微課結合虛擬仿真的翻轉課堂教學模式在生物化學與分子生物學實驗教學中的應用

高進濤 陳穎

[摘要] 生物化學與分子生物學是醫學院校眾多專業的重要基礎必修課，其中實驗教學是該門課程教學的重要組成部分。新形勢下生物化學與分子生物學傳統實驗教學面臨諸多問題與挑戰，不能很好地適應學生實踐能力及綜合應用能力培養的需要。該文就微課結合虛擬仿真的翻轉課堂教學模式在生物化學與分子生物學實驗教學中的應用進行探討，并就存在的問題進行總結。

[關鍵詞] 微課;虛擬仿真;生物化學與分子生物學;實驗教學

[中圖分類號] R-4 [文獻標識碼] A [文章編號] 1672-5654（2019）12（c）-0088-03

[Abstract] Biochemistry and molecular biology are important basic compulsory courses for many majors in medical schools， and experimental teaching is an important part of this course. In the new situation， the traditional experimental teaching of biochemistry and molecular biology is faced with many problems and challenges， and cannot meet the needs of students' practical ability and comprehensive application ability training. This paper discusses the application of the flipped classroom teaching mode combined with micro-simulation in the experimental teaching of biochemistry and molecular biology， and summarizes the problems.

[Key words] Micro-lecture; Virtual simulation; Biochemistry and molecular biology; Experimental teaching

生物化學與分子生物學是醫學院校眾多專業的一門重要基礎必修課，也是一門實踐性非常強的學科，其中實驗教學就是連接理論和實踐的重要環節。通過實驗教學，學生可以鍛煉實際動手能力，提高實踐技能，同時可以加深對理論知識的理解，最終做到理論和實踐聯系起來，同時培養學生的科學探究精神，塑造學生的創新思維[1]。在社會更加注重學生實踐能力及綜合應用能力的當下，生物化學與分子生物學課程的實驗教學就顯得尤為重要。當前，生物化學與分子生物學的實驗教學仍然存在“教師講實驗”“教師保姆式的包辦”等以教師為中心的傳統教學模式，而這些傳統的教學模式逐漸凸顯出一些弊端，面臨諸多挑戰，不能很好地適應學生實踐能力及綜合應用能力培養的需要。該文就微課結合虛擬仿真的翻轉課堂教學模式在生物化學與分子生物學實驗教學中的應用進行初步探討，并就開展過程中彰顯出的優勢和存在的問題進行總結，現報道如下。

1 ?傳統實驗教學存在的問題

1.1 ?教學方法單一，實驗教學存在滿堂灌

生物化學與分子生物學實驗內容多是理論課上知識點的驗證性實驗。教師和學生容易產生“實驗課是理論課的延伸，是知識點的重現和強化”的固定化思維，容易產生實驗課最重要的是掌握實驗原理和實驗目的錯覺。再加上，教師在授課的過程中采用傳統的授課模式，將實驗原理、目的、操作、注意事項等一系列的內容滿堂灌，違背了實驗教學的本質和要求，造成教師教學非常賣力，而學生動起手來依然手忙腳亂，課堂效率低下。這些難免會造成學生的實操積極性下降，而緊張無序的實驗操作又壓縮了獨立思考的空間，從而違背實驗教學的初衷。

1.2 ?前期實驗準備學生參與少，學生對實驗設計缺乏宏觀把握

傳統生物化學與分子生物學實驗教學為了預防教學過程中的教學差錯，同時也受限于實驗場地、時間、材料等因素，實驗方案設計、實驗試劑和耗材的準備以及預實驗的開展等前期工作主要由授課教師或專人負責，學生參與較少。而實驗教學只是盡可能地將前期預實驗的結果在學生手上重現，違背了實驗的本質規律，不能很好地培養學生的創新意識、科學素質以及對整個實驗設計的把握。

1.3 ?實驗條件的限制影響部分實驗的開展

生物化學與分子生物學理論知識在不斷更新發展，而實驗課程設計和開展也要不斷更新。然而由于諸如實驗材料和實驗儀器缺乏、實驗操作要求高等客觀條件的限制，從而影響實驗教學的開展和更新。

