MOOC環境下基礎實驗教學中學生創新能力的培養

趙玉紅, 李　欣, 崔建林, 張翠竹, 張　鈞, 段亞君, 周　浩

(1. 南開大學 生物實驗教學中心, 天津　300071； 2. 南開大學 醫學院, 天津　300071)

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MOOC環境下基礎實驗教學中學生創新能力的培養

趙玉紅1, 李欣1, 崔建林2, 張翠竹1, 張鈞1, 段亞君1, 周浩1

(1. 南開大學 生物實驗教學中心, 天津300071； 2. 南開大學 醫學院, 天津300071)

借鑒MOOC的先進教學理念,結合翻轉課堂的開展方式,將信息化時代的網上教學與傳統實驗教學有機結合,構建了一種“微視頻+探究式預實驗”的實驗教學新模式。致力于將一些學有余力、對科研有著濃厚興趣、有著活躍思維和豐富想象力的學生的潛力挖掘出來,在基礎實驗教學中培養學生的創新能力。

MOOC； 微視頻； 探究式預實驗； 實驗教學新模式

2012年, MOOC掀起一股推動教育革命和學習革命的熱潮[1]。MOOC的興起引發了全球教育界對傳統教育模式的反思,并在一定程度上推動了傳統教育模式的變革,譬如促進了全新的教學模式——“翻轉式課堂”(flipped class model)與“小型私有在線課程”(small private online courses,SPOC)的發展,將在線活動教學廣泛地融入傳統的正規教學計劃中[2-3]。國外哈佛大學、加州大學伯克利分校等已成功地開展了SPOC的教學模式[4], 而國內教育界普遍認為在校內教學開展翻轉課堂的混合式教學模式更為切實可行[5-7]。

目前,許多高校的實驗教學界已開始思考MOOC浪潮中實驗教學的變革與創新之路[8]。MOOC作為一種新的教學形式,兼具視聽以及網絡化等多重優勢[9]。MOOC教學強調以知識點為單元制作短小、精悍的微視頻,而基礎生物化學實驗課程是為全校非生物類專業(醫學、藥學、環科、物理)本科生開設的基礎實驗課,涵蓋離心、層析、電泳、分光光度等生物化學的基本技術,各項目內容之間既獨立成章又相輔相成。基于此,可將課程中每個實驗項目作為獨立單元制作成微視頻,應用于實驗教學中,有效補充、完善傳統的實驗教學。

1　基礎生物化學實驗課教學改革理念

在教學過程中發現,許多學生,特別是低年級本科學生,開展創新活動的意識非常強烈[10]。本文作者曾經在文章《提高非生物類學生綜合能力的基礎實驗教學新模式》中提出[11],以本科生參與“探究式”預實驗替代傳統“驗證式”實驗大課堂的基礎實驗教學新模式,致力于將一些學有余力、對科研有著濃厚興趣、有著活躍思維和豐富想象力的學生的潛力發揮、挖掘出來。經過5年多的教學實踐,教學效果明顯,增強了學生的實驗準備意識,培養了學生自主思考的好習慣,激發了科學研究的興趣和信心。但在具體的實踐過程中,我們也發現該模式存在一定的不足,即參與“探究式”預實驗時主要側重對學生的實驗操作、結果記錄及分析、實驗整體素質等方面的訓練與提升,而基礎理論知識等內容的傳授較傳統實驗大課堂要相對籠統。

“知其然,而知其所以然”,這是每一個學習者都應該具有的學習態度。任何科學研究工作,都必須有強大的理論基礎作為支撐才能得以深入發展。但是許多學校如何在提高非生物類學生綜合能力的同時,夯實學生的基本理論知識做得很不夠。為了彌補這種缺憾,我們課程組將MOOC先進的理念和思路引入到傳統教學中,構建了一種基于MOOC的“微視頻+探究式預實驗”的實驗教學新模式。借鑒翻轉課堂的開展方式,通過預實驗前觀看微視頻自主學習相關的基礎理論知識,而后有的放矢地參與預實驗,形成一種更為完整、深入的學習體驗,有效提高學習效果。

