强化形成性评价的实验课程的教学设计

赵东旭， 吕雪飞， 范翠红， 杨新芳

（北京理工大学生命学院，北京100081）

0 引 言

大学生实验操作能力的培养既是大学生专业技能培养的基本环节，也是提高学生对基本原理、基本概念理解的重要手段。对于生命科学这一实验性学科，专业人才的实验操作能力的培养更为重要。因此，诸多高校都尽量开设较多且技术含量较高的实验课。在保证现有实验课正常开设的前提下，如何提高每次实验课/每门实验课的培养质量既是任课老师重点关注的，同时也是教务管理人员重点监控的。目前提高实验课教学质量的难点至少包括：①如何尽量保证学生实验操作的规范性；②如何保证实验内容的含金量；③如何通过常规或普通的实验设计以及对实验结果的提升来提高学生科研素质；④如何引入形成性评价的思路等。在生命科学及相关专业中最基础的实验课程生物化学实验的教研教改中，许多高校的老师通过多种形式的教改方式来提高本实验课程的教学质量［1-13］，笔者在进行本科生生物分离工程实验、生物技术综合实验的教学中也进行了一些探索［14-15］。结合文献报道的具体探索案例和探索经验，本文提出了一种规范且具可操作性的、注重形成性评价的提高生命科学类实验教学质量的教学模式。

1 生物化学实验的教研教改现状

生物化学和生物化学实验在生物学及相关专业的专业建设中都有举足轻重的位置，该课程的教研和教改趋势基本上代表了我国生命科学学科理论课和实验课的教研和教改状态。

进行设计性实验的教学探索是目前教改的主要方向之一。类似方式还有开放性实验以及基于PBL的实验教学形式，这种教改尝试在锻炼学生的科研能力方面会起到很好的促进作用，但是要做好指导，避免流于形式［1-3］。同翻转课堂类似的方式是，在实验课上，由学生对实验内容等进行介绍，学生提问、指导老师点评，也不失为一种提高预习效果和教学效果的措施［4］。加强实验总结，以研究报告的形式提交实验报告，重视对实验现象和理论之间的互动是近几年教改的热点［5］。在鼓励大学生“双创”精神和高校双一流建设的大背景下，在基于实验课加强大学生专业实操能力培养的基础上，强化创新能力和创新思维方面的研究也受到关注［6-11］。

对实验课考核方式的探索是一个比较棘手的课题，不少学者［4，12］根据所在单位的具体情况开展了一些有益的探索。笔者认为，加强对基本操作技能、实验报告/研究论文中数据分析及结论提呈能力、论文写作规范程度等考核应该是进行实验课教学效果考核的重点，当然，也是目的。

2 生命科学类实验课程的教学设计

2.1 实验引导

2.1.1 强化对实验课程重要性的认识

熟练、规范的操作能力的培养是本专业人才培养的核心目标之一。生命科学既是一交叉学科，更是一种实验学科。操作技能的掌握必须是来自于实践，具体的教学过程具有不可替代性。

从教学设计的角度看，在每门实验课开始之前仍要从一些重大理论成果或重大发现中精选出几个例子，以强调实验环节的重要性。如美国学者安芬森（C.B.Anfinsen）等［16-17］将低分子量蛋白牛胰核糖酸酶A进行变性（加入变性剂和还原剂）和复性工作（稀释复性），可使该酶活性以高水平恢复，由此提出了“蛋白质的一级结构决定高级结构”的著名论断。虽然这一工作只是一个很常规性操作，但是获得了诺贝尔奖；再比如日本学者冈崎（Okazaki）的研究被收入教材［18］。实际上许多诺贝尔奖的工作或此级别的工作均是基于一个或几个常规的实验结果或实验现象而深入研究所得。

2.1.2 实验内容的整体介绍

在强调实验重要性之后，要参照理论课内容，对本课程的实验安排进行详细介绍。重要的是通过实验内容的系统性介绍，使同学明白教学内容的协调性、互补性，这也是学生将来毕业后进行科学研究或其他工作所应该掌握的基本要领。

