基于“互联网+”的翻转课堂在“微生物学”实验综合性设计中的应用

邹 娟，刘胜贵，胡 兴，付 明，刘卫今，黎晓英

（怀化学院生物与食品工程学院，湖南怀化 418000）

李克强总理在2015年十二届全国人大第三次会议的《政府工作报告》正式提出“互联网+”行动计划后，“互联网+”作为一项国家战略，已经成为我国经济社会创新发展的重要驱动力量。以“互联网+”为主题的教育改革与探索，深刻改变着教育的面貌，推动教育向数字化、网络化和智能化方向发展[1-2]。传统教学以教师为中心的单向灌输知识授课模式，正在向更加注重互动对话的“翻转课堂”转变。所谓翻转课堂，是指学生在课下完成知识的学习，而课堂变成了教师学生之间、学生与学生之间互动的场所，包括答疑解惑、知识运用等，从而达到更好的教育效果[3-4]。这一新型教学模式随“互联网+”的发展变得更加生动、鲜活和多样化，受到教育从业者的关注和热捧[5-6]。

“微生物学”实验是高校生物学及相关专业的实践基础课程，其教学目标在于通过实验，使学生掌握微生物学基本知识和操作技能，培养学生观察、思考、分析、解决和提出问题的能力，同时养成学生养成细致严谨、实事求是、敢于质疑的科学态度，以及勇于创新的开拓精神。近年来，为克服传统验证性实验教学模式对学生思维的束缚，各高校深入开展“微生物学”实验教学改革，开发了综合性设计实验项目，促进学生独立思考、综合分析和主动探索，以期提升学生的综合素质。与传统验证性实验教学相比，综合性设计实验教学的开展取得了一些较好的效果[4]，但同时也存在一些亟待解决的问题。在“互联网+”大数据背景下，如何充分利用互联网的优势，提高教学中学生与教师、学生与学生的交流沟通效率，怀化学院微生物学教学团队对当前实验教学中存在的问题进行了剖析，探索了基于“互联网+”的翻转课堂教学模式，并取得了良好的教学效果。

1 “微生物学”实验的教学现状及存在的问题

目前，很多高校“微生物学”实验教学改革集中在优化实验教学过程，加强实验的综合性和探究性，提高学生的综合素质和创新能力。综合性设计实验已经成为“微生物学”实验课程的重要组成部分，一般安排在微生物学基础实验项目后，学生获得有关微生物基本实验技能后进行。综合性设计实验常常由若干个微生物学小型实验有机结合，围绕解决某一特定问题而展开，具有复杂性、综合性和创新性的特点。综合性设计实验要求学生参与实验全过程，包括查阅资料、设计实验方案、准备实验材料与试剂、完成实验过程、处理实验数据和分析实验结果、实验完成后归还药品和器材等，不仅能满足学生的求知欲和好奇心，也能发挥学生的主观能动性，提高学生专业技能和综合运用能力，有利于学生从整个实验过程中发现问题、分析问题、解决问题和提出问题，促进学生构建科学严谨的思维体系，达到提升综合素质和能力的目的[7-8]。近年来，在开设微生物学综合性设计实验项目中存在以下问题。

1.1 课堂仍由教师主讲

“微生物学”综合性设计实验开设的前提条件是学生已掌握了相关的专业基础知识和基本技能，在此基础上，要求学生在查阅相关资料、设计实验方案。而传统综合性设计实验教学中，往往以教师为中心主讲实验内容和原理，甚至实验方案仍是由教师设计好，进行“填鸭式”灌输，学生依照教师讲授的内容和示范，按部就班地重复既定的实验步骤和操作。课堂中提供给学生的自我展示机会并不多，学生被动接受，缺乏主动思考过程，其学习兴趣和学习中的情感体验不被重视，自觉性和积极性受阻，未能充分体现学生的主体性。在综合性设计实验教学中，如何让学生大胆和自信地讲出来，表达自己的观点和看法，并说服大家接受和认同，同时发现不足，亟需解决。

1.2 存在实验项目固化，结果抄袭等现象

在开展综合性设计实验时，大多高校常采用一个固定的实验体系。因此，在同一时间内，同一教学班级所开展的实验项目是一样的。由于实验项目固化、样品共用，由此存在结果抄袭的现象。例如，“水质微生物学检验”这一实验，包括培养基的制备、样品的采集、水中微生物的分离和计数、纯化培养和革兰氏染色、生理生化试验等几个阶段。在样品采集阶段，由于学生不够重视或者教师监管不严格，部分学生采样不规范，且采样地点过于集中，甚至样品共用，导致实验结果差异性不大，基本可通用，这也是导致实验结果抄袭的原因之一。

