翻转课堂在“生物化学实验”教学中的实践与探索

朱 淼，王绪英

（六盘水师范学院生物科学与技术学院，贵州 六盘水 553001）

“生物化学”是生物学相关专业的一门重要理论基础课程，知识面广而杂，零散而完整，深奥而抽象，其对应的实验课程是“生物化学”理论教学的重要组成部分，具有较强的专业性、理论性和应用性，可有效塑造学生的探究能力和创新思维，有利于对理论知识的理解和巩固，是实现生物学相关专业学生育人目标不可或缺的重要环节[1-2]，也是激发学生创造性思维，提升其分析解决问题能力的重要手段[3]。然而，传统的“填鸭式”教学模式无法全面有效地激发学生的主动性和探索精神，学生依赖性较强，无法保证“生物化学实验”课程育人目标的顺利实现[4]，故如何规避传统“生物化学实验”教学过程中存在的弊端，改善教学方法，已成为任课教师不断探索的重要课题之一。

翻转课堂又称“颠倒课堂”[5]，其最早起源于美国，近年来迅速成为我国教学模式研究热点之一[6]，其核心理念是将传统授课过程进行重构，使学生成为课前、课中和课后学习全过程的主体，促使学生由低阶向高阶不断提升[7]。翻转课堂的特点是以信息技术为载体实现学生动态和交互的学习环境，将集体授课的方式转换为小组学习或个人学习的方式，从而培养学生的主动性和创造力[8]。教师由知识灌输者和课堂主宰者转变为学生学习的引导者和促进者[9]，而学生由被动接受者转变为主动学习探究者[10]。

为改善学校“生物化学实验”课程的授课方式，提升学生的实践能力，根据我国建设高水平本科高校的要求，课题组成员对“生物化学实验”课程的传统教学模式进行改革摸索。将小组学习式翻转课堂的教学模式应用于“生物化学实验”授课过程，并以学生成绩（直接考核） 和问卷调查（间接考核）的方式测评教学效果，试图探究更适合“生物化学实验”课程的有效教学途径，以期能为学校实践教学课程改革方式提供新思路。

1 当前“生物化学实验”教学现状

1.1 教学模式陈旧，学生主动性差

“生物化学实验”一般以传统授课方式为主，教学模式新颖性不足，实验课程常以教师讲解实验目的、原理、操作步骤及结果等形式为主，而学生只需要按照教师讲授的固定步骤进行重复操作即可，整个过程不需要独立思考和分析，重理论轻实践，缺乏合理课业安排，这种“以教师讲解为中心”的传统教学方法容易导致学生参与实验积极性不高，缺乏创新性，思维易出现固定化和简单化，不能充分挖掘和训练学生分析和解决问题的潜力，无法全面考核学生自身的学习层次，不利于激发学生的探索性，学生也无法灵活地将所学知识运用到实际应用当中，在一定程度上扼杀了学生的发展潜能，故传统教学模式难以较好地完成“生物化学实验”课程的教学目标。此外，课前预习是实验教学顺利实施的重要环节，但传统教学方式往往让学生感觉预习报告是增加学业负担，学生常以照抄书本的方式应付教师，导致对实验课程的学习兴趣不高，重视性不够，预习效果较差，从而造成学生缺乏对课程理论知识的储备[11]。

1.2 课堂效率较低，知识讲解有限

传统“生物化学实验”的“教”和“学”仅限于在时间有限的课堂完成，学生对知识的吸收程度不统一，学习能力存在差异，而教师和学生间往往缺乏反馈通道，部分学生对书本知识理解不够透彻，教师容易忽视学生间的个体差异性，其不利于提升“生物化学实验”课堂有效教学效率[12]。此外，教学资源有限，实验条件无法满足学生对多元化培养的需要，教师知识储备量需要不断扩增，授课内容的深度和内涵有待提升，学生对教师依赖性较强，且仅靠学习书本的方式导致资源获取形式单一，知识面狭窄，不利于对所学知识进行融会贯通，促使部分学生仅知其然而不知其所以然，无法内化知识点之间的联系，更缺乏对实际问题解决和应变能力，极大削弱了学生对“生物化学实验”课程的热情，降低实验教学质量，进而与生物学相关专业的人才培养目标相脱节。

1.3 考核方式单一，缺乏科学性

传统“生物化学实验”对学生考核方式侧重于实验报告的评价，导致部分学生将重点主要放在如何完成一份漂亮的实验报告上，这种评价方式存在一定的局限性和片面性，教师无法全面掌握每个学生的实际掌握情况，以至于出现部分认真负责的学生成绩偏低，而另一部分应付实验、“借鉴”他人实验报告的学生却可以获得高分的现象[13]，该评价方式不利于促进学生实践能力和创新能力的培养，无法激发学生对“生物化学实验”课程的兴趣和主动性，更无法全面体现学生的实验素养和科学能力。