2.1.3 强化安全意识

在进行生命科学实验时，不可避免地要用到一些化学试剂、生物试剂、生物样品，因此，做好必要的全程防护是必须要考虑的，这种防护不仅仅是局限于穿上工作服。在具体操作过程尤其要重视酸、碱、有毒有害、易燃易爆化学品的配制及致病微生物使用，要做到对己、对他人安全、对环境无害。

2.2 教学设计与过程监控

2.2.1 教学设计

教学设计包括：实验内容的系统性与实验教学的设计性。对于前者，最好是围绕一个或一种样品开展实验，比如设计的实验内容涵盖了从蛋白质的分离技术（离子交换色谱）、测定亚基组成（SDS-PAGE）、活性测定、浓度测定（ELISA）等内容。

在实验教学的设计方面，对于简单的实验，如一些验证性实验，与绝大多数高校采用的传统教学方法不同，采用将实验设计纳入教学计划的新思路，就是借助正交设计提升传统的实验教学，在锻炼学生基本动手能力的同时，培养学生的科研素质。

通过实验设计提高实验兴趣性。对于简单的实验，如仅有温度作为影响酶活性的单一因素时，可以将实验班分成2～3个大实验组。设定3个温度，探索何种温度下酶活性最高。再比如当影响酶活性的因素有温度、pH、盐浓度、底物浓度且每个因素又各有3个水平时，如温度可以设定为高温、中温、低温，pH设定为pH 6.0、pH 7.0、pH 8.5等，这时可采用（L9（34））正交设计的方法，将本应进行81（即34）次的实验，实际上仅进行9次，再根据极差分析就可以知道造成结果（如酶活性）最大差异的因素与最优的因素组合。

其结果是，每个实验小组仅开展了其中的一个因素组合的操作，通过全班各组的分担却获取了最理想的组合条件。通过上述安排，既使学生学习了一种实验设计的方法，一种科研方法，在某种程度上使学生认识到各组工作的重要性，加强了学生责任意识的培养。

该实验中采用的正交实验方法不要求在本课程的每一次实验中都使用，但至少应有20%～40%的实验内容要参照正交设计方法，以保证该方法给学生留下深刻印象。

2.2.2 实验分组与组内分工

开展实验时，对同学分组几乎是全部高校最通用的教学管理方式，实验一般是2人/组，可为学生提供充分锻炼机会的最理想分组。为方便管理，也是为了加强对学生责任意识的培养，实行组内分工的方式，有组长、实验记录员、内容核查员等岗位，以便及时检查、查漏补缺。

2.2.3 强化过程监控，注重形成性评价

在教学过程中，指导老师除做好常规性指导、巡视等工作之外，也采用间断性播放规范操作视频等富媒体的方法以规范学生的操作；而且还应建立一个纸质的监控记录台账，即为每个/次实验制作一个实验表格，主要记录内容包括实验中异常现象、发现的典型错误操作、学生提出的疑问、各组提交的阶段性结果及最终结果等。

对选定的设计性实验，开展组间“比赛”。待某一实验结束后，每组以Word或PPT形式向全班展示本组实验结果，供同学、指导老师分享、质疑，此部分工作是实验成绩的一个重要组成。

2.2.4 中期点评

中期点评的主要目的：①强化规范化操作，例如：如何使用高精度的天平、离心机、分光光度计、层析装置、电泳仪、酶标仪、移液器等。②针对在常规巡视过程中所纠正的问题进行归纳、梳理，以减少再次出现的机会。③强调实验细节的重要性。比如用目前实验室最常用的移液器量取微量液体时，替补头插入母液的深度、前端是否粘附一定量的溶液等；再比如进行常规酶活性测定实验时，是否已对底物、酶液等进行保温、酶促过程是在保温性差的温箱还是在导热性好的水浴锅中进行等；比如在实验台上无意滴落一滴浓硫酸或浓碱液，其后果是什么？细节决定成败，这种规范操作的理念需要反复提醒才有可能取得较好的效果，学生的良好习惯才有可能养成。

2.2.5 实验总结

在全部实验结束后，要进行一次实验总结。从指导教师角度看，要对整个实验开展情况进行总结，重点是实验过程各实验组有无严重失误、重要仪器有无损坏、是否有大的教学事故比如试剂伤害等，全体同学在操作习惯、操作态度有待进一步改进的地方等；从学生角度看，每个实验组都要汇报各自的心得和收获，尤其是以后要注意的问题。

