基于“互聯網+”的翻轉課堂在“微生物學”實驗綜合性設計中的應用

鄒 娟，劉勝貴，胡 興，付 明，劉衛今，黎曉英

（懷化學院生物與食品工程學院，湖南懷化 418000）

李克強總理在2015年十二屆全國人大第三次會議的《政府工作報告》正式提出“互聯網+”行動計劃后，“互聯網+”作為一項國家戰略，已經成為我國經濟社會創新發展的重要驅動力量。以“互聯網+”為主題的教育改革與探索，深刻改變著教育的面貌，推動教育向數字化、網絡化和智能化方向發展[1-2]。傳統教學以教師為中心的單向灌輸知識授課模式，正在向更加注重互動對話的“翻轉課堂”轉變。所謂翻轉課堂，是指學生在課下完成知識的學習，而課堂變成了教師學生之間、學生與學生之間互動的場所，包括答疑解惑、知識運用等，從而達到更好的教育效果[3-4]。這一新型教學模式隨“互聯網+”的發展變得更加生動、鮮活和多樣化，受到教育從業者的關注和熱捧[5-6]。

“微生物學”實驗是高校生物學及相關專業的實踐基礎課程，其教學目標在于通過實驗，使學生掌握微生物學基本知識和操作技能，培養學生觀察、思考、分析、解決和提出問題的能力，同時養成學生養成細致嚴謹、實事求是、敢于質疑的科學態度，以及勇于創新的開拓精神。近年來，為克服傳統驗證性實驗教學模式對學生思維的束縛，各高校深入開展“微生物學”實驗教學改革，開發了綜合性設計實驗項目，促進學生獨立思考、綜合分析和主動探索，以期提升學生的綜合素質。與傳統驗證性實驗教學相比，綜合性設計實驗教學的開展取得了一些較好的效果[4]，但同時也存在一些亟待解決的問題。在“互聯網+”大數據背景下，如何充分利用互聯網的優勢，提高教學中學生與教師、學生與學生的交流溝通效率，懷化學院微生物學教學團隊對當前實驗教學中存在的問題進行了剖析，探索了基于“互聯網+”的翻轉課堂教學模式，并取得了良好的教學效果。

1 “微生物學”實驗的教學現狀及存在的問題

目前，很多高校“微生物學”實驗教學改革集中在優化實驗教學過程，加強實驗的綜合性和探究性，提高學生的綜合素質和創新能力。綜合性設計實驗已經成為“微生物學”實驗課程的重要組成部分，一般安排在微生物學基礎實驗項目后，學生獲得有關微生物基本實驗技能后進行。綜合性設計實驗常常由若干個微生物學小型實驗有機結合，圍繞解決某一特定問題而展開，具有復雜性、綜合性和創新性的特點。綜合性設計實驗要求學生參與實驗全過程，包括查閱資料、設計實驗方案、準備實驗材料與試劑、完成實驗過程、處理實驗數據和分析實驗結果、實驗完成后歸還藥品和器材等，不僅能滿足學生的求知欲和好奇心，也能發揮學生的主觀能動性，提高學生專業技能和綜合運用能力，有利于學生從整個實驗過程中發現問題、分析問題、解決問題和提出問題，促進學生構建科學嚴謹的思維體系，達到提升綜合素質和能力的目的[7-8]。近年來，在開設微生物學綜合性設計實驗項目中存在以下問題。

1.1 課堂仍由教師主講

“微生物學”綜合性設計實驗開設的前提條件是學生已掌握了相關的專業基礎知識和基本技能，在此基礎上，要求學生在查閱相關資料、設計實驗方案。而傳統綜合性設計實驗教學中，往往以教師為中心主講實驗內容和原理，甚至實驗方案仍是由教師設計好，進行“填鴨式”灌輸，學生依照教師講授的內容和示范，按部就班地重復既定的實驗步驟和操作。課堂中提供給學生的自我展示機會并不多，學生被動接受，缺乏主動思考過程，其學習興趣和學習中的情感體驗不被重視，自覺性和積極性受阻，未能充分體現學生的主體性。在綜合性設計實驗教學中，如何讓學生大膽和自信地講出來，表達自己的觀點和看法，并說服大家接受和認同，同時發現不足，亟需解決。

1.2 存在實驗項目固化，結果抄襲等現象

在開展綜合性設計實驗時，大多高校常采用一個固定的實驗體系。因此，在同一時間內，同一教學班級所開展的實驗項目是一樣的。由于實驗項目固化、樣品共用，由此存在結果抄襲的現象。例如，“水質微生物學檢驗”這一實驗，包括培養基的制備、樣品的采集、水中微生物的分離和計數、純化培養和革蘭氏染色、生理生化試驗等幾個階段。在樣品采集階段，由于學生不夠重視或者教師監管不嚴格，部分學生采樣不規范，且采樣地點過于集中，甚至樣品共用，導致實驗結果差異性不大，基本可通用，這也是導致實驗結果抄襲的原因之一。