1.4 ?教學評價方式單一

傳統生物化學與分子生物學實驗教學主要以實驗報告作為考核依據，過程性的評價缺乏，容易造成學生唯結果論，實驗過程應付，實驗報告存在低水平抄襲。單從實驗報告難以全面反映出學生對實驗的掌握程度以及存在的問題。

2 ?微課結合虛擬仿真的翻轉課堂教學模式在生物化學與分子生物學實驗教學中的應用

翻轉課堂教學模式最早由美國教育者提出，提倡基于信息技術，借助于教學結構和方法的改革，將“教師講、學生聽”的傳統教學模式翻轉過來，達到學生課外學習，課內討論、互動、練習和強化的目的[2]。翻轉課堂強調學生的主體地位，能夠調動學生的積極性，受到廣泛肯定。然而，翻轉課堂的核心是課前資料、素材和信息技術手段的準備，作者所在的教研室近年來一直以微課結合虛擬仿真作為生物化學與分子生物學實驗教學的載體，推進翻轉課堂教學，取得不錯的教學效果。

國內提出的微課概念中，影響最大、最具代表性的是佛山教育局所提出的微課概念：“微課是指按照新課程標準及教學實踐要求，以教學視頻為主要載體，反映教師在課堂教學過程中針對某個知識點或教學環節而開展教與學活動的各種教學資源的有機組合”[3]。微課因其靈活多樣的形式和對翻轉課堂教學模式改革的完美契合而得到了廣泛的推廣和開展。

虛擬仿真實驗是指借助多媒體技術和虛擬現實技術，在計算機和網絡的輔助下，構建能夠輔助或替代傳統實驗操作的虛擬操作環境[4]。虛擬仿真實驗能夠打破時間、空間、試劑和儀器等諸多限制，在實驗教學中顯現出巨大優勢[5]。

2.1 ?課前準備

作者所在的教研室近年來就生物化學與分子生物學實驗教學中涉及到的眾多知識點和重要操作方法整理制作微課視頻，制作完成了諸如微量移液器的使用、紫外分光光度計的使用、普通PCR、核酸凝膠電泳、醋酸纖維薄膜電泳、分子篩層析等一系列針對性較強的微課視頻。作者所在的生物技術學院近年來一直大力推進虛擬仿真教學平臺建設，建設之初，作為探索和試點，結合該院實驗教學需要，先行購買了微量移液器基本操作、質粒DNA提取、DNA瓊脂糖凝膠電泳、RNA提取、逆轉錄、普通PCR、熒光定量PCR、蛋白質變性與SDS-PAGE電泳、Western Blot等虛擬仿真教學軟件系統。這一系列的微課視頻、虛擬仿真教學軟件系統以及相關的課件等資料都會上傳至精品課程網站及虛擬仿真網絡平臺，課前提供給學生。

2.2 ?教學實施

結合學生反饋及后臺數據，整理常見問題，并以此問題作為切入點引導學生相互討論交流，而后授課教師給出指導性建議，學生整理思路，基于建議完成實驗操作及數據記錄。最后，授課教師總結課堂教學，提出實驗數據處理和分析的方法學指導，學生課后完成實驗報告。同時，設計實驗考核學時，學生自主學習的基礎上獨立完成實驗操作、數據記錄及實驗報告撰寫。

2.3 ?教學評價

教學考核評價除了實驗報告成績外，課前自學評價、課中參與表現都是考核的重要組成部分。通過多方面的評價，能夠較全面地反映出學生對實驗的掌握程度，并能夠較好地培養學生的過程意識和嚴謹態度。

3 ?微課結合虛擬仿真的翻轉課堂教學模式在生物化學與分子生物學實驗教學中取得的積極效果

3.1 ?學生有更多獲得感，課堂參與積極性高

與傳統授課方法相比，微課結合虛擬仿真的翻轉課堂教學模式讓學生有更多的參與機會，讓實驗教學從“教師講實驗”為主轉變為“學生做實驗”為主。一方面減少了教師的低效講解投入，另一方面擴展了實踐操作的課堂時間，讓學生把更多的精力放在實驗中。

