半翻转生物化学教学模式对学生学业成绩和自我认知的影响

任桂杰， 田克立， 曾季平， 张鹏举， 刘志方， 毕文祥， 田媛媛

(山东大学基础医学院生物化学与分子生物学系， 济南 250014)

传统课堂教学模式注重“传道、授业、解惑”,体现了“以教师为中心”的教学理念[1]。传统课堂在师生直面互动效果上有独特优势，有利于师生在共同营造的讨论、探究氛围中使学习内容进一步深入[2]。同时，教师与学生在直观互动中更容易达到心灵的默契，使学生在潜移默化中得到知识与人格的双重熏陶[3]，完美地演绎了“教”与“育”的有机融合。但传统课堂也存在着明显的不足，例如，学生作为课堂教学的受体，对教学效果的控制和改变能力较弱[4]；部分教师在教学过程中缺乏足够的主动性与创造性，照本宣科、满堂灌等问题时有发生，容易导致课堂气氛沉闷，教学效果不佳；课堂上学生自主活动较少，学生质疑、批判、探索和创造等高阶能力得不到充分地发展等[1]。目前，“教师讲、学生听”的传统课堂已经不适应现代社会的发展[5]，高等教育的改革势在必行。

随着信息技术的飞速发展及其在教育界的广泛应用，新的教学模式不断涌现。其中翻转课堂(the flipped classroom)教学模式普遍为人们所接受。所谓翻转课堂，是指教师借助网络平台的微型教学视频，让学生提前学习新课程，辅以在线作业、在线测验、网上社区论坛等来帮助学生发现学习问题，然后在课堂中师生共同研究、解决学习问题，达到对知识熟练掌握的一种教学模式[6]。由于学习方式和维度的多样化，教学评价也由传统的考试评价，转变为多样化和立体化的评价方式[6]。翻转课堂更加符合学生的学习规律，是先学后教的一种形式，其本质是教学流程变革所带来的知识传授的提前和知识内化的优化[7]。学生在课前通过教学视频自主学习基本知识用以取代课堂上教师的讲解；而学生对问题的分析、知识的应用和创新等高阶目标活动的进行，则是在教师的指导下在课堂上完成的。因此，翻转课堂能更好地培养和发展学生的高阶能力[8]。翻转课堂带来了课堂教学理念的变革，同时也带来了教学技术的信息化和现代化。但也存在其自身的局限性，一是在课前学习中，学生参与学习的自觉性和积极性的个体差异较大，部分学生未能积极开展课前学习，导致知识储备不足，直接影响了课堂上高阶活动的进行。二是在课堂活动中，学生参与课堂互动通常受学生性格、合作学习能力等因素的影响，容易出现“马太效应”，即所谓的强者愈强、弱者愈弱的局面，难以达到理想状态或深度的课堂互动[9]。

作为两种差异显著的教学理念与模式，传统课堂与翻转课堂各有优劣。如何根据不同主体(教师与学生)在教学活动中的作用，在传统课堂与翻转课堂教学的激烈碰撞中探索出一条适合本学科特点与发展的教学模式，成为高等学校专业课教学改革的重要问题。

生物化学是高等学校医学类专业的一门重要的基础课，其学科发展历史悠久、内容较多而复杂，单纯依靠传统课堂教学，难以传授所有知识点；如果完全实行翻转课堂，学生自己难以对前后知识点构建紧密联系、难以做到知识的融会贯通，加上不同学生的课前学习自觉性差异较大，这些都将直接影响学生高阶培养目标活动的效果。根据这一学科特点，本文提出了“半翻转课堂”教学模式，它兼顾传统课堂和翻转课堂的各自优点，既包括“以教师为主导”的知识学习，也包括“以学生为中心”的能力培养，是一种均衡的教学模式。即在学生自学基础知识教学视频的基础上，课堂上先采用传统教学模式，由教师带领学生将重要知识点进行密切联系、融会贯通，构建知识的整体框架；再用翻转课堂教学模式，引导学生自主讨论知识点相关病例或其应用和创新等，以实现高阶培养的目标。