1.3 过分强调结果评价，忽视实验过程考核

考核是实验教学过程的重要环节，是检查实验教学质量、评价学生对实验理论知识与操作技能掌握程度的重要手段[8]。目前的大部分实验课程的考核方式是以完成实验报告的质量和期末实验理论知识考查作为成绩评定的主要依据，并结合实验课的出勤率和实验项目的完成率进行评定。这种考核方式使大部分学生将精力集中在实验报告的撰写和期末实验理论知识的考查上，忽略了实验细节和实验过程的体验。因此，学生的实验操作技能、综合分析能力和探究能力得不到充分评价，也就达不到考核学生综合能力和素质的目的，使考核不能真正体现学生的真实水平，因而具有片面性、不公平和不客观等问题。

针对以上问题，不断寻找和探索有效的解决方法。十二届全国人大第三次会议提出的“互联网+”行动计划为实验教学改革提供了新思路。在该环境下，探索既能充分利用教育资源，把课堂真正还给学生，又能提高教学质量的教学模式。尝试了基于“互联网+”背景下的翻转课堂教学实践，针对微生物学综合性设计实验，提出了兴趣爱好驱动下的由学生主讲、教师辅导的翻转实验课堂，即从“选题-查阅文献-设计实验方案-课堂讲解-修改方案-实施-结果分析”的实验课堂。

基于“互联网+”的翻转课堂实验教学模式见图1。

图1 基于“互联网+”的翻转课堂实验教学模式

2 “互联网+”背景下的微生物实验翻转课堂的教学实践

2.1 充分利用资源服务平台，促进学生课前自主学习为了使学生具备“微生物学”实验基本实验技

能，将综合性设计实验安排在学期后阶段，安排2周时间实验室全开放。学生通过校园实体课堂和网络在线课堂（如Icourse网站的精品开放课程和慕课等）对微生物学理论知识已经有了一定的了解，并且掌握了一些基本的微生物学实验操作技能，可有效防止专业理论知识滞后和实验操作技能不足给实验设计和实施带来阻碍。提前2周时间将综合性设计实验题目发到班级课程学习平台并通过班级负责人通知每个学生。学生根据自己的爱好，选取题材或自拟相关题目，选材相同的4～5个学生组成1个小组。各小组选题结束后，每组围绕已选的实验题材，通过知网、万方数据库、超星数字图书馆等查阅书籍和期刊文献，共同制定详细的实验方案，通过交流平台（如QQ群、微信群、邮箱或掌上校园等）呈报教师审核，教师针对实验方案提出意见和建议，学生根据反馈信息完善实验方案，并制作好相应的多媒体课件（如PPT等）。例如，实验“水和饮料的细菌学检查”，提供的题材有自来水、桶装饮用水、校园湖水、校园井水、校外奶茶店配制的奶茶和咖啡、鲜榨果汁等饮品，要求同教学班级每组选材不同，学生也可以自己选取题材。这些题材都来自于学生的日常生活，与健康息息相关，学生日常接触的桶装水、饮品，以及常看到的湖水等其中微生物学指标究竟如何，这样更能激发学生的好奇心和探索知识的欲望；而题材各不相同，有效防止了材料相同存在的材料共用、方案雷同和结果抄袭现象；需检测的主要参数大体一致，在课堂讨论时各组不会因为研究方向差异太大而导致很难有效沟通。以“水和饮料的细菌学检查”实验为例，该实验涉及到培养基的制备与灭菌、细菌的分离纯化、细菌的革兰氏染色、油镜的使用与细菌形态的观察、细菌的生理生化鉴定等实验内容，这些实验大部分已经学习过，通过该类综合性设计实验，将微生物学实验与日常生活问题有机融合，解决特定问题，并且使前面学习过的单元实验鲜活起来，让学生有学以致用的成就感，极大地调动了学生的学习兴趣和积极性。