3.2 ?能夠提高學生對實驗設計的宏觀把握

傳統實驗教學因受到實驗場地、時間、材料等因素的限制，學生較少參與前期的實驗方案設計、實驗試劑和耗材的準備。而虛擬仿真實驗教學可以很好地突破這些限制，能夠讓學生在虛擬環境中完成前期的實驗準備，培養學生科學素養，能夠使其對實驗設計有較好的整體把握。

3.3 ?能夠豐富實驗教學內容

由于客觀條件的限制，諸如熒光定量PCR、Western blot等重要的實驗不能順利納入本科實驗教學，而虛擬仿真能夠很好地解決這一問題。通過虛擬仿真教學的開展，學生能夠較好地掌握這些實驗的目的、原理、操作等知識，能夠很好地拓寬自己的知識面和提升實踐潛力。

3.4 ?能夠增加考核評價多樣性

翻轉課堂的教學模式相對于傳統教學，提供的不僅是實驗報告評價，還包括課前數據采集、自學評價、課中參與表現等諸多評價部分，能夠較全面地反映出學生對實驗的掌握程度。

4 ?微課結合虛擬仿真的翻轉課堂教學模式在生物化學與分子生物學實驗教學中存在的問題

4.1 ?課前資料與課堂教學存在不同步現象

實驗教學不可避免會面對實驗試劑、材料和儀器的更新換代，而這些硬件條件的更新可以在較短的時間內完成，而相對應的微課和虛擬仿真軟件的更新則需要較長的周期，同時部分虛擬仿真軟件屬于市場購置的商業軟件，缺乏個性化設計。這就造成課前資料中所使用的實驗試劑、材料和儀器等條件與實驗教學中所使用的硬件條件不能無縫銜接，反而可能增加學生的工作量。

4.2 ?課前資料的制作質量參差不齊

因授課教師經驗和信息技術水平的限制，以及軟件開發商的理念和方法的不同，微課與虛擬仿真軟件質量參差不齊，部分質量不能很好滿足教學需要，仍有待提高。

4.3 ?學生的自主性成為課堂教學的重要影響因素

翻轉課堂的教學模式需要學生充分發揮自主性。部分學生習慣了傳統的課堂教學，缺乏學習的自主性。這就難以避免造成自主性較差的學生在實驗操作過程中舉手無措，課堂效果差。

5 ?結語

信息化技術的快速發展推動了新一輪教育改革。當今以能力為先的人才培養理念下，強調通過信息技術與教育的深度融合促進教育質量全面提高成為當下教學改革的重要導向。微課結合虛擬仿真的翻轉課堂教學模式在生物化學與分子生物學實驗教學中體現出諸多優勢，但也存在一些問題，這些問題是今后教學中應該努力解決的方向，在這個過程中要深入思考，不斷總結，積極探索，努力推進生物化學與分子生物學實驗教學的優化與創新。

[參考文獻]

[1] ?張寬朝，金青，余梅，等.基于能力提升的生物化學實驗教學方法改革實踐[J].天津中德應用技術大學學報，2019（4）：98-102.

[2] ?高進濤，陶毅明，劉啟亮.翻轉課堂模式在《生物化學》課程教學中的應用探討[J].長江大學學報：自科版，2016，13（21）：78-79，82.

[3] ?胡鐵生，黃明燕，李民.我國微課發展的三個階段及其啟示[J].遠程教育雜志，2013，31（4）：36-42.

[4] ?徐宋瑤，扈瑞平，薛昕，等.生物化學虛擬仿真實驗教學項目的嘗試與應用[J].基礎醫學教育，2019（9）：743-744.

[5] ?梁策.基于虛擬仿真實驗室建設的優勢特色專業建設路徑探析[J].黑龍江科技信息，2017（13）：145-146.

（收稿日期：2019-09-25）