強化形成性評價的實驗課程的教學設計

趙東旭， 呂雪飛， 范翠紅， 楊新芳

（北京理工大學生命學院，北京100081）

0 引 言

大學生實驗操作能力的培養既是大學生專業技能培養的基本環節，也是提高學生對基本原理、基本概念理解的重要手段。對于生命科學這一實驗性學科，專業人才的實驗操作能力的培養更為重要。因此，諸多高校都盡量開設較多且技術含量較高的實驗課。在保證現有實驗課正常開設的前提下，如何提高每次實驗課/每門實驗課的培養質量既是任課老師重點關注的，同時也是教務管理人員重點監控的。目前提高實驗課教學質量的難點至少包括：①如何盡量保證學生實驗操作的規范性；②如何保證實驗內容的含金量；③如何通過常規或普通的實驗設計以及對實驗結果的提升來提高學生科研素質；④如何引入形成性評價的思路等。在生命科學及相關專業中最基礎的實驗課程生物化學實驗的教研教改中，許多高校的老師通過多種形式的教改方式來提高本實驗課程的教學質量［1-13］，筆者在進行本科生生物分離工程實驗、生物技術綜合實驗的教學中也進行了一些探索［14-15］。結合文獻報道的具體探索案例和探索經驗，本文提出了一種規范且具可操作性的、注重形成性評價的提高生命科學類實驗教學質量的教學模式。

1 生物化學實驗的教研教改現狀

生物化學和生物化學實驗在生物學及相關專業的專業建設中都有舉足輕重的位置，該課程的教研和教改趨勢基本上代表了我國生命科學學科理論課和實驗課的教研和教改狀態。

進行設計性實驗的教學探索是目前教改的主要方向之一。類似方式還有開放性實驗以及基于PBL的實驗教學形式，這種教改嘗試在鍛煉學生的科研能力方面會起到很好的促進作用，但是要做好指導，避免流于形式［1-3］。同翻轉課堂類似的方式是，在實驗課上，由學生對實驗內容等進行介紹，學生提問、指導老師點評，也不失為一種提高預習效果和教學效果的措施［4］。加強實驗總結，以研究報告的形式提交實驗報告，重視對實驗現象和理論之間的互動是近幾年教改的熱點［5］。在鼓勵大學生“雙創”精神和高校雙一流建設的大背景下，在基于實驗課加強大學生專業實操能力培養的基礎上，強化創新能力和創新思維方面的研究也受到關注［6-11］。

對實驗課考核方式的探索是一個比較棘手的課題，不少學者［4，12］根據所在單位的具體情況開展了一些有益的探索。筆者認為，加強對基本操作技能、實驗報告/研究論文中數據分析及結論提呈能力、論文寫作規范程度等考核應該是進行實驗課教學效果考核的重點，當然，也是目的。

2 生命科學類實驗課程的教學設計

2.1 實驗引導

2.1.1 強化對實驗課程重要性的認識

熟練、規范的操作能力的培養是本專業人才培養的核心目標之一。生命科學既是一交叉學科，更是一種實驗學科。操作技能的掌握必須是來自于實踐，具體的教學過程具有不可替代性。

從教學設計的角度看，在每門實驗課開始之前仍要從一些重大理論成果或重大發現中精選出幾個例子，以強調實驗環節的重要性。如美國學者安芬森（C.B.Anfinsen）等［16-17］將低分子量蛋白牛胰核糖酸酶A進行變性（加入變性劑和還原劑）和復性工作（稀釋復性），可使該酶活性以高水平恢復，由此提出了“蛋白質的一級結構決定高級結構”的著名論斷。雖然這一工作只是一個很常規性操作，但是獲得了諾貝爾獎；再比如日本學者岡崎（Okazaki）的研究被收入教材［18］。實際上許多諾貝爾獎的工作或此級別的工作均是基于一個或幾個常規的實驗結果或實驗現象而深入研究所得。

2.1.2 實驗內容的整體介紹

在強調實驗重要性之后，要參照理論課內容，對本課程的實驗安排進行詳細介紹。重要的是通過實驗內容的系統性介紹，使同學明白教學內容的協調性、互補性，這也是學生將來畢業后進行科學研究或其他工作所應該掌握的基本要領。

