強(qiáng)化形成性評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)

趙東旭， 呂雪飛， 范翠紅， 楊新芳

（北京理工大學(xué)生命學(xué)院，北京100081）

0 引 言

大學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力的培養(yǎng)既是大學(xué)生專業(yè)技能培養(yǎng)的基本環(huán)節(jié)，也是提高學(xué)生對(duì)基本原理、基本概念理解的重要手段。對(duì)于生命科學(xué)這一實(shí)驗(yàn)性學(xué)科，專業(yè)人才的實(shí)驗(yàn)操作能力的培養(yǎng)更為重要。因此，諸多高校都盡量開設(shè)較多且技術(shù)含量較高的實(shí)驗(yàn)課。在保證現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課正常開設(shè)的前提下，如何提高每次實(shí)驗(yàn)課/每門實(shí)驗(yàn)課的培養(yǎng)質(zhì)量既是任課老師重點(diǎn)關(guān)注的，同時(shí)也是教務(wù)管理人員重點(diǎn)監(jiān)控的。目前提高實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量的難點(diǎn)至少包括：①如何盡量保證學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性；②如何保證實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的含金量；③如何通過常規(guī)或普通的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的提升來提高學(xué)生科研素質(zhì)；④如何引入形成性評(píng)價(jià)的思路等。在生命科學(xué)及相關(guān)專業(yè)中最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)課程生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教研教改中，許多高校的老師通過多種形式的教改方式來提高本實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量［1-13］，筆者在進(jìn)行本科生生物分離工程實(shí)驗(yàn)、生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中也進(jìn)行了一些探索［14-15］。結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道的具體探索案例和探索經(jīng)驗(yàn)，本文提出了一種規(guī)范且具可操作性的、注重形成性評(píng)價(jià)的提高生命科學(xué)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)模式。

1 生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教研教改現(xiàn)狀

生物化學(xué)和生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)在生物學(xué)及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)建設(shè)中都有舉足輕重的位置，該課程的教研和教改趨勢(shì)基本上代表了我國(guó)生命科學(xué)學(xué)科理論課和實(shí)驗(yàn)課的教研和教改狀態(tài)。

進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)探索是目前教改的主要方向之一。類似方式還有開放性實(shí)驗(yàn)以及基于PBL的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式，這種教改嘗試在鍛煉學(xué)生的科研能力方面會(huì)起到很好的促進(jìn)作用，但是要做好指導(dǎo)，避免流于形式［1-3］。同翻轉(zhuǎn)課堂類似的方式是，在實(shí)驗(yàn)課上，由學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等進(jìn)行介紹，學(xué)生提問、指導(dǎo)老師點(diǎn)評(píng)，也不失為一種提高預(yù)習(xí)效果和教學(xué)效果的措施［4］。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)總結(jié)，以研究報(bào)告的形式提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，重視對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和理論之間的互動(dòng)是近幾年教改的熱點(diǎn)［5］。在鼓勵(lì)大學(xué)生“雙創(chuàng)”精神和高校雙一流建設(shè)的大背景下，在基于實(shí)驗(yàn)課加強(qiáng)大學(xué)生專業(yè)實(shí)操能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維方面的研究也受到關(guān)注［6-11］。

對(duì)實(shí)驗(yàn)課考核方式的探索是一個(gè)比較棘手的課題，不少學(xué)者［4，12］根據(jù)所在單位的具體情況開展了一些有益的探索。筆者認(rèn)為，加強(qiáng)對(duì)基本操作技能、實(shí)驗(yàn)報(bào)告/研究論文中數(shù)據(jù)分析及結(jié)論提呈能力、論文寫作規(guī)范程度等考核應(yīng)該是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果考核的重點(diǎn)，當(dāng)然，也是目的。

2 生命科學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)

2.1.1 強(qiáng)化對(duì)實(shí)驗(yàn)課程重要性的認(rèn)識(shí)

熟練、規(guī)范的操作能力的培養(yǎng)是本專業(yè)人才培養(yǎng)的核心目標(biāo)之一。生命科學(xué)既是一交叉學(xué)科，更是一種實(shí)驗(yàn)學(xué)科。操作技能的掌握必須是來自于實(shí)踐，具體的教學(xué)過程具有不可替代性。

