基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂在生物工程實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)設(shè)計(jì)和應(yīng)用

李云峰，張杰良

（汕頭大學(xué) 理學(xué)院生物系，廣東汕頭 515063）

隨著網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化、數(shù)據(jù)化的普及，以信息技術(shù)為核心的教育理念受到了越來越多的重視，微課式的翻轉(zhuǎn)課程已成為現(xiàn)代教學(xué)領(lǐng)域的新型創(chuàng)新模式和關(guān)注熱點(diǎn)。微課具有短小精悍、重點(diǎn)突出、制作簡便、以學(xué)生為主體等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，教師在充分分析教材重難點(diǎn)和學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選定合適的主題，設(shè)計(jì)出針對(duì)性強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容。微課的設(shè)計(jì)一般在10min左右，能借助圖片、文字、聲音、視頻等形式生動(dòng)的展示教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生也能在任何時(shí)間輕松愉悅的觀看，從而取得最佳的翻轉(zhuǎn)課堂式的教學(xué)效果。如圖1所示為微課式翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)路線圖。

圖1 微課式翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)路線

目前，“抖音”和“快手”等直播平臺(tái)很受歡迎，觀看者不乏大量的大學(xué)生，這是因?yàn)槿藗兏菀妆欢獭⒖臁⑿碌膬?nèi)容所吸引，加上短視頻結(jié)合了很多大學(xué)生感興趣的內(nèi)容，利用最短的時(shí)間調(diào)動(dòng)人們的感覺器官，并能實(shí)現(xiàn)興奮愉悅的狀態(tài)，特別符合大眾碎片化接受信息的要求[3]。因此，若將短視頻的優(yōu)點(diǎn)融入微課，雖然是碎片化信息，但加上教師在課堂上的分析、討論和學(xué)生反饋，可以獲得預(yù)想不到的結(jié)果。

由高校自發(fā)組織的微課教學(xué)競賽或由省級(jí)國家級(jí)教育委員會(huì)開展組織微課教學(xué)競賽，有助于推動(dòng)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，也有利于全面提升高校教師教學(xué)理念創(chuàng)新和教學(xué)能力[4]。2014年開始，由教育部高等學(xué)校生物學(xué)相關(guān)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)每年組織開展的“全國高校生命科學(xué)類微課教學(xué)比賽”，其網(wǎng)站為http：//weike.enetedu.com/。0以下將以制作設(shè)計(jì)的《香菇多糖的分離與鑒定》（下稱案例A）生物分離實(shí)驗(yàn)課為例[5]，供一線教師借鑒參考，其網(wǎng)站為http：//weike.enetedu.com/play.asp?vodid=198758&e=33。

1 實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中的常見問題

實(shí)驗(yàn)課一般分為三個(gè)步驟：①教師對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸磉M(jìn)行講解，接著:對(duì)部分儀器進(jìn)行演示操作，最后，學(xué)生動(dòng)手操作，教師對(duì)學(xué)生操作過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行指導(dǎo)和總結(jié)。②在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過程中，前兩個(gè)步驟經(jīng)常出現(xiàn)以下問題：實(shí)驗(yàn)課時(shí)間有限，教師更希望學(xué)生有充足的操作時(shí)間，但講解時(shí)又希望講解的更清楚，這本身就是矛盾的，講解過程冗長學(xué)生感覺枯燥，不能集中精力，導(dǎo)致動(dòng)手操作時(shí)目的不明確，操作的關(guān)鍵點(diǎn)也不清楚，很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求[6]。③有些儀器操作復(fù)雜或有技巧，其規(guī)范操作過程需要教師演示，在演示時(shí)如果學(xué)生過多，會(huì)有部分學(xué)生看不清楚或者不認(rèn)真觀看，這部分學(xué)生就無法流暢、熟練地正確操作儀器。這樣導(dǎo)致的結(jié)果是，學(xué)生對(duì)于常用實(shí)驗(yàn)儀器不熟練，甚至完全沒有印象，進(jìn)而影響了畢業(yè)后的就業(yè)和深造機(jī)會(huì)，也就失去了實(shí)驗(yàn)課對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)目的，即失去了專業(yè)要求的最為重要的實(shí)驗(yàn)操作 技能[7]。

