基于微课的翻转课堂在生物工程实验课的教学设计和应用

李云峰，张杰良

（汕头大学 理学院生物系，广东汕头 515063）

随着网络现代化、数据化的普及，以信息技术为核心的教育理念受到了越来越多的重视，微课式的翻转课程已成为现代教学领域的新型创新模式和关注热点。微课具有短小精悍、重点突出、制作简便、以学生为主体等优点[1-2]，教师在充分分析教材重难点和学生学习特点的基础上，选定合适的主题，设计出针对性强的教学内容。微课的设计一般在10min左右，能借助图片、文字、声音、视频等形式生动的展示教学内容，学生也能在任何时间轻松愉悦的观看，从而取得最佳的翻转课堂式的教学效果。如图1所示为微课式翻转课堂的教学设计路线图。

图1 微课式翻转课堂的教学设计路线

目前，“抖音”和“快手”等直播平台很受欢迎，观看者不乏大量的大学生，这是因为人们更容易被短、快、新的内容所吸引，加上短视频结合了很多大学生感兴趣的内容，利用最短的时间调动人们的感觉器官，并能实现兴奋愉悦的状态，特别符合大众碎片化接受信息的要求[3]。因此，若将短视频的优点融入微课，虽然是碎片化信息，但加上教师在课堂上的分析、讨论和学生反馈，可以获得预想不到的结果。

由高校自发组织的微课教学竞赛或由省级国家级教育委员会开展组织微课教学竞赛，有助于推动信息技术与教育教学深度融合，也有利于全面提升高校教师教学理念创新和教学能力[4]。2014年开始，由教育部高等学校生物学相关教学指导委员会每年组织开展的“全国高校生命科学类微课教学比赛”，其网站为http：//weike.enetedu.com/。0以下将以制作设计的《香菇多糖的分离与鉴定》（下称案例A）生物分离实验课为例[5]，供一线教师借鉴参考，其网站为http：//weike.enetedu.com/play.asp?vodid=198758&e=33。

1 实验课教学中的常见问题

实验课一般分为三个步骤：①教师对实验目的及原理进行讲解，接着:对部分仪器进行演示操作，最后，学生动手操作，教师对学生操作过程中出现的问题进行指导和总结。②在传统实验课教学过程中，前两个步骤经常出现以下问题：实验课时间有限，教师更希望学生有充足的操作时间，但讲解时又希望讲解的更清楚，这本身就是矛盾的，讲解过程冗长学生感觉枯燥，不能集中精力，导致动手操作时目的不明确，操作的关键点也不清楚，很难达到实验要求[6]。③有些仪器操作复杂或有技巧，其规范操作过程需要教师演示，在演示时如果学生过多，会有部分学生看不清楚或者不认真观看，这部分学生就无法流畅、熟练地正确操作仪器。这样导致的结果是，学生对于常用实验仪器不熟练，甚至完全没有印象，进而影响了毕业后的就业和深造机会，也就失去了实验课对学生的培养目的，即失去了专业要求的最为重要的实验操作 技能[7]。

此外，传统的生物实验教学课堂中，对于有些危险性较大、过程较长、设备昂贵，或者学校不具备实验条件的实验很难安排学生亲自动手操作，如果将这部分实验内容拍成视频，制作成微课，能够使学生身临其境，从而最大限度地认识仪器及掌握实验 要领。

总的来说，微课式的翻转课堂能将传统实验课经常遇到的问题得以改善，虽然设计、制作视频会花费一些时间，但教师团队可以分工协作并逐步积累，逐步制作出越来越优秀的作品，既可提高学生的学习效率，也实现了教师教学能力的全面提升。

2 微课制作前的准备

微课教学过程围绕教学内容的重难点而展开，以视频为载体，其特点是形式宜微，但内容宜精。因此，内容需要选择重难点，并对重难点内容加以分析，设计出教学过程并精炼要点，时间控制在10min左右，过长容易使学生注意力不集中[8]。如案例A中的重难点为采用高效液相色谱法和气相色谱法对生物活性物质进行分析与鉴定。拟定好重难点后将开始进行教学过程设计、录制和制作微课视频，将制作好的视频上传到云端供学生下载、观看学习，学生可以在任何时间在没有教师监督下进行自主学习。微课视频制作软件可以使用教师惯用的PPT，再辅以Camtasia进行录制屏幕、导入视频，再对视频片段进行剪接、添加转场效果、加字幕、编排进度等。

3 微课制作的课程导入

如表1所示，确定好重难点内容后，对微课的内容进行设计，首先就是课程的导入。富有启发性、艺术性的课程导入，有助于启迪学生的思维、激发学习兴趣，促进学生积极思考和主动探索[9]。因此，为了能把内容更生动有趣且形象地呈现给学生，教师要对课程导入的形式进行打磨以达到更佳的效果，以下总结几种不同形式的导入方法，包括故事导入法、情境导入法、前言动态导入法等。