2.1.3 強化安全意識

在進行生命科學實驗時，不可避免地要用到一些化學試劑、生物試劑、生物樣品，因此，做好必要的全程防護是必須要考慮的，這種防護不僅僅是局限于穿上工作服。在具體操作過程尤其要重視酸、堿、有毒有害、易燃易爆化學品的配制及致病微生物使用，要做到對己、對他人安全、對環境無害。

2.2 教學設計與過程監控

2.2.1 教學設計

教學設計包括：實驗內容的系統性與實驗教學的設計性。對于前者，最好是圍繞一個或一種樣品開展實驗，比如設計的實驗內容涵蓋了從蛋白質的分離技術（離子交換色譜）、測定亞基組成（SDS-PAGE）、活性測定、濃度測定（ELISA）等內容。

在實驗教學的設計方面，對于簡單的實驗，如一些驗證性實驗，與絕大多數高校采用的傳統教學方法不同，采用將實驗設計納入教學計劃的新思路，就是借助正交設計提升傳統的實驗教學，在鍛煉學生基本動手能力的同時，培養學生的科研素質。

通過實驗設計提高實驗興趣性。對于簡單的實驗，如僅有溫度作為影響酶活性的單一因素時，可以將實驗班分成2～3個大實驗組。設定3個溫度，探索何種溫度下酶活性最高。再比如當影響酶活性的因素有溫度、pH、鹽濃度、底物濃度且每個因素又各有3個水平時，如溫度可以設定為高溫、中溫、低溫，pH設定為pH 6.0、pH 7.0、pH 8.5等，這時可采用（L9（34））正交設計的方法，將本應進行81（即34）次的實驗，實際上僅進行9次，再根據極差分析就可以知道造成結果（如酶活性）最大差異的因素與最優的因素組合。

其結果是，每個實驗小組僅開展了其中的一個因素組合的操作，通過全班各組的分擔卻獲取了最理想的組合條件。通過上述安排，既使學生學習了一種實驗設計的方法，一種科研方法，在某種程度上使學生認識到各組工作的重要性，加強了學生責任意識的培養。

該實驗中采用的正交實驗方法不要求在本課程的每一次實驗中都使用，但至少應有20%～40%的實驗內容要參照正交設計方法，以保證該方法給學生留下深刻印象。

2.2.2 實驗分組與組內分工

開展實驗時，對同學分組幾乎是全部高校最通用的教學管理方式，實驗一般是2人/組，可為學生提供充分鍛煉機會的最理想分組。為方便管理，也是為了加強對學生責任意識的培養，實行組內分工的方式，有組長、實驗記錄員、內容核查員等崗位，以便及時檢查、查漏補缺。

2.2.3 強化過程監控，注重形成性評價

在教學過程中，指導老師除做好常規性指導、巡視等工作之外，也采用間斷性播放規范操作視頻等富媒體的方法以規范學生的操作；而且還應建立一個紙質的監控記錄臺賬，即為每個/次實驗制作一個實驗表格，主要記錄內容包括實驗中異常現象、發現的典型錯誤操作、學生提出的疑問、各組提交的階段性結果及最終結果等。

對選定的設計性實驗，開展組間“比賽”。待某一實驗結束后，每組以Word或PPT形式向全班展示本組實驗結果，供同學、指導老師分享、質疑，此部分工作是實驗成績的一個重要組成。

2.2.4 中期點評

中期點評的主要目的：①強化規范化操作，例如：如何使用高精度的天平、離心機、分光光度計、層析裝置、電泳儀、酶標儀、移液器等。②針對在常規巡視過程中所糾正的問題進行歸納、梳理，以減少再次出現的機會。③強調實驗細節的重要性。比如用目前實驗室最常用的移液器量取微量液體時，替補頭插入母液的深度、前端是否粘附一定量的溶液等；再比如進行常規酶活性測定實驗時，是否已對底物、酶液等進行保溫、酶促過程是在保溫性差的溫箱還是在導熱性好的水浴鍋中進行等；比如在實驗臺上無意滴落一滴濃硫酸或濃堿液，其后果是什么？細節決定成敗，這種規范操作的理念需要反復提醒才有可能取得較好的效果，學生的良好習慣才有可能養成。

2.2.5 實驗總結

在全部實驗結束后，要進行一次實驗總結。從指導教師角度看，要對整個實驗開展情況進行總結，重點是實驗過程各實驗組有無嚴重失誤、重要儀器有無損壞、是否有大的教學事故比如試劑傷害等，全體同學在操作習慣、操作態度有待進一步改進的地方等；從學生角度看，每個實驗組都要匯報各自的心得和收獲，尤其是以后要注意的問題。