2　基于MOOC的基礎實驗課教學新模式的教學實施

2.1充分利用網絡資源,制作圖文并茂的課件

在新的教學模式中,我們依然將改革的重點放在課程內容的設計與講授。

(1) 虛心借鑒國內外同行的教學經驗,精心設計實驗內容,將實驗課的11個實驗項目(項目見表1)制作成深入淺出的課件PPT。

(2) 課程設計上,以問題為導向,通常以一張圖片開場,拋出一個現實生活中的常見實例并提出問題,吸引注意力,提高學生的學習興趣。譬如在轉氨基作用實驗中,對照體檢中常見的抽血化驗單圖片,提問:轉氨酶升高意味著什么。

(3) PPT制作的表現形式上,抽象內容盡量圖形化,模板選擇上盡量與實驗內容相關或風格相符,插圖盡量科普而又生動。

表1　實驗項目列表

2.2拍攝、制作精良的微視頻

2013年 4 月發表于美國國家科學院院刊的哈佛大學的一項研究表明,短視頻可有效減少在線課程學習過程中學生發生“走神”的現象,有助于幫助學生保持注意力,提高學習效果[12]。MOOC的視頻往往控制在10分鐘以內,認為這是基于對大腦的認知研究而確定的,人在最初10 min內的認知效率最高,超過10 min后認知效率則會逐步衰減。充分利用中心資源(攝像機、液晶顯示屏、多媒體實驗室等),將制作好的11個實驗項目課件PPT作為課程單元,分別錄制微視頻,經后期剪輯處理,每個微視頻控制在10 min以內。錄制的教學視頻中,教師的講課風采、講解語音以及精美課件PPT可以同步清晰呈現。相比于靜態的PPT,生動、直觀的微視頻無疑會提高獲取知識的學習效率。

2.3充分利用中心網站,實現網上教學

生物實驗教學中心有一臺web服務器,能夠實現微視頻上傳、學生在線觀看等功能,可以作為課程資源共享平臺。將制作好的微視頻上傳至中心網站(http://192.168.8.91/jigoushezhi/wsjx_shyfzswx.htm)平臺,學生可以利用校園網,隨時免費在線瀏覽、下載觀看。微視頻的信息含量豐富、密集,學生可以自行掌握觀看節奏,隨時暫停、回顧任何一個知識點。參加預實驗的學生可以提前通過觀看微視頻進行自主學習相關的基礎理論知識。

2.4微視頻與“探究式”預實驗相得益彰的有效結合

以往的預實驗中,任課教師需要對實驗目的、原理進行系統的講解,使學生更好地理解實驗理論和內容,然后進行實驗。有了微視頻,任課教師則不需要重復講解理論內容,給予學生更充裕的時間在實驗中探索與創新,而學生在開展實驗時也早已做足功課、思路清晰。微視頻作為理論補充,能夠有效提高教學效果。

借鑒翻轉課堂的開展方式,預實驗的實施主要由以下3個部分組成:

(1) 實驗開始前教師會有針對性地提出幾個問題,一是檢驗學生的理解和掌握程度,二是提前埋下伏筆,有意引導學生自己在實驗中發現問題并解決問題。

(2) 每次預實驗有3～4名本科生參與,由學生自行討論實驗設計、方案，協商確定后再開始具體實施。

(3) 實驗結束后,每名學生針對實驗結果進行交流發言、分析討論、總結歸納。

整個過程,任課教師、實驗技術人員以及博士助教全程參與,規范操作、答疑與引導,保障預實驗對人才培養的效果。

2.5成績考核

根據學生的預習情況、實驗操作、結果分析與討論、實驗素養等方面綜合考量,給出成績。其中預習情況占10%,主要通過教師的提問和學生的回答來考查；實驗操作占40%,根據學生操作的規范與否以及熟練程度來評分；分析與討論占20%,包括參與討論的積極性,實驗結果可以不成功,分析討論到位即可,若能提出具可行性的解決方法,酌情加分獎勵；實驗素養占10%,通過良好的實驗行為方式來體現。每學年約有占課程總人數25%的學生參與預實驗,參與某一實驗項目預實驗的學生可以不用參加同一實驗項目的實驗課堂,成績同等有效。