通过文献检索，本文发现国内的医学院校生物化学教学过程尚未开展“半翻转课堂”教学模式的探索。本研究以山东大学齐鲁医学院口腔医学、药学和预防医学专业的生物化学教学为例，旨在评估传统教学与翻转课堂相结合的“半翻转课堂”生物化学教学模式对学生学业成绩及相关认知的影响，为医学院校的相关教学改革提供参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

生物化学是高等学校医学类专业二年级学生的专业基础必修课程。山东大学齐鲁医学院2020年秋季入学的口腔医学、药学、预防医学3个专业的298名学生了解这项研究并签署了同意书，接受半翻转课堂教学，作为研究组。2019年秋季入学的口腔医学、药学和预防医学专业286名学生采用传统教学模式授课，作为本研究的对照组。学生信息正如Table1所示。为了保证教学质量的一致性，同一专业的对照组和实验组学生，由相同教师授课。

表1 学生的基本信息Table 1 Basic information of students

1.2 研究方法

1.2.1 生物化学半翻转课堂教学设计 学生需要学习的微课视频、知识要点文档、PPT和教学大纲等资料在授课前一周上传至中国大学MOOC学校专属SPOC平台，要求学生在线学习并参加在线讨论，以及完成在线单元测验(学生可尝试3次，以最高分计入成绩)。在线讨论和在线单元测验，都将计入学生的成绩，以此督促学生完成课前学习任务。

按照教学计划，每章大约50%的课时用于学生在线自主学习，50%的课时安排师生见面课。见面课采用半翻转课堂的教学模式，即每次见面课是2个学时，第1个学时以教师为中心进行教学；第2个学时的前10 min，利用雨课堂APP进行测验，即时了解学生对教学内容的掌握情况；剩下的时间(大约40 min)可根据课程内容进行各种高阶目标的教学活动，包括临床病例分析和讨论、知识的拓展及应用，社会热点问题的评价与解决等。例如，蛋白质的消化吸收和氨基酸代谢这一章的教学，本文于线上发布了蛋白质的生理功能和营养价值、消化吸收、腐败作用、分解作用、氨基酸的脱氨基和脱羧基作用、氨的来源和去路及转运、尿素循环、个别氨基酸代谢、一碳单位代谢等内容的教学视频及相关学习资料(http://www.icourse163.org/learn/preview/SDU-1206459802?tid=1465498499#/learn/announce)。见面课时，先以明星吸毒新闻导入新课(毒品可以提高人体分泌多巴胺——氨基酸代谢的产物)，以提高学生的学习兴趣，同时进行课程思政教育(珍爱生命，远离毒品)；再以教师为主导，采用提问式、引导式等教学方法，帮助学生梳理氨基酸代谢的知识框架、将体内氨的各种产生途径及代谢去路进行总结，构建知识的密切联系，做到知识的融会贯通。在接下来的高阶目标活动中，设置了氨代谢相关病例分析，让学生讨论肝性脑病的发病机制，然后学生代表总结本小组讨论结果(Fig.1)，与临床技能相结合，以实现对学生的高阶培养目标。

图1 小组学生代表汇报“肝性脑病”发病机制的讨论结果注：在半翻转课堂的高阶目标教学活动中，教师安排学生以小组为单位讨论“肝性脑病”的发病机制，然后学生代表上前面汇报本小组的讨论结果Fig.1 A student representative was reporting the discussion results of the pathogenesis of hepatic encephalopathy on behalf of his groupNote: In the higher-order target teaching activities of semi-flipped classroom, the teacher arranged students to discuss the pathogenesis of hepatic encephalopathy in groups, and then a student representative reported the discussion results on behalf of his group

高阶目标活动要求学生按照座位，就近随机分成若干组，每组5～6人。任务完成后，教师随机点名，要求学生汇报自己小组的学习讨论结果，最后教师总结，并布置高阶目标活动的作业，例如让学生查阅最新的相关文献，制作针对某些医学问题的社区宣传海报等，服务于健康中国战略。这些高阶目标活动都是以学生为中心设计的，体现了翻转课堂的教学特征。

