基于翻转课堂理念的分子生物学实验教学改革与探索

张玉明 王彦芳 曲占良 刘秀华 唐婷

摘要：分子生物学实验是高等生物科学教育中一门重要的实践课程，在生命科学、基础医学等领域具有重要的支撑作用。然而，该课程具有内容广泛、操作复杂、概念抽象等特点。如何激发学生学习兴趣、提升教学质量已成为了分子生物学实验教学的难题。随着信息技术与传统教学的不断融合，翻转课堂的教学理念应运而生。本文以河北大学分子生物学实验课程为试点，尝试将翻转课堂理念引入教学过程中，探讨其在提升教学效果中的优势与特点。本研究可为分子生物学实验教学改革提供新思路。

关键词：翻转课堂；教学；自主学习

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）38-0260-03

分子生物学是生命科学教学中一门重要的专业基础课程，教学内容涉及生物体中核酸和蛋白质这两类生物大分子的功能、形态结构及其相互关系。实践教学是高校教学工作的重要组成部分，是深化课堂教学的重要环节，是学生获取、掌握知识的重要途径[1]。因此，在分子生物学教学中理论与实验课程具有同等重要的地位，很多高校生命科学专业都单独设立了分子生物学实验课程。

河北大学生命科学学院自2000年设立《分子生物学实验》。多年来，课程依托“河北省级生物实验教学示范中心”，在动物学国家重点（培育）学科，河北省生物学强势特色学科，河北省生物学国家重点培育学科等资金支持下，教学内容不断丰富，教学效果得到显著提升。然而，近年来生命科学发展迅猛，新技术、新方法不断涌现。分子生物学实验是生物类教学基础而又前沿的实践课程，教学内容和方法必须不断革新[2，3]。因此，开展教学改革研究工作十分必要。

一、分子生物学实验教改方法的思路

分子生物学实验的教学目的是训练学生严谨的科研作风、熟练的操作能力、敏锐的观察力及进行科学研究的创新能力。然而，以往多以验证性实验为主要内容的课程安排，学生对教师和教材依赖性强，教学方式单一，在激发学生实验操作的主观能动性方面存在不足[4]。“翻转课堂”（Flipped Classroom或Inverted Classroom）是一种新型教学理念[5]，该模式创造性地提出一种混合使用技术和亲自动手活动的教学环境。在这种教学模式中，知识传递由传统的教师课堂讲授转变成学生课前提前领会知识点，强调自主性、针对性教学理念[6]。

高校教学体制改革目的是提高教学水平，培养出基础知识扎实，具有应用性和开拓性的创新型人才[7]。作者结合在分子生物实验教学一线的多年经验，并根据省属重点大学的学生培养要求，从教学方式、教学内容、探索综合创新性实验等方面进行了探索与革新。我们尝试对分子生物学实验进行教改，努力将翻转课堂的教学理念融合到实践教学中。目的是提高教学质量、强化学生实验技能和综合能力，培养具有独立思考和善于解决问题的应用型、创新性人才。

二、翻转课堂的起源与特点

翻转课堂最早由教育学者萨尔曼·汗创造性地提出。目前，该教学方法和理念日益得到教育工作者的认可[8]。基于翻转课堂理念而成立的非营利性“可汗学院”网站，引起了教育界的广泛关注。在我国，高等院校从2007年开始尝试将翻转课堂教学理念运用到大学课题中，取得了很好的教改效果[9]。

翻转课堂，通常借助信息技术手段，结合不断涌现的基于信息传播的教学环境（如，微课、慕课等），重新规划和组织教学内容的课前、课内、课后三个阶段。创造性地将知识传递、知识内化、知识巩固的颠倒安排，实现传统教学中师生角色的翻转。在这种新型的教学模式中，知识传递由传统的教师课堂教学提前到课前，学生从教师提供的学习资料中首先接触和领会知识点。知识内化则实在课堂教学时间实现，学生在教师的辅导和学习小组的协助下展开个性化的讨论学习。这样，基于翻转课堂理念的教学活动成为了学生提出问题、解决问题、合作学习的过程，教师和学生之间互动明显加强，学生的积极主动性得到激发。知识巩固阶段是学生领会知识、总结归纳的阶段，源自教师的知识内容顺利地渗透到学生头脑中，并“生根发芽”。