從教學(xué)設(shè)計(jì)的角度看，在每門實(shí)驗(yàn)課開始之前仍要從一些重大理論成果或重大發(fā)現(xiàn)中精選出幾個(gè)例子，以強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的重要性。如美國(guó)學(xué)者安芬森（C.B.Anfinsen）等［16-17］將低分子量蛋白牛胰核糖酸酶A進(jìn)行變性（加入變性劑和還原劑）和復(fù)性工作（稀釋復(fù)性），可使該酶活性以高水平恢復(fù)，由此提出了“蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)”的著名論斷。雖然這一工作只是一個(gè)很常規(guī)性操作，但是獲得了諾貝爾獎(jiǎng)；再比如日本學(xué)者岡崎（Okazaki）的研究被收入教材［18］。實(shí)際上許多諾貝爾獎(jiǎng)的工作或此級(jí)別的工作均是基于一個(gè)或幾個(gè)常規(guī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象而深入研究所得。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整體介紹

在強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)重要性之后，要參照理論課內(nèi)容，對(duì)本課程的實(shí)驗(yàn)安排進(jìn)行詳細(xì)介紹。重要的是通過實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的系統(tǒng)性介紹，使同學(xué)明白教學(xué)內(nèi)容的協(xié)調(diào)性、互補(bǔ)性，這也是學(xué)生將來畢業(yè)后進(jìn)行科學(xué)研究或其他工作所應(yīng)該掌握的基本要領(lǐng)。

2.1.3 強(qiáng)化安全意識(shí)

在進(jìn)行生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，不可避免地要用到一些化學(xué)試劑、生物試劑、生物樣品，因此，做好必要的全程防護(hù)是必須要考慮的，這種防護(hù)不僅僅是局限于穿上工作服。在具體操作過程尤其要重視酸、堿、有毒有害、易燃易爆化學(xué)品的配制及致病微生物使用，要做到對(duì)己、對(duì)他人安全、對(duì)環(huán)境無害。

2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)與過程監(jiān)控

2.2.1 教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)包括：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的系統(tǒng)性與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)性。對(duì)于前者，最好是圍繞一個(gè)或一種樣品開展實(shí)驗(yàn)，比如設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了從蛋白質(zhì)的分離技術(shù)（離子交換色譜）、測(cè)定亞基組成（SDS-PAGE）、活性測(cè)定、濃度測(cè)定（ELISA）等內(nèi)容。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)方面，對(duì)于簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，如一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，與絕大多數(shù)高校采用的傳統(tǒng)教學(xué)方法不同，采用將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)納入教學(xué)計(jì)劃的新思路，就是借助正交設(shè)計(jì)提升傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在鍛煉學(xué)生基本動(dòng)手能力的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)。

通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提高實(shí)驗(yàn)興趣性。對(duì)于簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，如僅有溫度作為影響酶活性的單一因素時(shí)，可以將實(shí)驗(yàn)班分成2～3個(gè)大實(shí)驗(yàn)組。設(shè)定3個(gè)溫度，探索何種溫度下酶活性最高。再比如當(dāng)影響酶活性的因素有溫度、pH、鹽濃度、底物濃度且每個(gè)因素又各有3個(gè)水平時(shí)，如溫度可以設(shè)定為高溫、中溫、低溫，pH設(shè)定為pH 6.0、pH 7.0、pH 8.5等，這時(shí)可采用（L9（34））正交設(shè)計(jì)的方法，將本應(yīng)進(jìn)行81（即34）次的實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上僅進(jìn)行9次，再根據(jù)極差分析就可以知道造成結(jié)果（如酶活性）最大差異的因素與最優(yōu)的因素組合。

其結(jié)果是，每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組僅開展了其中的一個(gè)因素組合的操作，通過全班各組的分擔(dān)卻獲取了最理想的組合條件。通過上述安排，既使學(xué)生學(xué)習(xí)了一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，一種科研方法，在某種程度上使學(xué)生認(rèn)識(shí)到各組工作的重要性，加強(qiáng)了學(xué)生責(zé)任意識(shí)的培養(yǎng)。

該實(shí)驗(yàn)中采用的正交實(shí)驗(yàn)方法不要求在本課程的每一次實(shí)驗(yàn)中都使用，但至少應(yīng)有20%～40%的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要參照正交設(shè)計(jì)方法，以保證該方法給學(xué)生留下深刻印象。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)分組與組內(nèi)分工

開展實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)同學(xué)分組幾乎是全部高校最通用的教學(xué)管理方式，實(shí)驗(yàn)一般是2人/組，可為學(xué)生提供充分鍛煉機(jī)會(huì)的最理想分組。為方便管理，也是為了加強(qiáng)對(duì)學(xué)生責(zé)任意識(shí)的培養(yǎng)，實(shí)行組內(nèi)分工的方式，有組長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)記錄員、內(nèi)容核查員等崗位，以便及時(shí)檢查、查漏補(bǔ)缺。

