基于翻轉課堂理念的分子生物學實驗教學改革與探索

張玉明 王彥芳 曲占良 劉秀華 唐婷

摘要：分子生物學實驗是高等生物科學教育中一門重要的實踐課程，在生命科學、基礎醫學等領域具有重要的支撐作用。然而，該課程具有內容廣泛、操作復雜、概念抽象等特點。如何激發學生學習興趣、提升教學質量已成為了分子生物學實驗教學的難題。隨著信息技術與傳統教學的不斷融合，翻轉課堂的教學理念應運而生。本文以河北大學分子生物學實驗課程為試點，嘗試將翻轉課堂理念引入教學過程中，探討其在提升教學效果中的優勢與特點。本研究可為分子生物學實驗教學改革提供新思路。

關鍵詞：翻轉課堂；教學；自主學習

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）38-0260-03

分子生物學是生命科學教學中一門重要的專業基礎課程，教學內容涉及生物體中核酸和蛋白質這兩類生物大分子的功能、形態結構及其相互關系。實踐教學是高校教學工作的重要組成部分，是深化課堂教學的重要環節，是學生獲取、掌握知識的重要途徑[1]。因此，在分子生物學教學中理論與實驗課程具有同等重要的地位，很多高校生命科學專業都單獨設立了分子生物學實驗課程。

河北大學生命科學學院自2000年設立《分子生物學實驗》。多年來，課程依托“河北省級生物實驗教學示范中心”，在動物學國家重點（培育）學科，河北省生物學強勢特色學科，河北省生物學國家重點培育學科等資金支持下，教學內容不斷豐富，教學效果得到顯著提升。然而，近年來生命科學發展迅猛，新技術、新方法不斷涌現。分子生物學實驗是生物類教學基礎而又前沿的實踐課程，教學內容和方法必須不斷革新[2，3]。因此，開展教學改革研究工作十分必要。

一、分子生物學實驗教改方法的思路

分子生物學實驗的教學目的是訓練學生嚴謹的科研作風、熟練的操作能力、敏銳的觀察力及進行科學研究的創新能力。然而，以往多以驗證性實驗為主要內容的課程安排，學生對教師和教材依賴性強，教學方式單一，在激發學生實驗操作的主觀能動性方面存在不足[4]。“翻轉課堂”（Flipped Classroom或Inverted Classroom）是一種新型教學理念[5]，該模式創造性地提出一種混合使用技術和親自動手活動的教學環境。在這種教學模式中，知識傳遞由傳統的教師課堂講授轉變成學生課前提前領會知識點，強調自主性、針對性教學理念[6]。

高校教學體制改革目的是提高教學水平，培養出基礎知識扎實，具有應用性和開拓性的創新型人才[7]。作者結合在分子生物實驗教學一線的多年經驗，并根據省屬重點大學的學生培養要求，從教學方式、教學內容、探索綜合創新性實驗等方面進行了探索與革新。我們嘗試對分子生物學實驗進行教改，努力將翻轉課堂的教學理念融合到實踐教學中。目的是提高教學質量、強化學生實驗技能和綜合能力，培養具有獨立思考和善于解決問題的應用型、創新性人才。

二、翻轉課堂的起源與特點

翻轉課堂最早由教育學者薩爾曼·汗創造性地提出。目前，該教學方法和理念日益得到教育工作者的認可[8]。基于翻轉課堂理念而成立的非營利性“可汗學院”網站，引起了教育界的廣泛關注。在我國，高等院校從2007年開始嘗試將翻轉課堂教學理念運用到大學課題中，取得了很好的教改效果[9]。

翻轉課堂，通常借助信息技術手段，結合不斷涌現的基于信息傳播的教學環境（如，微課、慕課等），重新規劃和組織教學內容的課前、課內、課后三個階段。創造性地將知識傳遞、知識內化、知識鞏固的顛倒安排，實現傳統教學中師生角色的翻轉。在這種新型的教學模式中，知識傳遞由傳統的教師課堂教學提前到課前，學生從教師提供的學習資料中首先接觸和領會知識點。知識內化則實在課堂教學時間實現，學生在教師的輔導和學習小組的協助下展開個性化的討論學習。這樣，基于翻轉課堂理念的教學活動成為了學生提出問題、解決問題、合作學習的過程，教師和學生之間互動明顯加強，學生的積極主動性得到激發。知識鞏固階段是學生領會知識、總結歸納的階段，源自教師的知識內容順利地滲透到學生頭腦中，并“生根發芽”。

