生物化学实验精品在线开放课程的建设与研究

沈 剑 敏

(兰州大学 生命科学学院，兰州 730000)

0 引 言

随着计算机技术、云计算网络技术与相关教育科技的迅猛发展，大规模在线开放式课程(MOOC)应运而生，使得知识的传播突破了时空限制，从面对面的实体形式转变为远程的数字形式，大幅度提升了知识传递的广度与效率，为传统教学模式注入了新的活力[1]。以高校学生为受众主体免费开放的精品视频公开课属于MOOC范畴，课程内容专业性强，是一种融入了课程视频、进阶式测试、论坛交流、资料阅读等内容的网络公开视频资源[2]。根据教育心理学，学习者的注意力只有20 min是高度集中的[3]，故把课程内容划分为若干个知识点，以视觉化效果的微课形式呈现，学生通过碎片式学习方式在智能移动终端收视，这是符合新时期教学规律的举措。微课教学视频是一种原创作品，一部好的系列MOOC就是一部优秀的影视作品，浓缩了教学艺术、认知研究、视频技术，是用艺术的形式把专业知识再现出来，是知识的再创造[4]。然而，目前精品视频公开课中理论讲授类居多，实验实训类凤毛麟角，显得模式单一，课程类型不够系统多样。此外，与理论课相比，实验类精品MOOC建设将面临更多的实际难题，如原理讲授与实验操作的组织设计、实验现场拍摄与场景录制的协调、理论知识与实验结果的呼应、后期制作中先进技术的驾驭等，很大程度上制约了实验MOOC的开发，进而影响其在教育活动中发挥作用。本文以生物化学实验精品视频公开课建设为例，对制作过程中的核心内容开展研究，旨在更加直观地展示实验操作、关键步骤、仪器设备使用等元素，经过二度消化、三度转换后，融合到视频之中，大幅度提升在线实验课程的视觉展示效果及互动亮点的表达,提升实验类MOOC的教学效果。

1 实验精品在线开放课程的现状及问题分析

实验精品视频公开课对教学最直接的帮助是学生可以反复回放观看操作细节和操作要点，有的可以微距观看，尤其对仪器设备的介绍从课本平面图例的抽象概念转换成了三维视频的实物认识，对于语言和文字不易表达的知识点能够生动形象地呈现，是指导学生规范化操作的好途径[5]。如此先进的教学手段，应该积极地引入到教学活动中。然而，作者在地毯式搜查了一遍国内最主要的视频公开课网站后，发现实验实训类视频远远不如理论课多，有的实验课视频只是微课的简单堆砌，显得零散，缺乏个性化体系。分析一下原因，主要由以下几点：① 所有学科都有理论讲授形式，但是，实验课多在理工科，其他学科较少，所以会有数量上的不平衡；加之，各高校间的实验课程设置不同，有些实验课的通用性不如理论课。② 长期以来受重科研、轻教学观念的影响，高校教师宁愿把时间和精力投入科研当中，也不愿去拍摄教学视频，尤其是实验课视频。因为实验MOOC建设过程相对繁琐，比如实验课必须先写好脚本才能拍摄，不像理论课有讲稿或课件就可以录制了。③ 实验课视频更多地需要拍摄操作过程，而拍摄实验的变数非常大，在没有到具体操作的时候，单纯看脚本文字确定拍摄方式和机位等问题是很难考虑周全的；如果实验不成功，或结果不理想，还要查找原因，解决问题后需要补拍或重拍，有时甚至反复多次拍摄，不像理论课，往摄像机前一站一讲即可。④ 实验视频是全方位展示标准化操作，而实际情况与标准规范之间或多或少存在着差距，常常会受到教师长期形成的操作习惯、环境条件、试剂器材、设备状况等因素的制约，只有当各个环节同时达到最佳状态才能拍出满意的效果。⑤ 后期制作难度大，要求的技术复杂，制作费用高，有时为了更清楚地展示一个操作细节，需要将录屏、录像、动画、特效等技术结合使用，而制作团队往往不懂专业实验技术，教师与制作团队的磨合时间也会变长，比理论课的制作周期要长。综上所述，实验精品视频公开课的建设存在困难多，要投入的时间多精力大。

