新工科背景下生物化学实验线上线下混合式教学探索*

王丽梅 赵秀举 王华林 王宏勋

（武汉轻工大学，生命科学与技术学院 湖北武汉 430023）

生物化学实验作为生物工程、制药工程和环境工程等工科专业的专业必修课程，在创新型人才培养过程中具有重要作用。新工科建设强调通过实践教学改革培养创新性应用人才，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》也强调培养学生的创新能力和创造性思维[1]。生化实验课程是后续专业课程实践环节的基础，是稳步提高学生实践能力、创新能力，提升综合素质的关键所在。

近年来，多所高校在生物化学实验课程的具体落实过程中，开展了系列教学改革尝试。北京大学生命科学学院刘旖璇进行生物化学实验在线教学的探索与实践[2]；南昌大学涂硕开展了“教-赛-训-赛-改”模式促进本科实验教学持续改进的探索与实践[3]；山东科技大学崔志芳结合慕课与“三位一体”实验教学平台的生物化学探究性实验教学[4]；遵义医科大学徐先林开展了OBE理念辅助生物化学实验过程性评价改革初探[5]，深圳大学杨一开展TBL教学在医学生物化学实验教学中的实践[6]，广州医科大学生命科学学院洪玮开展了基于大学生开放实验室生化实验教学改革实践[7]。目前，线上线下混合式教学主要在理论教学方面进行了应用，在实验教学方面的尝试还不多。以我校工科专业学生为载体，采用学习通平台网络课程实现线上学习结合实验线下教学，充分调动学生的主动性和积极性。通过教学内容整合、教学方法、实验成绩评价及课程考核体系等方面进行初步探索改革，为提高生物化学实验课程的教学效果提供一定的参考。

一、混合式教学改革的必要性

生物化学作为专业基础课，是生命科学的基础，也涉及生命科学的前沿。生物化学实验课程所涉及的理论基础和实验操作技术，在生命科学、食品及化工等领域广泛使用。生物化学实验也是学生理解生物化学理论知识及应用拓展的必要环节，对于生化实验课程的探索与改革，可提高学生对生物化学课程体系的掌握和应用程度，也可为后续专业课程实践环节的开展打下扎实的基础，是提高学生思考能力、解决实际问题的能力及创新能力，提升综合素质的关键一环。传统的生物化学实验存在主要问题如下：验证性实验多而综合性、开创性实验较少，传统课堂授课过程，老师讲解后学生按照讲义上的步骤完成相应的操作，以得到预想中的实验结果，不利于发挥学生的创造性。实验场所仅仅局限于课堂，因各高校硬件条件差异，实验设备条件有限，特别是大型新型设备在本科生实验中较为匮乏。在一些综合性实验实验时，大型以及贵重仪器台套数有限，多位同学一组，难以保证学生都独立操作。存在部分学生操作动手，部分学生旁边观看的情况。传统教学的考核评价以课堂操作和实验报告成绩为主，并未考核学生在整个教学过程中的表现，评价体系单一，不能全面客观考评学生在整体实验过程综合表现，不利于培养学生思考能力和分析问题的能力。

二、基于超星学习通网络课程的实验教学设计

1.施教学生载体

我校生物化学实验课的学生来源包括生科学院、医护学院、化环学院，每年修读课程学生约400人。本课题以生物工程、制药工程、生物制药及化学工程等工科专业的学生为载体，以课程资源系统为依托，采用线上+线下的混合式教学方式探索，线上充分发挥学生的主体作用，线下实验操作发挥教师对课程的全面主导，增强师生交流。线上线下互为配合补充，可增加学生学生的灵活性和教师授课的便捷性，可提高学生的主体地位及主动性，促进学生对实验课程的认识及掌握。学生可随时反馈评价实验教学效果，使教师及时了解教学效果，方便解决学生疑问，加深学生对知识的理解，也可训练学生提出问题能力及创新能力。

2.超星学习通平台引入

为了解决在传统生物化学实验课教学中存在的上述问题，授课团队多位教师通过超星学习通线上教学平台，共同建设生物化学实验课线上课程资源，充分发挥线上平台的传播使用优势形成课程教学资源共享体系，达到生物化学实验课程资源共建共享的目的。线上实验示教视频库已经由生物化学实验授课团队教师拍摄、剪辑实验示教的高清视频上传至学习通学习平台。课前预习习题集及课后作业课程均已完成建设。超星学习通拥有着强大的实时互动功能，如视频学习、章节测试、课堂签到、随机点名、随堂测验、课后讨论等，有助于课堂互动，形成良好的课堂氛围，加强师生交流，提高学生的课堂参与度。“新时代高教40条”指出，现代教学改革的实现应深入结合现代信息技术，努力建设和使用虚拟仿真实验。《教育信息化2.0行动计划》也提出需要提高高校虚拟仿真实训教学环境的建设。近些年尤其是在疫情背景下，虚拟仿真教学实验弥补和完善了课下实验的不足和也可作为传统教学的补充方案，成为实验教学改革必须也是重要的创新发展方向。近几年通过在虚拟实验室、创新实验室的建设等方面都取得了长足的发展。尤其是对一些线下难以实现的大型实验，实验空间等网络平台形成了非常丰富的教学资源。虚拟仿真实验的综合性、直观性、安全性等特点，丰富了传统实验教学模式，拓展了学生视野。2020年疫情期间，为了解决在线授课的难题，通过筛选实验空间等网络资源的虚拟仿真实验及华中科技大学虚仿实验平台，构建了生化实验虚拟仿真实验模块，保证了在特殊时期课程的正常开展，也提升学生实验兴趣。通过建设完善的学习通平台资源，探索实验课程线上教学与课堂结合的教学模式，采用学生课前线上实验视频学习、线上互动讨论、线下实际实验操作、虚拟仿真实验拓展，并通过虚拟仿真实验提高创新的方式教学。形成线上示教、线上测试、互动交流、线下实验、过程性评价“五位一体”的创新性教学模式。充分发挥学生在实验课程学习中的主体地位，充分发挥其积极性和创造力。

