基于微課的翻轉課堂在生物工程實驗課的教學設計和應用

李云峰，張杰良

（汕頭大學 理學院生物系，廣東汕頭 515063）

隨著網絡現代化、數據化的普及，以信息技術為核心的教育理念受到了越來越多的重視，微課式的翻轉課程已成為現代教學領域的新型創新模式和關注熱點。微課具有短小精悍、重點突出、制作簡便、以學生為主體等優點[1-2]，教師在充分分析教材重難點和學生學習特點的基礎上，選定合適的主題，設計出針對性強的教學內容。微課的設計一般在10min左右，能借助圖片、文字、聲音、視頻等形式生動的展示教學內容，學生也能在任何時間輕松愉悅的觀看，從而取得最佳的翻轉課堂式的教學效果。如圖1所示為微課式翻轉課堂的教學設計路線圖。

圖1 微課式翻轉課堂的教學設計路線

目前，“抖音”和“快手”等直播平臺很受歡迎，觀看者不乏大量的大學生，這是因為人們更容易被短、快、新的內容所吸引，加上短視頻結合了很多大學生感興趣的內容，利用最短的時間調動人們的感覺器官，并能實現興奮愉悅的狀態，特別符合大眾碎片化接受信息的要求[3]。因此，若將短視頻的優點融入微課，雖然是碎片化信息，但加上教師在課堂上的分析、討論和學生反饋，可以獲得預想不到的結果。

由高校自發組織的微課教學競賽或由省級國家級教育委員會開展組織微課教學競賽，有助于推動信息技術與教育教學深度融合，也有利于全面提升高校教師教學理念創新和教學能力[4]。2014年開始，由教育部高等學校生物學相關教學指導委員會每年組織開展的“全國高校生命科學類微課教學比賽”，其網站為http：//weike.enetedu.com/。0以下將以制作設計的《香菇多糖的分離與鑒定》（下稱案例A）生物分離實驗課為例[5]，供一線教師借鑒參考，其網站為http：//weike.enetedu.com/play.asp?vodid=198758&e=33。

1 實驗課教學中的常見問題

實驗課一般分為三個步驟：①教師對實驗目的及原理進行講解，接著:對部分儀器進行演示操作，最后，學生動手操作，教師對學生操作過程中出現的問題進行指導和總結。②在傳統實驗課教學過程中，前兩個步驟經常出現以下問題：實驗課時間有限，教師更希望學生有充足的操作時間，但講解時又希望講解的更清楚，這本身就是矛盾的，講解過程冗長學生感覺枯燥，不能集中精力，導致動手操作時目的不明確，操作的關鍵點也不清楚，很難達到實驗要求[6]。③有些儀器操作復雜或有技巧，其規范操作過程需要教師演示，在演示時如果學生過多，會有部分學生看不清楚或者不認真觀看，這部分學生就無法流暢、熟練地正確操作儀器。這樣導致的結果是，學生對于常用實驗儀器不熟練，甚至完全沒有印象，進而影響了畢業后的就業和深造機會，也就失去了實驗課對學生的培養目的，即失去了專業要求的最為重要的實驗操作 技能[7]。

此外，傳統的生物實驗教學課堂中，對于有些危險性較大、過程較長、設備昂貴，或者學校不具備實驗條件的實驗很難安排學生親自動手操作，如果將這部分實驗內容拍成視頻，制作成微課，能夠使學生身臨其境，從而最大限度地認識儀器及掌握實驗 要領。

總的來說，微課式的翻轉課堂能將傳統實驗課經常遇到的問題得以改善，雖然設計、制作視頻會花費一些時間，但教師團隊可以分工協作并逐步積累，逐步制作出越來越優秀的作品，既可提高學生的學習效率，也實現了教師教學能力的全面提升。

2 微課制作前的準備

微課教學過程圍繞教學內容的重難點而展開，以視頻為載體，其特點是形式宜微，但內容宜精。因此，內容需要選擇重難點，并對重難點內容加以分析，設計出教學過程并精煉要點，時間控制在10min左右，過長容易使學生注意力不集中[8]。如案例A中的重難點為采用高效液相色譜法和氣相色譜法對生物活性物質進行分析與鑒定。擬定好重難點后將開始進行教學過程設計、錄制和制作微課視頻，將制作好的視頻上傳到云端供學生下載、觀看學習，學生可以在任何時間在沒有教師監督下進行自主學習。微課視頻制作軟件可以使用教師慣用的PPT，再輔以Camtasia進行錄制屏幕、導入視頻，再對視頻片段進行剪接、添加轉場效果、加字幕、編排進度等。

3 微課制作的課程導入

如表1所示，確定好重難點內容后，對微課的內容進行設計，首先就是課程的導入。富有啟發性、藝術性的課程導入，有助于啟迪學生的思維、激發學習興趣，促進學生積極思考和主動探索[9]。因此，為了能把內容更生動有趣且形象地呈現給學生，教師要對課程導入的形式進行打磨以達到更佳的效果，以下總結幾種不同形式的導入方法，包括故事導入法、情境導入法、前言動態導入法等。

