翻轉課堂在“生物化學實驗”教學中的實踐與探索

朱 淼，王緒英

（六盤水師范學院生物科學與技術學院，貴州 六盤水 553001）

“生物化學”是生物學相關專業的一門重要理論基礎課程，知識面廣而雜，零散而完整，深奧而抽象，其對應的實驗課程是“生物化學”理論教學的重要組成部分，具有較強的專業性、理論性和應用性，可有效塑造學生的探究能力和創新思維，有利于對理論知識的理解和鞏固，是實現生物學相關專業學生育人目標不可或缺的重要環節[1-2]，也是激發學生創造性思維，提升其分析解決問題能力的重要手段[3]。然而，傳統的“填鴨式”教學模式無法全面有效地激發學生的主動性和探索精神，學生依賴性較強，無法保證“生物化學實驗”課程育人目標的順利實現[4]，故如何規避傳統“生物化學實驗”教學過程中存在的弊端，改善教學方法，已成為任課教師不斷探索的重要課題之一。

翻轉課堂又稱“顛倒課堂”[5]，其最早起源于美國，近年來迅速成為我國教學模式研究熱點之一[6]，其核心理念是將傳統授課過程進行重構，使學生成為課前、課中和課后學習全過程的主體，促使學生由低階向高階不斷提升[7]。翻轉課堂的特點是以信息技術為載體實現學生動態和交互的學習環境，將集體授課的方式轉換為小組學習或個人學習的方式，從而培養學生的主動性和創造力[8]。教師由知識灌輸者和課堂主宰者轉變為學生學習的引導者和促進者[9]，而學生由被動接受者轉變為主動學習探究者[10]。

為改善學校“生物化學實驗”課程的授課方式，提升學生的實踐能力，根據我國建設高水平本科高校的要求，課題組成員對“生物化學實驗”課程的傳統教學模式進行改革摸索。將小組學習式翻轉課堂的教學模式應用于“生物化學實驗”授課過程，并以學生成績（直接考核） 和問卷調查（間接考核）的方式測評教學效果，試圖探究更適合“生物化學實驗”課程的有效教學途徑，以期能為學校實踐教學課程改革方式提供新思路。

1 當前“生物化學實驗”教學現狀

1.1 教學模式陳舊，學生主動性差

“生物化學實驗”一般以傳統授課方式為主，教學模式新穎性不足，實驗課程常以教師講解實驗目的、原理、操作步驟及結果等形式為主，而學生只需要按照教師講授的固定步驟進行重復操作即可，整個過程不需要獨立思考和分析，重理論輕實踐，缺乏合理課業安排，這種“以教師講解為中心”的傳統教學方法容易導致學生參與實驗積極性不高，缺乏創新性，思維易出現固定化和簡單化，不能充分挖掘和訓練學生分析和解決問題的潛力，無法全面考核學生自身的學習層次，不利于激發學生的探索性，學生也無法靈活地將所學知識運用到實際應用當中，在一定程度上扼殺了學生的發展潛能，故傳統教學模式難以較好地完成“生物化學實驗”課程的教學目標。此外，課前預習是實驗教學順利實施的重要環節，但傳統教學方式往往讓學生感覺預習報告是增加學業負擔，學生常以照抄書本的方式應付教師，導致對實驗課程的學習興趣不高，重視性不夠，預習效果較差，從而造成學生缺乏對課程理論知識的儲備[11]。

1.2 課堂效率較低，知識講解有限

傳統“生物化學實驗”的“教”和“學”僅限于在時間有限的課堂完成，學生對知識的吸收程度不統一，學習能力存在差異，而教師和學生間往往缺乏反饋通道，部分學生對書本知識理解不夠透徹，教師容易忽視學生間的個體差異性，其不利于提升“生物化學實驗”課堂有效教學效率[12]。此外，教學資源有限，實驗條件無法滿足學生對多元化培養的需要，教師知識儲備量需要不斷擴增，授課內容的深度和內涵有待提升，學生對教師依賴性較強，且僅靠學習書本的方式導致資源獲取形式單一，知識面狹窄，不利于對所學知識進行融會貫通，促使部分學生僅知其然而不知其所以然，無法內化知識點之間的聯系，更缺乏對實際問題解決和應變能力，極大削弱了學生對“生物化學實驗”課程的熱情，降低實驗教學質量，進而與生物學相關專業的人才培養目標相脫節。