2.2.3 強(qiáng)化過程監(jiān)控，注重形成性評(píng)價(jià)

在教學(xué)過程中，指導(dǎo)老師除做好常規(guī)性指導(dǎo)、巡視等工作之外，也采用間斷性播放規(guī)范操作視頻等富媒體的方法以規(guī)范學(xué)生的操作；而且還應(yīng)建立一個(gè)紙質(zhì)的監(jiān)控記錄臺(tái)賬，即為每個(gè)/次實(shí)驗(yàn)制作一個(gè)實(shí)驗(yàn)表格，主要記錄內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)中異常現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)的典型錯(cuò)誤操作、學(xué)生提出的疑問、各組提交的階段性結(jié)果及最終結(jié)果等。

對(duì)選定的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，開展組間“比賽”。待某一實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，每組以Word或PPT形式向全班展示本組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，供同學(xué)、指導(dǎo)老師分享、質(zhì)疑，此部分工作是實(shí)驗(yàn)成績(jī)的一個(gè)重要組成。

2.2.4 中期點(diǎn)評(píng)

中期點(diǎn)評(píng)的主要目的：①?gòu)?qiáng)化規(guī)范化操作，例如：如何使用高精度的天平、離心機(jī)、分光光度計(jì)、層析裝置、電泳儀、酶標(biāo)儀、移液器等。②針對(duì)在常規(guī)巡視過程中所糾正的問題進(jìn)行歸納、梳理，以減少再次出現(xiàn)的機(jī)會(huì)。③強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的重要性。比如用目前實(shí)驗(yàn)室最常用的移液器量取微量液體時(shí)，替補(bǔ)頭插入母液的深度、前端是否粘附一定量的溶液等；再比如進(jìn)行常規(guī)酶活性測(cè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)，是否已對(duì)底物、酶液等進(jìn)行保溫、酶促過程是在保溫性差的溫箱還是在導(dǎo)熱性好的水浴鍋中進(jìn)行等；比如在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上無意滴落一滴濃硫酸或濃堿液，其后果是什么？細(xì)節(jié)決定成敗，這種規(guī)范操作的理念需要反復(fù)提醒才有可能取得較好的效果，學(xué)生的良好習(xí)慣才有可能養(yǎng)成。

2.2.5 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

在全部實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)總結(jié)。從指導(dǎo)教師角度看，要對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)開展情況進(jìn)行總結(jié)，重點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)過程各實(shí)驗(yàn)組有無嚴(yán)重失誤、重要儀器有無損壞、是否有大的教學(xué)事故比如試劑傷害等，全體同學(xué)在操作習(xí)慣、操作態(tài)度有待進(jìn)一步改進(jìn)的地方等；從學(xué)生角度看，每個(gè)實(shí)驗(yàn)組都要匯報(bào)各自的心得和收獲，尤其是以后要注意的問題。

2.3 教學(xué)效果評(píng)價(jià)

2.3.1 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

待每個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，每位同學(xué)在課上討論接受質(zhì)疑的基礎(chǔ)上，及時(shí)獨(dú)立地寫出各自的實(shí)驗(yàn)報(bào)告或研究報(bào)告。對(duì)于常規(guī)性的訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)，因?qū)嶒?yàn)組合相對(duì)單一，因此只要寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告；對(duì)于設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)組合數(shù)較多，要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)各因素的影響，尤其要明確主要影響因素。總體來說，要重點(diǎn)描述關(guān)鍵性的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)、結(jié)果以及結(jié)果與理論的對(duì)應(yīng)性（關(guān)聯(lián)性）。

及時(shí)批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告并及時(shí)反饋共性問題。及時(shí)反饋學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告可使學(xué)生及時(shí)了解自己的優(yōu)點(diǎn)和不足，即便不反饋批閱后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，也須及時(shí)反饋成績(jī)，以使學(xué)生“心里有數(shù)”。而且，指導(dǎo)老師可以從學(xué)生的感想中找出一些值得重視的地方。

2.3.2 教學(xué)效果評(píng)價(jià)

完成理論課或?qū)嶒?yàn)課的學(xué)習(xí)后，如何對(duì)學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)一直是一線老師和教學(xué)管理者所密切關(guān)注的。尤其近幾年，形成性評(píng)價(jià)逐漸被大家所接受，但如何進(jìn)行形成性評(píng)價(jià)，而不僅依賴于若干次實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)，為此，提出了一種可操作的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果的評(píng)價(jià)方案。

