微课结合虚拟仿真的翻转课堂教学模式在生物化学与分子生物学实验教学中的应用

高进涛 陈颖

[摘要] 生物化学与分子生物学是医学院校众多专业的重要基础必修课，其中实验教学是该门课程教学的重要组成部分。新形势下生物化学与分子生物学传统实验教学面临诸多问题与挑战，不能很好地适应学生实践能力及综合应用能力培养的需要。该文就微课结合虚拟仿真的翻转课堂教学模式在生物化学与分子生物学实验教学中的应用进行探讨，并就存在的问题进行总结。

[关键词] 微课;虚拟仿真;生物化学与分子生物学;实验教学

[中图分类号] R-4 [文献标识码] A [文章编号] 1672-5654（2019）12（c）-0088-03

[Abstract] Biochemistry and molecular biology are important basic compulsory courses for many majors in medical schools， and experimental teaching is an important part of this course. In the new situation， the traditional experimental teaching of biochemistry and molecular biology is faced with many problems and challenges， and cannot meet the needs of students' practical ability and comprehensive application ability training. This paper discusses the application of the flipped classroom teaching mode combined with micro-simulation in the experimental teaching of biochemistry and molecular biology， and summarizes the problems.

[Key words] Micro-lecture; Virtual simulation; Biochemistry and molecular biology; Experimental teaching

生物化學与分子生物学是医学院校众多专业的一门重要基础必修课，也是一门实践性非常强的学科，其中实验教学就是连接理论和实践的重要环节。通过实验教学，学生可以锻炼实际动手能力，提高实践技能，同时可以加深对理论知识的理解，最终做到理论和实践联系起来，同时培养学生的科学探究精神，塑造学生的创新思维[1]。在社会更加注重学生实践能力及综合应用能力的当下，生物化学与分子生物学课程的实验教学就显得尤为重要。当前，生物化学与分子生物学的实验教学仍然存在“教师讲实验”“教师保姆式的包办”等以教师为中心的传统教学模式，而这些传统的教学模式逐渐凸显出一些弊端，面临诸多挑战，不能很好地适应学生实践能力及综合应用能力培养的需要。该文就微课结合虚拟仿真的翻转课堂教学模式在生物化学与分子生物学实验教学中的应用进行初步探讨，并就开展过程中彰显出的优势和存在的问题进行总结，现报道如下。

1  传统实验教学存在的问题

1.1  教学方法单一，实验教学存在满堂灌

生物化学与分子生物学实验内容多是理论课上知识点的验证性实验。教师和学生容易产生“实验课是理论课的延伸，是知识点的重现和强化”的固定化思维，容易产生实验课最重要的是掌握实验原理和实验目的错觉。再加上，教师在授课的过程中采用传统的授课模式，将实验原理、目的、操作、注意事项等一系列的内容满堂灌，违背了实验教学的本质和要求，造成教师教学非常卖力，而学生动起手来依然手忙脚乱，课堂效率低下。这些难免会造成学生的实操积极性下降，而紧张无序的实验操作又压缩了独立思考的空间，从而违背实验教学的初衷。

1.2  前期实验准备学生参与少，学生对实验设计缺乏宏观把握

传统生物化学与分子生物学实验教学为了预防教学过程中的教学差错，同时也受限于实验场地、时间、材料等因素，实验方案设计、实验试剂和耗材的准备以及预实验的开展等前期工作主要由授课教师或专人负责，学生参与较少。而实验教学只是尽可能地将前期预实验的结果在学生手上重现，违背了实验的本质规律，不能很好地培养学生的创新意识、科学素质以及对整个实验设计的把握。

1.3  实验条件的限制影响部分实验的开展

生物化学与分子生物学理论知识在不断更新发展，而实验课程设计和开展也要不断更新。然而由于诸如实验材料和实验仪器缺乏、实验操作要求高等客观条件的限制，从而影响实验教学的开展和更新。

1.4  教学评价方式单一

传统生物化学与分子生物学实验教学主要以实验报告作为考核依据，过程性的评价缺乏，容易造成学生唯结果论，实验过程应付，实验报告存在低水平抄袭。单从实验报告难以全面反映出学生对实验的掌握程度以及存在的问题。

2  微课结合虚拟仿真的翻转课堂教学模式在生物化学与分子生物学实验教学中的应用

翻转课堂教学模式最早由美国教育者提出，提倡基于信息技术，借助于教学结构和方法的改革，将“教师讲、学生听”的传统教学模式翻转过来，达到学生课外学习，课内讨论、互动、练习和强化的目的[2]。翻转课堂强调学生的主体地位，能够调动学生的积极性，受到广泛肯定。然而，翻转课堂的核心是课前资料、素材和信息技术手段的准备，作者所在的教研室近年来一直以微课结合虚拟仿真作为生物化学与分子生物学实验教学的载体，推进翻转课堂教学，取得不错的教学效果。

国内提出的微课概念中，影响最大、最具代表性的是佛山教育局所提出的微课概念：“微课是指按照新课程标准及教学实践要求，以教学视频为主要载体，反映教师在课堂教学过程中针对某个知识点或教学环节而开展教与学活动的各种教学资源的有机组合”[3]。微课因其灵活多样的形式和对翻转课堂教学模式改革的完美契合而得到了广泛的推广和开展。

虚拟仿真实验是指借助多媒体技术和虚拟现实技术，在计算机和网络的辅助下，构建能够辅助或替代传统实验操作的虚擬操作环境[4]。虚拟仿真实验能够打破时间、空间、试剂和仪器等诸多限制，在实验教学中显现出巨大优势[5]。

