生物技術專業生物學實驗課教學模式的改革與思考*

馮 毅 譚 茵 戴建威 廣州醫科大學廣醫—廣州生物院聯合生科院生物學實驗中心 511436

生物技術產業的發展和創新型生物技術人才的培養對我國快速發展的進程具有重要的戰略意義，因此需要建設完善的生物技術專業人才隊伍。生物技術專業是以培養具備系統的生命科學的基本理論、基本知識和基本技能，具有創新精神、國際視野，科學素養和實踐能力的生物技術人才為目的，打造滿足科研、教學、研發生產和診療服務等多樣化人才培養體系[1]。其中，生物學實驗課程是培養生物技術專業學生實踐能力的重要手段，能幫助學生學習實驗原理和內容，加深對理論知識的理解，提高其自主學習和分析解決問題的能力[2]；同時還能培養學生的科研思維和素養，提高其實踐技能，為將來臨床實踐和科研工作打下夯實基礎。然而，生物技術領域的研究發展日新月異，單純以教師為中心的傳統線下實驗課程教學模式無法滿足學生實踐能力培養及學習的需要[3]。因此，本文就“線上+線下”的混合式教學模式在生物技術專業生物學實驗課程教學中的應用進行探討。

1 傳統的生物技術專業生物學實驗教學模式存在的問題

1.1 以教師為中心的實驗教學模式 生物技術專業的生物學實驗課程內容多樣豐富，但是單一的傳統實驗室教學模式卻難以保證教學質量和學生的實踐操作掌握程度。具體而言，實驗課前學生的參與程度低，對實驗內容不熟悉，上課時教師采取傳統的授課方式進行實驗操作前講解，使得學生無法充分理解實驗內容，在實驗操作中容易混淆犯錯。同時，實驗課后學生對實驗操作記憶不深刻，實踐技能掌握程度低。這種以教師為中心的教學模式難以保障實驗課程的教學質量，難以激發和維持學生自我學習興趣。

1.2 無法開展前沿性或擴展性的實驗項目 生物技術是實踐性極強的專業，其教學涵蓋了大量的實驗操作課程。傳統的教學模式會準確按照教學安排定時定點進行實驗排課。一般而言，實驗課程的教學課時和場地有限，因此只有最實用、基礎且安全的實驗內容被選擇作為實驗教學課程。學生無法系統學習課程之外的實驗操作及接觸了解更高級的實驗儀器，例如激光共聚焦顯微鏡和流式細胞儀等臨床科研工作中常用的儀器。同時，生物學實驗課程的教學安排相對較固定。如今生物技術的快速發展，前沿性的實踐技能或實驗內容難以得到展示，從而造成學生的知識面相對狹窄。

1.3 實驗課教學信息資源的利用程度不足 教育信息化建設是當今促進教育改革和提高教學質量的重要手段[4]。如今，越來越多的線上教學手段正逐漸地被廣泛應用到生物學相關專業的理論教學中，如大型開放式網絡課程(Massive open online courses,MOOC)和小規模限制性在線課程(Small private online course,SPOC)等在線學習方式，以及超星、智慧樹、人衛慕課、雨課堂、學堂在線等各種在線教學平臺。然而，由于實驗課程涉及實踐操作，因此如何提高實驗課教學信息化程度是值得關注的重點課題，它將有助于改善生物學相關實驗及理論課程的教學質量及深化生物技術專業教育改革。

2 生物技術專業生物學實驗課教學模式的改革

生物技術專業生物學實驗課教學的改革應著重于將單一的傳統實驗室教學模式進行優化，充分利用互聯網與教育相結合，增加信息化教學方式的比重，發展成為“線上+線下”的混合式教學模式。由于生物學實驗課程涉及實踐操作，因此采取的線上教學方式要求能完整清晰地展示實驗內容和操作演示。

2.1 虛擬仿真實驗教學平臺 虛擬仿真實驗平臺是利用信息化技術，實現對實驗原理內容、實驗耗材與儀器、實驗對象、實驗操作以及實驗數據結果的模擬仿真[5]，學生通過情境代入式的方式模擬實驗操作學習。尤其適用于獲取實驗材料難度大、儀器設備要求高、試劑毒性危害大、操作難度和耗時長的教學難度大的實驗課程[6]，以及生物技術相關學科的科技前沿實驗內容。虛擬仿真實驗教學為學生提供了豐富的實驗課程，完整的實驗模擬操作體驗及實驗技術認知的機會，可有效提高學生實驗課程的參與程度并激發其自主學習能力與創造性思維，是良好的生物學實驗線上教學手段。但虛擬仿真實驗教學平臺的建設周期較長，需要專業數字化技術團隊與相關學科團隊共同完成搭建，以及系統的管理體系和持續性的后期維護。本中心作為廣東省省級生物學實驗教學示范中心，承擔國家級虛擬仿真實驗教學中心細胞分子醫學模塊的教學任務，自主研發了多項虛擬仿真實驗項目，在傳統線下結合線上教學模式改革中取得良好成效[7]。

