翻轉課堂在菌劑制備實驗教學中的應用

李祝，湯鑫鑫，譚艾娟

（貴州大學 生命科學學院，貴州 貴陽）

一 引言

翻轉課堂（Flipping Classroom）也可譯為“顛倒課堂”[1]，由美國化學教師喬納森·伯爾曼 ( Jon Bergmann) 和亞倫·薩姆斯 (Aaron Sams) 創立[2]，是指重新調整課堂外結構的教學模式[3]。信息資源帶來的優勢在翻轉課堂中發揮了重要作用, 教師提前將教學視頻錄制好, 學生在課前自主觀看視頻，然后在課堂上完成作業或實驗操作，改變了傳統教學模式的教學順序, 將課堂教學結構和教學流程有機地進行了重組[4]。翻轉課堂重新明確了教師和學生在課堂中的地位，教師所扮演的角色只是作為教學中的引導者，課堂的核心和主體是學生[4]。

從2012年“翻轉課堂”被引入中國[5]以來，很多國內學者對翻轉課堂進行了研究應用,王珅將翻轉課堂應用于畜牧微生物學實驗教學中，取得了良好的教學效果，黃陽在“翻轉課堂”教學模式的課程設計中提出了幾點思考，裴連群調查了翻轉課堂在高校教學實踐應用進展；金望智將翻轉課堂與傳統教學模式進行了比較研究[6-9]。但由于各方面因素的限制，國內真正將翻轉課堂模式應用于實驗教學的高校屈指可數。

菌劑制備是根據我校自身的區域特點為生物技術專業學生開設的特色實驗課程，在學生已經完成了微生物學實驗課程的基礎上，采用功能微生物生產具有絮凝功能的菌劑，并將其應用于污水治理，旨在培養高素質應用型、創新型人才。筆者將翻轉課堂應用于菌劑制備實驗教學3年以來，學生的積極性得到調動，學習主動性也明顯大幅提升，綜合能力得到鍛煉，收獲了良好的教學效果。

二 傳統實驗教學中的問題

傳統實驗教學模式下，在實驗課開始前，老師集中講解30分鐘左右的實驗原理和內容，并對操作過程略作演示。然后，學生獨立或分組完成實驗，實驗課結束后完成實驗報告。傳統教學是傳授式教學模式，在教學過程中突出了以下問題。

（一） 忽視學生主體性

目前，我校部分實驗課程主要采用傳統教學模式，由于對學生的預習效果缺乏監督檢查，學生對實驗課不夠重視，很多學生進入實驗室后才知道本堂實驗課程的內容，幾乎沒有基礎理論知識的支撐。在傳統實驗課堂中，通常先由教師講解并簡單演示實驗過程，學生再機械模仿[10]。因此，學生只是按照教師講授的過程以及發放的實驗資料進行模仿，而沒有對實驗內容進行獨立地思考，更很少去主動分析實驗原理和結果。這種“以教師為中心”的傳統教學模式難以調動學生的積極性和主動性，學生無法將所學知識靈活運用到實際操作過程中[11]，以致創新思維受到束縛，學生的綜合素質難以得到培養[12]。

（二） 動手機會少

目前大多實驗課程教學以教師實驗示范+小組實操的方式進行，受硬件設施及實驗性質的限制，很多微生物學實驗僅允許少數學生進行實操。如培養基的滅菌實驗，一般微生物實驗室僅有1臺高壓蒸汽滅菌鍋，而單次培養基滅菌至少需要消耗2小時，因而單次教學僅能由一位學生實際操作；菌劑制備實驗的各類接種操作均需要在超凈工作臺上進行，而一般實驗室僅有1至2臺超凈工作臺，單次操作同樣僅能有少數同學參與[13]。生物實驗前常常避免不了大量的準備工作，如實驗器皿的消毒、培養基的配制和滅菌等，都是由教師提前完成的，這讓學生失去了很多動手操作的機會；但是，如果學生在課堂上做準備，就會導致上課時間不足，無法完成所有教學內容。整體而言，學生動手操作的機會不夠，不利于對各類生物學實操技能的掌握。