1.3 過分強調結果評價，忽視實驗過程考核

考核是實驗教學過程的重要環節，是檢查實驗教學質量、評價學生對實驗理論知識與操作技能掌握程度的重要手段[8]。目前的大部分實驗課程的考核方式是以完成實驗報告的質量和期末實驗理論知識考查作為成績評定的主要依據，并結合實驗課的出勤率和實驗項目的完成率進行評定。這種考核方式使大部分學生將精力集中在實驗報告的撰寫和期末實驗理論知識的考查上，忽略了實驗細節和實驗過程的體驗。因此，學生的實驗操作技能、綜合分析能力和探究能力得不到充分評價，也就達不到考核學生綜合能力和素質的目的，使考核不能真正體現學生的真實水平，因而具有片面性、不公平和不客觀等問題。

針對以上問題，不斷尋找和探索有效的解決方法。十二屆全國人大第三次會議提出的“互聯網+”行動計劃為實驗教學改革提供了新思路。在該環境下，探索既能充分利用教育資源，把課堂真正還給學生，又能提高教學質量的教學模式。嘗試了基于“互聯網+”背景下的翻轉課堂教學實踐，針對微生物學綜合性設計實驗，提出了興趣愛好驅動下的由學生主講、教師輔導的翻轉實驗課堂，即從“選題-查閱文獻-設計實驗方案-課堂講解-修改方案-實施-結果分析”的實驗課堂。

基于“互聯網+”的翻轉課堂實驗教學模式見圖1。

圖1 基于“互聯網+”的翻轉課堂實驗教學模式

2 “互聯網+”背景下的微生物實驗翻轉課堂的教學實踐

2.1 充分利用資源服務平臺，促進學生課前自主學習為了使學生具備“微生物學”實驗基本實驗技

能，將綜合性設計實驗安排在學期后階段，安排2周時間實驗室全開放。學生通過校園實體課堂和網絡在線課堂（如Icourse網站的精品開放課程和慕課等）對微生物學理論知識已經有了一定的了解，并且掌握了一些基本的微生物學實驗操作技能，可有效防止專業理論知識滯后和實驗操作技能不足給實驗設計和實施帶來阻礙。提前2周時間將綜合性設計實驗題目發到班級課程學習平臺并通過班級負責人通知每個學生。學生根據自己的愛好，選取題材或自擬相關題目，選材相同的4～5個學生組成1個小組。各小組選題結束后，每組圍繞已選的實驗題材，通過知網、萬方數據庫、超星數字圖書館等查閱書籍和期刊文獻，共同制定詳細的實驗方案，通過交流平臺（如QQ群、微信群、郵箱或掌上校園等）呈報教師審核，教師針對實驗方案提出意見和建議，學生根據反饋信息完善實驗方案，并制作好相應的多媒體課件（如PPT等）。例如，實驗“水和飲料的細菌學檢查”，提供的題材有自來水、桶裝飲用水、校園湖水、校園井水、校外奶茶店配制的奶茶和咖啡、鮮榨果汁等飲品，要求同教學班級每組選材不同，學生也可以自己選取題材。這些題材都來自于學生的日常生活，與健康息息相關，學生日常接觸的桶裝水、飲品，以及常看到的湖水等其中微生物學指標究竟如何，這樣更能激發學生的好奇心和探索知識的欲望；而題材各不相同，有效防止了材料相同存在的材料共用、方案雷同和結果抄襲現象；需檢測的主要參數大體一致，在課堂討論時各組不會因為研究方向差異太大而導致很難有效溝通。以“水和飲料的細菌學檢查”實驗為例，該實驗涉及到培養基的制備與滅菌、細菌的分離純化、細菌的革蘭氏染色、油鏡的使用與細菌形態的觀察、細菌的生理生化鑒定等實驗內容，這些實驗大部分已經學習過，通過該類綜合性設計實驗，將微生物學實驗與日常生活問題有機融合，解決特定問題，并且使前面學習過的單元實驗鮮活起來，讓學生有學以致用的成就感，極大地調動了學生的學習興趣和積極性。