1.3 考核方式單一，缺乏科學性

傳統“生物化學實驗”對學生考核方式側重于實驗報告的評價，導致部分學生將重點主要放在如何完成一份漂亮的實驗報告上，這種評價方式存在一定的局限性和片面性，教師無法全面掌握每個學生的實際掌握情況，以至于出現部分認真負責的學生成績偏低，而另一部分應付實驗、“借鑒”他人實驗報告的學生卻可以獲得高分的現象[13]，該評價方式不利于促進學生實踐能力和創新能力的培養，無法激發學生對“生物化學實驗”課程的興趣和主動性，更無法全面體現學生的實驗素養和科學能力。

2 基于翻轉課堂教學模式設計“生物化學實驗”課程

2.1 研究對象和內容

翻轉課堂的教學模式有利于提升學生學習自主性和課堂教學效果[14]，有望成為“生物化學實驗”教學改革的一種新思路。在該教學模式下，以六盤水師范學院生物科學專業56 名學生為研究對象，按學校教務系統上課分班情況，將該班學生分成2 組進行授課，分別為實驗組（27 人） 和對照組（29 人），選擇其中開設的一次實驗課“小麥萌發前后淀粉酶活力的比較”（6 學時） 作為此次實驗授課內容構建翻轉課堂。課程分值設置如下，實驗操作（40 分）、實驗結果（60 分），滿分100 分。

2.2 研究方法

將實驗組的“生物化學實驗”授課內容分為3 個主要階段，即課前知識傳遞、課堂知識內化和課后總結提升。

2.2.1 課前知識傳遞，合作探究

實驗課前1 周向實驗組學生推送“小麥萌發前后淀粉酶活力的比較”實驗相關內容、儀器使用規范等網絡預習資料，學生需按照分組情況（3~5 人/組） 進行組內討論，通過查閱資料對實驗方案進行整理，并用于下次課堂匯報和探討，期間教師通過QQ 群等網絡通訊工具了解學生學習情況，該階段主要訓練學生的自主學習能力和團隊協作能力。

2.2.2 課堂討論釋疑，知識內化

教師首先對學生課前預習情況進行了解，及時對學生的實驗方案進行點評，并針對其中存在不合理或有誤的地方給予合理指導，同時對學生反饋相關問題進行答疑解惑。其次，通過“提問”的方式考核學生預習效果，具體問題如：標準品配制需要注意哪些，如何解決淀粉不易溶解問題，配制的試劑保存問題（3,5 -二硝基水楊酸需要放入棕色瓶保存），小麥研磨過程為什么要加入氯化鈉溶液，稀釋后的酶提取液總體積如何計算，酶反應后為什么要放入沸水浴中，如何計算萌發與未萌發種子中的淀粉酶總活力單位、實驗過程要注意哪些等，以此強化學生對實驗原理和操作重點的理解。教師需要在學生實驗過程進行巡視，及時糾正不規范操作，督促良好實驗素養的形成。學生要對每一步的實驗現象進行準確記錄，并對實驗結果進行分析與討論，這些將有助于教師掌握學生對實驗理論的理解程度。通過以上教學方式可提升學生對知識內化，達到“知其然，知其所以然”的效果。

2.2.3 課后總結提升

該階段主要是對課前知識傳遞和課堂知識內化過程進行反思總結，教師通過對授課學生發放問卷的方式間接了解學生對翻轉課堂應用于“生物化學實驗”課程的真實想法，有助于教師進行教學反思，不斷改進教學方式，調查問卷主要包括以下幾點：學生對教學的滿意度，是否提高團隊協作能力、提升科研意識、拓展知識面、促進分析和解決問題的能力等方面，以及對該教學方式的意見和建議，該過程有利于完善“生物化學實驗”教學評價體系。