2 打造实验精品在线开放课程的策略

2.1 激发教师建设的积极性

实验MOOC资源建设是一项费时费力的工作，学校应该加大奖励力度，建立激励机制。引导实验教学人员高度重视实验在人才培养中的地位和重要性，名师们先进的教育教学理念、丰富的实践经验、高超的实验操作技能、正能量的人格魅力在实验课程资源传播中潜移默化地感染更多的受众，真正实现优秀教师资源的共享[6]。此外，职能部门要创造条件，积极培育实验类精品在线开放课程，选派课程负责人及团队成员参加校内外教学观摩、教学交流、教学研讨、专题培训，开展实验课程建设主题报告，参加进修学习或交流推广课程建设成果；教师还可以在学生中发动志愿者，充分利用学生资源，协助查阅资料，准备实验道具，做预备实验等，减轻自身负担。

2.2 做好课程建设的准备工作

(1)准确定位建设目标。建设之初有3个层次的定位要把握好，① 要清楚微课、MOOC、在线精品课程3者的内涵及其相互关系，准确定位建设目标。微课是以短小精悍的视频形式阐述某一领域或专业的某一个知识点[7]；MOOC是针对大规模在线用户的课程，一般为公共基础课，其主要特点是受众面广；而在线精品课程则是面向全国或省内各高校相关专业的学生，属于MOOC范畴，但专业性更强，以微课为单元组成的课程体系。② 依据教学大纲、方案，准确定位拟建课程在整个教学体系中的地位，处理好与先修课、后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接，避免知识点的遗漏和重复，突出本课程的重点和难点。比如，开设电泳实验时，SDS-PAGE留给分子生物学实验在Western-blotting中教授，生化实验选做薄膜电泳[8]。③ 上各大网站搜查与本课程相关的视频资料，做好市场需求分析，查缺补漏，梳理自己的特色，定位好重技术、基础，还是求全面。

(2)组建建设团队。实验精品在线开放课程视频的设计和制作往往需要教学团队和技术团队相互协作才能圆满完成。需要签署学校、教学团队和视频制作团队3方协议，各司其职，相互配合，明确各方的责、权、利。学校负责制度保障和经费支持。教学团队的授课教师主要负责实验教学视频内容的设计，规划好实验顺序，根据每个实验项目的目的与要求拆分知识点，架构知识体系，确定呈现风格，制定教学策略。准备好各种辅助资料、素材，包括教学大纲、方案、教材、课件、文献资料、测试题等。此外，还要事先做好拍摄前的各项实验准备，包括配制试剂、准备实验材料、调试仪器设备、提前做好预备实验等。制作团队为MOOC教学视频建设提供技术支持和服务，主要负责做好场景编剧准备、现场拍摄、多媒体制作、图形设计、数字媒体制作、创意设计，与教学团队探讨脚本编写等[9]。此外，制作方要提前考察实验室，选择适宜拍摄的场地、台面，检查光线，仪器摆放位置等，环境要安静无打扰。正式拍摄前还应做好设备安装调试工作，如补光灯、摄像机位，保证成像清晰、稳定。教学团队和视频制作团队在MOOC设计、拍摄和制作等阶段相互沟通，相互配合，严格按照MOOC教学视频开发的项目执行计划，保证MOOC教学视频建设圆满完成。

(3)撰写拍摄脚本、提纲和讲稿。拍摄实验视频的前期准备中，脚本、提纲和讲稿的写作是重要的环节，需要教学团队和视频制作团队通力合作，一起分析MOOC课程的基本设计特点和要求，观摩优秀课例，合理安排各个实验项目的知识点和呈现顺序，划分好拍摄场景，比如录播室拍摄实验原理、结果处理、注意事项等的讲解，实验室拍摄操作演示画面、试剂器材、仪器设备等。脚本中编排的每一个镜头对应每一步操作或每一个器材画面，都有详细的文字描述，包括实验流程和需要的器材等。需要提前规划好哪些镜头有人出镜，哪些操作需要特写，哪些细节要微距拍摄。脚本中还要注明哪些地方要插入动画、分子结构式、反应方程式、操作流程、图表、字幕等，或画个草图便于制作方理解。最后，每个实验要编5～8道思考题，最好是选择题，并且附答案，作为进阶式在线测试题。