因此，翻轉課堂開創了全新的教學模式。在這種新型教學模式下，教師的角色發生了逆轉：由傳統的知識傳授者轉變為驅動學生學習的促進者和指導者。同時，學生也從知識的接納者轉變成了學習的探求者和思考者，教學效果得到極大提高。

三、翻轉課堂模式應用于分子生物學實驗具體方案

翻轉課堂作為新型的教學理念已經受到了廣泛的好評，在微生物學[10]、生理學實驗[11]、大學應用[12]和地理學[13]等課程已經開展教改并取得了顯著的教學提升效果。然而，分子生物學實驗操作目標都是核酸、蛋白質等“微小、微量”的物質，教學內容較為抽象[14]。因此，如何將翻轉課堂理念恰當地運用到分子生物學實驗這門課程仍需要認真探討和研究。我們對翻轉課堂理念反復研究、開展教學研討，并結合多年教學經驗，提出了基于以下三個步驟的具體方案。

1.建立課程討論網絡平臺，明確翻轉的原則及教學目的。Blackboard教學平臺是一種基于網絡的數字化綜合教學模式，在Blackboard平臺上授課教師可以和學生進行多媒體課件分享、教學內容發布、數字化問答交流等[15]。河北大學教學處很早就建立了Blackboard網絡教學平臺，數字化教學已經得到廣泛認可。分子生物學實驗教學時，首先由教師在網絡教學平臺上發布課程的教學大綱和教學目的，在課前及時發布更新教學課件、視頻以備學生進行課前學習。此外，在Blackboard平臺或者利用即時通信軟件建立討論組，組織學生就課程中的重點和難點的問題進行討論，并進行網絡互動答疑。

2.課前準備階段。以分子生物學實驗課中的“藍白斑篩選重組子”實驗為著力點，我們將翻轉課堂的教學理念生動地融入其中，并借助微課教學方法激發學生自主學習積極性。首先，教師根據分子生物學實驗的教學大綱和本次實驗的具體教學目的將“藍白斑篩選重組子”實驗的重點內容分離出來，確定微課的內容，完成課件設計。具體而言，教師課前將藍白斑篩選重組子的基本原理和操作方法的多媒體課件通過網絡教學平臺分享給學生，并列出任務單。任務單就是教學內容的具體體現，是翻轉課堂中“問題”的導向[16]。下發任務單，可以告知學生教學內容，有利于幫助學生領會學習目標。例如，“藍白斑篩選重組子”教學內容的難點是兩個對照（陽性對照和陰性對照），將上述內容制作為微課課件，并提出問題，引導學生思考實驗原理。并且，提出“重組子”和“轉化子”的概念，激發學生學習積極性，為后續的課上教學內容做好鋪墊。

3.課上實施階段。課前準備階段是為了讓學生發現問題，課上實施階段就是在課堂上解決問題。解決問題的方式不拘一格，可以采用學生提問、教師解答方式，也可以采用小組討論形式[17]。鼓勵學生參與解決問題，提出和討論問題本身就是學習和交流的過程。重點和難點問題可以由教師主動提出，學生可以自由發言或者分組辯論。這樣可以突出翻轉課堂的理念，強化學生自主學習地位，課堂討論中就鍛煉了思考問題和解決問題的能力。具體到“藍白斑篩選重組子”實驗，即由學生按照課前所掌握的實驗原理和技術路線自行配制藍白斑篩選試劑、自主進行藍白斑篩選重組子的實驗。期間，就實驗的重點和難點及學生操作中遇到的問題組織課堂討論，通過教師演示和學生動手操作相合方式開展教學。等到上述問題解決后，教師可以根據實驗進程布置新任務、提出新問題。內容可以涉及第一階段未解決的問題，或者還尚未提及的知識點，幫助學生通過自主思考或者小組討論的方式完成。對于“藍白斑篩選重組子”實驗是讓學生根據已有知識設計下一步實驗操作，提出實驗中可以改進的方法以及需要注意的問題等。在課堂的教學過程中，教師可以弱化自己，作為“旁觀者”觀察學生的討論情況。或者，可以轉變身份為一名普通學生，參與討論，平等交流。當然，對于重點問題教師必須進行適當的集體講解和單獨輔導。總之，課上實施階段就是學生主動完成解答問題、發現知識點的內化學習過程。