表1 微課式翻轉課堂與傳統實驗教學時間上的安排

故事導入法，以生物技術實驗課中的綠色熒光蛋白（GFP）為例，傳統授課是以PPT形式呈現：“GFP是一類存在于水母等腔腸動物體內的生物發光蛋白質，當受到紫外激發時會發射綠色熒光”，而采用微課式教學法，可以設計三位卡通人物，即第一位是發現GFP的科學家（下村修），展示他是如何在水母體內發現GFP的，接著出現另外兩位科學家馬丁·查爾菲和錢永健，分別發現和改造綠色熒光蛋白，這三位科學家由于對生命科學領域做出的巨大貢獻，于2008年獲得了諾貝爾化學獎。這樣學生會被故事吸引，比刻板的傳統教學效果更佳。

課程導入中，還可以將本實驗相關領域的最新動態、新知識、新技術引入微視頻中，開闊學生的視野，充分調動學生的積極性。如GFP故事導入后，接著介紹一些GFP的應用實例，包括GFP作為熒光探針，作為信號分子與生物學受體或藥物分子偶聯，信號分子的遷移會在細胞內留下痕跡，以這些信息進行藥物分子的設計，以達到對某種疾病的治療或預防。

在案例A中，采用了情境導入（15s），以學生熟悉的情境、能引發學生興趣的日常生活話題、能引起學生注意的情節進行導入，以學生在日常生活中遇到的多糖保健品帶出主題。選同屆的學生進行視頻拍攝，下一年的時候也可以更換主角重新拍攝，再使用Camtasia進行剪接出適合下一年的微課視頻，這樣可以引起同班同學的共鳴，導入情境的主要目的在于激發學生興趣、好奇心和學習的欲望，使學生對接下來的學習內容有興趣，并在輕松愉悅的氛圍進入學習。在情境導入后，接著介紹目前科學研究新動態（35s），講述多糖的功效和應用進展。

總的來說，課程導入方式并不限于舉例的幾種，應靈活采取多樣化的方式，可以為多種形式的融合，但也需要注意把握時間，課程的導入時間不宜過長。

4 微課制作過程的重難點

微課制作的核心目的是針對實驗中的重難點內容或難以表述的現象加以視覺化呈現。首先，要確定每一個實驗中的重難點。其次，根據教學設計的重難點擬寫好腳本，構思拍攝的鏡頭，初步完善腳本和拍攝點的連續性和針對性，反復打磨以確保做到內容準確、流暢、不跳躍、容易懂[10]。如案例A中的重難點為采用高效液相色譜法和氣相色譜法對多糖進行分析與鑒定，對于這兩臺色譜儀，傳統的教學模式為教師站在儀器設備前對其每個部件和結構進行講解，在儀器旁邊學生人數多，無法照顧到所有學生，學生在教師講解過程中容易走神，尤其是部分后排學生無法看清操作，加上授課時間的限制，教師也無法逐一指導學生，授課、學習、上機效果均不盡人意。

因此，微課式翻轉課堂提前將設備操作視頻錄制好，讓學生在課前預習觀看，如表1所示的兩種教學方式的時間安排。微課拍攝的重難點內容可以進行如下安排，首先對這兩臺儀器的結構和功能進行介紹，然后對樣品分析時進樣操作、信號采集等步驟，最后進行拍攝與講解這兩個色譜分析法操作，軟件中的數據處理與圖像的導出。通過微課式翻轉課堂的進行，學生不僅能熟悉整個操作流程，對數據處理（如基線調整、峰面積計算、色譜圖導出等）的熟練程度也極大提高。

5 布置思考題及檢查學習效果

對于生物分離工程實驗課，除了實驗操作要熟練，學生還應該能夠結合理論知識來解決實際應用過程中出現的各種問題，因此每個微課結束部分需要布置相應的思考題。這些思考題布置的原則是少而精，具有代表性、綜合性[11]，學生需要課前預習與動手操作后，對于理論知識有了充分的理解才能解答出來。學生提交的實驗報告也應包含對思考題的解答，這樣教師除了通過學生的操作，還可以通過批改實驗報告來檢查學生的學習效果。

6 教學效果的評價

基于微課的翻轉課堂實驗課教學是一種創新的教學模式，該教學模式將傳統實驗課冗長的講解過程，轉移到課前讓學生自主學習，達到消化知識和理解操作步驟的目的，再進行課內傳授新知識，實現教學與知識消化的逆轉。這種教學模式在高校內的推廣還需完善，其教學效果需進行客觀和準確的評價。學生成績可采用多元化的評價體系，如實驗課前預習報告、實驗操作、實驗結果與討論、實驗報告共同構成。此外，為了評價微課式翻轉課堂的教學質量，還可制定學生反饋教學效果的評價表，如表2所示，對學生進行調查問卷、同行教師交流與反饋，如表3所示，以評估整體教學效果，針對問題適當進行改進和調整，有助于提升整體教學質量[12]。

表2 微課式翻轉課堂的教學質量評價表-學生適用

表3 微課式翻轉課堂的教學質量評價表-同行教師適用

7 結束語

通過與同行教師交流、對學生成績進行考核并發放調查問卷，證明微課式翻轉課堂有助于生物分離工程實驗課的教學，實踐證明學生在實驗課上積極性更高，動手操作實驗也更加熟練，課前預習起到了非常重要的作用，能夠實現應用微課的翻轉課堂式的預期效果。這種創新的實驗教學模式深受廣大學生喜愛，有效地提高了學生的學習興趣、自主學習能力、發現問題、分析和解決問題的能力，有利于全面提高生物技術類專業人才的培養質量。希望通過更多的平臺，各高校展現出更多、更優秀的微課作品，拓展微課交流渠道，豐富微課設計形式，促進微課在生物分離工程實驗課的教學應用。