(4)做好实验准备。为了把最好的一面展现在精品课程的视频当中，实验用到的物品要新、洁净、规范，提前擦拭干净所有仪器、器材，有条件的最好用新设备，平时学生已经用旧的、脏的、腐蚀过的统统不能上镜。实验材料力求丰富多样，例如，在生物化学实验中选用了食用油、鸡蛋、鱼、动物肝脏、豆芽、牛奶、马铃薯、唾液、人血清、淀粉等，分别用于定性、定量分析生物大分子。

2.3 设计视频内容

(1)教学内容设计。在线开放实验课程的教学内容是判断其质量的关键所在[10]。① 教学视频是在线开放实验课程学习内容的传递形式，要根据建设定位选择拟拍摄的实验项目。例如生物化学实验课程性质属于专业大类课，是大学二年级学生的一门重要基础课，在训练学生的基本技能、培养动手能力和创新能力等方面起着重要的作用[11]。所以，确立的建设目标是重视基础的同时力求全面。共拍摄了27个实验，内容囊括了糖、脂肪、氨基酸、蛋白质、酶、核酸、维生素、激素8大类生命物质的定性、定量研究，从基础验证性、综合提高型、到创新研究型实验，知识成体系且全面；研究方法涉及滴定、分光光度比色、离心、层析、电泳、高效液相色谱等，力求满足不同层次大学生的需求。② MOOC是以知识点为基础组织教学内容的，而每一个实验项目都有其内涵、因果、逻辑关系，如果只是为了迎合MOOC形式，任意切割实验流程，势必造成实验技术、实验操作与现象结果等的不完整呈现，无法陈述清楚知识点的内容。所以，这就需要对传统实验项目进行整体教学设计、课程创意、合理安排。拆解原实验项目知识点，凝练出核心知识点，将实验教学内容按照一定主题和内在联系进行深加工，重新创意、设计、架构实验项目，做到详略得当，主次分明[12]。

(2)教学方法设计。优秀的教学设计是教学获得成功的前提。首先，要按本课程教学大纲制定的教学目的要求为准则，按照学生的特点设计教学，符合认知规律，循序渐进。合理规划所开设实验内容的顺序，既要符合逻辑，又要井然有序，注意知识的衔接。其次，脚本与提纲是视频制作的依据，内容与形式都应立足激发学生的兴趣，不要拘泥于教师讲授与操作演示层面，要丰富知识的呈现形式，使学生在兴趣中完成知识探索过程[13]。最后，根据不同的实验，采用不同的教学方法，选择由问题为切入点引出实验内容，还是以故事或常识作为铺垫导入知识点，或是采取平铺直叙的方式都要提前设计好。例如，介绍蛋白质含量测定时，先引入社会热点话题“三聚氰胺奶粉事件”，再说明“凯氏定氮法测定蛋白质含量”方法存在的漏洞，以及如何被钻空子的，再逐一展开诸多蛋白质测定方法的优缺点和适用范围的讲解，以及实际操作；以农残、药残对食品存在安全隐患为话题，引入如何利用高效液相色谱技术检测市售养殖鱼中残留雌激素含量；在讲解血清蛋白醋酸纤维素薄膜电泳时，先简要介绍200多年的电泳研究史，让微课具有“史诗般”的“生物化学实验纪录片”之感 ，又不同于一般纪录片，同时串起实验视频和问题链；在讲到“2,6-二氯酚靛酚法测定维生素C含量”时，采用先介绍15世纪哥伦布航海途中偶然发现海岛上的野果可以治愈坏血病，到科学家发现抗坏血酸，并命名为维生素C，并成就了多位科学家获得了诺贝尔生理学奖和化学奖的史实资料，自然地过渡到测定维生素C的意义、方法上，极大地提高了教学内容的趣味性和实验视频的观赏性。

