基于SPOC 的混合式翻转课堂实验教学模式的探索——以“生物工程基本技术实验”课程为例

付 明，邹 娟，向小亮，胡 兴，李 俊

（怀化学院生物与食品工程学院，湖南怀化 418008）

0 引言

“互联网+ ”、大数据、云计算、微传播等信息技术的迅速发展及在教学领域的应用，助推了高等院校教学模式、教学方法的创新。在这种背景下，大规模开放在线课程（MOOC） 应运而生，并成为高等教育课程教学的一个重要模式。然而，无论是在基础理论还是在实践技术课程中，MOOC 的教学质量和完成率都不尽人意[1]。如何解决MOOC 教学存在的问题，教育工作者进行了思考并寻求变革，于是小规模限制性在线课程（SPOC） 被提出来并在大学校园得到应用。SPOC 为MOOC 提供了一种可持续发展模式，更重要的是SPOC 让教师更多地回归校园，回归小型在线课堂，成为真正的课程掌控者[2]。SPOC 将传统的教育及教学原则与围绕互联网和信息技术建立的新教学生态系统相结合，实现了线上和线下学习的最佳组合，其教学模式已被证明是极其有效的[3]。

“生物工程基本技术实验”是生物工程专业的必修课程，是从“生物化学实验”“微生物学实验”“分子生物学实验”“细胞生物学实验”等课程中整合而来，该课程的独立开设有利于学生强化对理论知识的理解与运用，有利于学生系统地掌握基本实验技术，有利于更好地培养学生创新思维和动手能力。笔者长期在地方性本科院校从事“生物工程基本技术实验”和“生物化学实验”教学，致力于探索基于SPOC 的线上线下混合式翻转课堂教学模式，主要的考虑是为了使高校教育回归育人本位，强化学生的主体地位，培养学生的自主学习能力、独立思考能力和开拓创新能力，进一步增强课堂教学效果；同时，也为促进高校教育理念和教学模式的创新与变革提供借鉴。

1 传统实验教学模式面临的问题

笔者在多年的教学实践中，对传统的实验教学模式、教学方法驾轻就熟，并取得了一定的教学成绩，但同时也感觉到，随着时代的发展，传统的实验教学受到了置疑和挑战，面临着以下问题。

1.1 不能充分利用教学资源

随着互联网和信息技术的迅速发展，网上教学资源、数字化的教学资源越来越丰富，而且可以通过互联网共享教学资源。传统实验教学主要有教材、教案、课件、实验设施设备等教学资源，教学方法一般是课堂讲授和指导实验。讲授主要借助黑板、PPT、讲义等教学资源来实现，实验指导由教师现场进行，解答学生的疑难问题，纠正学生的错误操作。相对而言，传统实验教学对教学资源的占有和使用都有限，不能充分利用线上的教学资源。

1.2 不能有效拓展教学时空

实验教学要严格按照教学计划开展教学，根据课程学时和周学时设置教学进度，但在传统的实验教学模式中教学时间与实验空间相对固定，灵活性不足[4]。实验教学不同于理论教学，在传统的教学模式下，学生想利用课余时间和碎片化时间进行自学，条件不具备或效果不好。

1.3 不能完全保证教学效果

传统实验教学是在相对固定的时间和空间里进行。鉴于上课时间的限制，教师无暇顾及也没法了解学生对实验原理的理解和掌握程度；鉴于空间的限制，教师演示时只有前面几个学生能够看清楚操作细节；鉴于课程的统一进度和安排，教师也无法协调学生接受能力和理解能力的差异，从而出现部分学生对实验理论理解不透、对实验技能掌握不牢的局面。传统实验教学过于依赖教师课堂上的讲授和指导，会限制学生想象力的发挥，学生对教师提供的解决思路产生先入为主的印象，最后以达到或接近教师提出的要求为目标，很难实现较大的突破和创新[5]。多方面的原因，导致教学效果难以保证。

