混合式教學模式在分子生物學實驗教學中的應用探索

摘 要 “互聯網+教育”的發展為探索高校實驗教學改革提供了機遇。傳統的分子生物學實驗教學模式已不能滿足現代生物技術創新實踐型人才培養需求。采用線上線下混合式教學模式，研究分析線上資源與分子生物學實驗教學活動的契合點，優化實驗教學目標，重構教學知識體系，以期高效培養生物技術創新型專業人才，為高校實驗教學改革提供參考。

關鍵詞 混合式教學；實驗教學；分子生物學實驗；教學改革

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）19-00-04

0 引言

分子生物學實驗是生物技術、生物工程、環境科學、食品科學與工程、農學、醫學等眾多本科專業的核心課程，也是掌握分子生物學實驗技術和方法的主要實踐環節，更是培養學生動手實踐能力、創新思維、科學素養和良好道德品質的重要實踐教學環節[1]。隨著生物科學技術的發展，生物精密儀器的研發與應用以及工具酶類的創新，分子生物學實驗技術不斷迭代更新，分子生物學實驗課程教學改革也站在新的歷史起點。“知識、能力和素質”是全方位生物學人才培養的目標，也是生物學教學改革的前進方向，高素質生物學人才應該具備這三要素[2]。分子生物學實驗課程教學在生物學高素質人才培養中發揮著重要的作用，也是更新教育理念、推進創新教育、探索培養創新人才的途徑之一[3]。

傳統分子生物學實驗課程教學模式單調，學生依靠課堂的時間難以消化實驗原理與掌握實驗操作技能，處于被動的學習狀態，缺乏自主的思考、分析、歸納和總結。

近年來，隨著信息技術的快速發展，MOOC資源、電子圖書和虛擬仿真平臺等深受學生喜愛，實體課堂不再是學生獲得知識的唯一途徑[4]。線上教學已成為教學過程中不可或缺的一部分，線上線下混合式教學已逐步趨于常態化。如何將傳統的實體課堂教學與在線教學有機融合，需要廣大一線教師不斷探索與實踐。混合式教學改變了以教為主的傳統教育模式，強調以學生為中心的教育理念，促進教學方法的更新和教學效果的改善。混合式教學模式能打破實驗教學時空限制，帶給學生不一樣的學習

體驗[5-6]。

1 混合式教學模式改革初探

1.1 修訂教學目標

教學目標圍繞“知識—能力—素質”三方面展開，參考教育部提出的“高校要全面梳理各門課程的教學內容，合理提升學業挑戰度、拓展課程深度、增加課程難度，切實提高課程教學質量”的要求重新設定了知識目標、能力目標、素質目標（圖1）。知識目標以線上學習為主，實踐過程中培養能力目標，結合線上線下教學促成學生素質目標的達成。

1.2 重構教學內容

根據課程目標，重構分子生物學實驗課程內容體系，按照由淺入深的原則設置基礎技能型實驗、虛擬仿真型實驗、綜合型實驗和設計型實驗等實驗項目（圖2）。基礎技能型實驗項目重點培養學生掌握基本實驗技能，虛擬仿真型實驗項目和綜合型實驗項目強調培養學生高階性實驗技能，設計型實驗項目注重培養學生對知識的遷移和創新應用能力。

1.3 設計教學實施過程

根據布魯姆認知發展目標，認知維度從低階思維到高階思維可劃分為記憶、理解、應用、分析、評價和創造六個層次。線上線下混合式教學過程分淺層、深層兩個維度展開，逐層遞進設計學生活動和教師活動[7-9]。整個教學設計流程分為三個環節：課前引導學習、課中實踐探索討論、課后鞏固與拓展（圖3）。

1）課前引導學習，依據在線資源和預習任務，完成布魯姆認知目標的初級層次（記憶、理解）。教師課前完成學生分組，通過超星泛雅教學平臺推送任務學習清單和微課視頻等，學生查看任務清單、在線自學、挖掘疑難問題、參與討論區話題（由小組長組織完成）。另外對一些試劑儀器受限制、實驗時間長和操作危險性高的實驗，比如酵母雙雜交、原位雜交、Southern Blot等分子雜交實驗，利用線上虛擬仿真技術開展，既提高了實驗教學的深度又增加了教學的廣度。通過團隊引領、任務驅動和目標問題導向，依托高等教育出版社出版云平臺（ICC）和實驗空間（iLab），學生課前掌握實驗原理和虛擬仿真型實驗項目。教師查看預習情況，有針對性地進行實體課堂教學。