（1）對(duì)于學(xué)生人數(shù)較少的課程可以進(jìn)行有代表性的實(shí)驗(yàn)操作。每門課可以考慮設(shè)置2～3項(xiàng)能反映課程核心操作技術(shù)的項(xiàng)目，以備學(xué)生隨機(jī)抽取。相信老師有“窺一斑而見全貌”的能力。以生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，可供選取典型實(shí)操包括模擬分光光度計(jì)的使用、借助水浴鍋模擬觀察的酶促反應(yīng)、離心機(jī)的使用等。即便是全體同學(xué)采用相同的考察內(nèi)容，也不用過分擔(dān)心“漏題”的問題。

以模擬分光光度計(jì)的使用為例，考察的內(nèi)容可有：開啟分光光度計(jì)、拿取比色杯、將試管中的樣品加入比色杯、對(duì)溢出的溶液擦拭、處理滴落在實(shí)驗(yàn)臺(tái)面或地面的液滴、選取預(yù)定波長(zhǎng)、測(cè)量樣品吸光值、操作后清洗比色杯、使使用后的分光光度計(jì)恢復(fù)正常狀態(tài)等。

（2）在人數(shù)較多情況下，采取播放視頻資料，由學(xué)生判斷其規(guī)范性。在一些專業(yè)人數(shù)較多的情況下，采取播放提前錄制的含有多個(gè)非規(guī)范操作細(xì)節(jié)的視頻，由學(xué)生判斷其不規(guī)范之處。同時(shí)也選擇一個(gè)僅有個(gè)別非規(guī)范操作的視頻，以培養(yǎng)學(xué)生的判斷能力，須知這種判斷力的培養(yǎng)更重要。

根據(jù)形成性評(píng)價(jià)的思路，實(shí)驗(yàn)課的成績(jī)?cè)u(píng)定分為3部分，分別是：實(shí)驗(yàn)課討論、匯報(bào)，≥20%；最終動(dòng)手能力的考評(píng)，≥20%；實(shí)驗(yàn)報(bào)告，≤60%。

通過對(duì)學(xué)生的了解可知，這種方式給學(xué)生帶來了一定的壓力，減輕了學(xué)生多看少動(dòng)手的毛病、減少了學(xué)生過分依賴實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)的不足，最重要的加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容系統(tǒng)性、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，借助對(duì)全班實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析提高了學(xué)生科研潛質(zhì)和創(chuàng)新能力。

3 結(jié) 語

與理論課教學(xué)的授課、考試方式不同，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的環(huán)節(jié)比較復(fù)雜，涉及的物品多、秩序和進(jìn)度較難以掌控、教學(xué)效果的考核難以量化等。如何提高教學(xué)質(zhì)量既考驗(yàn)了指導(dǎo)教師及教輔人員的智慧，也考驗(yàn)了受教育者接受新式教學(xué)范式的能力。根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)和作者的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，提出了將形成性評(píng)價(jià)納入評(píng)價(jià)體系并進(jìn)行量化考核的教學(xué)設(shè)計(jì)范式，其核心內(nèi)容包括4個(gè)可操作性環(huán)節(jié)即實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與過程考核、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范撰寫以及及時(shí)批改和反饋、對(duì)操作能力的考核，而且這種教學(xué)模式基本上未額外增加實(shí)驗(yàn)材料、試劑以及儀器或設(shè)備。當(dāng)然，提出的模式也有一些需要改進(jìn)的地方，比如如何選定合適材料以開展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后PPT匯報(bào)時(shí)，隨機(jī)選取匯報(bào)人，其效果有較大差異，由于同學(xué)間臨場(chǎng)發(fā)揮能力差別較大而導(dǎo)致擅長(zhǎng)演講的同學(xué)沒有選上而拉低了本組成績(jī)等。

上述強(qiáng)化形成性評(píng)價(jià)的教學(xué)模式與傳統(tǒng)的根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評(píng)價(jià)模式有很大不同，它督促學(xué)生注重平時(shí)操作、結(jié)果匯報(bào)與討論，重視對(duì)學(xué)生基本操作能力的培養(yǎng)，減少了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)的過分依賴，長(zhǎng)遠(yuǎn)看有利于對(duì)實(shí)驗(yàn)性專業(yè)人才的培養(yǎng)。在生物分離工程實(shí)驗(yàn)、生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中對(duì)該教學(xué)模式進(jìn)行了多輪次實(shí)踐，取得了滿意的效果。