此外，傳統(tǒng)的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂中，對(duì)于有些危險(xiǎn)性較大、過程較長、設(shè)備昂貴，或者學(xué)校不具備實(shí)驗(yàn)條件的實(shí)驗(yàn)很難安排學(xué)生親自動(dòng)手操作，如果將這部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容拍成視頻，制作成微課，能夠使學(xué)生身臨其境，從而最大限度地認(rèn)識(shí)儀器及掌握實(shí)驗(yàn) 要領(lǐng)。

總的來說，微課式的翻轉(zhuǎn)課堂能將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課經(jīng)常遇到的問題得以改善，雖然設(shè)計(jì)、制作視頻會(huì)花費(fèi)一些時(shí)間，但教師團(tuán)隊(duì)可以分工協(xié)作并逐步積累，逐步制作出越來越優(yōu)秀的作品，既可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，也實(shí)現(xiàn)了教師教學(xué)能力的全面提升。

2 微課制作前的準(zhǔn)備

微課教學(xué)過程圍繞教學(xué)內(nèi)容的重難點(diǎn)而展開，以視頻為載體，其特點(diǎn)是形式宜微，但內(nèi)容宜精。因此，內(nèi)容需要選擇重難點(diǎn)，并對(duì)重難點(diǎn)內(nèi)容加以分析，設(shè)計(jì)出教學(xué)過程并精煉要點(diǎn)，時(shí)間控制在10min左右，過長容易使學(xué)生注意力不集中[8]。如案例A中的重難點(diǎn)為采用高效液相色譜法和氣相色譜法對(duì)生物活性物質(zhì)進(jìn)行分析與鑒定。擬定好重難點(diǎn)后將開始進(jìn)行教學(xué)過程設(shè)計(jì)、錄制和制作微課視頻，將制作好的視頻上傳到云端供學(xué)生下載、觀看學(xué)習(xí)，學(xué)生可以在任何時(shí)間在沒有教師監(jiān)督下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。微課視頻制作軟件可以使用教師慣用的PPT，再輔以Camtasia進(jìn)行錄制屏幕、導(dǎo)入視頻，再對(duì)視頻片段進(jìn)行剪接、添加轉(zhuǎn)場(chǎng)效果、加字幕、編排進(jìn)度等。

3 微課制作的課程導(dǎo)入

如表1所示，確定好重難點(diǎn)內(nèi)容后，對(duì)微課的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先就是課程的導(dǎo)入。富有啟發(fā)性、藝術(shù)性的課程導(dǎo)入，有助于啟迪學(xué)生的思維、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生積極思考和主動(dòng)探索[9]。因此，為了能把內(nèi)容更生動(dòng)有趣且形象地呈現(xiàn)給學(xué)生，教師要對(duì)課程導(dǎo)入的形式進(jìn)行打磨以達(dá)到更佳的效果，以下總結(jié)幾種不同形式的導(dǎo)入方法，包括故事導(dǎo)入法、情境導(dǎo)入法、前言動(dòng)態(tài)導(dǎo)入法等。

