混合式教学视域下环境工程微生物学实验课程探索与实践

2024-01-04张一婷梁雅洁

河北环境工程学院学报 2023年6期

张一婷,孙颖,晋利,梁雅洁

(河北环境工程学院,河北秦皇岛 066102)

1 课程教学现状

实验教学在高校人才培养过程中发挥着巩固学科知识、训练科研素养、培养理论联系实际能力的作用,通过实验训练提升学生的实践能力和创新能力[1]。现阶段很多实验课程受重视程度往往不如理论课程,教学方法单一,学生学习兴趣及积极性不高[2]。各高校都在探索改变实验课程教学模式,发挥实验课程育人作用的途径[3]。

通过分析河北环境工程学院环境工程专业实验课教学内容、教学方式及考核办法发现,大部分实验课程教学内容不够系统,多为基础性、验证性实验[4]；教学方法多数采用教师课前讲解实验步骤,学生机械的按照步骤进行操作；实验考核评价基本以实验报告成绩为主[5]。由此造成了学生对实验中关键问题不进行深入思考研究,部分学生不进行实验操作,直接撰写甚至抄袭实验报告的现象[6]。这种以教师为中心的教学方法以及简单、片面的考核方式,无法有效调动学生学习的积极性,难以发挥实验课提高学生动手能力的作用,更无法评价学生是否完成了课程目标。

2 多举措探索实验课程教学模式改革与创新

为了解决实验教学中存在的问题,环境工程微生物学实验课程建立了线上线下混合式教学模式,改变了原有实验课堂的教学模式,开展了以学生为中心,课前、课中、课后借助信息化手段,利用多种方式与学生进行互动,尤其是课堂教学中采用翻转课堂、PBL 分组任务、课堂辩论等方式进行深入互动,通过不同环节的过程性考核引导学生深度参与课堂,同时注重在教学中思政元素的融入,提升实验课程的育人效果。

2.1 重构教学内容,建设混合式课程

将原有碎片化、无关联的基础性实验进行了筛选,将训练基本操作技能的实验项目保留,增加了综合运用基础实验操作技能和理论知识以解决实际问题的综合实验,以及进一步提升综合素质的拓展实验。利用线上课程平台课程资源解决了原有实验课堂中教师讲解演示不充分,学生预习机械抄写操作步骤的难题。同时,充分利用线上平台随时交流互动,进行课前、课中、课后的全过程指导。

2.1.1 建立线上课程资源

为解决微生物个体微小的问题,实验课程单纯讲解过于抽象的难点,利用超星学习通平台,建设多样化的线上课程资源,主要包括实验操作视频,课前、课中、课后习题库、课前实验任务、实验评价量表、虚拟仿真实验等。其中实验操作视频是基于学校实验室环境及仪器设备,由团队教师分工合作完成录制、剪辑以及讲解,便于学生进入实验室后迅速熟悉实验设备,尽快开展操作。

2.1.2 构建三级递进式教学体系

对原有验证性、基础性为主的实验内容进行筛选,将实验内容对照课程培养目标进行重构,形成了基础实验—综合实验—拓展实验三级递进式的实验教学体系,如图1 所示。

图1 三级递进式实验教学体系

基础实验资源主要包括实验操作视频、虚拟仿真实验以及预习闯关习题,突出了实验操作时容易出现问题的环节,学生课前线上预习对实验关键要素建立初步认识,有助于课中线下实验过程中对关键步骤的把握,熟练掌握操作技能。

综合实验则是根据工作中的实际场景,设置不同的任务,学生在课前需要根据任务自主查阅相关资料,小组合作来完成实验方案的设计,课前提交线上平台,由教师审核方案的合理性。课堂上教师引导学生共同优化实验方案,小组成员合作,按照优化后的实验方案独立完成综合实验。

拓展实验主要依靠学生线上学习,引入中国大学生慕课的优质课程,虚拟仿真实验资源等,学生通过拓展实验能够学习学科前沿技术和实验室不具备实验条件的实验项目,突破了实验室的硬件限制,扩大了教学范围。

2.1.3 线上有效指导

为解决实验预习不充分、思考不深入的问题,建立学生在线与教师进行交流讨论的渠道。师生随时可以开展在线交流讨论,通过教师发布讨论主题,引导学生共同参与讨论,学生也可以点对点与教师进行个体讨论。另外,教师针对学生提交的实验方案、实验结果、实验报告等任务完成情况,随时进行点评和反馈,对于不合格的任务直接退回并给出修改意见,帮助学生更好地完成学习任务。教师通过认真分析学生线上交流反馈信息,能够及时掌握学生的学习情况及需求,并对共性以及个性问题提供有效的指导。