3　教學效果

經過第一輪的全面實施與應用,取得了一些不錯的教學效果。主要體現在學生的實驗準備意識明顯增強,這對于他們將來步入科研實驗室打下了很好的基礎；學生的主觀能動性能夠充分發揮，鍛煉了學生的科學統籌能力,初步培養了學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的意識。課后的問卷調查中有學生寫道:“傳統實驗大課堂是老師講,我們做；而預實驗是自己研究、探索,自己做,對自己是個挑戰,但也增加了我們獨立思考的能力。”有學生認為:“新的教學模式需要更強的獨立思考能力和獨立動手能力,有利于自己分析問題和解決問題能力的提高。”也有的學生認為:“新教學模式可以使我們對這個實驗有一個提前的認識,使我們更清晰地了解實驗的原理及實驗設計的思路,有助于自學能力和自主探究能力的提高。”

4　結語

微視頻與“探究式”預實驗結合的教學新模式,為一些學有余力、對科研有著濃厚興趣、有著活躍思維和豐富想象力的學生提供了一個自我提升的平臺。在對于學生創新能力的培養方面取得了一些積極的效果,也有學生提出了一些寶貴的意見和建議,我們將在后續的工作中不斷改進。探索MOOC環境下實驗教學模式的變革之路,提高教學水平以及教學效果,培養出具有創新精神和創新能力的學生,任重而道遠,我們將繼續努力。

References)

[1] 楊學軍,王懷民,周剛. 關于推進學習型軍隊建設的思考:從 MOOC 看我軍軍事職業素質教育[J].高等教育研究學報,2013,36(4):4-6.

[2] 徐曉飛. 抓住 MOOC 之機遇 促進計算機與軟件工程專業教學改革[J].中國大學教學,2014(1),29-30.

[3] 李曉明. 是“小慕課”,還是“大慕課”[J].中國大學教學,2014(10):17-19.

[4] 康葉欽. 在線教育的“后MOOC時代”:SPOC解析[J].清華大學教育研究,2014,35(1):85-93.

[5] 王祖源,倪忠強,吳天剛. MOOC起步,從微課程開始[J].物理與工程,2014,24(2),17-19.

[6] 李曉明. MOOC:是櫥窗,還是店堂[J].中國大學教學,2014(5):15-18.

[7] 吳碩,劉志廣,宿艷. 分析化學“翻轉課堂”的嘗試與探討[J].中國大學教學,2015(1):53-56.

[8] 孫青,艾明晶,曹慶華.MOOC環境下開放共享的實驗教學研究[J].實驗技術與管理,2014,31(8):192-195.

[9] 侍松門. 基于 MOOC 的大學英語微課教學系統研究[J]. 江蘇開放大學學報,2014,25(3):37-41.

[10] 施建華,馬浩統,江文杰，等.“理論—實踐—創新”三位一體網絡課程改革探索[J].高等教育研究學報,2014,37(4),84-87.

[11] 趙玉紅,趙立青,張金紅. 提高非生物類學生綜合能力的基礎實驗教學新模式[J]. 實驗室研究與探索,2013,32(3):120-122.

[12] 孫茂松. 從技術和研究角度看 MOOC[J]. 計算機教育，2014(9):2-4.

Cultivation of students’ innovation ability in basic experimental teaching under MOOC environment

Zhao Yuhong1, Li Xin1, Cui Jianlin2, Zhang Cuizhu1, Zhang Jun1, Duan Yajun1, Zhou Hao1

(1. Biological Experimental Center, Nankai University, Tianjin 300071, China;2. College of Medicine, Nankai University, Tianjin 300071, China)

A new teaching mode of a micro video combined with inquiry-based pre-experiment was proposed in order to cultivate innovation ability of students who have a strong interest, have active thinking and rich imagination in basic experimental teaching combined with advanced ideas of MOOC, flipped class mode and the online teaching in the information age and the traditional experimental teaching.

MOOC； micro video； inquiry-based pre-experiment； new experimental teaching mode

10.16791/j.cnki.sjg.2016.03.004

2015- 08- 03修改日期:2015- 09- 24

國家基礎學科人才培養基金項目“南開大學生物學人才培養基地建設”(J1103503)

趙玉紅(1981—),女,山東青島,碩士,實驗師,從事生物化學和分子生物學實驗教學工作

E-mail:zyh@mail.nankai.edu.cn

周浩(1981—),男,湖北荊州,博士,副教授,從事蛋白質結構與 功能研究以及基于蛋白質結構的工程應用.

E-mail:haozhou@nankai.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2016)3- 0013- 03