1.2.2 以学业成绩和自我认知作为教学效果评价的指标 考虑到教学效果反映在学生的不同能力上，教学效果评价设定学业成绩评价和学生自我认知评价两个方面。研究组学生的学业成绩评价采用教学全过程的多维度评价方式，总分100分，包含4个部分：在线自主学习30分(在线讨论10分，在线单元测验20分)；课堂上小组学习表现10分、雨课堂测验10分；期末闭卷在线机考50分。对照组学生的学业成绩评价也是总分100分，包括40分平时测验、10分课堂表现和50分期末闭卷在线机考。学生自我认知评价设定6个维度：(S1)我有主动学习的能力、(S2)我有团队合作的能力、(S3)我有探究式学习的能力、(S4)我有公开表达的能力、(S5)我有合作学习的能力和(S6)我有时间管理能力。在本研究开始前和结束后分别对所有研究组的学生进行一项由这6个维度组成的调查问卷，以评价生物化学半翻转课堂教学模式对改善学生认知的影响。除此之外，第1份调查问卷里还包括了1道开放题目“学习生物化学课程你最担心的问题是什么”。

1.3 统计分析方法

对学生的学业成绩，采用单因素方差分析和独立性t检验分析方法，比较不同专业以及相同专业内2种不同教学模式的学生总分差异。通过5-Likert量表对调查问卷结果进行定量统计，以平均值±标准差表示；采用单因素方差分析和非独立性t检验分析不同专业以及同专业内半翻转课堂教学模式前后学生认知的差异。统计分析均使用IBM SPSS 22.0版软件进行，P<0.05或P<0.01为差异显著或极显著，具有统计学意义。

2 结果

2.1 学生学业成绩分析

本文首次采用半翻转课堂教学模式在生物化学教学中进行研究，取得了良好的教学效果(Table 2)。采用半翻转课堂教学的口腔医学、药学和预防专业的学生平均成绩分别是84.81、84.36和82.56，均显著高于相同专业对照组学生的成绩(72.61、68.40和76.04)，差异均具有极显著统计学意义(P<0.01)。

表2 传统课堂和半翻转课堂学生学业成绩分析Table 2 Evaluation of academic achievement in traditional and semi-flipped classroom

2.2 问卷调查结果分析

2.2.1 学生最担心的问题调查结果分析 通过对3个专业学生的问卷调查“学习生物化学课程你最担心的问题是什么”，结果发现学生担心“不能掌握关键知识点”的比例均超过75%(Table 3)，因此，在半翻转课堂上，教师帮助学生对知识点进行梳理，构建知识的整体框架至关重要。这也为半翻转课堂的高阶目标教学活动做了更充分的知识准备，提高了高阶目标学习活动的效果，可能是导致学业成绩提高的一个原因。

表3 口腔医学、药学和预防医学专业学生对“学习生物化学课程你最担心的问题是什么”的调查结果Table 3 Survey result of students majoring in stomatology, pharmacy and preventive medicine on “what is your most worried problem in learning Biochemistry course”

另外，与传统课堂或翻转课堂相比，学生对半翻转课堂表现出更高的学习主动性，学习成绩更好，课程满意度更高。在本研究中，通过学生的问卷调查结果显示，生物化学的平均学习时间是每周10 h(数据未显示)，远高于教学计划的每周6 h。由于大多数学生更喜欢半翻转课堂教学模式，学生也就愿意花费更多时间参与课程内容的学习，这是导致学业成绩提高的另一个原因。

2.2.2 学生自我认知调查结果分析 通过单因素方差分析和独立性t检验分析发现，口腔、药学和预防医学专业的学生在半翻转课堂教学开始前，6个维度的自我认知均无统计学差异(Table 4)。半翻转课堂教学后，不同专业学生的自我认知也未见统计学差异(Table 5)。但本文发现，在同一专业内部，实施半翻转课堂前后相比，学生的自我认知均发生了显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的改变(Fig.2-Fig.4)。

