新工科背景下生物化學實驗線上線下混合式教學探索*

王麗梅 趙秀舉 王華林 王宏勛

（武漢輕工大學，生命科學與技術學院 湖北武漢 430023）

生物化學實驗作為生物工程、制藥工程和環(huán)境工程等工科專業(yè)的專業(yè)必修課程，在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程中具有重要作用。新工科建設強調通過實踐教學改革培養(yǎng)創(chuàng)新性應用人才，《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》也強調培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造性思維[1]。生化實驗課程是后續(xù)專業(yè)課程實踐環(huán)節(jié)的基礎，是穩(wěn)步提高學生實踐能力、創(chuàng)新能力，提升綜合素質的關鍵所在。

近年來，多所高校在生物化學實驗課程的具體落實過程中，開展了系列教學改革嘗試。北京大學生命科學學院劉旖璇進行生物化學實驗在線教學的探索與實踐[2]；南昌大學涂碩開展了“教-賽-訓-賽-改”模式促進本科實驗教學持續(xù)改進的探索與實踐[3]；山東科技大學崔志芳結合慕課與“三位一體”實驗教學平臺的生物化學探究性實驗教學[4]；遵義醫(yī)科大學徐先林開展了OBE理念輔助生物化學實驗過程性評價改革初探[5]，深圳大學楊一開展TBL教學在醫(yī)學生物化學實驗教學中的實踐[6]，廣州醫(yī)科大學生命科學學院洪瑋開展了基于大學生開放實驗室生化實驗教學改革實踐[7]。目前，線上線下混合式教學主要在理論教學方面進行了應用，在實驗教學方面的嘗試還不多。以我校工科專業(yè)學生為載體，采用學習通平臺網(wǎng)絡課程實現(xiàn)線上學習結合實驗線下教學，充分調動學生的主動性和積極性。通過教學內容整合、教學方法、實驗成績評價及課程考核體系等方面進行初步探索改革，為提高生物化學實驗課程的教學效果提供一定的參考。

一、混合式教學改革的必要性

生物化學作為專業(yè)基礎課，是生命科學的基礎，也涉及生命科學的前沿。生物化學實驗課程所涉及的理論基礎和實驗操作技術，在生命科學、食品及化工等領域廣泛使用。生物化學實驗也是學生理解生物化學理論知識及應用拓展的必要環(huán)節(jié)，對于生化實驗課程的探索與改革，可提高學生對生物化學課程體系的掌握和應用程度，也可為后續(xù)專業(yè)課程實踐環(huán)節(jié)的開展打下扎實的基礎，是提高學生思考能力、解決實際問題的能力及創(chuàng)新能力，提升綜合素質的關鍵一環(huán)。傳統(tǒng)的生物化學實驗存在主要問題如下：驗證性實驗多而綜合性、開創(chuàng)性實驗較少，傳統(tǒng)課堂授課過程，老師講解后學生按照講義上的步驟完成相應的操作，以得到預想中的實驗結果，不利于發(fā)揮學生的創(chuàng)造性。實驗場所僅僅局限于課堂，因各高校硬件條件差異，實驗設備條件有限，特別是大型新型設備在本科生實驗中較為匱乏。在一些綜合性實驗實驗時，大型以及貴重儀器臺套數(shù)有限，多位同學一組，難以保證學生都獨立操作。存在部分學生操作動手，部分學生旁邊觀看的情況。傳統(tǒng)教學的考核評價以課堂操作和實驗報告成績?yōu)橹鳎⑽纯己藢W生在整個教學過程中的表現(xiàn)，評價體系單一，不能全面客觀考評學生在整體實驗過程綜合表現(xiàn)，不利于培養(yǎng)學生思考能力和分析問題的能力。

二、基于超星學習通網(wǎng)絡課程的實驗教學設計

1.施教學生載體

我校生物化學實驗課的學生來源包括生科學院、醫(yī)護學院、化環(huán)學院，每年修讀課程學生約400人。本課題以生物工程、制藥工程、生物制藥及化學工程等工科專業(yè)的學生為載體，以課程資源系統(tǒng)為依托，采用線上+線下的混合式教學方式探索，線上充分發(fā)揮學生的主體作用，線下實驗操作發(fā)揮教師對課程的全面主導，增強師生交流。線上線下互為配合補充，可增加學生學生的靈活性和教師授課的便捷性，可提高學生的主體地位及主動性，促進學生對實驗課程的認識及掌握。學生可隨時反饋評價實驗教學效果，使教師及時了解教學效果，方便解決學生疑問，加深學生對知識的理解，也可訓練學生提出問題能力及創(chuàng)新能力。