2 基于翻转课堂教学模式设计“生物化学实验”课程

2.1 研究对象和内容

翻转课堂的教学模式有利于提升学生学习自主性和课堂教学效果[14]，有望成为“生物化学实验”教学改革的一种新思路。在该教学模式下，以六盘水师范学院生物科学专业56 名学生为研究对象，按学校教务系统上课分班情况，将该班学生分成2 组进行授课，分别为实验组（27 人） 和对照组（29 人），选择其中开设的一次实验课“小麦萌发前后淀粉酶活力的比较”（6 学时） 作为此次实验授课内容构建翻转课堂。课程分值设置如下，实验操作（40 分）、实验结果（60 分），满分100 分。

2.2 研究方法

将实验组的“生物化学实验”授课内容分为3 个主要阶段，即课前知识传递、课堂知识内化和课后总结提升。

2.2.1 课前知识传递，合作探究

实验课前1 周向实验组学生推送“小麦萌发前后淀粉酶活力的比较”实验相关内容、仪器使用规范等网络预习资料，学生需按照分组情况（3~5 人/组） 进行组内讨论，通过查阅资料对实验方案进行整理，并用于下次课堂汇报和探讨，期间教师通过QQ 群等网络通讯工具了解学生学习情况，该阶段主要训练学生的自主学习能力和团队协作能力。

2.2.2 课堂讨论释疑，知识内化

教师首先对学生课前预习情况进行了解，及时对学生的实验方案进行点评，并针对其中存在不合理或有误的地方给予合理指导，同时对学生反馈相关问题进行答疑解惑。其次，通过“提问”的方式考核学生预习效果，具体问题如：标准品配制需要注意哪些，如何解决淀粉不易溶解问题，配制的试剂保存问题（3,5 -二硝基水杨酸需要放入棕色瓶保存），小麦研磨过程为什么要加入氯化钠溶液，稀释后的酶提取液总体积如何计算，酶反应后为什么要放入沸水浴中，如何计算萌发与未萌发种子中的淀粉酶总活力单位、实验过程要注意哪些等，以此强化学生对实验原理和操作重点的理解。教师需要在学生实验过程进行巡视，及时纠正不规范操作，督促良好实验素养的形成。学生要对每一步的实验现象进行准确记录，并对实验结果进行分析与讨论，这些将有助于教师掌握学生对实验理论的理解程度。通过以上教学方式可提升学生对知识内化，达到“知其然，知其所以然”的效果。

2.2.3 课后总结提升

该阶段主要是对课前知识传递和课堂知识内化过程进行反思总结，教师通过对授课学生发放问卷的方式间接了解学生对翻转课堂应用于“生物化学实验”课程的真实想法，有助于教师进行教学反思，不断改进教学方式，调查问卷主要包括以下几点：学生对教学的满意度，是否提高团队协作能力、提升科研意识、拓展知识面、促进分析和解决问题的能力等方面，以及对该教学方式的意见和建议，该过程有利于完善“生物化学实验”教学评价体系。

翻转课堂教学模式与传统教学模式过程中学生和教师的主要行为比较见表1。

表1 翻转课堂教学模式与传统教学模式过程中学生和教师的主要行为比较

2.3 统计处理

研究采用SPSS Statistics 17.0 软件对实验组和对照组的实验成绩进行独立样本均值T 检验，并以均数±标准差的形式统计各组得分，p＜0.05 表明2 组数据间具有显著差异。

3 实施效果评估

实验结束后，采用实验考核成绩和问卷调查2种方式对翻转课堂教学效果进行评价，具体如下：

3.1 “生物化学实验”考核成绩分析

学习成绩是对教学效果最直接的评价依据，2 组学生实验考核方式相同，成绩以百分制计算，实验组学生成绩主要集中在80 分附近，且有1 个小组（由4 名学生组成） 的成绩在90 分以上，对照组学生成绩主要集中在77 分附近，且没有90 分以上的学生。2 组学生成绩具体比较结果详见表2，从分析结果来看，实验组学生的平均实验成绩显著高于对照组（p＜0.05），表明相对于传统的教学方法，将翻转课堂的教学模式应用于“生物化学实验”课程，有利于提升学生考核成绩，取得更好的教学效果。

表2 实验组和对照组成绩考核比较

实验组和对照组学生成绩分布情况见图1。

图1 实验组和对照组学生成绩分布情况

实验组和对照组实验成绩考核比较见表2。

3.2 “生物化学实验”问卷调查结果分析

为多方面了解此次教学效果，针对实验组学生采用不记名方式问卷调查，该问卷主要考核学生对教学满意度、团队协作能力、科研意识、知识面拓展，以及分析和解决问题的能力等方面，同时在问卷最后留出一栏空白处，并请实验组学生提出宝贵的意见和建议，以便后续改进。