表1 微课式翻转课堂与传统实验教学时间上的安排

故事导入法，以生物技术实验课中的绿色荧光蛋白（GFP）为例，传统授课是以PPT形式呈现：“GFP是一类存在于水母等腔肠动物体内的生物发光蛋白质，当受到紫外激发时会发射绿色荧光”，而采用微课式教学法，可以设计三位卡通人物，即第一位是发现GFP的科学家（下村修），展示他是如何在水母体内发现GFP的，接着出现另外两位科学家马丁·查尔菲和钱永健，分别发现和改造绿色荧光蛋白，这三位科学家由于对生命科学领域做出的巨大贡献，于2008年获得了诺贝尔化学奖。这样学生会被故事吸引，比刻板的传统教学效果更佳。

课程导入中，还可以将本实验相关领域的最新动态、新知识、新技术引入微视频中，开阔学生的视野，充分调动学生的积极性。如GFP故事导入后，接着介绍一些GFP的应用实例，包括GFP作为荧光探针，作为信号分子与生物学受体或药物分子偶联，信号分子的迁移会在细胞内留下痕迹，以这些信息进行药物分子的设计，以达到对某种疾病的治疗或预防。

在案例A中，采用了情境导入（15s），以学生熟悉的情境、能引发学生兴趣的日常生活话题、能引起学生注意的情节进行导入，以学生在日常生活中遇到的多糖保健品带出主题。选同届的学生进行视频拍摄，下一年的时候也可以更换主角重新拍摄，再使用Camtasia进行剪接出适合下一年的微课视频，这样可以引起同班同学的共鸣，导入情境的主要目的在于激发学生兴趣、好奇心和学习的欲望，使学生对接下来的学习内容有兴趣，并在轻松愉悦的氛围进入学习。在情境导入后，接着介绍目前科学研究新动态（35s），讲述多糖的功效和应用进展。

总的来说，课程导入方式并不限于举例的几种，应灵活采取多样化的方式，可以为多种形式的融合，但也需要注意把握时间，课程的导入时间不宜过长。

4 微课制作过程的重难点

微课制作的核心目的是针对实验中的重难点内容或难以表述的现象加以视觉化呈现。首先，要确定每一个实验中的重难点。其次，根据教学设计的重难点拟写好脚本，构思拍摄的镜头，初步完善脚本和拍摄点的连续性和针对性，反复打磨以确保做到内容准确、流畅、不跳跃、容易懂[10]。如案例A中的重难点为采用高效液相色谱法和气相色谱法对多糖进行分析与鉴定，对于这两台色谱仪，传统的教学模式为教师站在仪器设备前对其每个部件和结构进行讲解，在仪器旁边学生人数多，无法照顾到所有学生，学生在教师讲解过程中容易走神，尤其是部分后排学生无法看清操作，加上授课时间的限制，教师也无法逐一指导学生，授课、学习、上机效果均不尽人意。

因此，微课式翻转课堂提前将设备操作视频录制好，让学生在课前预习观看，如表1所示的两种教学方式的时间安排。微课拍摄的重难点内容可以进行如下安排，首先对这两台仪器的结构和功能进行介绍，然后对样品分析时进样操作、信号采集等步骤，最后进行拍摄与讲解这两个色谱分析法操作，软件中的数据处理与图像的导出。通过微课式翻转课堂的进行，学生不仅能熟悉整个操作流程，对数据处理（如基线调整、峰面积计算、色谱图导出等）的熟练程度也极大提高。

5 布置思考题及检查学习效果

对于生物分离工程实验课，除了实验操作要熟练，学生还应该能够结合理论知识来解决实际应用过程中出现的各种问题，因此每个微课结束部分需要布置相应的思考题。这些思考题布置的原则是少而精，具有代表性、综合性[11]，学生需要课前预习与动手操作后，对于理论知识有了充分的理解才能解答出来。学生提交的实验报告也应包含对思考题的解答，这样教师除了通过学生的操作，还可以通过批改实验报告来检查学生的学习效果。

6 教学效果的评价

基于微课的翻转课堂实验课教学是一种创新的教学模式，该教学模式将传统实验课冗长的讲解过程，转移到课前让学生自主学习，达到消化知识和理解操作步骤的目的，再进行课内传授新知识，实现教学与知识消化的逆转。这种教学模式在高校内的推广还需完善，其教学效果需进行客观和准确的评价。学生成绩可采用多元化的评价体系，如实验课前预习报告、实验操作、实验结果与讨论、实验报告共同构成。此外，为了评价微课式翻转课堂的教学质量，还可制定学生反馈教学效果的评价表，如表2所示，对学生进行调查问卷、同行教师交流与反馈，如表3所示，以评估整体教学效果，针对问题适当进行改进和调整，有助于提升整体教学质量[12]。

表2 微课式翻转课堂的教学质量评价表-学生适用

表3 微课式翻转课堂的教学质量评价表-同行教师适用

7 结束语

通过与同行教师交流、对学生成绩进行考核并发放调查问卷，证明微课式翻转课堂有助于生物分离工程实验课的教学，实践证明学生在实验课上积极性更高，动手操作实验也更加熟练，课前预习起到了非常重要的作用，能够实现应用微课的翻转课堂式的预期效果。这种创新的实验教学模式深受广大学生喜爱，有效地提高了学生的学习兴趣、自主学习能力、发现问题、分析和解决问题的能力，有利于全面提高生物技术类专业人才的培养质量。希望通过更多的平台，各高校展现出更多、更优秀的微课作品，拓展微课交流渠道，丰富微课设计形式，促进微课在生物分离工程实验课的教学应用。