国际学生生物化学实验中的云端混合教学模式

胡 博，阎 敬，冯 晨，王华芹

(中国医科大学 生命科学学院 生物化学与分子生物学教研室，辽宁 沈阳 110122)

实验教学是医学院校培养高素质人才的重要环节。其教学目标是培养学生掌握基本实验原理和操作，进而培养学生创新思维和利用已有知识提出、分析和解决问题的能力。近年来，实验教学在不断的创新与改革中[1]，将虚拟仿真实验(virtual simulation experiment)[2]、问题为导向(problem-based learning，PBL)[3]、慕课(massive open online courses，MOOC)[4]、网络平台(internet platform)[5-6]、翻转课堂(flipped classroom)[7]等引入教学中，打造“线上+线下”混合教学的成功案例[8]。然而在全球新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情(简称新冠肺炎疫情)防控背景下，国际学生可能长期无法回归课堂的情况，使得实验课程只能在线上开课。为了弥补线上实验教学对学生动手能力培养的缺乏，课程设计将科研设计和家庭实验引入线上实验教学中，建立“雨课堂—定向自学—科研设计—家庭实验”云端实验教学模式，并考察了其在线上实验教学中的实施和效果。

1 对象与方法

1.1 教学对象

选取2018级临床医学专业(bachelor of medic-ine & bachelor of surgery，MBBS，89人)和牙科专业(bachelor of dental surgery，BDS，16人)共计105名跨国际、跨时差的国际学生为教学对象，开展“雨课堂—定向自学—科研设计—家庭实验”云端实验教学。授课教师、教材、教学资源和过程相同。

1.2 方法

以虚拟仿真平台和微视频等线上教学资源为基础，利用“两台一信”(毕博Blackboard、雨课堂和微信)，进行国际学生医学生物化学云端实验教学。

1.2.1 设计教学内容、收集教学资源：原有实验课程包含6个实验，围绕蛋白质和核酸的分离纯化、鉴定展开；涉及生物技术和仪器设备全面，设计紧凑、综合性强，但作为家庭实验实现较为困难。为了便于“雨课堂—定向自学—科研设计—家庭实验”混合教学的实施，便于引入科研设计和家庭实验，课程对实验内容进行了精心设计(表1)。

表1 调整前后的实验课程

将实验室安全、常用仪器基本操作内容前置，依靠视频和虚拟仿真实验平台进行系统学习。并将生物大分子分离纯化与鉴定实验进行系统教学，完整展示某一科学问题从发现、分析、到解决的全过程。增加糖代谢模块，引入血糖监测家庭实验。引入DNA提取家庭实验。

收集或自制包括虚拟仿真实验、MOOC、微视频、图片等英语教学资源。

1.2.2 云端混合实验教学模式的实施：国际学生以大班分组授课方式，每周1个实验模块，实施云端教学，过程不受地域和时差限制(图1)。

图1 云端实验教学的单个实验模块实施过程Fig 1 Cloud experimental teaching process of a single practical module

课前，教师通过“两台一信”发布学习目标和学习材料至云端，学生定向自学。

课中，雨课堂网络直播进行再学习，学生依靠虚拟仿真平台完成测试，形成知识脉络和体系。此为“有痕”教学部分，学生进入课堂即可回放教学视频，不会“缺席”。布置科研设计/家庭实验。

课后，学生利用所学知识完成科研设计和家庭实验，分享实验结果、交流实验经验。

云端实验教学过程依据“实验基本原理+操作+问题提出前置，问题解决+讨论+总结后行”的顺序实施。以糖代谢实验为例展示(表2)。

表2 糖代谢实验的云端教学实施Table 2 Implementation process of cloud experimental teaching of glucose metabolism class

1.2.3 云端实验教学的考核评价探索：建立形成性评价为主的全过程评价体系(图2)。依据Blackboard、雨课堂和虚拟仿真平台的学习、科研设计、家庭实验以及期末考试，综合评价学生的进步与收获。

图2 云端实验教学模式的全过程评价体系Fig 2 Whole process evaluation system of the cloud experimental teaching mode

2 结果

2.1 科研思维培养评定

定向自学唤起了学生的学习主体意识，提高了对实验课程的关注度和学习积极性。使学生能够依据学习目标自行查找资料进行自主学习，丰富教学资源，提升了学生文献的查阅能力。系统学习使学生熟悉并掌握目标分子从复杂样品中的分离提纯和鉴定方法，能够通过分析选取合适的方法进行分离提纯。学生上交科研设计方案(105份)被评定为4个层次：

分析正确、方法合理、方案清晰、可行性高，占20.0%；

分析正确、方法较合理、方案较清晰、可行性较高，占66.7%；

分析较正确、方法欠佳、方案尚清晰、可行性差，占11.4%；

分析不正确、方法不正确、方案混乱、无可行性，占1.9%；

2.2 动手能力培养评定

以小鼠肝脏DNA的提取实验为例，学生根据实际情况就地取材，灵活设计完成了一个个漂亮的家庭实验，精准抓住了DNA提取的原理与精髓。不同食材DNA提取实验被学生分享(图3)。

图3 家庭实验结果分享：基因组DNA的提取Fig 3 Home experiment results sharing: genomic DNA isolation

2.3 云端实验教学模式的满意度调查

利用调查问卷收集学生对云端混合教学模式的评教反馈。由于种种原因，发出105份调查问卷，收回65份(表3)。

表3 云端实验教学模式的满意度调查问卷结果Table 3 Cloud experimental teaching design questionnaire survey

续表3

3 讨论

“雨课堂—定向自学—科研设计—家庭实验”云端混合教学模式适用于全球疫情防控下国际学生生物化学实验教学。以“两台一信”为交流平台，通过课前、课中和课后3个维度，促进实验课程低阶(实验原理和实验技术的掌握)和高阶(创新性思维和利用已有知识分析和解决问题的动手实践能力)教学目标的达成。

体现教学优势，即学生可反复学习、内容和资源更丰富、时间更灵活。科研设计和家庭实验配合虚拟仿真平台，使脱离科学实验室的教学仍能抓住学生眼球，教学效果显著。既弥补了特殊时期学生动手实验的缺失，又使学生更好了解科学问题解决的全过程。

然而云端混合教学也存在一些问题值得思考。首先，科研设计和家庭实验并不能完全替代科学实验中动手能力培养的环节。其次，教学效果易受国际学生所处环境(如新冠肺炎疫情严重程度、网络覆盖、学习设备和实验材料等)影响而大打折扣。未来课程将针对调查反馈，完善云端实验教学。创新科研设计与家庭实验的课程内容，促进教学资源平台化和规范化，以期提高云端混合教学模式的普适性，为实验课程的进一步改革提供教学资源和可借鉴的经验。