2.超星學習通平臺引入

為了解決在傳統(tǒng)生物化學實驗課教學中存在的上述問題，授課團隊多位教師通過超星學習通線上教學平臺，共同建設生物化學實驗課線上課程資源，充分發(fā)揮線上平臺的傳播使用優(yōu)勢形成課程教學資源共享體系，達到生物化學實驗課程資源共建共享的目的。線上實驗示教視頻庫已經(jīng)由生物化學實驗授課團隊教師拍攝、剪輯實驗示教的高清視頻上傳至學習通學習平臺。課前預習習題集及課后作業(yè)課程均已完成建設。超星學習通擁有著強大的實時互動功能，如視頻學習、章節(jié)測試、課堂簽到、隨機點名、隨堂測驗、課后討論等，有助于課堂互動，形成良好的課堂氛圍，加強師生交流，提高學生的課堂參與度。“新時代高教40條”指出，現(xiàn)代教學改革的實現(xiàn)應深入結合現(xiàn)代信息技術，努力建設和使用虛擬仿真實驗。《教育信息化2.0行動計劃》也提出需要提高高校虛擬仿真實訓教學環(huán)境的建設。近些年尤其是在疫情背景下，虛擬仿真教學實驗彌補和完善了課下實驗的不足和也可作為傳統(tǒng)教學的補充方案，成為實驗教學改革必須也是重要的創(chuàng)新發(fā)展方向。近幾年通過在虛擬實驗室、創(chuàng)新實驗室的建設等方面都取得了長足的發(fā)展。尤其是對一些線下難以實現(xiàn)的大型實驗，實驗空間等網(wǎng)絡平臺形成了非常豐富的教學資源。虛擬仿真實驗的綜合性、直觀性、安全性等特點，豐富了傳統(tǒng)實驗教學模式，拓展了學生視野。2020年疫情期間，為了解決在線授課的難題，通過篩選實驗空間等網(wǎng)絡資源的虛擬仿真實驗及華中科技大學虛仿實驗平臺，構建了生化實驗虛擬仿真實驗模塊，保證了在特殊時期課程的正常開展，也提升學生實驗興趣。通過建設完善的學習通平臺資源，探索實驗課程線上教學與課堂結合的教學模式，采用學生課前線上實驗視頻學習、線上互動討論、線下實際實驗操作、虛擬仿真實驗拓展，并通過虛擬仿真實驗提高創(chuàng)新的方式教學。形成線上示教、線上測試、互動交流、線下實驗、過程性評價“五位一體”的創(chuàng)新性教學模式。充分發(fā)揮學生在實驗課程學習中的主體地位，充分發(fā)揮其積極性和創(chuàng)造力。

3.在線實驗教學及互動交流

線上實驗課視頻學習時，由負責該班級實驗教學的教師全程組織。通過學習通平臺，安排學習內容及目的要求。實驗課前，學生預習學習通平臺的實驗教學資源并完成課前測試。授課教師在平臺的討論區(qū)，采用測試題疑難解答、選人、主題討論、群聊等課堂活動的互動方式，針對本次課程的實驗原理、操作注意事項及實驗的實際應用等問題與學生進行互動溝通，通過讓學生充分參與問答，達到鞏固實驗課內容的目的。教師要關注學生的預習情況及知識的掌握程度，并及時答復學生疑問。學生完成課前學習任務并提交預習報告。教師也可根據(jù)實驗內容特點，適當布置一定的預習作業(yè)或其他形式的學習考核，如查閱與本次實驗相關的最新熱點技術及微信推文，學生所獲取信息可以截圖上傳學習通平臺，鍛煉學生查閱資料、捕捉科研熱點及學以致用的能力。預習作業(yè)提交后，教師及時查閱，可以適當比例納入課前預習成績，讓學生產(chǎn)生學習動力。