1.4 不能很好适应学生需求

学生的基础参差不齐，其理解能力和接受能力也有差异，有些基础相对较差的学生想先学一步，基础好的学生希望深学一步，对实验教学有个性化的需求。传统实验教学，以班级或实验小组为授课对象，通常由数十人组成，教师对学生的学情分析不够，整个教学过程是在相对固定的时间与空间里统一推进，需要考虑的是班级和实验小组整体学习情况，无法照顾到学生的个体情况，不能满足学生的个性化需求，不能较好地因材施教。

1.5 不能客观评价学习成效

传统实验教学无法全过程地对学生学习和操作情况进行评价，平时成绩主要是看实验报告，容易造成评价的不准确、不客观。因为即使学生不懂实验原理、不完成实验，只要写好实验报告就能得高分，使得部分学生投机取巧、抄袭实验报告，并得到高分。这样一方面挫伤了部分认真学习学生的积极性；另一方面，教师也无法准确掌握教学成效和学生的学习情况，从而使实验教学效果大打折扣。

2 基于SPOC 的线上线下混合式翻转课堂教学模式的设计

基于SPOC 的线上线下混合式翻转课堂教学模式设计是一个系统工程，包括教学的方方面面，主要从教学内容、教学方法、教学过程和考核评价的设计着手。

2.1 教学内容设计

建立基于SPOC 的线上线下混合式翻转课堂实验教学模式，首先要改革和优化教学内容。传统实验课程体系是以理论课程为核心设置的，即“1 门理论课+ 1 门实验课”，导致实验课程门数多，知识点分散、孤立，实验环节缺乏连贯性、完整性。近年来，围绕专业核心内容，把握应用型人才培养的内涵，对实验教学内容进行了优化和整合，将生物工程专业的实验体系设置成“生物工程基本技术实验（一）”“生物工程基本技术实验（二）”“生物工程综合实验”“生物工程设计创新实验”4 门课程，增强了实验课程的科学性和系统性。“生物工程基本技术实验”是专业必修课，在大学二年级开设，150 学时，5 学分。为了配合实验课程改革，专门编写了教材《生物工程实验技术指南——基本技术实验原理与实践》。

生物工程专业的学生需要掌握的基本实验技术包括离心技术、分光光度技术、层析技术、电泳技术、显微摄影技术、染色技术、PCR 技术、微生物菌种保藏技术等，按照从易到难、从简单到复杂、从单项到综合的原则，设置了34 个递进式实验项目，旨在通过系统的实验教学，使学生循序渐进地掌握基本技术。

生物工程基本技术实验项目见表1。

2.2 教学方法设计

教学方法设计是线上线下混合式翻转课堂教学模式设计的重要内容。传统的实验教学方法主要有讲授法、演示法、实验法等，在实验课程改革中，在保留原有教学方法的同时，增加了自主学习法、讨论法、合作探究法等教学方法。所谓自主学习法，就是把教师对实验原理、实验步骤的讲授、仪器使用、实验操作的演示制作成了微视频，上网供学生线上自主学习。所谓讨论法，就是学生线上学习时进行相互讨论，或与教师进行交流；线下翻转课堂教学以学生为主体，主要进行讨论、抢答，教师引导、启发学生的思维。所谓合作探究法，就是学生合作做实验，并共同思考探究实验怎么做、为什么这样做、哪里有差错、如何改进等问题，教师巡回指导、检查。在课程设计中要把这几种教学方法进行合理配置、有效衔接，以便达到最佳的教学效果。

表1 生物工程基本技术实验项目

2.3 教学过程设计

近几年，坚持以学生为主体，在探索构建基于SPOC 的混合式翻转课堂实验教学模式时，设计了“线上自主学习、线下动手操作、随时互动讨论、全程考核评价”等“四环节”教学过程。①线上自主学习。主要指学生在课前或利用碎片化时间，通过电脑或手机读讲义、看视频，自主学习，可以相互讨论，也可以向教师提问，并完成闯关题、练习题。②线下动手操作。在线上学习的基础上，课堂上学生按照要求动手做实验，在这个过程中教师负责指导学生，纠正学生操作上的错误；学生也可以在不清楚的时候再次观看演示视频，或者向教师请教，完成实验后学生回去整理实验数据，分析实验结果，上传或者上交实验报告。③随时互动讨论。互动讨论线上线下都可以进行，学生之间可以进行讨论，学生与教师之间也可以进行讨论交流；讨论的内容可以是学习和做实验中的一些思考，也可以是遇到的困惑和问题；课堂上教师负责组织学生讨论，引导学生理解实验原理，了解实验中的注意事项。④全程考核评价。教师可以通过闯关题、练习题、实验报告完成情况和讨论互动情况综合考评学生实验课成绩。