图2 口腔医学专业学生在实施半翻转课堂教学前、后自我认知的比较注：*和**，在实施半翻转课堂教学前、后，学生的自我认知差异具有显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)统计学意义。S1，有主动学习的能力；S2，有团队合作的能力；S3，有探究式学习的能力；S4，有公开表达的能力；S5，有合作学习的能力；S6，有时间管理能力。下图相同Fig.2 Comparison of students’ self-cognition in stomatology before and after the implementation of semi-flipped classroom teachingNote: * and **, before and after the implementation of semi-flipped classroom teaching, the difference of students’ self-cognition is significant (P<0.05) or extremely significant (P<0.01). S1, I have ability of active learning. S2, I have capacity of team work. S3, I have capacity of inquiry-based learning. S4, I have capacity of expression in public. S5, I have ability of cooperative learning. S6, I have ability of time management. Same statements in the following figures

图3 药学专业学生在实施半翻转课堂教学前、后自我认知的比较注：*和**，在实施半翻转课堂教学前、后，学生的自我认知差异具有显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)统计学意义Fig.3 Comparison of students’ self-cognition in pharmacy before and after the implementation of semi-flipped classroom teachingNote: * and **, before and after the implementation of semi-flipped classroom teaching, the difference of students’ self-cognition is significant (P<0.05) or extremely significant (P<0.01)

图4 预防医学专业学生在实施半翻转课堂教学前、后自我认知的比较注：**，在实施半翻转课堂教学前与后，学生的自我认知差异具极显著统计学意义(P<0.01)Fig.4 Comparison of students’ self-cognition in preventive medicine before and after the implementation of semi-flipped classroom teachingNote: **, before and after the implementation of semi-flipped classroom teaching, the difference of students’ self-cognition is extremely significant (P<0.01)

表4 口腔医学、药学和预防医学专业半翻转课堂教学前学生的自我认知统计结果Table 4 Statistical result of students’ self-cognition before semi-flipped classroom teaching in stomatology, pharmacy and preventive medicine

表5 口腔医学、药学和预防医学专业半翻转课堂教学后学生的自我认知统计结果Table 5 Statistical result of students’ self-cognition after semi-flipped classroom teaching in stomatology, pharmacy and preventive medicine

由于在开展半翻转课堂教学之前，学生担心不能掌握关键知识点(Table 3)，加之在线学习知识的碎片化特点，本文开展了半翻转课堂教学模式，即在见面课之前，学生通过在线自主学习，可以获得较容易的学习目标和低阶思维技能；在课堂上，教师采用提问式与引导式等教学方法，帮助学生对在线学习的碎片化知识进行梳理、构建知识的整体框架和内在联系，做到知识的融会贯通。这非常有助于学生在同伴合作学习活动中获得高阶学习目标和思维技能。见面课前的自主学习与课堂上的教师授课，以及同伴合作学习等活动也可以培养学生的自律能力。这解释了在本研究中，生物化学半翻转课堂实施前后，3个专业学生的自我认知都发生了较显著或极显著的改善(Fig.2-Fig.4)。

3 讨论

3.1 生物化学教学模式的改革

生物化学是医学类学生重要的专业基础课。许多疾病的发生、发展都需要用生物化学的知识去加以阐释；生物化学与分子生物学也越来越成为生命科学领域重要的工具学科。因此，如何提高生物化学的教学质量，已成为高等医学院校教学改革的重要任务。

本文采用半翻转课堂生物化学教学模式主要是基于以下几点思考：第一，生物化学学科发展历史悠久，知识点较多而复杂，传统教学有限的课堂时间难以完成较多知识点的传授；翻转课堂通过教师课前拍摄教学视频，让学生通过自学完成基础知识的学习，可以有效解决课堂时间不足的问题。第二，通过问卷调查，本文了解到学生担心这种碎片化的教学视频学习，使他们难以掌握关键的知识点(Table 3)、难以构建知识的整体框架。考虑到首次进行生物化学的教学改革，为了打消学生的顾虑，本文在师生见面课时，由教师采用提问式、启发式等教学方法，引导学生将各知识点进行密切联系与融会贯通，来构建知识的整体框架。这样做也避免了由于部分学生自主学习能力不强，课前对基础知识的掌握不好而影响课堂上高阶目标学习活动的进行；弥补了翻转课堂受到部分学生知识储备不足而影响教学效果的缺点；既是对传统课堂优势的保留，也是对翻转课堂教学模式的优化。第三，发挥翻转课堂的优势，即高阶目标学习活动放在课上进行。病例分析、问题讨论与解决等是在教师的指导下和同伴的互助竞争中完成的，提高了教学目标的达成效率。学生在讨论、陈述观点、互助竞争中，学生语言表达、合作能力得到提高，个性得到发展，创新精神得到培养[1]，各种认知能力都得到充分的发展。