因此，翻转课堂开创了全新的教学模式。在这种新型教学模式下，教师的角色发生了逆转：由传统的知识传授者转变为驱动学生学习的促进者和指导者。同时，学生也从知识的接纳者转变成了学习的探求者和思考者，教学效果得到极大提高。

三、翻转课堂模式应用于分子生物学实验具体方案

翻转课堂作为新型的教学理念已经受到了广泛的好评，在微生物学[10]、生理学实验[11]、大学应用[12]和地理学[13]等课程已经开展教改并取得了显著的教学提升效果。然而，分子生物学实验操作目标都是核酸、蛋白质等“微小、微量”的物质，教学内容较为抽象[14]。因此，如何将翻转课堂理念恰当地运用到分子生物学实验这门课程仍需要认真探讨和研究。我们对翻转课堂理念反复研究、开展教学研讨，并结合多年教学经验，提出了基于以下三个步骤的具体方案。

1.建立课程讨论网络平台，明确翻转的原则及教学目的。Blackboard教学平台是一种基于网络的数字化综合教学模式，在Blackboard平台上授课教师可以和学生进行多媒体课件分享、教学内容发布、数字化问答交流等[15]。河北大学教学处很早就建立了Blackboard网络教学平台，数字化教学已经得到广泛认可。分子生物学实验教学时，首先由教师在网络教学平台上发布课程的教学大纲和教学目的，在课前及时发布更新教学课件、视频以备学生进行课前学习。此外，在Blackboard平台或者利用即时通信软件建立讨论组，组织学生就课程中的重点和难点的问题进行讨论，并进行网络互动答疑。

2.课前准备阶段。以分子生物学实验课中的“蓝白斑筛选重组子”实验为着力点，我们将翻转课堂的教学理念生动地融入其中，并借助微课教学方法激发学生自主学习积极性。首先，教师根据分子生物学实验的教学大纲和本次实验的具体教学目的将“蓝白斑筛选重组子”实验的重点内容分离出来，确定微课的内容，完成课件设计。具体而言，教师课前将蓝白斑筛选重组子的基本原理和操作方法的多媒体课件通过网络教学平台分享给学生，并列出任务单。任务单就是教学内容的具体体现，是翻转课堂中“问题”的导向[16]。下发任务单，可以告知学生教学内容，有利于帮助学生领会学习目标。例如，“蓝白斑筛选重组子”教学内容的难点是两个对照（阳性对照和阴性对照），将上述内容制作为微课课件，并提出问题，引导学生思考实验原理。并且，提出“重组子”和“转化子”的概念，激发学生学习积极性，为后续的课上教学内容做好铺垫。

3.课上实施阶段。课前准备阶段是为了让学生发现问题，课上实施阶段就是在课堂上解决问题。解决问题的方式不拘一格，可以采用学生提问、教师解答方式，也可以采用小组讨论形式[17]。鼓励学生参与解决问题，提出和讨论问题本身就是学习和交流的过程。重点和难点问题可以由教师主动提出，学生可以自由发言或者分组辩论。这样可以突出翻转课堂的理念，强化学生自主学习地位，课堂讨论中就锻炼了思考问题和解决问题的能力。具体到“蓝白斑筛选重组子”实验，即由学生按照课前所掌握的实验原理和技术路线自行配制蓝白斑筛选试剂、自主进行蓝白斑筛选重组子的实验。期间，就实验的重点和难点及学生操作中遇到的问题组织课堂讨论，通过教师演示和学生动手操作相合方式开展教学。等到上述问题解决后，教师可以根据实验进程布置新任务、提出新问题。内容可以涉及第一阶段未解决的问题，或者还尚未提及的知识点，帮助学生通过自主思考或者小组讨论的方式完成。对于“蓝白斑筛选重组子”实验是让学生根据已有知识设计下一步实验操作，提出实验中可以改进的方法以及需要注意的问题等。在课堂的教学过程中，教师可以弱化自己，作为“旁观者”观察学生的讨论情况。或者，可以转变身份为一名普通学生，参与讨论，平等交流。当然，对于重点问题教师必须进行适当的集体讲解和单独辅导。总之，课上实施阶段就是学生主动完成解答问题、发现知识点的内化学习过程。