表1 微課式翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間上的安排

故事導(dǎo)入法，以生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)課中的綠色熒光蛋白（GFP）為例，傳統(tǒng)授課是以PPT形式呈現(xiàn)：“GFP是一類存在于水母等腔腸動(dòng)物體內(nèi)的生物發(fā)光蛋白質(zhì)，當(dāng)受到紫外激發(fā)時(shí)會(huì)發(fā)射綠色熒光”，而采用微課式教學(xué)法，可以設(shè)計(jì)三位卡通人物，即第一位是發(fā)現(xiàn)GFP的科學(xué)家（下村修），展示他是如何在水母體內(nèi)發(fā)現(xiàn)GFP的，接著出現(xiàn)另外兩位科學(xué)家馬丁·查爾菲和錢永健，分別發(fā)現(xiàn)和改造綠色熒光蛋白，這三位科學(xué)家由于對(duì)生命科學(xué)領(lǐng)域做出的巨大貢獻(xiàn)，于2008年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這樣學(xué)生會(huì)被故事吸引，比刻板的傳統(tǒng)教學(xué)效果更佳。

課程導(dǎo)入中，還可以將本實(shí)驗(yàn)相關(guān)領(lǐng)域的最新動(dòng)態(tài)、新知識(shí)、新技術(shù)引入微視頻中，開闊學(xué)生的視野，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。如GFP故事導(dǎo)入后，接著介紹一些GFP的應(yīng)用實(shí)例，包括GFP作為熒光探針，作為信號(hào)分子與生物學(xué)受體或藥物分子偶聯(lián)，信號(hào)分子的遷移會(huì)在細(xì)胞內(nèi)留下痕跡，以這些信息進(jìn)行藥物分子的設(shè)計(jì)，以達(dá)到對(duì)某種疾病的治療或預(yù)防。

在案例A中，采用了情境導(dǎo)入（15s），以學(xué)生熟悉的情境、能引發(fā)學(xué)生興趣的日常生活話題、能引起學(xué)生注意的情節(jié)進(jìn)行導(dǎo)入，以學(xué)生在日常生活中遇到的多糖保健品帶出主題。選同屆的學(xué)生進(jìn)行視頻拍攝，下一年的時(shí)候也可以更換主角重新拍攝，再使用Camtasia進(jìn)行剪接出適合下一年的微課視頻，這樣可以引起同班同學(xué)的共鳴，導(dǎo)入情境的主要目的在于激發(fā)學(xué)生興趣、好奇心和學(xué)習(xí)的欲望，使學(xué)生對(duì)接下來的學(xué)習(xí)內(nèi)容有興趣，并在輕松愉悅的氛圍進(jìn)入學(xué)習(xí)。在情境導(dǎo)入后，接著介紹目前科學(xué)研究新動(dòng)態(tài)（35s），講述多糖的功效和應(yīng)用進(jìn)展。

總的來說，課程導(dǎo)入方式并不限于舉例的幾種，應(yīng)靈活采取多樣化的方式，可以為多種形式的融合，但也需要注意把握時(shí)間，課程的導(dǎo)入時(shí)間不宜過長。

4 微課制作過程的重難點(diǎn)

微課制作的核心目的是針對(duì)實(shí)驗(yàn)中的重難點(diǎn)內(nèi)容或難以表述的現(xiàn)象加以視覺化呈現(xiàn)。首先，要確定每一個(gè)實(shí)驗(yàn)中的重難點(diǎn)。其次，根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)擬寫好腳本，構(gòu)思拍攝的鏡頭，初步完善腳本和拍攝點(diǎn)的連續(xù)性和針對(duì)性，反復(fù)打磨以確保做到內(nèi)容準(zhǔn)確、流暢、不跳躍、容易懂[10]。如案例A中的重難點(diǎn)為采用高效液相色譜法和氣相色譜法對(duì)多糖進(jìn)行分析與鑒定，對(duì)于這兩臺(tái)色譜儀，傳統(tǒng)的教學(xué)模式為教師站在儀器設(shè)備前對(duì)其每個(gè)部件和結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解，在儀器旁邊學(xué)生人數(shù)多，無法照顧到所有學(xué)生，學(xué)生在教師講解過程中容易走神，尤其是部分后排學(xué)生無法看清操作，加上授課時(shí)間的限制，教師也無法逐一指導(dǎo)學(xué)生，授課、學(xué)習(xí)、上機(jī)效果均不盡人意。