（三） 考核方式單一

實驗課的考核多以實驗出勤和實驗報告成績為主，使得學生只注重實驗出勤和實驗報告的書寫，而忽視對實驗技能的訓練。在實驗操作過程中，絕大部分學生的積極性和主動性未被調動，不參與實驗操作、抄襲他人實驗報告和眼高手低的現象屢見不鮮。單一的考核方式難以激勵學生對待實驗的積極性[15]。

三 翻轉課堂在菌劑制備實驗教學中應用的可行性

（一） 教學需求分析

傳統實驗課程教學模式已經難以滿足目前高校對提高教學質量的迫切愿望。

（二） 教學資源豐富

我校網絡學習平臺及資源完備，微信、QQ等交流軟件的普及方便了師生的及時溝通；隨著信息化教育手段不斷發展，網絡學習資源的豐富，學生能不受限制地自主學習，及時地進行知識更新。

（三） 符合“以人為本”的教育理念

（1）確立了學生在教學中的主體性。

把課堂翻過來，學生重新獲得了學習的主動權，主觀能動性得到充分調動，有利于教師與學生、學生與學生之間互動的開展；教師扮演的角色發生轉變，由課堂統治者轉變引導者，引導學生學習；翻轉課堂讓學生走上講臺，教師走向學生，師生積極參與課堂[14]。

（2）兼顧個體差異。

問題驅動和任務驅動的課前自主學習不再約束學生被動接受教師在指定時間和地點教授的知識和信息，而是轉變為學生充分利用教師提供或網絡上的學習資源，基于問題驅動和任務驅動進行課前自主學習。在應用了翻轉課堂教育模式后，學生的學習過程中沒有了教師過度干預，學習壓力轉化為了學習動力進而轉化為持續的學習意志力，有利于提高學生的學習效率、獨立思考能力和創新思維[16]。

四 翻轉課堂在菌劑制備實驗中的應用

本文根據將翻轉課堂模式應用于菌劑制備實驗教學，實施方法如圖1所示。

圖1 菌劑制備實驗翻轉課堂教學設計

（一） 實驗前準備

實驗前，教師要根據實驗內容錄制微課，明確講解實驗的目的、實驗內容、基本原理、具體操作方法和儀器設備的使用，本實驗教學視頻主要講解：（1）微生物菌劑在污水凈化中的原理；（2）配制PDA和LB固體培養基的方法；（3）菌體的活化及菌體懸浮液的制備；（4）絮凝率的測定；（5）高壓滅菌鍋等儀器的原理及使用方法。

教師通過演示實驗過程強調容易出現問題的環節，將微課視頻錄制好以后上傳到多媒體教學平臺，并在實驗開始前1～2周通知學生自主學習；學生通過多媒體教學平臺，學生可以不受時間和空間的限制，隨時隨地通過各種設備反復觀看微課。教師學生之間的溝通交流更為便捷，老師也能更及時地了解學生的學習情況。

（二） 撰寫預習報告

微生物菌劑的制備實驗是一個設計性實驗，老師提供材料，學生用微課視頻學習，根據班級人數，分為4～7人一組，通過交流討論和文獻資料查閱，得出一個可行的實驗方案，經由教師審閱，討論與修改后，確定最終實驗方案，完成預習報告。報告的內容應包括實驗的目的、原理、試劑及儀器和實驗步驟。

（三） 接受測驗

傳統實驗課堂缺乏對學生預習效果的監督，大部分學生沒有理論基礎就進入實驗室開展實驗，因此在本實驗課程中增加此環節，幫助學生加深理論基礎。

教師在黑板上，將本次實驗的重難點設置成問題寫在黑板上，本次實驗使用的黑曲霉和巨大芽孢桿菌是真菌還是細菌？在制備黑曲霉孢子懸浮液時，為什么要使用吐溫-80無菌水溶液沖洗孢子？為什么要選用CaCl2作為助凝劑？在實驗過程中如何避免雜菌污染？在測量絮凝率的同時為什么還要測定生長曲線？

（四） 回答問題

在實驗開始之前，組織全班學生花8～10min時間集中回答問題，通過提問知道學生對儀器的使用方法的掌握程度，如：本次實驗需要用到哪些儀器設備？高壓滅菌鍋的使用步驟是什么？在壓力到達0 MPa之前，是否能夠打開滅菌鍋蓋？鍋內添加的水可以是自來水嗎？在使用超凈工作臺之前為什么需開啟紫外照射30min，如時間過短會導致實驗失敗嗎？使用紫外分光光度計測量黑曲霉孢子濃度時，應該注意些什么問題？