2.2 精心组织课中讨论，完善实验设计方案，检查实验过程

课堂分为2个阶段。第一阶段为实验方案的讲解与完善，在这一部分中，采取以教师为辅、学生为主体的讨论式课堂。在教师引导下，每组派1名代表讲解该组设计的实验方案，并以多媒体课件辅助展示，其他组人员可从交流平台打开讲解组详细的实验方案。讲解完后由同课堂其他组人员和教师提问，并指出方案不足之处和提出建议，讲解组的成员负责答疑，并根据其他组人员提出的建议完善实验方案，教师把关审核，审核通过后进入第2阶段。例如，一个教学班级为20～25人，每4～5人为1个小组，分为5个小组，每组有3 min时间介绍实验方案，5 min左右的提问与答问讨论时间，第1阶段时间控制在1学时。该阶段不再像传统课堂一样讲解实验原理和步骤，介绍时主要讲解设计路线和采用的方法，讨论过程中教师会随机向学生提问实验原理和操作步骤方面的问题。实践结果表明，学生普遍对实验原理并没有大的理解困难，且熟悉实验流程，课堂讨论激烈，氛围活跃，沟通效率高。例如，在“校园井水的细菌学检查实验中如何设计实验——检测校园井水中的细菌总数”，由于校园井水中细菌浓度较低，不能采取已学的“土壤中微生物的分离和纯化”实验中的样品稀释法，学生围绕如何高效解决这一问题展开了激烈的讨论，通过交流讨论后，学生对传统滤膜法进行了改进，利用“可换膜针式过滤器组合相应的滤膜和玻璃针筒”解决了传统滤膜法效率低、成本高、操作复杂等问题。通过这种面对面的交流讨论过程，既完善了学生的专业知识体系、培养了创新思维，又锻炼学生的语言表达能力，达到提高学生综合素质的目的。

第2阶段为实验项目的实施，包括实验的准备、实验的展开、实验结果的观察和数据记录，整个实验过程安排2周时间。倘若出现因操作不当或其他原因导致实验失败的情况，也有足够的时间缓冲和调整，进行重复试验。由于微生物培养的特殊性，实验周期较长且实验过程是连续进行，这就需要学生合理安排实验，充分利用课余时间完成实验。该项目实施阶段采取组长负责制，每小组由组员选出1名组织能力和责任感强的学生，负责整个实验项目的执行。在实验准备时要求每小组列出所需器材和药品清单，如培养皿、试管和锥形瓶的规格和数量，由负责人交给实验教师，领取相应器材和药品，并做好登记。实验主体部分，要求学生充分利用已学的微生物实验操作技能，完成整个实验流程。实验成员每次进实验室都需填写实验室开放记录表（包括进入实验室的时间、进行的实验内容、所用到的实验仪器、离开实验室的时间），并要求每个成员的操作结果（培养物、制片、发酵管等）既要标注团队的名称，也要注明自己的名字，必要时还需进行拍照，这样既方便小组撰写实验报告，又方便教师对小组和个人的成绩打分，预防有人浑水摸鱼。学生实验期间，教师可以利用掌上校园，掌握实验组成员可用于开展实验的课余时间，便于实时查看实验进展，发现问题，及时有效沟通和解决。解决了传统综合性设计实验教学模式下，教师去观察学生实验时容易扑空，而学生实验过程出现的操作问题或疑问得不到及时纠正和解决。实验过程中涉及到新实验操作技术，教师将其拍成微视频上传到交流平台，供学生参考，也会在学生实验过程中监督和指导。关于实验结果，要求学生及时保存好实验图片、记录好实验数据并对实验结果进行分析。实验完成后及时归还药品和器材。实验项目实施阶段，实验室完全对学生开放，小组人员需分工协作，责任明确，相互配合，才能顺利地完成实验任务。

2.3 优化实验评价体系，创新实验考核方式

个人总成绩由小组成绩和小组个人成绩2个部分组成，各部分占总成绩的比例如表1所示。①小组成绩由教师根据团队自主合作期间的总体表现综合评定，包括设计的实验方案、课堂答辩和实验完成的质量。②小组个人成绩由小组内成员互评、实验过程中的操作能力、实验报告的撰写和数据整理分析能力。小组内成员互评，要求小组成员根据每个组员对整个实验的贡献进行评分，评价依据有小组个人在前期准备工作、实验方案制定中和实验完成过程中的贡献。实验过程考核，教师会不定时地抽考学生，考查学生的动手能力和实验操作的规范性，被抽查到的学生能及时发现问题，其他学生也能从中发现自己的问题，纠正并规范实验操作。实验报告的撰写和数据整理的分析，撰写实验报告时，需根据具体的实验操作过程，用科学的语言加以描述整合，实验结果部分应重点在于分析，该结果说明什么问题，为什么会得到如此结果，对于不成功的实验结果要进行思考和分析原因。这种综合考核方式既克服了传统以实验报告和考勤考核学生的片面性，又能促使学生重视实验的全过程，使学生不可忽视实验准备、实验操作、实验行为习惯、综合分析问题及实验报告的撰写等任何一方面，能真正体现学生的真实水平，评价方式也相对公正。