翻轉課堂教學模式與傳統教學模式過程中學生和教師的主要行為比較見表1。

表1 翻轉課堂教學模式與傳統教學模式過程中學生和教師的主要行為比較

2.3 統計處理

研究采用SPSS Statistics 17.0 軟件對實驗組和對照組的實驗成績進行獨立樣本均值T 檢驗，并以均數±標準差的形式統計各組得分，p＜0.05 表明2 組數據間具有顯著差異。

3 實施效果評估

實驗結束后，采用實驗考核成績和問卷調查2種方式對翻轉課堂教學效果進行評價，具體如下：

3.1 “生物化學實驗”考核成績分析

學習成績是對教學效果最直接的評價依據，2 組學生實驗考核方式相同，成績以百分制計算，實驗組學生成績主要集中在80 分附近，且有1 個小組（由4 名學生組成） 的成績在90 分以上，對照組學生成績主要集中在77 分附近，且沒有90 分以上的學生。2 組學生成績具體比較結果詳見表2，從分析結果來看，實驗組學生的平均實驗成績顯著高于對照組（p＜0.05），表明相對于傳統的教學方法，將翻轉課堂的教學模式應用于“生物化學實驗”課程，有利于提升學生考核成績，取得更好的教學效果。

表2 實驗組和對照組成績考核比較

實驗組和對照組學生成績分布情況見圖1。

圖1 實驗組和對照組學生成績分布情況

實驗組和對照組實驗成績考核比較見表2。

3.2 “生物化學實驗”問卷調查結果分析

為多方面了解此次教學效果，針對實驗組學生采用不記名方式問卷調查，該問卷主要考核學生對教學滿意度、團隊協作能力、科研意識、知識面拓展，以及分析和解決問題的能力等方面，同時在問卷最后留出一欄空白處，并請實驗組學生提出寶貴的意見和建議，以便后續改進。

實驗組27 名學生的問卷調查情況見表3。

表3 實驗組27 名學生的問卷調查情況 / %

在調查的27 人中，有96.30%的學生對翻轉課堂的教學模式表示滿意，所有實驗組學生均認為翻轉課堂結合小組合作的教學方法可以提高團隊協作能力，有96.30%的學生認為有助于提升科研意識，并能拓展知識面，有92.59%的學生認為促進了分析和解決問題的能力。這些調查數據表明，大部分學生認可翻轉課堂教學模式在“生物化學實驗”教學中應用，其有助于培養學生的團隊協作能力、科研意識，以及分析和解決問題的能力。

通過對學生填寫的意見和建議進行詞云統計，27 名學生中，有23 名學生填寫了該項調查（有4 名學生未填寫或填寫“無”），頻率越高，字體越大。圖中“時間”二字字體最大，表明該詞在問卷的“意見和建議”一欄出現頻率最高，其次，圖中“能力”“負擔”“希望”“提升”及“理解”等詞也相對較為明顯。這些意見主要體現為：部分學生認為翻轉課堂的教學模式需要花費大量課余時間，增加學習負擔，但同時他們也認同這種模式提升了他們對相關知識的理解和掌握，促進學習自主力的形成，該教學方式有利于全面提高學生的綜合素養。