2.3 教学效果评价

2.3.1 实验报告

待每个实验结束后，每位同学在课上讨论接受质疑的基础上，及时独立地写出各自的实验报告或研究报告。对于常规性的训练实验，因实验组合相对单一，因此只要写出实验报告；对于设计性、综合性实验，由于实验组合数较多，要重点强调各因素的影响，尤其要明确主要影响因素。总体来说，要重点描述关键性的实验细节、结果以及结果与理论的对应性（关联性）。

及时批改实验报告并及时反馈共性问题。及时反馈学生的实验报告可使学生及时了解自己的优点和不足，即便不反馈批阅后的实验报告，也须及时反馈成绩，以使学生“心里有数”。而且，指导老师可以从学生的感想中找出一些值得重视的地方。

2.3.2 教学效果评价

完成理论课或实验课的学习后，如何对学生的成绩进行评价一直是一线老师和教学管理者所密切关注的。尤其近几年，形成性评价逐渐被大家所接受，但如何进行形成性评价，而不仅依赖于若干次实验报告成绩，为此，提出了一种可操作的实验课教学效果的评价方案。

（1）对于学生人数较少的课程可以进行有代表性的实验操作。每门课可以考虑设置2～3项能反映课程核心操作技术的项目，以备学生随机抽取。相信老师有“窥一斑而见全貌”的能力。以生物化学实验为例，可供选取典型实操包括模拟分光光度计的使用、借助水浴锅模拟观察的酶促反应、离心机的使用等。即便是全体同学采用相同的考察内容，也不用过分担心“漏题”的问题。

以模拟分光光度计的使用为例，考察的内容可有：开启分光光度计、拿取比色杯、将试管中的样品加入比色杯、对溢出的溶液擦拭、处理滴落在实验台面或地面的液滴、选取预定波长、测量样品吸光值、操作后清洗比色杯、使使用后的分光光度计恢复正常状态等。

（2）在人数较多情况下，采取播放视频资料，由学生判断其规范性。在一些专业人数较多的情况下，采取播放提前录制的含有多个非规范操作细节的视频，由学生判断其不规范之处。同时也选择一个仅有个别非规范操作的视频，以培养学生的判断能力，须知这种判断力的培养更重要。

根据形成性评价的思路，实验课的成绩评定分为3部分，分别是：实验课讨论、汇报，≥20%；最终动手能力的考评，≥20%；实验报告，≤60%。

通过对学生的了解可知，这种方式给学生带来了一定的压力，减轻了学生多看少动手的毛病、减少了学生过分依赖实验报告成绩的不足，最重要的加强了学生对实验内容系统性、实验设计的认识，借助对全班实验结果的分析提高了学生科研潜质和创新能力。

3 结 语

与理论课教学的授课、考试方式不同，实验课教学的环节比较复杂，涉及的物品多、秩序和进度较难以掌控、教学效果的考核难以量化等。如何提高教学质量既考验了指导教师及教辅人员的智慧，也考验了受教育者接受新式教学范式的能力。根据现有的文献和作者的实际工作经验，提出了将形成性评价纳入评价体系并进行量化考核的教学设计范式，其核心内容包括4个可操作性环节即实验引导、实验设计与过程考核、实验总结与实验报告的规范撰写以及及时批改和反馈、对操作能力的考核，而且这种教学模式基本上未额外增加实验材料、试剂以及仪器或设备。当然，提出的模式也有一些需要改进的地方，比如如何选定合适材料以开展实验内容的系统性设计，实验结束后PPT汇报时，随机选取汇报人，其效果有较大差异，由于同学间临场发挥能力差别较大而导致擅长演讲的同学没有选上而拉低了本组成绩等。

上述强化形成性评价的教学模式与传统的根据实验报告的评价模式有很大不同，它督促学生注重平时操作、结果汇报与讨论，重视对学生基本操作能力的培养，减少了学生对实验报告成绩的过分依赖，长远看有利于对实验性专业人才的培养。在生物分离工程实验、生物技术综合实验的教学中对该教学模式进行了多轮次实践，取得了满意的效果。