成绩组成见表1。

表1 成绩组成

3 实验教学的效果

将“互联网+”下的翻转课堂教学模式应用于微生物学综合性设计实验，使“微生物学”实验课堂与学生日常生活有机结合，这种有机结合包括2层含义，一是学生在课余的日常生活期间，可以利用手机或电脑通过互联网完成微生物学综合性设计实验资料的收集、方案的设计、相关基本技能的学习；二是学生利用专业知识解决与学生日常生活中遇到的相关问题。采取学生主讲的翻转课堂教学模式，真正树立了学生“课堂主人”的地位，让学生想讲、敢讲、能讲、善将，讲得更好，讲得更充分，讲得更富有情趣。这种教学模式，学生得到充分展示的平台，体会到学以致用的成就感，体验获取成功的快乐，激发了学生的学习兴趣和探索乐趣，让学生走向主动学习，学会怎样学习，如何批评性思维，如何有效沟通和协作，以及如何创新性地将学到的知识和技能解决实际问题，实现了“以教为主”向“以学为主”的转变，达到完善知识体系、提升了其专业技能和综合素质的目的。

该教学模式已在生物工程和食品科学与工程专业实施2轮，取得了明显的教学效果。首先，激发了学生对“微生物学”实验课程的兴趣，提高了其学习积极性。教改班2014级和2015级生物工程和食品科学与工程班学生的到课率和听课认真程度都大大高于教改前的常规班（2014级和2015级食品质量与安全班）。课间课后不时有教改班学生通过各种方式和教师交流作业和其他感兴趣的微生物学问题。小组对实验项目的完成质量要求都高，特别是小组在课堂实验方案PPT讲解前，很多小组一遍又一遍地修改完善，发给教师的实验方案文档后缀“修改稿1，修改2，最后版，终极版，终结版……”。期末考核，第1轮教改班（2014级生物工程和食品科学与工程班）优良率分别为50.0%和53.8%，比常规班（2014级食品质量与安全班）优良率（35.4%）分别高14.6%和18.4%。第2轮教改班（2015级生物工程和食品科学与工程班）优良率分别达到37.5%和26.7%，比常规班（2015级食品质量与安全班）优良率（13.2%） 分别高24.3%和14.2%。实施2轮下来，常规班的平均优良率为24.3%，而教改班的平均优良率达42.0%，提高了17.7%。其次，拓宽了学生的知识面，培养了学生的综合能力和创新意识，激发了学生参与生物学科研活动的热情。教改班很多学生都提前积极参加生物学方面的科学研究，在大学期间的第4学期，有60%以上的学生开始加入教师的科学研究。最后，在与学生的互动交流过程中，学生抛出各种问题，迫使教师不断扩宽知识面，促使教师的教学水平上了新台阶，在2016年的校级青年教师教学比武中，以“互联网+教育”下的翻转课堂微生物学综合性设计实验实践教学，获得校级青年教师教学比武二等奖。

4 研究展望

基于“互联网+”的教育理论和教学模式将不断发展和完善，“微生物学”实验教学如何面对和适应“互联网+”带来的冲击和挑战，是微生物学教学工作者面临的课题和不可回避的问题。在此项教学研究过程中还有诸多不足，如教学过程利用到的各种交流平台过于分散，教学网络信息平台有待于进一步整合和完善，各类优质实验教学资源需要加强制作、收集和整合。此外，翻转课堂实验教学使教师面临教学设计和组织能力方面的挑战。如何既调动学生积极参与每一个过程，及时检查学生对知识和技能的掌握情况，又不干预学生的选择，促进学生的自主学习，对教师教学理念转变和能力素质都是新的考验。基于“互联网+”的翻转课堂微生物学实验教学不仅是教育技术的革新，更是给教学过程、组织模式乃至教学理念带来的深层次影响。

[1]张岩.“互联网+教育”理念及模式探析 [J].中国高教研究，2016（2）：70-73.

[2]吴媛.基于“互联网+教育”技术的翻转课堂教学模式研究 [J].中国成人教育，2016（22）：93-96.

[3]陈雯莉，胡胜.课堂之外——微生物学“翻转课堂”的改革实践 [J].微生物学通报，2016，43（4）：735-741.[4]杨九民，邵明杰，黄磊.基于微视频资源的翻转课堂在实验教学中的应用研究 [J].现代教育技术，2013，23（10）：36-40.

[5]吴忠良，赵磊.基于网络学习空间的翻转课堂教学模式初探 [J].中国电化教育，2014，327（4）：121-126.

[6]张新明，何文涛，李振云.基于QQ群+Tablet PC的翻转课堂 [J].电化教育研究，2013（8）：68-72.

[7]刘胜贵.微生物学实验教学模式的探索与实践 [J].微生物学通报，2006，33（6）：146-149.

[8]徐晖.微生物学实验教学及考核模式的探究 [J].高校实验室工作研究，2015（4）：111-113.◇