因此，微課式翻轉(zhuǎn)課堂提前將設(shè)備操作視頻錄制好，讓學(xué)生在課前預(yù)習(xí)觀看，如表1所示的兩種教學(xué)方式的時(shí)間安排。微課拍攝的重難點(diǎn)內(nèi)容可以進(jìn)行如下安排，首先對(duì)這兩臺(tái)儀器的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行介紹，然后對(duì)樣品分析時(shí)進(jìn)樣操作、信號(hào)采集等步驟，最后進(jìn)行拍攝與講解這兩個(gè)色譜分析法操作，軟件中的數(shù)據(jù)處理與圖像的導(dǎo)出。通過微課式翻轉(zhuǎn)課堂的進(jìn)行，學(xué)生不僅能熟悉整個(gè)操作流程，對(duì)數(shù)據(jù)處理（如基線調(diào)整、峰面積計(jì)算、色譜圖導(dǎo)出等）的熟練程度也極大提高。

5 布置思考題及檢查學(xué)習(xí)效果

對(duì)于生物分離工程實(shí)驗(yàn)課，除了實(shí)驗(yàn)操作要熟練，學(xué)生還應(yīng)該能夠結(jié)合理論知識(shí)來解決實(shí)際應(yīng)用過程中出現(xiàn)的各種問題，因此每個(gè)微課結(jié)束部分需要布置相應(yīng)的思考題。這些思考題布置的原則是少而精，具有代表性、綜合性[11]，學(xué)生需要課前預(yù)習(xí)與動(dòng)手操作后，對(duì)于理論知識(shí)有了充分的理解才能解答出來。學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告也應(yīng)包含對(duì)思考題的解答，這樣教師除了通過學(xué)生的操作，還可以通過批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告來檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

6 教學(xué)效果的評(píng)價(jià)

基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)驗(yàn)課教學(xué)是一種創(chuàng)新的教學(xué)模式，該教學(xué)模式將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課冗長的講解過程，轉(zhuǎn)移到課前讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，達(dá)到消化知識(shí)和理解操作步驟的目的，再進(jìn)行課內(nèi)傳授新知識(shí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與知識(shí)消化的逆轉(zhuǎn)。這種教學(xué)模式在高校內(nèi)的推廣還需完善，其教學(xué)效果需進(jìn)行客觀和準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。學(xué)生成績可采用多元化的評(píng)價(jià)體系，如實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論、實(shí)驗(yàn)報(bào)告共同構(gòu)成。此外，為了評(píng)價(jià)微課式翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)質(zhì)量，還可制定學(xué)生反饋教學(xué)效果的評(píng)價(jià)表，如表2所示，對(duì)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查問卷、同行教師交流與反饋，如表3所示，以評(píng)估整體教學(xué)效果，針對(duì)問題適當(dāng)進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整，有助于提升整體教學(xué)質(zhì)量[12]。

表2 微課式翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)表-學(xué)生適用

表3 微課式翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)表-同行教師適用

7 結(jié)束語

通過與同行教師交流、對(duì)學(xué)生成績進(jìn)行考核并發(fā)放調(diào)查問卷，證明微課式翻轉(zhuǎn)課堂有助于生物分離工程實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)，實(shí)踐證明學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上積極性更高，動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)也更加熟練，課前預(yù)習(xí)起到了非常重要的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用微課的翻轉(zhuǎn)課堂式的預(yù)期效果。這種創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式深受廣大學(xué)生喜愛，有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)能力、發(fā)現(xiàn)問題、分析和解決問題的能力，有利于全面提高生物技術(shù)類專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。希望通過更多的平臺(tái)，各高校展現(xiàn)出更多、更優(yōu)秀的微課作品，拓展微課交流渠道，豐富微課設(shè)計(jì)形式，促進(jìn)微課在生物分離工程實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)應(yīng)用。