一门补充课程，是学生获得理论知识的另一个途径，更是一门操作性、实践性非常强的课程[4]。通过分子生物学实验课的学习，学生不仅可以锻炼、培养理论与实践相结合的能力，还有利于掌握基本的分子生物学实验技术和技能，提高科学分析思维能力和创新能力，从而促进21世纪创新型高级人才培养目标的实现[5]。

分子生物学实验课程目前由于授课方式、授课课时、实验场所、实验器材等的限制，学生学习的积极性、主动性差，不能完全保证学生都可以习得应该掌握的实验技能和方法[6]。基于此，我们开展了基于“微课—翻转课堂”的分子生物学实验教学改革，从教学内容、教学模式、教学方式和考核方式这四个方面进行探索，使学生提高了学习分子生物學实验的积极性和主动性，培养了实验技能、科学精神、科学思维和创新意识。

一、教学内容及其呈现方式的改革

教师在上分子生物学实验课时大都以文本或板书的形式呈现实验内容，通过课堂讲授让学生明确实验内容。这种方式忽略了一个最基本的问题——开设实验课程的目的是使学生将所学习的本学科理论知识内化为实践能力。在这个过程中，教师应充分考虑学生对本学科理论知识的储备情况、心理接受水平和知识转化为技能的能力。基于“微课—翻转课堂”的分子生物学实验教学内容的改革，注重将以文本呈现的实验内容改为录制微课视频，并在上课前将其上传到虚拟实验平台或班级QQ群、微信群等公共平台，让学生在课前观看实验内容和实验操作视频，给学生提出观看视频后需要解答和讨论的问题，比如该实验体现的核心理论知识是什么，该实验需要注意的事项是什么，该实验还有什么改进之处等，让学生提前思考、查找答案、进行总结，并在实验课上集中讨论这些问题，实现翻转课堂，真正使学生在课堂上发挥主体性作用。

生物类相关专业学科的发展已进入以分子生物学内容和技术为核心阐明生命现象、生命机能的阶段，分子生物学学科知识和实验技能渗透到各个相关学科中，这就促进了分子生物学科理论体系和实验操作技能的大力发展，同时也造成不同课程存在知识点重复的现象。因此，分子生物学实验教学内容的改革还涉及将原有的实验内容改为反映学科研究新进展以及满足社会新需求的教学内容，同时还将与其他实验课程重复的内容更换为具有分子生物学学科特点的实验内容，如生物化学和分子遗传学实验课程开展过聚合酶链式反应、紫外分光光度计检测DNA浓度和纯度等实验，而这些实验在前期的分子生物学课程内容设置中是作为一节完整的实验课来学习和操作的，现在的改革就是将这些与其他课程重复的实验内容更换为新的教学内容，或变更为某节实验课中的一个关键实验步骤，弱化这些实验内容在现今分子生物学实验课中的地位，以提高学生学习的针对性与效果。

二、教学模式改革

传统的实验教学模式过多地强调对实验课程内容的讲授，并让学生按照黑板或PPT上的实验步骤一步步进行实验操作，至于具体应该怎么操作、为什么要这样操作、需要注意什么事项等学生事先并不知情，这就造成学生在实验操作过程中不知其然也不知其所以然，因此，很难达到培养学生实验技能的目的。基于“微课—翻转课堂”的分子生物学实验教学模式的改革就是以“小视频”的微课形式将实验内容展现给学生，使学生在课前就能对实验内容、实验操作步骤等有个直观的感性认识，并让学生思考该次实验课所涉及的问题。教师在课堂上尽量省去讲授理论知识的时间，而添加对观看微课时所产生问题的集中答疑时间，最后让学生进行实验操作，实验结束后教师再结合该次实验过程中出现的问题给学生总结需要注意的事项以及解决方法，争取将大量的课堂时间交给学生，使所有学生都参与到实验操作过程中。建议学生在撰写实验报告的时候，根据自己的实验操作过程并结合微课视频回忆自己在本次实验课上的收获、经验与教训，强调一定要以自己操作的实验过程、实验结果为蓝本撰写实验报告，客观认真、实事求是地分析实验结果以及完成本实验过程需要注意的事项。

教师要用微课视频贯穿在学生进行分子生物学实验学习、实验操作、撰写实验报告以及复习回顾的整个过程，时时提醒学生思考实验过程体现了哪些理论知识，如何正确地开展实验操作以及对实验过程进行反思。分子生物学实验教学模式改革的核心是采用学生最为喜欢的视频方式讲授实验过程，将学生观摩实验技能的时间提前，同时将学生学习过程延续到课后，且顺应目前高校移动学习的趋势，这样有利于突破实验教学的时间、空间限制，增加学生学习的自主性，拓展学生学习实验技能的深度和广度[7]。

三、教学方式改革

传统的实验教学注重由教师在课堂上对实验原理、实验过程进行讲授，注重让学生按板书的实验步骤亦步亦趋地重复实验过程，没有充分体现学生参与实验课的主动性和积极性，这就降低了学生参与实验过程的兴趣。基于“微课—翻转课堂”的分子生物学实验教学改革就是要变学生被动学习为主动学习，增强学生的参与意识和主体意识，从而达到使学生掌握实验操作技能的教学目的。在学生预习和观看微课视频时给学生提供需要思考的问题和实验操作过程中需要注意的事项，课堂上大量采用集中答疑、小组讨论的方式解答学生预习时产生的各种疑问，之后将大量的时间交给学生亲自动手添加实验试剂、操作实验仪器、观察实验结果，并对部分操作过程中出现错误的学生进行个别指导，促使学生强化正确的实验操作方法，从而使学生更好地掌握分子生物学实验技能。