2.2 精心組織課中討論，完善實驗設計方案，檢查實驗過程

課堂分為2個階段。第一階段為實驗方案的講解與完善，在這一部分中，采取以教師為輔、學生為主體的討論式課堂。在教師引導下，每組派1名代表講解該組設計的實驗方案，并以多媒體課件輔助展示，其他組人員可從交流平臺打開講解組詳細的實驗方案。講解完后由同課堂其他組人員和教師提問，并指出方案不足之處和提出建議，講解組的成員負責答疑，并根據其他組人員提出的建議完善實驗方案，教師把關審核，審核通過后進入第2階段。例如，一個教學班級為20～25人，每4～5人為1個小組，分為5個小組，每組有3 min時間介紹實驗方案，5 min左右的提問與答問討論時間，第1階段時間控制在1學時。該階段不再像傳統課堂一樣講解實驗原理和步驟，介紹時主要講解設計路線和采用的方法，討論過程中教師會隨機向學生提問實驗原理和操作步驟方面的問題。實踐結果表明，學生普遍對實驗原理并沒有大的理解困難，且熟悉實驗流程，課堂討論激烈，氛圍活躍，溝通效率高。例如，在“校園井水的細菌學檢查實驗中如何設計實驗——檢測校園井水中的細菌總數”，由于校園井水中細菌濃度較低，不能采取已學的“土壤中微生物的分離和純化”實驗中的樣品稀釋法，學生圍繞如何高效解決這一問題展開了激烈的討論，通過交流討論后，學生對傳統濾膜法進行了改進，利用“可換膜針式過濾器組合相應的濾膜和玻璃針筒”解決了傳統濾膜法效率低、成本高、操作復雜等問題。通過這種面對面的交流討論過程，既完善了學生的專業知識體系、培養了創新思維，又鍛煉學生的語言表達能力，達到提高學生綜合素質的目的。

第2階段為實驗項目的實施，包括實驗的準備、實驗的展開、實驗結果的觀察和數據記錄，整個實驗過程安排2周時間。倘若出現因操作不當或其他原因導致實驗失敗的情況，也有足夠的時間緩沖和調整，進行重復試驗。由于微生物培養的特殊性，實驗周期較長且實驗過程是連續進行，這就需要學生合理安排實驗，充分利用課余時間完成實驗。該項目實施階段采取組長負責制，每小組由組員選出1名組織能力和責任感強的學生，負責整個實驗項目的執行。在實驗準備時要求每小組列出所需器材和藥品清單，如培養皿、試管和錐形瓶的規格和數量，由負責人交給實驗教師，領取相應器材和藥品，并做好登記。實驗主體部分，要求學生充分利用已學的微生物實驗操作技能，完成整個實驗流程。實驗成員每次進實驗室都需填寫實驗室開放記錄表（包括進入實驗室的時間、進行的實驗內容、所用到的實驗儀器、離開實驗室的時間），并要求每個成員的操作結果（培養物、制片、發酵管等）既要標注團隊的名稱，也要注明自己的名字，必要時還需進行拍照，這樣既方便小組撰寫實驗報告，又方便教師對小組和個人的成績打分，預防有人渾水摸魚。學生實驗期間，教師可以利用掌上校園，掌握實驗組成員可用于開展實驗的課余時間，便于實時查看實驗進展，發現問題，及時有效溝通和解決。解決了傳統綜合性設計實驗教學模式下，教師去觀察學生實驗時容易撲空，而學生實驗過程出現的操作問題或疑問得不到及時糾正和解決。實驗過程中涉及到新實驗操作技術，教師將其拍成微視頻上傳到交流平臺，供學生參考，也會在學生實驗過程中監督和指導。關于實驗結果，要求學生及時保存好實驗圖片、記錄好實驗數據并對實驗結果進行分析。實驗完成后及時歸還藥品和器材。實驗項目實施階段，實驗室完全對學生開放，小組人員需分工協作，責任明確，相互配合，才能順利地完成實驗任務。

2.3 優化實驗評價體系，創新實驗考核方式

個人總成績由小組成績和小組個人成績2個部分組成，各部分占總成績的比例如表1所示。①小組成績由教師根據團隊自主合作期間的總體表現綜合評定，包括設計的實驗方案、課堂答辯和實驗完成的質量。②小組個人成績由小組內成員互評、實驗過程中的操作能力、實驗報告的撰寫和數據整理分析能力。小組內成員互評，要求小組成員根據每個組員對整個實驗的貢獻進行評分，評價依據有小組個人在前期準備工作、實驗方案制定中和實驗完成過程中的貢獻。實驗過程考核，教師會不定時地抽考學生，考查學生的動手能力和實驗操作的規范性，被抽查到的學生能及時發現問題，其他學生也能從中發現自己的問題，糾正并規范實驗操作。實驗報告的撰寫和數據整理的分析，撰寫實驗報告時，需根據具體的實驗操作過程，用科學的語言加以描述整合，實驗結果部分應重點在于分析，該結果說明什么問題，為什么會得到如此結果，對于不成功的實驗結果要進行思考和分析原因。這種綜合考核方式既克服了傳統以實驗報告和考勤考核學生的片面性，又能促使學生重視實驗的全過程，使學生不可忽視實驗準備、實驗操作、實驗行為習慣、綜合分析問題及實驗報告的撰寫等任何一方面，能真正體現學生的真實水平，評價方式也相對公正。