(3)视频风格设计。面对庞杂的实验内容，以实验项目为单位，把教学视频设计成模块形式，每一个实验项目再作二级模块化分割，子模块分别对应实验目的和要求、实验原理、实验操作、结果处理、注意事项、测试题，力求做到每一模块主题明确、短小精悍、形式丰富、相互关联，突出实验教学的重点、难点和要点，串联起来就是结构化的知识体系。此外，实验视频毕竟是以演示动手操作为主的，为了帮助大学生更好地掌握实验技能，需要采用针对性的视频呈现手段，让学生能够看得明白，比如借助三维动画、特效等多媒体工具，提高学以致用的教学效果，真正回归到精品课程的微课创作要服务于完善认知结构的主题上来[14]。

3 精心制作实验精品在线开放课程视频

3.1 认真拍摄视频素材

拍摄分两部分进行:① 在实验室里逐个实验地拍摄仪器设备、实验材料、操作过程、操作正误对照等素材。其中，药品、试剂、实验材料、玻璃仪器、杂品等需要用照相机拍摄，拍清楚标签上的品名、规格、型号、浓度，以及颜色、状态等细节；实验操作过程拍摄最好是连续的视频镜头，一些重要的环节需要推近到微距拍摄，例如仪器的操作面板、数字显示等；像高效液相色谱仪之类的精密仪器的软件操作部分，最好采取屏幕录像，使操作路径更加清晰、稳定。② 进录音棚录制实验原理、操作流程、注意事项、结果处理等的讲解，后期制作时有的处理成画外音，有的直接呈现。这样，拍摄动手操作时可以专注于实验，拍摄讲解时能很好地组织语言，并保证录制的音质。教师出镜时要注意几个问题：① 语言精练、语速适中、语句流畅、情绪饱满、表情自然；② 充分利用手势、表情等肢体语言，但不可大幅度变换身体的姿势，通过控制节奏和音量突出重点、难点和要点；③ 所有实验操作过程务必规范、科学、合理；④ 注意仪表仪容，实验室里穿白大褂，录音棚里穿正装，颜色中间色为佳，尽可能拍出大学教师的气场、风采和水平[15]。

3.2 重视视频的后期制作

后期制作是对前期拍摄的素材进行二度创作，如图像的空域变换、增强、分割等组织处理，调整图像大小、色彩，抠图、修图等；进行视频编辑、音视频互转、音视频裁剪剪辑，操作现场录制的如研磨、搅拌、仪器发出的声音最好合成进去，给观看者一种身临其境之感；添加字幕、三维动画、背景音乐等素材；制作视频封面、视频格式的转化等[16]。尽可能文字图形化、图形数字化。采用动画和模拟仿真要求动作、色彩、形态要逼真。高超的技术手段可以为内容视觉化锦上添花，利用技巧对视频进行必要的包装和美化，赋予实验内容以精美的艺术形式，可大大提升感染力和观赏性。

3.3 严格把控质量验收关

视频制作完毕，依据MOOC建课验收标准和质量评价流程，召集相关专家对教学视频最终产品的质量进行鉴定，包括实验课程内容的先进性、科学性、可视性和视频制作技术的创意形式、艺术性、清晰度、流畅度两个方面，验收通过方可上线。

4 结 语

将信息化技术与实验教学相融合，激发教师建设实验精品在线开放课程的积极性，准确定位建设目标，通过教学团队和视频制作团队的齐心合作，努力设计好教学内容、教学方法、视频风格，精心打造实验精品在线开放课程，为在校大学生提供优质实验MOOC资源。线上学生可以利用互联网初步学习实验原理和实验流程，线下把精力放在实验操作的重点、难点上，这种混合式教学模式有助于巩固知识、解决疑难，实现个性化和差异化学习。