2.1  课前准备

作者所在的教研室近年来就生物化学与分子生物学实验教学中涉及到的众多知识点和重要操作方法整理制作微课视频，制作完成了诸如微量移液器的使用、紫外分光光度计的使用、普通PCR、核酸凝胶电泳、醋酸纤维薄膜电泳、分子筛层析等一系列针对性较强的微课视频。作者所在的生物技术学院近年来一直大力推进虚拟仿真教学平台建设，建设之初，作为探索和试点，结合该院实验教学需要，先行购买了微量移液器基本操作、质粒DNA提取、DNA琼脂糖凝胶电泳、RNA提取、逆转录、普通PCR、荧光定量PCR、蛋白质变性与SDS-PAGE电泳、Western Blot等虚拟仿真教学软件系统。这一系列的微课视频、虚拟仿真教学软件系统以及相关的课件等资料都会上传至精品课程网站及虚拟仿真网络平台，课前提供给学生。

2.2  教学实施

结合学生反馈及后台数据，整理常见问题，并以此问题作为切入点引导学生相互讨论交流，而后授课教师给出指导性建议，学生整理思路，基于建议完成实验操作及数据记录。最后，授课教师总结课堂教学，提出实验数据处理和分析的方法学指导，学生课后完成实验报告。同时，设计实验考核学时，学生自主学习的基础上独立完成实验操作、数据记录及实验报告撰写。

2.3  教学评价

教学考核评价除了实验报告成绩外，课前自学评价、课中参与表现都是考核的重要组成部分。通过多方面的评价，能够较全面地反映出学生对实验的掌握程度，并能够较好地培养学生的过程意识和严谨态度。

3  微课结合虚拟仿真的翻转课堂教学模式在生物化学与分子生物学实验教学中取得的积极效果

3.1  学生有更多获得感，课堂参与积极性高

与传统授课方法相比，微课结合虚拟仿真的翻转课堂教学模式让学生有更多的参与机会，让实验教学从“教师讲实验”为主转变为“学生做实验”为主。一方面减少了教师的低效讲解投入，另一方面扩展了实践操作的课堂时间，让学生把更多的精力放在实验中。

3.2  能够提高学生对实验设计的宏观把握

传统实验教学因受到实验场地、时间、材料等因素的限制，学生较少参与前期的实验方案设计、实验试剂和耗材的准备。而虚拟仿真实验教学可以很好地突破这些限制，能够让学生在虚拟环境中完成前期的实验准备，培养学生科学素养，能够使其对实验设计有较好的整体把握。

3.3  能够丰富实验教学内容

由于客观条件的限制，诸如荧光定量PCR、Western blot等重要的实验不能顺利纳入本科实验教学，而虚拟仿真能够很好地解决这一问题。通过虚拟仿真教学的开展，学生能够较好地掌握这些实验的目的、原理、操作等知识，能够很好地拓宽自己的知识面和提升实践潜力。

3.4  能够增加考核评价多样性

翻转课堂的教学模式相对于传统教学，提供的不仅是实验报告评价，还包括课前数据采集、自学评价、课中参与表现等诸多评价部分，能够较全面地反映出学生对实验的掌握程度。

4  微课结合虚拟仿真的翻转课堂教学模式在生物化学与分子生物学实验教学中存在的问题

4.1  课前资料与课堂教学存在不同步现象

实验教学不可避免会面对实验试剂、材料和仪器的更新换代，而这些硬件条件的更新可以在较短的时间内完成，而相对应的微课和虚拟仿真软件的更新则需要较长的周期，同时部分虚拟仿真软件属于市场购置的商业软件，缺乏个性化设计。这就造成课前资料中所使用的实验试剂、材料和仪器等条件与实验教学中所使用的硬件条件不能无缝衔接，反而可能增加学生的工作量。

4.2  课前资料的制作质量参差不齐

因授课教师经验和信息技术水平的限制，以及软件开发商的理念和方法的不同，微课与虚拟仿真软件质量参差不齐，部分质量不能很好满足教学需要，仍有待提高。

4.3  学生的自主性成为课堂教学的重要影响因素

翻转课堂的教学模式需要学生充分发挥自主性。部分学生习惯了传统的课堂教学，缺乏学习的自主性。这就难以避免造成自主性较差的学生在实验操作过程中举手无措，课堂效果差。

5  结语

信息化技术的快速发展推动了新一轮教育改革。当今以能力为先的人才培养理念下，强调通过信息技术与教育的深度融合促进教育质量全面提高成为当下教学改革的重要导向。微课结合虚拟仿真的翻转课堂教学模式在生物化学与分子生物学实验教学中体现出诸多优势，但也存在一些问题，这些问题是今后教学中应该努力解决的方向，在这个过程中要深入思考，不断总结，积极探索，努力推进生物化学与分子生物学实验教学的优化与创新。

[参考文献]

[1]  张宽朝，金青，余梅，等.基于能力提升的生物化学实验教学方法改革实践[J].天津中德应用技术大学学报，2019（4）：98-102.

[2]  高进涛，陶毅明，刘启亮.翻转课堂模式在《生物化学》课程教学中的应用探讨[J].长江大学学报：自科版，2016，13（21）：78-79，82.

[3]  胡铁生，黄明燕，李民.我国微课发展的三个阶段及其启示[J].远程教育杂志，2013，31（4）：36-42.

[4]  徐宋瑶，扈瑞平，薛昕，等.生物化学虚拟仿真实验教学项目的尝试与应用[J].基础医学教育，2019（9）：743-744.

[5]  梁策.基于虚拟仿真实验室建设的优势特色专业建设路径探析[J].黑龙江科技信息，2017（13）：145-146.

（收稿日期：2019-09-25）