成績組成見表1。

表1 成績組成

3 實驗教學的效果

將“互聯網+”下的翻轉課堂教學模式應用于微生物學綜合性設計實驗，使“微生物學”實驗課堂與學生日常生活有機結合，這種有機結合包括2層含義，一是學生在課余的日常生活期間，可以利用手機或電腦通過互聯網完成微生物學綜合性設計實驗資料的收集、方案的設計、相關基本技能的學習；二是學生利用專業知識解決與學生日常生活中遇到的相關問題。采取學生主講的翻轉課堂教學模式，真正樹立了學生“課堂主人”的地位，讓學生想講、敢講、能講、善將，講得更好，講得更充分，講得更富有情趣。這種教學模式，學生得到充分展示的平臺，體會到學以致用的成就感，體驗獲取成功的快樂，激發了學生的學習興趣和探索樂趣，讓學生走向主動學習，學會怎樣學習，如何批評性思維，如何有效溝通和協作，以及如何創新性地將學到的知識和技能解決實際問題，實現了“以教為主”向“以學為主”的轉變，達到完善知識體系、提升了其專業技能和綜合素質的目的。

該教學模式已在生物工程和食品科學與工程專業實施2輪，取得了明顯的教學效果。首先，激發了學生對“微生物學”實驗課程的興趣，提高了其學習積極性。教改班2014級和2015級生物工程和食品科學與工程班學生的到課率和聽課認真程度都大大高于教改前的常規班（2014級和2015級食品質量與安全班）。課間課后不時有教改班學生通過各種方式和教師交流作業和其他感興趣的微生物學問題。小組對實驗項目的完成質量要求都高，特別是小組在課堂實驗方案PPT講解前，很多小組一遍又一遍地修改完善，發給教師的實驗方案文檔后綴“修改稿1，修改2，最后版，終極版，終結版……”。期末考核，第1輪教改班（2014級生物工程和食品科學與工程班）優良率分別為50.0%和53.8%，比常規班（2014級食品質量與安全班）優良率（35.4%）分別高14.6%和18.4%。第2輪教改班（2015級生物工程和食品科學與工程班）優良率分別達到37.5%和26.7%，比常規班（2015級食品質量與安全班）優良率（13.2%） 分別高24.3%和14.2%。實施2輪下來，常規班的平均優良率為24.3%，而教改班的平均優良率達42.0%，提高了17.7%。其次，拓寬了學生的知識面，培養了學生的綜合能力和創新意識，激發了學生參與生物學科研活動的熱情。教改班很多學生都提前積極參加生物學方面的科學研究，在大學期間的第4學期，有60%以上的學生開始加入教師的科學研究。最后，在與學生的互動交流過程中，學生拋出各種問題，迫使教師不斷擴寬知識面，促使教師的教學水平上了新臺階，在2016年的校級青年教師教學比武中，以“互聯網+教育”下的翻轉課堂微生物學綜合性設計實驗實踐教學，獲得校級青年教師教學比武二等獎。

4 研究展望

基于“互聯網+”的教育理論和教學模式將不斷發展和完善，“微生物學”實驗教學如何面對和適應“互聯網+”帶來的沖擊和挑戰，是微生物學教學工作者面臨的課題和不可回避的問題。在此項教學研究過程中還有諸多不足，如教學過程利用到的各種交流平臺過于分散，教學網絡信息平臺有待于進一步整合和完善，各類優質實驗教學資源需要加強制作、收集和整合。此外，翻轉課堂實驗教學使教師面臨教學設計和組織能力方面的挑戰。如何既調動學生積極參與每一個過程，及時檢查學生對知識和技能的掌握情況，又不干預學生的選擇，促進學生的自主學習，對教師教學理念轉變和能力素質都是新的考驗。基于“互聯網+”的翻轉課堂微生物學實驗教學不僅是教育技術的革新，更是給教學過程、組織模式乃至教學理念帶來的深層次影響。

[1]張巖.“互聯網+教育”理念及模式探析 [J].中國高教研究，2016（2）：70-73.

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[3]陳雯莉，胡勝.課堂之外——微生物學“翻轉課堂”的改革實踐 [J].微生物學通報，2016，43（4）：735-741.[4]楊九民，邵明杰，黃磊.基于微視頻資源的翻轉課堂在實驗教學中的應用研究 [J].現代教育技術，2013，23（10）：36-40.

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[8]徐暉.微生物學實驗教學及考核模式的探究 [J].高校實驗室工作研究，2015（4）：111-113.◇