实验组27 名学生的问卷调查情况见表3。

表3 实验组27 名学生的问卷调查情况 / %

在调查的27 人中，有96.30%的学生对翻转课堂的教学模式表示满意，所有实验组学生均认为翻转课堂结合小组合作的教学方法可以提高团队协作能力，有96.30%的学生认为有助于提升科研意识，并能拓展知识面，有92.59%的学生认为促进了分析和解决问题的能力。这些调查数据表明，大部分学生认可翻转课堂教学模式在“生物化学实验”教学中应用，其有助于培养学生的团队协作能力、科研意识，以及分析和解决问题的能力。

通过对学生填写的意见和建议进行词云统计，27 名学生中，有23 名学生填写了该项调查（有4 名学生未填写或填写“无”），频率越高，字体越大。图中“时间”二字字体最大，表明该词在问卷的“意见和建议”一栏出现频率最高，其次，图中“能力”“负担”“希望”“提升”及“理解”等词也相对较为明显。这些意见主要体现为：部分学生认为翻转课堂的教学模式需要花费大量课余时间，增加学习负担，但同时他们也认同这种模式提升了他们对相关知识的理解和掌握，促进学习自主力的形成，该教学方式有利于全面提高学生的综合素养。

实验组学生“意见和建议”的词云统计图见图2。

图2 实验组学生“意见和建议”的词云统计图

4 讨论

翻转课堂是目前较为热门的教学方法之一，是一种能将传统教学与网络资源有效结合的新型混合教学模式。其主要的核心理念是以学生为中心，将传统的“教师讲授，学生听讲”的教学模式进行翻转安排，在授课过程中转换教师和学生的角色，变为“教师主导，学生主体”的授课方式[15]。这种授课模式的优点是能够有效提升学生主动学习的热情与动力，学生是在自己对授课内容进行吸收理解的基础上，将知识再释放出来，这种方式极大地促进学生的学习效果。此外，学生可以通过自学教师准备的学习材料，为课堂教学创造更多的空余时间[16]，这些时间对于学生的深入学习极为宝贵。学生可以利用这些时间针对自己在自学过程中出现的问题向教师请教，或者与教师对学习过程中的所思、所想及所感进行深入交流，不仅能够利于学生对于知识的获取，同时还提升了学生的学习体验。因此，对于一门课程而言，翻转课堂的运用理论上能够在一定程度上提升教学效果。然而目前对于翻转课堂在地方应用型本科院校所开设的“生物化学实验”课程中的应用研究相对较少。以六盘水师范学院所开设的“生物化学实验”课程为研究对象，通过课前为实验组学生提供相关学习资料的方式设计倒置式学习模式，以分析翻转课堂应用于本科地方应用型大学的“生物化学实验”课程对生物科学相关专业学生教学效果的影响。

此次课程研究结束后，及时对教学效果进行总结分析，不断改进“生物化学实验”课程教学模式，制定长效评价机制，形成完善的授课体系[17]。通过实验发现翻转课堂的应用能够在一定程度上提升“生物化学实验”课程的教学效果，具体体现为2 个方面：在学习成绩方面来看，实验组学生的成绩显著高于对照组；从学生评价方面来看，此次研究的评价结果与杨滢和吴明彩等人[18-19]报道的相关研究结果相近，即学生均对翻转课堂应用于“生物化学实验”教学方式给予了较高的评价，认为其有利于提升自身分析和解决问题的能力。基于此次研究结果，将翻转课堂的的优势和不足进行了整理，以便后续开展相关研究时可以综合考虑，扬长避短。

4.1 翻转课堂应用于“生物化学实验”课程的优势

第一，翻转课堂有利于优质教育资源共享。传统教学模式下，学生获取知识的途径相对单一，通常仅为“一名教师+ 一本书”，而翻转课堂教学方式能够促进课堂教学与网络教学资源的整合，丰富教学资源，拓宽学生知识面，加深学生对实验原理和操作技能深层次掌握，有助于顺应时代发展需要，促进优秀经验的借鉴与交流，打破地域壁垒的局限性，为学生创造更多的学习机会，最大限度满足了学生对知识需求，真正意义上对实现教育均衡发展起到积极作用[20-23]。

第二，翻转课堂教学模式较为灵活。学生因基础不同产生学习差异，基础相对薄弱的学生需要更多的时间和努力才能消除差距，该教学方式有利于兼顾学生间学习能力差异，认为学习内容有难度的学生可以放慢速度或反复观看，学生可以根据自己的实际情况调整学习进度和节奏，翻转课堂教学模式有利于学习方式向科学化方向发展，学生可以根据自身需求合理安排学习时间，避免了传统教学模式“一刀切”的弊端[24]。