實驗組學生“意見和建議”的詞云統計圖見圖2。

圖2 實驗組學生“意見和建議”的詞云統計圖

4 討論

翻轉課堂是目前較為熱門的教學方法之一，是一種能將傳統教學與網絡資源有效結合的新型混合教學模式。其主要的核心理念是以學生為中心，將傳統的“教師講授，學生聽講”的教學模式進行翻轉安排，在授課過程中轉換教師和學生的角色，變為“教師主導，學生主體”的授課方式[15]。這種授課模式的優點是能夠有效提升學生主動學習的熱情與動力，學生是在自己對授課內容進行吸收理解的基礎上，將知識再釋放出來，這種方式極大地促進學生的學習效果。此外，學生可以通過自學教師準備的學習材料，為課堂教學創造更多的空余時間[16]，這些時間對于學生的深入學習極為寶貴。學生可以利用這些時間針對自己在自學過程中出現的問題向教師請教，或者與教師對學習過程中的所思、所想及所感進行深入交流，不僅能夠利于學生對于知識的獲取，同時還提升了學生的學習體驗。因此，對于一門課程而言，翻轉課堂的運用理論上能夠在一定程度上提升教學效果。然而目前對于翻轉課堂在地方應用型本科院校所開設的“生物化學實驗”課程中的應用研究相對較少。以六盤水師范學院所開設的“生物化學實驗”課程為研究對象，通過課前為實驗組學生提供相關學習資料的方式設計倒置式學習模式，以分析翻轉課堂應用于本科地方應用型大學的“生物化學實驗”課程對生物科學相關專業學生教學效果的影響。

此次課程研究結束后，及時對教學效果進行總結分析，不斷改進“生物化學實驗”課程教學模式，制定長效評價機制，形成完善的授課體系[17]。通過實驗發現翻轉課堂的應用能夠在一定程度上提升“生物化學實驗”課程的教學效果，具體體現為2 個方面：在學習成績方面來看，實驗組學生的成績顯著高于對照組；從學生評價方面來看，此次研究的評價結果與楊瀅和吳明彩等人[18-19]報道的相關研究結果相近，即學生均對翻轉課堂應用于“生物化學實驗”教學方式給予了較高的評價，認為其有利于提升自身分析和解決問題的能力。基于此次研究結果，將翻轉課堂的的優勢和不足進行了整理，以便后續開展相關研究時可以綜合考慮，揚長避短。

4.1 翻轉課堂應用于“生物化學實驗”課程的優勢

第一，翻轉課堂有利于優質教育資源共享。傳統教學模式下，學生獲取知識的途徑相對單一，通常僅為“一名教師+ 一本書”，而翻轉課堂教學方式能夠促進課堂教學與網絡教學資源的整合，豐富教學資源，拓寬學生知識面，加深學生對實驗原理和操作技能深層次掌握，有助于順應時代發展需要，促進優秀經驗的借鑒與交流，打破地域壁壘的局限性，為學生創造更多的學習機會，最大限度滿足了學生對知識需求，真正意義上對實現教育均衡發展起到積極作用[20-23]。

第二，翻轉課堂教學模式較為靈活。學生因基礎不同產生學習差異，基礎相對薄弱的學生需要更多的時間和努力才能消除差距，該教學方式有利于兼顧學生間學習能力差異，認為學習內容有難度的學生可以放慢速度或反復觀看，學生可以根據自己的實際情況調整學習進度和節奏，翻轉課堂教學模式有利于學習方式向科學化方向發展，學生可以根據自身需求合理安排學習時間，避免了傳統教學模式“一刀切”的弊端[24]。

第三，翻轉課堂提升了教學效果。通過比較分析兩組實驗成績發現，實驗組成績顯著高于對照組，其可能是由于翻轉課堂的教學模式促使學生在課前完成合作探究，利用自主學習內驅力提升學習效果，再通過課堂討論、教師釋疑和查缺補漏，進而促使知識點達到升華。這種教學模式為學生與學生、學生與教師之間提供更多的交流機會，強化了學習深度，其有助于改善傳統的教學效果，并能在一定程度上彌補傳統教學方式的不足[25-26]。

第四，翻轉課堂有利于提高學生綜合能力。隨著社會不斷發展，對高素質綜合型人才的需求越來越高，翻轉課堂不是放任課堂不管，而是以一種新的授課方式更合理安排課堂時間，充分發揮學生自主能動性，通過對實驗組學生問卷調查結果可以看出，有96.30%對該教學模式表達了認同，可能因為該教學方法可以提高團隊協作能力、提升科研意識、拓展知識面，同時促進分析和解決問題的能力，進而激發學生的積極性和求知欲，使學生由原來的被動學習轉變為主動探索，其有利于培養學生的可持續學習能力，為學生的職業發展奠定基礎，是順應社會發展的迫切需求，這也正是教學改革意義的客觀體現[27-28]。