2）課中實踐探索討論，線下開展小組合作實踐學習，聚焦布魯姆認知目標的初、高級層次（應用、分析和評價）。課中是實驗教學過程中的最重要環節，基礎技能型實驗項目和綜合型實驗項目主要在線下實體課堂開展，以完成能力目標為主。基于學生課前自主預習，課堂上教師只需對實驗內容進行簡單介紹，針對實驗關鍵步驟展開講授。學生帶著基礎理論知識走進教室，在一定程度上提高了實驗操作的效率。綜合型實驗項目讓學生從試劑配制開始，了解實驗試劑的理化性質，掌握各種試劑配制和各種容量器皿的使用注意事項，熟練掌握常規儀器設備的正確操作規程，如超凈臺、離心機、恒溫金屬浴等。同時，掌握實驗生物安全常識、危化品的處理方法、廢棄物的回收和處理方法，提升學生的安全防護意識和生態環保意識。能力目標和素質目標等體驗式教學目標通過團隊合作、實驗探究、小組互評和案例研究等方式實現。

3）課后鞏固與拓展，線上線下延伸學習，緊扣布魯姆認知目標的高級層次（分析、評價和創造）。課后學習是課程教學的第二課堂，能夠幫助學生夯實理論知識和操作技能，設計型實驗項目主要在課后展開。教師推送與實驗內容相關的熱點研究，要求學生查閱相關資料設計實驗，并在線完成電子版實驗報告。課后作業設計一般難度較高，讓學生在反思總結的過程中實現深層次學習。分子生物學實驗的特點是內容抽象、操作微量且與社會需求聯系緊密，借助分子生物學相關學習平臺，深化理論知識和社會需求與應用的聯系，注重知識的遷移和深化應用，在理解實驗理論與操作技能優化的基礎上提升學生的綜合能力和高階思維。

1.4 建構多元化、多維度的課程評價體系

分子生物學實驗課程混合式教學模式將改變以實驗結果與報告定乾坤的終結性評價體系。為了更加全面地評價學生在本課程中獲得的綜合實驗能力和素養，理應建構多方位、多樣化的評價體系，讓課程評價更加合理和科學[10]。考核評價需要做到全面覆蓋實驗教學目標，實現線上與線下、理論與實踐、過程與結果等層面的多元化考核。如表1所示，在教學過程中結合線上線下的評價標準，采用四個維度進行教學效果評價。

2 教學成效和反思

2.1 混合式教學模式實驗教學成效

2.1.1 提高了學生實驗操作的水平

與傳統教學模式相比，2018—2020級生物工程和生物技術專業的學生在實驗課中采用了線上線下混合式教學模式。大約240名學生在3個學期的實驗課程中，通過課前登錄虛擬實驗平臺，已經掌握了必要的實驗技能。這種模式顯著提高了學生的學習積極性，并且加快了各班級整體的實驗操作完成速度。例如，“原核表達蛋白聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測”傳統教學模式通常耗費6～7學時，而線上線下混合式教學模式僅需要4～5學時。可見，混合式教學模式在一定程度上能夠提高學生實驗操作的水平。

2.1.2 培養了學生的團隊協作意識和創新精神

線上線下混合式教學模式下的實驗課，以小組為單位完成課前預習、課中分工和課后問題研討，同時協作完成關鍵實驗過程視頻錄制。實驗操作過程中所用到的恒溫金屬浴、瓊脂糖凝膠電泳儀、低溫高速離心機等儀器設備還需要共用，這就需要學生合理安排實驗進度、團結協作，以提高課堂效率。在實驗教學過程中，學生的責任感和團隊協作能力得到顯著提升。實驗結束后教師還會布置一個延伸實驗的設計型實驗項目，提高學生的創新能力，為學生參加各類創新創業大賽提供新思路。

2.1.3 課堂教學更具針對性和及時性

混合式教學模式下，教師能第一時間獲取學生信息，了解其學習狀況，基于學生的實際情況及時調整教學方案。通過課前查看學生預習任務的完成度，明確實驗重難點、易錯點，使課堂教學選擇性、針對性和有效性得到精準定位。課堂上實驗小組拍攝視頻上傳至學習通平臺，可以起到查漏補缺的作用。課后，教師通過仔細觀察學生錄制的實驗操作視頻，對小組成員實驗操作需改進的細節進行批閱留言，學生能夠及時發現自己的問題和不足并加以糾正。經過課前、課中和課后師生、生生之間的研討與交流互動，在課堂教學中做到精準、及時地解決實驗問題。