本研究也存在着一定的不足。例如，生物化学的教学改革不仅体现在教学模式上，也包括了考核评价方式的改革。因此，对照组和实验组的考核评价方式并不完全一致。对照组和实验组不是同一个年级也是一个问题；如果同一年级的同一个专业分成对照组和实验组，这对学校教务的教学安排存在困难。在参考前人研究结果的基础上[10,11]，本文对学生的学业成绩和自我认知方面进行了量化评估。评估结果从某些方面和在一定程度上反应了半翻转课堂的优势，但具有一定的片面性和局限性。最终的教学效果仍要在学生进入更高的学习阶段或工作岗位上时才能体现。

3.2 半翻转课堂教学模式发展应用的思考

翻转课堂是一种新型的教学模式，本文在实际应用过程中将它与传统课堂相结合，提出了半翻转课堂教学模式。该教学模式的提出，为高等学校教学改革增加了多样性，在实践过程中最主要的影响因素有以下两个方面：

第一，保留传统教学优势，与时俱进，创新发展教育理念。时代的发展，要求教育要与时俱进。但目前仍然有部分教师秉持以教为主的教育观念，将教师、教材和课堂作为教学的中心，填鸭式给学生灌输知识。随着现代科技和教学理念的发展，翻转课堂已经引入我国教育实践，其带来的“以学生为中心”的教学理念有其合理性和优越性，但也存在着不足。例如，课堂上高阶目标活动的进行，很大程度上受到学生个人能力和课前知识准备情况的影响。如果教师能在高阶目标活动之前，帮助学生梳理课前学习的知识，构建知识的密切联系，缩小因学生知识储备不同而形成的个体之间的差距，能在一定程度上弥补这个不足，提高高阶目标活动的效果。因此，教师可以结合不同教学模式的优势，不断创新发展多样化的教学方法，顺应时代发展的需求。

第二，大力提升教师的教学设计能力。半翻转课堂教学模式与翻转课堂一样，成功应用的关键在于教师对课内和课外教学的设计，至少包括对教学内容、课堂对话、交流、学生合作学习等方面，例如视频的录制要求短小精练、主题突出等，这对教师的视频录制和知识提炼处理能力有了相对于传统教学更高的要求。同时，学生在课外自主学习时，需要教师在线答疑，并能提供及时的帮助；课堂上教师将知识系统化、重点难点突出、兼顾成绩好和成绩差的学生对知识的掌握，同时适当画龙点睛地进行思政和育人教育。这些都对教师的知识和能力等提出了更高的要求。半翻转课堂在教学设计中也要考虑到如何提高学生的学习兴趣[12]，对医学类学生而言，临床病例通常能够引起学生的高度关注。巧妙设计学生课堂活动的主题，使学生能用所学知识对临床病例进行解读，可以为临床阶段的学习打下良好的基础。

传统教学和翻转课堂教学都有其显著的优势与不足。半翻转课堂教学模式集中了传统教学和翻转课堂教学的优势，是二者的有机统一，是对高校生物化学教学改革的有利探索。它符合生物化学的学科特点，顺应时代的发展潮流。固守传统教学不愿做出任何创新与改变，终将落后于时代潮流的发展；而一味追求翻转课堂教学的新形式，忽视对传统课堂教学的传承与融合，难免会曲解高等教育的初衷。无论教学形式与方法如何改变，教书育人是高等教育的核心价值，也是联系传统课堂教学与翻转课堂教学的纽带，坚持这一思想才能实现传统课堂教学与翻转课堂教学方法的有机融合，在传承的基础上实现高等教育的健康持续发展。