2.3 教學效果評價

2.3.1 實驗報告

待每個實驗結束后，每位同學在課上討論接受質疑的基礎上，及時獨立地寫出各自的實驗報告或研究報告。對于常規性的訓練實驗，因實驗組合相對單一，因此只要寫出實驗報告；對于設計性、綜合性實驗，由于實驗組合數較多，要重點強調各因素的影響，尤其要明確主要影響因素。總體來說，要重點描述關鍵性的實驗細節、結果以及結果與理論的對應性（關聯性）。

及時批改實驗報告并及時反饋共性問題。及時反饋學生的實驗報告可使學生及時了解自己的優點和不足，即便不反饋批閱后的實驗報告，也須及時反饋成績，以使學生“心里有數”。而且，指導老師可以從學生的感想中找出一些值得重視的地方。

2.3.2 教學效果評價

完成理論課或實驗課的學習后，如何對學生的成績進行評價一直是一線老師和教學管理者所密切關注的。尤其近幾年，形成性評價逐漸被大家所接受，但如何進行形成性評價，而不僅依賴于若干次實驗報告成績，為此，提出了一種可操作的實驗課教學效果的評價方案。

（1）對于學生人數較少的課程可以進行有代表性的實驗操作。每門課可以考慮設置2～3項能反映課程核心操作技術的項目，以備學生隨機抽取。相信老師有“窺一斑而見全貌”的能力。以生物化學實驗為例，可供選取典型實操包括模擬分光光度計的使用、借助水浴鍋模擬觀察的酶促反應、離心機的使用等。即便是全體同學采用相同的考察內容，也不用過分擔心“漏題”的問題。

以模擬分光光度計的使用為例，考察的內容可有：開啟分光光度計、拿取比色杯、將試管中的樣品加入比色杯、對溢出的溶液擦拭、處理滴落在實驗臺面或地面的液滴、選取預定波長、測量樣品吸光值、操作后清洗比色杯、使使用后的分光光度計恢復正常狀態等。

（2）在人數較多情況下，采取播放視頻資料，由學生判斷其規范性。在一些專業人數較多的情況下，采取播放提前錄制的含有多個非規范操作細節的視頻，由學生判斷其不規范之處。同時也選擇一個僅有個別非規范操作的視頻，以培養學生的判斷能力，須知這種判斷力的培養更重要。

根據形成性評價的思路，實驗課的成績評定分為3部分，分別是：實驗課討論、匯報，≥20%；最終動手能力的考評，≥20%；實驗報告，≤60%。

通過對學生的了解可知，這種方式給學生帶來了一定的壓力，減輕了學生多看少動手的毛病、減少了學生過分依賴實驗報告成績的不足，最重要的加強了學生對實驗內容系統性、實驗設計的認識，借助對全班實驗結果的分析提高了學生科研潛質和創新能力。

3 結 語

與理論課教學的授課、考試方式不同，實驗課教學的環節比較復雜，涉及的物品多、秩序和進度較難以掌控、教學效果的考核難以量化等。如何提高教學質量既考驗了指導教師及教輔人員的智慧，也考驗了受教育者接受新式教學范式的能力。根據現有的文獻和作者的實際工作經驗，提出了將形成性評價納入評價體系并進行量化考核的教學設計范式，其核心內容包括4個可操作性環節即實驗引導、實驗設計與過程考核、實驗總結與實驗報告的規范撰寫以及及時批改和反饋、對操作能力的考核，而且這種教學模式基本上未額外增加實驗材料、試劑以及儀器或設備。當然，提出的模式也有一些需要改進的地方，比如如何選定合適材料以開展實驗內容的系統性設計，實驗結束后PPT匯報時，隨機選取匯報人，其效果有較大差異，由于同學間臨場發揮能力差別較大而導致擅長演講的同學沒有選上而拉低了本組成績等。

上述強化形成性評價的教學模式與傳統的根據實驗報告的評價模式有很大不同，它督促學生注重平時操作、結果匯報與討論，重視對學生基本操作能力的培養，減少了學生對實驗報告成績的過分依賴，長遠看有利于對實驗性專業人才的培養。在生物分離工程實驗、生物技術綜合實驗的教學中對該教學模式進行了多輪次實踐，取得了滿意的效果。