盡管翻轉課堂教學模式應用于“生物化學實驗”有多種優點，但通過對學生問卷調查整理結果發現，該教學模式同時也存在一些不足之處。

4.2 翻轉課堂應用于“生物化學實驗”不足

第一，翻轉課堂教學模式占用學生課余時間較多。對23 名學生提出的意見和建議整理發現，有9 名學生給予了積極肯定，但有7 名學生提到了時間問題，有3 名學生認為該教學方式讓他們感覺是種負擔，有1 名學生認為自學材料存在難度，此外還有部分學生希望教師能夠多提供一些相關資料，以及指導和歸納總結，不難看出，鑒于翻轉課堂教學模式需要花費學生的課余時間，而考慮到學生時間精力的有限性，其不適于多門課程同時采用翻轉課堂[29]。

第二，相對于傳統教學方法，翻轉課堂需要教師投入一定的時間和精力。任課教師需要緊跟時代的潮流，充分整合網絡資源，提升信息素養和教學水平，不斷摸索翻轉課堂的設計模式，同時還要不斷提升自身的綜合能力，發揮好引導者的作用，優化教學流程，有效引導課堂討論，開拓學生思路，突出授課重點，并能及時反思總結。同時，教師為學生準備學習資料時，要著重考慮課程知識點的難易程度和學生的理解能力，對于難度較大的知識點，學生不易理解，其不但會導致占用學生過多課余時間，更重要的是，達不到預期的教學效果，但如果授課知識點過于簡單，又無法體現翻轉課堂的優勢，另外教師提供的學習資料質量也需要不斷更新、精煉和完善[30-32]。

第三，翻轉課堂教學模式不適用于學習欠主動學生。學習動機是教學過程的重要保證，學習主動性是指學生可不依賴于教師“灌輸”而能主動獲取知識養分的過程，而翻轉課堂得以順利實施的前提，就要求學生具備一定的自主學習能力，因此，該教學模式不適用于學習主動性較差的學生，教師則需要平衡好對學生“管”與“放”二者之間的關系，把握好引導和監督尺度[33-34]。

第四，翻轉課堂教學模式不如傳統課堂授課方式直觀，不利于學生對完整知識體系的構建。如果將“生物化學實驗”所有授課內容均采用翻轉課堂教學模式，其實施難度較大，造成學生負擔較重，同時也極容易導致學生知識點記憶瑣碎，這也是造成翻轉課堂無法完全取代傳統教學模式的重要原因之一[35]。

此外，基于學校“生物化學實驗”課程的現實教學情況，同時考慮到課時及學生課業負擔等多種因素，此次研究僅采用“小麥萌發前后淀粉酶活力的比較”一次實驗課內容做分析，且參與研究的學生樣本量相對較少，故研究結果存在一定的局限性，未來還需要大量研究數據進一步探究和推廣。

5 結論

綜上所述，相對于傳統教學方法，翻轉課堂的教學模式優缺點兼具，此次研究將翻轉課堂的教學模式應用于“生物化學實驗”教學，印證了該教學模式的可操作性。在“生物化學實驗”教學中適當地采用翻轉課堂的教學模式，有利于提高教學效果，突破傳統教學限制，充分發揮學生主體地位，促進自主學習能力和創新型人才的培養，切實提升了“生物化學實驗”的教學質量。然而，翻轉課堂作為一種良好教學模式的傳播，還存在一定的不足，但這并不影響其先進性這一事實，教學方法不斷發展的歷程中，沒有一種模式是可以直接生搬硬套的，而是需要大量研究人員的不斷探索和改善，效果上才能達到有效的應用和遷移，相信該研究結果將為其他實驗教學課程的改革提供實踐經驗和依據。