（五） 進行實驗操作

學生經過前期學習，教師不需要再花費大量時間去講解實驗原理和演示操作過程，學生之間開始進行實驗，老師對學生在實驗過程中出現的問題進行指導和糾正[17]。教學方法改革后，學生不再盲目機械地完成實驗，而是將知識內化后再進行實驗操作，通過完成實驗任務來建構知識[18]，在反復的實驗操作中提高操作技能，培養實驗技能和解決科學問題的能力[19]，做到學思結合、行知結合。

（六） 完成實驗報告

補充預習報告中的實驗結果部分，主要包括填寫實驗數據和進行數據結果分析。如在測定黑曲霉和巨大芽孢桿菌生長曲線時，應使用origin、SPSS等作圖軟件繪制曲線；計算絮凝率時，可使用Excel進行數據的統計與計算。實驗結果部分應重點評價得到此結果的原因，該結果說明的問題，或者是否有其它的結果和可能性。對于不成功的實驗結果要進行思考和分析原因[14-15]。

（七） 實驗后成果報告

在所有實驗結束后，每個小組由教師隨機抽出代表進行成果報告,報告內容包括實驗操作的步驟（視頻、圖片等形式）、實驗結果與分析、實驗過程中遇到的問題、出現問題的原因及解決方法。教師對各組的報告逐一進行點評，回答學生報告中提出的問題，記錄各組的報告結果。通過實驗報告的交流，師生共同總結，學生對比研究，討論補充改進方法，教師從報告中發現學生共性問題，在以后教學工作中做出更有針對性的應對[20]。

（八） 評價及反饋

評價方式從出勤率（20%）+實驗操作（30%）+實驗報告（50%）改變為出勤率（10%）+課前實驗報告（20%）+課后實驗報告（10%）+實驗中交流（20%）+實驗操作（20%）+成果報告（20%），具體評價標準見表1；教師將實驗中出現的所有問題進行整理總結，并把存在的問題及改進意見上傳到網絡學習平臺，學生對該次實驗進行回顧總結。隨后，老師將報告編輯整理，加工成冊，編成參考資料，以供后面的學生學習及借鑒[21]。

表1 評價標準

五 應用效果

經過三年的實踐，翻轉課堂教學模式在菌劑制備實驗中取得了初步成效，我們對學生后續的學習效果進行了觀察，并對學生畢業后進行調查談話，發現菌劑制備翻轉實驗課堂能調動學生的學習積極性，且增加了其對科研的熱情，提升了學生的綜合能力，主要從以下三個方面體現。

（一） 提高了學生的積極性

翻轉課堂做到了讓學生真正回歸學習，注重學生的主體性。學生課堂參與度顯著提高，積極性得到充分激發。在實驗課上，基本上所有學生都能積極參與到實驗中來。理論課上，主動回答老師提問的學生數量大大增加，參與討論的積極性也提高了，學生的學業成績明顯得到了提高。

（二） 增加了學生的科研熱情

翻轉課程的應用極大地激發了學生的科研熱情，積極參加各級大學生創新創業計劃項目、SRT等各類科研競賽活動，學生的考研率與就業率也大幅提高。

（三） 提升了學生的綜合能力

翻轉課堂教學模式，要求學生自主完成課前學習、制定實驗計劃、撰寫實驗報告等工作，全過程都體現了學生的主體性，學生自主學習能力和實踐能力提高，分析解決問題的能力明顯提高，學生的語言溝通能力和創新能力得到鍛煉，學生的團隊意識也大幅提升，綜合能力顯著增強。

六 結語

翻轉課堂的應用充分體現了學生學習的主體性，教師搭臺，學生唱戲，突破了傳統實驗教學模式的限制，且有助于教學質量的提高。實踐證明，在采用翻轉課堂模式后，學生學習的積極性得以調動，且增加了其對科研的熱情，充分鍛煉了學生的綜合能力，提升了人才培養質量，為翻轉課堂實驗教學在其他高校開展提供借鑒。