教师在翻转课堂的教学过程中，尤其需要注重建设好以实验小组为单位的“讨论小组”，这些小组是实现翻转课堂效果与课程教学目标的基本核心单元，他们在实验课堂上的所有表现和收获直接决定实验课程的成功或失败。由此可见，在实验开展过程中，教师虽然要将实验课的主动权交给学生，但仍然需要时刻关注每个实验小组的每个学生在实验操作过程中所出现的理论知识运用和实验技能操作上的失误或错误，并及时给学生讲明错误的地方及纠正方法，以避免学生将这些失误或错误固化为实验习惯。教师在实验课堂上将每个实验小组最容易出现失误和错误的操作方法收集、汇总起来，在实验课程将要结束的时候重点给学生讲解，使学生能从学科知识理论和实验操作技能两个方面理解错误的地方。对于关键的错误还可以直接点名犯错的实验小组以强化其成员对所犯错误的认识，并要求他们将这些容易犯错的地方作为实验注意事项写在实验报告上，从而督促他们养成良好的实验习惯和掌握相关的实验技能。实验小组在实验过程中所犯错误具有以下特点：①代表性。一般来讲，每个实验小组的实验操作失误或错误是不太一样的，这与本小组成员对理论知识的理解和实验习惯有关，因此单个实验小组的实验错误很具有典型性、代表性。②整体性。全班所有小组的实验操作错误汇总起来就是全班学生容易出现的实验失误或错误，具有整体性的特点。因此，将汇总起来的实验失误或错误进行讲评可以避免学生在分子生物学的实验操作过程中再次出现类似的失误或错误，从而使其习得正确的实验技能。以实验小组为单位进行的基于“微课—翻转课堂”的分子生物学实验教学改革，有利于使学生通过分子生物学实验课程学习提高将理论知识应用于实验的水平并掌握正确开展实验的技能。

四、考核方式改革

实验教学的目标是使学生掌握本学科核心的实验技术、技能，能将本学科的理论知识运用到科学实践中，因此，引导学生掌握实验技能，使其形成良好的实验习惯，培养其科学思维和创新能力是实验教学的落脚点与归宿。对教学效果的评价，需要合理合适的考核方式，基于“微课—翻转课堂”的分子生物学实验教学改革也改进了对实验的考核方式，增加学生是否初步掌握本学科实验技能这部分考核内容的比重。分子生物学实验课程的考核分三部分：①平时成绩，占总成绩的20%，主要包括课前课后微课平台上的留言讨论情况、出勤情况、实验态度、实验操作、实验习惯等。②实验报告，占总成绩的30%，包括实验报告反映实验数据的真实性、有效性，对实验结果的处理、分析等的合理性，实验心得的独特性、适用性等。③综合性实验设计，占总成绩的50%，主要考核运用所掌握的科学理论知识和习得的实验技能设计一个综合性的实验，并撰写一份类似基金申请的报告，内容包括实验原理、实验内容、实验过程、实验方法以及预期实验结果等，判断该综合设计的可行性和合理性。通过这种考核方式，促使学生积极主动投入到实验课的学习中，认真完成实验报告，掌握实验技能，详细撰写综合性实验设计，将所学知识应用到解决自己提出或遇到的科学问题中，实现培养学生动手操作能力、创新能力以及科学精神、科学思维的培养目标[8]。

五、教学改革效果

通过对参加“基于‘微课—翻转课堂的分子生物学实验学习的学生进行调查发现，学生普遍认为自己上实验课的主动性提高了，能提前预习、观看实验课将要学习的实验内容和实验技能，在课堂上自己的精力更集中，课后撰写实验报告时能从微课视频的观摩中反思自己实验过程的错误和不足之处，切实提高了实验操作能力，锻炼了科学思维，培养了创新精神。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 马超，李卫民，王宏祥.基于微课的大学实验教学模式探索[J].遼宁工业大学学报（社会科学版），2016（3）：113-116.

[2] 宣丽颖，林琳，王春贵，等.基于微课的翻转课堂教学模式在生理学实验教学中应用的可行性分析[J].高教学刊，2016（22）：119-120.

[3] 翟中和.面向21世纪的生命科学[J].生物学通报，1994（8）：1-4.

[4] 郭小勤，汤定钦，林新春，等.分子生物学实验教学改革与实践[J].生物技术世界，2016（4）：253-254.

[5] 胡志刚.浅析本科分子生物学实验教学学生自主创新能力的培养[J].教育教学论坛，2016（52）：275-277.

[6] 吴传芳，李圆圆，王甜，等.分子生物学实验课程的改革探索[J].教育教学论坛，2016（37）：272-274.

[7] 章全.移动学习模式在高校中的研究与应用[J].江苏理工学院学报，2016（4）：125-127.

[8] 教育部.教育部关于进一步深化本科教学改革 全面提高教学质量的若干意见[Z].2007.

[责任编辑：庞丹丹]