第三，翻转课堂提升了教学效果。通过比较分析两组实验成绩发现，实验组成绩显著高于对照组，其可能是由于翻转课堂的教学模式促使学生在课前完成合作探究，利用自主学习内驱力提升学习效果，再通过课堂讨论、教师释疑和查缺补漏，进而促使知识点达到升华。这种教学模式为学生与学生、学生与教师之间提供更多的交流机会，强化了学习深度，其有助于改善传统的教学效果，并能在一定程度上弥补传统教学方式的不足[25-26]。

第四，翻转课堂有利于提高学生综合能力。随着社会不断发展，对高素质综合型人才的需求越来越高，翻转课堂不是放任课堂不管，而是以一种新的授课方式更合理安排课堂时间，充分发挥学生自主能动性，通过对实验组学生问卷调查结果可以看出，有96.30%对该教学模式表达了认同，可能因为该教学方法可以提高团队协作能力、提升科研意识、拓展知识面，同时促进分析和解决问题的能力，进而激发学生的积极性和求知欲，使学生由原来的被动学习转变为主动探索，其有利于培养学生的可持续学习能力，为学生的职业发展奠定基础，是顺应社会发展的迫切需求，这也正是教学改革意义的客观体现[27-28]。

尽管翻转课堂教学模式应用于“生物化学实验”有多种优点，但通过对学生问卷调查整理结果发现，该教学模式同时也存在一些不足之处。

4.2 翻转课堂应用于“生物化学实验”不足

第一，翻转课堂教学模式占用学生课余时间较多。对23 名学生提出的意见和建议整理发现，有9 名学生给予了积极肯定，但有7 名学生提到了时间问题，有3 名学生认为该教学方式让他们感觉是种负担，有1 名学生认为自学材料存在难度，此外还有部分学生希望教师能够多提供一些相关资料，以及指导和归纳总结，不难看出，鉴于翻转课堂教学模式需要花费学生的课余时间，而考虑到学生时间精力的有限性，其不适于多门课程同时采用翻转课堂[29]。

第二，相对于传统教学方法，翻转课堂需要教师投入一定的时间和精力。任课教师需要紧跟时代的潮流，充分整合网络资源，提升信息素养和教学水平，不断摸索翻转课堂的设计模式，同时还要不断提升自身的综合能力，发挥好引导者的作用，优化教学流程，有效引导课堂讨论，开拓学生思路，突出授课重点，并能及时反思总结。同时，教师为学生准备学习资料时，要着重考虑课程知识点的难易程度和学生的理解能力，对于难度较大的知识点，学生不易理解，其不但会导致占用学生过多课余时间，更重要的是，达不到预期的教学效果，但如果授课知识点过于简单，又无法体现翻转课堂的优势，另外教师提供的学习资料质量也需要不断更新、精炼和完善[30-32]。

第三，翻转课堂教学模式不适用于学习欠主动学生。学习动机是教学过程的重要保证，学习主动性是指学生可不依赖于教师“灌输”而能主动获取知识养分的过程，而翻转课堂得以顺利实施的前提，就要求学生具备一定的自主学习能力，因此，该教学模式不适用于学习主动性较差的学生，教师则需要平衡好对学生“管”与“放”二者之间的关系，把握好引导和监督尺度[33-34]。

第四，翻转课堂教学模式不如传统课堂授课方式直观，不利于学生对完整知识体系的构建。如果将“生物化学实验”所有授课内容均采用翻转课堂教学模式，其实施难度较大，造成学生负担较重，同时也极容易导致学生知识点记忆琐碎，这也是造成翻转课堂无法完全取代传统教学模式的重要原因之一[35]。

此外，基于学校“生物化学实验”课程的现实教学情况，同时考虑到课时及学生课业负担等多种因素，此次研究仅采用“小麦萌发前后淀粉酶活力的比较”一次实验课内容做分析，且参与研究的学生样本量相对较少，故研究结果存在一定的局限性，未来还需要大量研究数据进一步探究和推广。

5 结论

综上所述，相对于传统教学方法，翻转课堂的教学模式优缺点兼具，此次研究将翻转课堂的教学模式应用于“生物化学实验”教学，印证了该教学模式的可操作性。在“生物化学实验”教学中适当地采用翻转课堂的教学模式，有利于提高教学效果，突破传统教学限制，充分发挥学生主体地位，促进自主学习能力和创新型人才的培养，切实提升了“生物化学实验”的教学质量。然而，翻转课堂作为一种良好教学模式的传播，还存在一定的不足，但这并不影响其先进性这一事实，教学方法不断发展的历程中，没有一种模式是可以直接生搬硬套的，而是需要大量研究人员的不断探索和改善，效果上才能达到有效的应用和迁移，相信该研究结果将为其他实验教学课程的改革提供实践经验和依据。