混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在《分子生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)》課程中的教學(xué)探究

趙靜 賀雷雨 王賀成 李文利

【摘要】 ? ?《分子生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)》是一門系統(tǒng)性的應(yīng)用技術(shù)課程。為了構(gòu)建一種專業(yè)技術(shù)與信息發(fā)展深度吻合的課堂模式，本文在了解傳統(tǒng)教學(xué)模式現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了以虛擬仿真技術(shù)為支撐，輔以線上微視頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)及線下開放式實(shí)操為一體的新型混合教學(xué)模式。本文介紹了這種新型混合教學(xué)模式存在的必要性、具體實(shí)施的過程、取得的教學(xué)效果及考核評(píng)價(jià)等。實(shí)踐表明，混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可行和有效，將作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的重要補(bǔ)充，并助力高校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】 ? ?分子生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn) ? ?混合教學(xué)模式 ? ?虛擬仿真 ? ?教學(xué)改革

《分子生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)》具有很強(qiáng)的綜合性、實(shí)用性和系統(tǒng)性，是與科研緊密銜接的重要實(shí)驗(yàn)課程.根據(jù)目的蛋白的基因序列， 設(shè)計(jì)引物， 利用PCR 技術(shù)獲得該蛋白的結(jié)構(gòu)基因， 插入高效表達(dá)載體pET-28a （+）， 并轉(zhuǎn)化大腸桿菌菌株BL-21 （DE3）， 獲得高效表達(dá)目標(biāo)蛋白的基因工程菌株，然后通過體外異丙基硫代半乳糖苷誘導(dǎo)表達(dá)目的蛋白， 結(jié)合離子交換層析獲得目的蛋白的純品，并進(jìn)一步檢測(cè)其酶學(xué)活性。該課程涵蓋了分子生物學(xué)、微生物學(xué)及生物化學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的理論知識(shí)及專業(yè)技術(shù)。學(xué)生除了要全面掌握相應(yīng)的理論知識(shí)，還需具備實(shí)際操作能力，以確保學(xué)習(xí)者可以將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際操作中，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合。然而，現(xiàn)有的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)因教學(xué)模式單一、時(shí)空有限，靈活度差等因素，在類似新冠疫情這種突發(fā)事件前，顯得頗具挑戰(zhàn)性。

虛擬仿真技術(shù)是近些年興起的一種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段，是信息化技術(shù)助推創(chuàng)新人才培養(yǎng)的產(chǎn)物，已在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中廣泛使用，并得到了良好的反饋[1-3]。本文根據(jù)分子生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)，采用專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，輔之以線上微視頻和線下開放式教學(xué)實(shí)操，建立了分子生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式。該模式經(jīng)過近兩個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，證明具有一定的實(shí)用性，也收到了良好的效果。

一、混合教學(xué)新模式在《分子生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)》中應(yīng)用的必要性

《分子生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)》所涉及的實(shí)驗(yàn)原理復(fù)雜，技術(shù)難度高，想在48學(xué)時(shí)里掌握必要的操作，對(duì)師生來說都是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。因此，教師如何有效提高課堂效率，將是本課程教學(xué)的主要突破點(diǎn)。

混合式教學(xué)模式是應(yīng)運(yùn)而生的一種新型教學(xué)模式，是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充和優(yōu)化。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于空間有限，實(shí)驗(yàn)人數(shù)多，實(shí)操難度大，單向輸入式的演示教學(xué)無(wú)法確保每個(gè)學(xué)習(xí)者都能全方位無(wú)死角的浸入式學(xué)習(xí)[4-5]。但通過微視頻平臺(tái)所提供的規(guī)范操作及原理解讀等，可針對(duì)性的幫助學(xué)生解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中因無(wú)法實(shí)現(xiàn)一對(duì)一教學(xué)而造成的不規(guī)范操作等問題。因此，將微視頻平臺(tái)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，為提高實(shí)驗(yàn)技能操作提供了可能性。

此外，自2017年以來，在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上，全國(guó)高校積極開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)[6-7]。在新冠疫情爆發(fā)期間，為響應(yīng)“停課不停學(xué)”，這些虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程在實(shí)際教學(xué)應(yīng)用中發(fā)揮了重要的作用[8]。本文中，結(jié)合生命科學(xué)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，采用虛擬仿真技術(shù)引導(dǎo)學(xué)生強(qiáng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能，拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的廣度和深度、增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間靈活度、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，推進(jìn)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合。