2.4 考核评价设计

改革以往实验成绩评定方法，实行线上线下、随机、零散测试，考核评价贯穿实验课程的全过程，客观、公正地评价学生的综合成绩。学生线上“看”课“听”课时加入闯关题，经常进行线上练习、线上测验，学生在线上线下参加讨论、抢答等，实验过程中学生的具体操作，完成的实验报告等，都要记录成绩，达到以学代考的目的，培养学生自主学习的良好习惯和学习能力。

3 线上线下混合式翻转课堂教学模式的特色与效果

很多院校、很多课程都在探索和实施线上线下混合式教学模式，也各具特色、各有所长。线上线下混合式翻转课堂教学模式，主要是着眼于地方本科院校的实际和生物工程实验课程的特点，具有以下特色。

3.1 创新教学模式与优化教学内容相结合

一般来说，构建混合式翻转课堂，是指教学模式的创新，包括教学方法、教学手段、教学过程等方面的改革与创新。而混合式翻转课堂教学模式，不仅是教学模式的改革与创新，而且对教学内容进行了优化、整合和重组，使教学内容设计更加连贯系统、更加符合教学规律、更适合新的教学模式、更利于学生的学习和掌握。

3.2 突出自主学习与加强互动交流相结合

线上线下混合式教学与翻转课堂，学生能够充分利用信息化教学资源和手段，可以随时随地学习实验原理、观看操作视频，突出了学生的主体地位，能够激发学生的学习兴趣，提高学生自主学习的能力；同时，又注重互动交流，线上线下、课堂里课堂外，学生可能随时随地与同学、教师进行互动交流。

3.3 线上观察演示与线下动手操作相结合

线上观察演示，可以让学生能够反复观看教师的操作，直到完全掌握，可以满足不同理解能力、不同接受能力的学生需求，从而提高了实验教学效果；与理论课程不同，实验课程需要学生亲自动手做实验，线下动手操作是实验课程的重点和特色。实现两者的结合，就是实现理论到实践的转化、从“学”到“做”的转变，非常契合教学规律。

3.4 强化教学控制与创新考核评价相结合

线上线下混合式翻转课堂实验教学模式，强化了对教学的全程控制，学生是否在线学习、闯关答题怎么样、学习成效如何，教师可以随时掌握，有利于教师有针对性地指导和因材施教。同时，对考核评价方式进行了创新，可以全面客观地反映学生的学习成效，有利于激励学生认真学习和精确操作。实现两者的结合，对增加教学效果有积极的意义。

已有研究结果表明，线上线下混合实验教学模式不仅能够提高学生对知识的理解和掌握，还能提高自主学习能力、实践能力和创新能力[6]。近年来，基于SPOC 的线上线下混合式翻转课堂实验教学模式在怀化学院生物工程、生物科学、制药工程、生物制药、食品质量与安全等专业的“生物工程基本技术实验（一）”“生物化学实验”“微生物学实验”等课程进行了实践和应用，取得了显著成效：一是学生的研究能力得到增强。课程组指导的学生在各级各类刊物上发表研究性论文30 篇，其中8 篇学生为第一作者（3 篇为CSCD 论文）；课程组指导的学生在国家级和省级学术会议论文评比中荣获一等奖3 次，二等奖1 次。二是学生的创新能力得到提高。近5 年，课题组指导的学生成功申报了13 项“大学生研究性学习和创新性实验计划项目”，其中国家级项目1 项、省级项目3 项；荣获全国大学生创新创业竞赛一等奖1 项，“全国大学生生命科学竞赛”三等奖2 项，优胜奖2 项；在“挑战杯”竞赛中，学生共获得省级二等奖2 项、三等奖2 项。三是学生的学习成绩大幅提升，生物科学专业的考研升学率每年在学校排名第一。