2.1.4 對學生的成績考核更客觀

傳統的實驗教學模式考核標準過于依賴實驗報告，存在投機取巧的學生抄襲優秀學生的報告等問題。基于線上線下混合式教學模式下的實驗考核體系，教師能真實、全方位地考查學生的學習進展。通過課前線上平臺學習時長及測評結果掌握學生對實驗知識的認知程度；通過查看小組錄制的實驗過程視頻了解學生的實踐操作水平；通過實驗報告中的結果與分析明確學生對本實驗的理解程度；通過課后延伸實驗的設計水平評估學生的創新和應用

能力。

2.2 在實驗教學中應用混合式教學模式的反思

2.2.1 合理安排線上學習資源以提升課前效率

首先，提升學習平臺易用性，清晰易懂地劃分在線學習板塊，確保相關實驗知識的針對性，進而保證學生便捷地獲得所需實驗資源。其次，提升學習資源類型豐富性，滿足學生的個性化學習需求，教師適宜上傳多元化的學習材料，如視頻、圖表、流程圖等直觀性學習資料和報告、論文等文本性學習資源。再次，還應有實際的前沿的或商品化的實例，激發學生的學習興趣。最后，確保學習資料的多層次性和邏輯性，引導學生構建思維導圖進行知識梳理和實驗框架構建，推動學生深刻理解實驗要點，有效把握知識的內在聯系。

2.2.2 合理培育創新教學團隊

三個臭皮匠頂個諸葛亮。線上線下混合式教學需要集思廣益、攻堅克難，需建立長期合作的課程教學團隊。因此，各校應該按照本校情況科學合理地建立教師教學改革激勵機制，給予教學團隊一定的資金支持，以資助和活躍教學教研活動。

3 結束語

隨著互聯網技術的發展和現代信息技術在教育中的應用，越來越多的應用型高校開始在實驗教學中選用線上線下混合式教學模式。分子生物學實驗經過混合式教學改革，重新設定高階教學目標（知識目標、能力目標、素質目標），在課程內容中設置了基礎技能型、虛擬仿真型、綜合型、設計型實驗項目，結合布魯姆認知目標發展理論，從低到高、由淺到深開展教學，同時建構了多元化、多維度的課程評價體系。改革有效激發了學生探索生命科學的興趣，培養了他們的科研思維和解決復雜問題的能力。

4 參考文獻

[1] 尹燕霞，駱靜，楊冬，等.生物化學與分子生物學綜合實驗課程的建設與實踐[J].生物學通報，2020，55（7）：42-44.

[2] 鐘丹，申曉冬，高敏，等.云班課在生物化學與分子生物學實驗教學改革中的應用探索[J].生命的化學，2021，41（7）：1536-1541.

[3] 郭慶，海鶯，趙中華，等.基于創新實踐能力培養的實驗教學考核模式改革探索[J].實驗室研究與探索，2017，36（7）：175-177.

[4] 魏力軍，錢宇，聶桓，等.多方位教學模式在植物生物學及實驗教學中的探索[J].生物工程學報，2022，38（5）：2012-2018.

[5] 湯海峰，劉艷，閆國棟，等.開展線上線下混合式教學助推大型儀器面向本科生開放[J].實驗技術與管理，2020，37（11）：174-177.

[6] 徐圓圓，曹蓓，曹旭.“課程思政”供給側改革視域下高校實驗室安全教育體系模式思考[J].實驗室研究與探索，2021，40（11）：291-293，300.

[7] Amer A. Reflections on Bloom’s Revised Taxonomy[J].Electronic Journal of Research in Educational Psychology，2006，4（8）： 213-230.

[8] 李貴生.遺傳學布魯姆認知階層體系的建立[J].教育教學論壇，2019（28）：55-56.

[9] 何欣憶，張小洪，羅仕建，等.基于SPOC的混合式翻轉課堂模式探索[J].高等建筑教育，2019，28（3）：137-143.

[10] 宋欣.混合式學習在高校英語口語課程中的應用研究[J].長春大學學報，2019，29（12）：109-113.

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.19.0

*項目來源：粵港澳大灣區高校在線開放課程聯盟教育教學研究和改革項目“基于大灣區聯盟平臺的《分子生物學實驗》目標問題導向教學模式研究”（基金編號：WGKM2024066）；廣東石油化工學院人才引進項目“番石榴采后成熟分子調控機理研究”（基金編號：2018rc34）。

作者簡介：劉金豐，實驗師；蕭允藝，通信作者，副教授。