綜上所述，在教學(xué)改革過程中導(dǎo)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和微視頻教學(xué)平臺(tái)，不僅符合學(xué)習(xí)者的要求，更滿足當(dāng)代教育教學(xué)發(fā)展的迫切需要。

二、實(shí)施過程

混合教學(xué)模式共涵蓋三個(gè)模塊，傳統(tǒng)的課堂主要完成線下操作這一步。而混合教學(xué)模式在該教學(xué)過程之前首先加入了線上虛擬仿真環(huán)節(jié)。而且，在線下實(shí)操環(huán)節(jié)輔以線上視頻進(jìn)行360度全方位操作演示，真正的實(shí)現(xiàn)了無(wú)時(shí)空限制的自由學(xué)習(xí)模式。具體操作流程如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開始前，學(xué)生可在移動(dòng)虛擬仿真平臺(tái)上注冊(cè)登錄，經(jīng)任課教師審核身份后，便可閱讀整個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理、目的，并通過練習(xí)模式詳細(xì)了解實(shí)驗(yàn)流程及注意事項(xiàng)。待實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)束后，教師可通過教師端對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)及操作記錄進(jìn)行評(píng)定。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開始后，學(xué)生可在微視頻指導(dǎo)下，結(jié)合實(shí)驗(yàn)講義，開展具體實(shí)驗(yàn)。此過程中，教師主要負(fù)責(zé)答疑和課堂秩序的維護(hù)。待實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，各小組同學(xué)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。為了更好的提高課堂教學(xué)質(zhì)量，教師需要把握好各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，并做好不同環(huán)節(jié)間的有效過渡，才能取得切實(shí)的成效。

三、混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的教學(xué)效果

混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式自2019年投入實(shí)踐以來，共開展約11904人時(shí)數(shù)，教學(xué)效果較以往傳統(tǒng)課堂明顯提升。表1總結(jié)了混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式的對(duì)比情況。

混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式是新時(shí)代和新形勢(shì)背景下產(chǎn)生的一種“以學(xué)生為中心，以突出學(xué)生主體性為方向，以激發(fā)學(xué)生探究力”為最終目標(biāo)的新型教學(xué)模式。為了客觀了解學(xué)生真正的學(xué)習(xí)效果，我們對(duì)生物科學(xué)和藥學(xué)兩個(gè)專業(yè)的同學(xué)進(jìn)行了問卷調(diào)查。結(jié)果表明（表2），混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式在學(xué)生參與度、教學(xué)方式、反饋評(píng)價(jià)及最終取得的教學(xué)效果方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。而且，約有90%以上的同學(xué)認(rèn)為，混合教學(xué)模式不但規(guī)范了他們的實(shí)驗(yàn)操作，而且對(duì)實(shí)驗(yàn)原理等也有更深的理解。

四、考核評(píng)價(jià)方式改革

在以往傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，分子生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系主要包含預(yù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告、平時(shí)成績(jī)（出勤率、實(shí)驗(yàn)記錄情況、規(guī)范操作情況等）和最終的實(shí)驗(yàn)報(bào)告三部分。而在混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，考核評(píng)價(jià)貫穿整個(gè)教學(xué)過程，具體考察內(nèi)容和分值比例如表3所示。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的改革與發(fā)展，傳統(tǒng)單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式在培養(yǎng)復(fù)合型人才方面已無(wú)法達(dá)到良好的效果。為了將現(xiàn)代信息技術(shù)融入到人才培養(yǎng)中，很多高校在實(shí)際教學(xué)中已經(jīng)開始漸漸引入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)形式，如虛擬仿真、慕課、微視頻課堂等，并且取得了很好的教學(xué)效果[9-10]。本文在分子生物學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)中，采用了線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)+線上微視頻教學(xué)+線下開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的混合式教學(xué)方法，以虛擴(kuò)實(shí)、虛實(shí)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了認(rèn)知與實(shí)踐教學(xué)的深度吻合。引入混合教學(xué)模式后，學(xué)生的參與度明顯提高，更重要的是提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能及對(duì)理論知識(shí)的掌握，符合該課程的教學(xué)目標(biāo)。

參 ?考 ?文 ?獻(xiàn)

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