3.在线实验教学及互动交流

线上实验课视频学习时，由负责该班级实验教学的教师全程组织。通过学习通平台，安排学习内容及目的要求。实验课前，学生预习学习通平台的实验教学资源并完成课前测试。授课教师在平台的讨论区，采用测试题疑难解答、选人、主题讨论、群聊等课堂活动的互动方式，针对本次课程的实验原理、操作注意事项及实验的实际应用等问题与学生进行互动沟通，通过让学生充分参与问答，达到巩固实验课内容的目的。教师要关注学生的预习情况及知识的掌握程度，并及时答复学生疑问。学生完成课前学习任务并提交预习报告。教师也可根据实验内容特点，适当布置一定的预习作业或其他形式的学习考核，如查阅与本次实验相关的最新热点技术及微信推文，学生所获取信息可以截图上传学习通平台，锻炼学生查阅资料、捕捉科研热点及学以致用的能力。预习作业提交后，教师及时查阅，可以适当比例纳入课前预习成绩，让学生产生学习动力。

4.线下学生实验操作实践

学生正式上课前5分钟开始在学习通平台签到，完成线上预习并考评合格后可进入实验室，开展实验课程的线下实践操作。实验课上，授课教师可以按照实验目的及教学要求，讲解实验操作的重点难点及注意事项，对于难度较大的实验，也可开展示范操作。授课过程中，教师可采用学习通工具，发起如小组作业、抢答、举手回答等活动，考察监督学习对实验的参与程度，也可增加实验课的趣味性。分组后，所有学生需独立完成实验操作，并对自己的实验结果进行分析和总结，鼓励学生在线下实验课堂中与教师、同学交流，对于善于思考和提问的学生，适当鼓励。实验完成后，教师对实验结果进行分析，学生可当堂或课后独立完成实验报告。教师通过系统训练，锻炼学生思考问题，解决问题的能力，同时对学生在课堂问答、课堂表现、实验操作等可给予加分奖励，加强对教学过程的监控。

5.虚拟仿真实验开展及考核

根据已经建设完善的实验资源，学生可自由选择实验模块，进行虚拟仿真实验学习，按网络课程要求完成虚拟仿真实验，并完成虚拟仿真测试及讨论模块。虚拟仿真实验过程中，学生遇到问题，可随时在学习通中与老师沟通交流。虚拟仿真实验可以采用直接上传实验成绩截图或者实验报告书的形成考核，学生完成实验后可随时上传，无需学习委员与老师之间纸质报告的频繁传递。教师也可随时在学习通平台查阅学生作业提交情况，并进行打分评阅，可迅速将评阅结果及存在问题反馈给学生。此部分在生化实验课程中为加分项目，按课程要求完成此部分实验的同学可获得课程加分。

三、构建过程性评价体系

实验课程中，线上及线下的过程性评价占实验课总成绩的70%。其中，学习通平台综合成绩占40%，包括课程视频的完成度、课前测试成绩、讨论区参与度和提交的预习作业等。实验参与度和科研素质（出勤率、问答参与度、操作规范表现及实验结束后卫生情况）评价占30%。课程实验报告占课程总成绩的30%。虚拟仿真实验部分可根据学生的学习情况，最高分满分可获加分5分。每次实验课结束及课程完成后，学生均可通过学习通讨论区及群聊区反馈实验操作问题，对课程的建议及收获等，方便教师了解学生的掌握程度和对教学效果的反馈，及时对授课方式作出适当调整。

以生物工程2020级1班学习过程统计数据（图1），大部分学生使用手机进行线上学习，所占比例为85.7%。所有学生均完成了在线视频学习，学生视频平均观看时常近100分钟。每次实验课前1-2天为学生的学习高峰期，每个实验学习次数最多可达200次，学生学习兴趣很强。96.67%的学生成绩在80分以上，与未采用线上线下学习的课堂相比，成绩提高明显。线上+线上混合式实验教学模式可弥补传统实验课只采用线下授课的不足，过程性评价体系更为完善评价学生学习的所有过程，替代传统评价仅仅考察实验报告成绩过于片面的现状。全方位评价考核，可明显提高学生兴趣，对实验的参与度和思考问题的能力，也明显提升了“生物化学实验”课堂的教学效果。通过课堂教学改革的探索，可形成更为完善的实验考核体系，使教师可随时接受学生的反馈信息，及时了解教学效果并改进。

图1 生物工程专业生化实验学习过程评价体系

结语

信息技术逐渐深入到传统的教学活动中，混合型教学、智慧教学等已经成为教学改革发展的主要方向。虽然全国不同层次高校开设生物化学实验的学情、实验方案和教学设计并不相同，但授课教师都在积极探索最为适合的、更好效果的生物化学实验教学方式，以不断提高生物化学实验教学的质量[8,9]。本文构建过程性评价教学模式，注重学生课前、课中和课后的全程参与，并借助学习通对各个环节进行量化考核，提高学生学习兴趣，调动学生学习积极性，达到提高教学效果的目的。