4.線下學生實驗操作實踐

學生正式上課前5分鐘開始在學習通平臺簽到，完成線上預習并考評合格后可進入實驗室，開展實驗課程的線下實踐操作。實驗課上，授課教師可以按照實驗目的及教學要求，講解實驗操作的重點難點及注意事項，對于難度較大的實驗，也可開展示范操作。授課過程中，教師可采用學習通工具，發(fā)起如小組作業(yè)、搶答、舉手回答等活動，考察監(jiān)督學習對實驗的參與程度，也可增加實驗課的趣味性。分組后，所有學生需獨立完成實驗操作，并對自己的實驗結果進行分析和總結，鼓勵學生在線下實驗課堂中與教師、同學交流，對于善于思考和提問的學生，適當鼓勵。實驗完成后，教師對實驗結果進行分析，學生可當堂或課后獨立完成實驗報告。教師通過系統(tǒng)訓練，鍛煉學生思考問題，解決問題的能力，同時對學生在課堂問答、課堂表現(xiàn)、實驗操作等可給予加分獎勵，加強對教學過程的監(jiān)控。

5.虛擬仿真實驗開展及考核

根據(jù)已經(jīng)建設完善的實驗資源，學生可自由選擇實驗模塊，進行虛擬仿真實驗學習，按網(wǎng)絡課程要求完成虛擬仿真實驗，并完成虛擬仿真測試及討論模塊。虛擬仿真實驗過程中，學生遇到問題，可隨時在學習通中與老師溝通交流。虛擬仿真實驗可以采用直接上傳實驗成績截圖或者實驗報告書的形成考核，學生完成實驗后可隨時上傳，無需學習委員與老師之間紙質報告的頻繁傳遞。教師也可隨時在學習通平臺查閱學生作業(yè)提交情況，并進行打分評閱，可迅速將評閱結果及存在問題反饋給學生。此部分在生化實驗課程中為加分項目，按課程要求完成此部分實驗的同學可獲得課程加分。

三、構建過程性評價體系

實驗課程中，線上及線下的過程性評價占實驗課總成績的70%。其中，學習通平臺綜合成績占40%，包括課程視頻的完成度、課前測試成績、討論區(qū)參與度和提交的預習作業(yè)等。實驗參與度和科研素質（出勤率、問答參與度、操作規(guī)范表現(xiàn)及實驗結束后衛(wèi)生情況）評價占30%。課程實驗報告占課程總成績的30%。虛擬仿真實驗部分可根據(jù)學生的學習情況，最高分滿分可獲加分5分。每次實驗課結束及課程完成后，學生均可通過學習通討論區(qū)及群聊區(qū)反饋實驗操作問題，對課程的建議及收獲等，方便教師了解學生的掌握程度和對教學效果的反饋，及時對授課方式作出適當調整。

以生物工程2020級1班學習過程統(tǒng)計數(shù)據(jù)（圖1），大部分學生使用手機進行線上學習，所占比例為85.7%。所有學生均完成了在線視頻學習，學生視頻平均觀看時常近100分鐘。每次實驗課前1-2天為學生的學習高峰期，每個實驗學習次數(shù)最多可達200次，學生學習興趣很強。96.67%的學生成績在80分以上，與未采用線上線下學習的課堂相比，成績提高明顯。線上+線上混合式實驗教學模式可彌補傳統(tǒng)實驗課只采用線下授課的不足，過程性評價體系更為完善評價學生學習的所有過程，替代傳統(tǒng)評價僅僅考察實驗報告成績過于片面的現(xiàn)狀。全方位評價考核，可明顯提高學生興趣，對實驗的參與度和思考問題的能力，也明顯提升了“生物化學實驗”課堂的教學效果。通過課堂教學改革的探索，可形成更為完善的實驗考核體系，使教師可隨時接受學生的反饋信息，及時了解教學效果并改進。

圖1 生物工程專業(yè)生化實驗學習過程評價體系

結語

信息技術逐漸深入到傳統(tǒng)的教學活動中，混合型教學、智慧教學等已經(jīng)成為教學改革發(fā)展的主要方向。雖然全國不同層次高校開設生物化學實驗的學情、實驗方案和教學設計并不相同，但授課教師都在積極探索最為適合的、更好效果的生物化學實驗教學方式，以不斷提高生物化學實驗教學的質量[8,9]。本文構建過程性評價教學模式，注重學生課前、課中和課后的全程參與，并借助學習通對各個環(huán)節(jié)進行量化考核，提高學生學習興趣，調動學生學習積極性，達到提高教學效果的目的。