4.課后鞏固階段。根據實際教學進展情況，教師根據對學生參與的討論問題和關鍵知識點進行總結。歸納課上實施階段出現的問題和發現的新思路、新方法，將完善后的學習資源和課件再次發布到網絡平臺，幫助學生鞏固知識。并且，經歸納總結的前瞻性課堂還可以幫助有特殊需求的同學進行參考，達到循環、拓展和拔高的效果。具體到“藍白斑篩選重組子”實驗，就是教師將課上學生總結的實驗技術路線進行總結和升華，將實驗操作中的重點難點（如感受態細胞制作、轉化和篩選過程）凝練，再次以微課形式發布到網絡平臺。當然，為了將科研知識融入教學中，也可以將“藍白斑篩選”應用相關的最新的文獻發布到網絡平臺上，供學生進行知識拓展和拔高。

四、翻轉課堂應用于分子生物學實驗教學的優勢

“翻轉課堂”的目標是將課時為單位的教學活動和網絡為基礎的預習與總結深度融合，完成提前預熱、課堂討論、課后歸納這種“三位一體”的全新教學模式，促進師生互動和生生互動，著力提高教學效果和質量。分子生物學實驗具有技能要求高、細節繁雜、概念抽象等客觀教學難點，十分適合開展翻轉課堂教學改革。

教學過程中，根據實驗課操作性強的特點，精心制作微課等多媒體課件。利用動畫、視頻、照片等模式展示教學內容，力求清晰簡明，突出特色。細節方面，首先采用近鏡頭錄制并適當加入語言描述，強調教學難點和重點，幫助學生認知。視頻時長不宜過長，微課內容不多于10分鐘，避免視覺疲勞。然后，將精心制作的微課資源通過網絡教學平臺發布，并為教學難點設置過關任務，鼓勵學生自己動手嘗試實驗內容。同時，還要借助網絡平臺開展在線解答問題、討論實驗原理等教學內容，借助信息化手段促進學生與教師交流討論。最后，在完成上述工作的基礎上，組織學生實施教學內容，自由分組進行實驗操作，并且對照微課內容，提出自己的問題，充分參與討論環節，加深對實驗內容的理解。最終，通過上述過程，將教師講授、學生動手的實驗流程“翻轉”，在學習課件、實踐操作和教師指導的過程中實現知識和技能的傳遞。這個過程就是典型的翻轉課堂教學模式，激發學生學習熱情，充分發揮網絡教學平臺和多媒體課件優勢，幫助教師向學生傳授關鍵知識點，力求提升教學效果。

分子生物學實驗開展翻轉課堂教學改革后，教師不再是課堂主導者。當然，教師的知識水平依然決定著網絡平臺的運作、課件資源的制作、教學路線的設計。所以，翻轉課堂教學中教師依然是實質性的主體。只是，教師轉變為教學的幕后引領者和設計者。在這種前所未有的改革中，師資隊伍的培養依然是問題關鍵。這就要求教師在分子生物學實驗的教學過程中廣泛收集素材、全面評價學生活動、及時歸納總結教學經驗，并依據教學效果及時調整、優化教學方案，使翻轉課堂能真正讓學生受益，幫助學生全面掌握分子生物學實驗的教學內容。

五、結束語

分子生物學實驗教學不僅是構成高等院校生物教學的重要組成部分，也是從事生物技術領域的研究人員必備實驗技能。傳統的分子生物學實驗教學注重讓學生學習操作步驟，而忽視了學生發現問題、解決問題能力的培養。將翻轉課堂理念融入到教學之中，可以確保學生在操作的過程中深入領會實驗原理，同時開創討論式教學的創新教學模式。分子生物學實驗課程是生命科學的基礎，廣大教育工作者必須不斷探索新的教學方法，勇于革新教學理念，這樣才能真正提升教學水平，實現培養應用型、創新型人才的高等教育教學目標。

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