4.课后巩固阶段。根据实际教学进展情况，教师根据对学生参与的讨论问题和关键知识点进行总结。归纳课上实施阶段出现的问题和发现的新思路、新方法，将完善后的学习资源和课件再次发布到网络平台，帮助学生巩固知识。并且，经归纳总结的前瞻性课堂还可以帮助有特殊需求的同学进行参考，达到循环、拓展和拔高的效果。具体到“蓝白斑筛选重组子”实验，就是教师将课上学生总结的实验技术路线进行总结和升华，将实验操作中的重点难点（如感受态细胞制作、转化和筛选过程）凝练，再次以微课形式发布到网络平台。当然，为了将科研知识融入教学中，也可以将“蓝白斑筛选”应用相关的最新的文献发布到网络平台上，供学生进行知识拓展和拔高。

四、翻转课堂应用于分子生物学实验教学的优势

“翻转课堂”的目标是将课时为单位的教学活动和网络为基础的预习与总结深度融合，完成提前预热、课堂讨论、课后归纳这种“三位一体”的全新教学模式，促进师生互动和生生互动，着力提高教学效果和质量。分子生物学实验具有技能要求高、细节繁杂、概念抽象等客观教学难点，十分适合开展翻转课堂教学改革。

教学过程中，根据实验课操作性强的特点，精心制作微课等多媒体课件。利用动画、视频、照片等模式展示教学内容，力求清晰简明，突出特色。细节方面，首先采用近镜头录制并适当加入语言描述，强调教学难点和重点，帮助学生认知。视频时长不宜过长，微课内容不多于10分钟，避免视觉疲劳。然后，将精心制作的微课资源通过网络教学平台发布，并为教学难点设置过关任务，鼓励学生自己动手尝试实验内容。同时，还要借助网络平台开展在线解答问题、讨论实验原理等教学内容，借助信息化手段促进学生与教师交流讨论。最后，在完成上述工作的基础上，组织学生实施教学内容，自由分组进行实验操作，并且对照微课内容，提出自己的问题，充分参与讨论环节，加深对实验内容的理解。最终，通过上述过程，将教师讲授、学生动手的实验流程“翻转”，在学习课件、实践操作和教师指导的过程中实现知识和技能的传递。这个过程就是典型的翻转课堂教学模式，激发学生学习热情，充分发挥网络教学平台和多媒体课件优势，帮助教师向学生传授关键知识点，力求提升教学效果。

分子生物学实验开展翻转课堂教学改革后，教师不再是课堂主导者。当然，教师的知识水平依然决定着网络平台的运作、课件资源的制作、教学路线的设计。所以，翻转课堂教学中教师依然是实质性的主体。只是，教师转变为教学的幕后引领者和设计者。在这种前所未有的改革中，师资队伍的培养依然是问题关键。这就要求教师在分子生物学实验的教学过程中广泛收集素材、全面评价学生活动、及时归纳总结教学经验，并依据教学效果及时调整、优化教学方案，使翻转课堂能真正让学生受益，帮助学生全面掌握分子生物学实验的教学内容。

五、结束语

分子生物学实验教学不仅是构成高等院校生物教学的重要组成部分，也是从事生物技术领域的研究人员必备实验技能。传统的分子生物学实验教学注重让学生学习操作步骤，而忽视了学生发现问题、解决问题能力的培养。将翻转课堂理念融入到教学之中，可以确保学生在操作的过程中深入领会实验原理，同时开创讨论式教学的创新教学模式。分子生物学实验课程是生命科学的基础，广大教育工作者必须不断探索新的教学方法，勇于革新教学理念，这样才能真正提升教学水平，实现培养应用型、创新型人才的高等教育教学目标。

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