2.2 標準化實驗操作視頻 標準化實驗操作視頻展示某特定實驗內容的標準化實驗操作步驟，能全面詳細地顯示實驗操作過程和細節。學生通過觀看視頻學習實驗操作流程，能還原真實的實驗情境，獲得可重復的實驗指導，能有效幫助學生掌握實驗內容和熟悉實驗操作。同時，標準化實驗操作視頻還能規范實驗操作手法，在一定程度上可糾正不同實驗教師在同一實驗課教學中操作示教不統一的問題，有助于師生在實驗操作上具有同質性和規范性，提高學生的實踐能力[8]。

2.3 微課 微課是以教學視頻為主要載體，記錄教師在課堂教學過程中針對某個知識點開展的簡短教學活動[9]。生物技術專業的生物學有許多前期實驗材料是由教師操作獲得，甚至有部分實驗是直接在課堂展示實驗結果而略過操作過程，容易造成學生對實驗整體的理解和掌握困難。因此，可以將前期的實驗過程制作成微課，或將傳統上課的操作前實驗講解以微課的方式呈現出來，讓學生在正式上課前能獲得實驗指導，將有助于提高課堂上學生的實驗效率和教學質量。

3 “線上+線下”的混合式教學模式

3.1 “線上+線下”混合式教學模式的積極作用

3.1.1 激發學生學習興趣，提高學習積極性。現今互聯網及個人便攜式電子設備得到了極大普及，當代大學生更偏向和適應使用電子設備通過互聯網汲取知識。“線上+線下”的混合式教學模式提高了實驗課程教學的信息化程度，相比單一傳統的實驗教學形式更新穎，更符合學生的生活和學習習慣，因此學生能快速容易獲得線上教學資源，在一定程度上有效激發學生的學習興趣以及提高其學習積極性。

3.1.2 提高學生實驗課程的參與程度。“線上+線下”的混合式教學模式讓學生有機會參與到實驗課程的各個階段。在線下實驗課前，學生可通過實驗微課線上了解實驗的原理、操作步驟以及實驗前期材料的準備過程，或通過標準化實驗操作視頻和虛擬仿真實驗平臺熟悉實驗操作流程。學生在課前對實驗有了一定的認識，將有助于提高線下實驗課程的開展，從而獲得更好的教學效果。線下實驗課后，學生可以在任何時間回顧和復習實驗操作。此外，虛擬仿真實驗平臺還涵蓋提問、學習資料上傳、作業布置及測試等學習環節，為線下實驗課教學提供重要補充。學生通過線上課程學習實驗內容，既提高線下課堂實驗課的實驗效率，還加深了對理論知識的理解與實踐技能掌握。

3.1.3 不受時間和空間的限制，學習前沿技術。傳統的線下實驗教學受限于實驗課時、實驗室以及教師資源的限制。“線上+線下”的混合式教學能夠使學生不受時間和空間的限制進行線上學習實驗課程，因此學生可利用碎片化時間反復進行學習。讓學生能重復斟酌和理解實驗內容，提高自主學習能力。而且線上教學能開展一些最新的生物技術前沿或者教學難度大的實驗項目，為學生提供廣泛的知識拓展。線上教學方式促進線下實驗課堂的教學質量，兩者有機結合的模式有效發揮“線上+線下”的教學優勢，相輔相成。

3.2 “線上+線下”混合式教學模式實施的思考

3.2.1 “線上+線下”混合式教學模式的實施。在教學活動中，并不是在傳統教學活動實施的過程中加入少量教學視頻或者線上教學環節就認為是混合式教學，“線上+線下”的教學模式應該是互相都占有相當比重，且在教學活動中發揮各自作用。在生物技術專業生物學實驗課教學中，不同的實驗可根據教學要求進行線下或線上的方式安排教學；或者同一實驗的不同步驟也分別采用線上及線下的方式進行。同時，在實施混合式實驗教學模式時也應盡量豐富線上教學的內容與手段，從而達到“因實驗施教”的目的，提高實驗課程的教學效果。

3.2.2 “線上+線下”混合式教學模式仍需要不斷優化。促進教學模式的信息化發展是深化教育改革和提高教學質量的重要手段[4]。正如在本次新型冠狀病毒肺炎疫情期間，線上教學模式發揮了巨大的作用，許多高校都通過開展完全性的線上授課來保障本科教學正常實施。借此契機，高校中線上線下混合式課程的實施也將進一步發展。同時也對教師的信息化教學能力以及學生的主動學習能力都提出了一定的要求[10]，這是所有實施混合式教學模式的課程都會遇到的問題。因此，“線上+線下”的教學模式仍需要不斷探索優化，并發展成為具有各自課程特點的混合式教學模式。

生物學實驗課程教學是培養生物技術專業人才的理論水平和操作技能的重要環節，其實驗課的教學模式應該隨著科技發展和社會需求不斷優化。“線上+線下”的混合式教學模式能有效激發學生的學習興趣和提高其自主學習積極性，有助于提高實驗課程的教學質量。因此，充分認識互聯網與教育結合的重要性，將傳統實驗教學模式發展成為具有時代特點的教學模式，將進一步推動實驗教學的信息化建設和教學改革。