2.2 互融互动型的教学方式的实施

教师在进行课程设计的过程中需要充分考虑以学生为中心,通过课前、课中、课后的不同教学环节课程内容和教学活动的设计,培养学生利用知识解决实际问题的能力、团队协作精神、科研思维以及创新能力。

2.2.1 课前师生线上指导交流

学生课前需要根据老师布置的任务,线上自主进行学习,在完成课前任务的同时将知识和技能内化于心,才能在课堂中将自己完成的任务讲明白并应对其他同学的提问。对于基础实验,学生需要完成预习测试,测试合格后才能进入到线下课堂教学中；如果未能通过测试,则需要反复学习通过测试,教师根据学生课前测试情况,有针对性地开展指导。对于综合实验,教师需对小组实验方案的合理性、可行性进行初步审核指导,方案基本合格后才能进入线下实验方案讲解及讨论环节。

2.2.2 课中线下学生主导,教师引导

线下教学过程中,充分利用教学平台中分组任务、随机选人、结果投屏分享、课堂讨论等现代化信息手段,采取了翻转课堂、PBL 小组任务、小组辩论等教学模式,让学生能够深度参与各项教学活动。

以综合实验课堂教学过程为例,课堂中首先随机选人代表本组进行实验方案分享,这样团队成员会互相帮助让每一位学生都能将课前知识内化。方案讲解完成后,其他组同学会进行提问,本组成员进行解答,在讲解—提问—回答中锻炼学生的团队协作能力和解决实际问题的能力。随后由教师引导学生深入研究实验方案,完成实验方案的整合—优化—细化。在后续实验过程中各组及时展示及分享实验结果,共同进行结果讨论和分析,教师根据课中出现的问题,随时发布课堂测验检验学生的掌握情况,及时调整教学方案；组间成员根据课前发布的评价量表进行评价。

2.3 评价量表为引领实施全过程考核

教师在设计课程考核环节时,利用评价量表作为评价工具,将过程性评价、表现性评价与终结性评价相结合,“自评—互评—师评”相结合,充分发挥学生评价主体性,通过师评发挥评价引导作用。

根据每个项目的目标确定评价任务和评价要素,列出每个评价要素需要满足的标准和分值,制作评价量表。要求学生结合评价量表进行线上课前预习,明确实验的任务与要求,在实验过程中和实验后,学生进行互评和自评,教师结合课堂表现完成评价,课程评价考核体系如图2 所示。

图2 课程评价考核

基础实验考核学生基础操作目标的完成情况,必须由学生独立完成。学生课前结合评价量表,线上反复观看操作视频,分析探究基础实验的关键点,完成课前测试。实验过程中组内根据评价量表进行互评,基础实验评价量表主要注重对学生规范操作能力的考查,课后学生根据自我表现进行自评,教师根据学生的课堂表现和实验报告给出评分。

综合实验重点考核学生动手实践能力、分析问题解决问题能力和团队协作能力,重点考察方案的设计及实验结果与分析等要素。综合实验采用PBL 教学模式,以4 ～5 人为一组协作完成,课前根据线上分组任务提交实验方案,完成线上测试,线下教师引导小组通过讨论、分组任务、抢答等多种方式进行学习,促使小组合作完成实验方案优化、实验操作、结果分析,组间根据评价量表进行评价。综合实验的评价量表主要考察学生综合运用知识解决实际问题的能力,课后以小组为单位提交实验报告,进行线上自评,教师根据小组线上提交材料和课堂表现进行评价。

拓展实验则根据不同的项目,要求学生在学习线上资源的同时,自主查阅相关资料,尤其是学科前沿知识,形成学习报告上传至平台,同时完成课后测试。

3 课程改革实践与成效分析

3.1 持续进行实验课程的改革与探索

为了更好地发挥实验教学的作用,课程进行了持续的教学改革,已经进行了三次迭代。首次改革是探索线上实验操作视频对学生实验成绩的促进作用,在线上平台上传了17 个实验操作视频,共计113.3 min。将两个平行班中一班学生加入线上平台,发现实验视频的观看对学生掌握操作技能有一定帮助,但进一步分析视频观看时长,发现学生积极性不高:31 名同学中,35.5%的学生视频学习进度不足60%,45.2%的同学视频学习进度在60%～90%之间,只有19.4%的同学能达到90%以上。分析两个班的8 次实验成绩可以看出,一班部分同学进行了线上视频学习,有5 个实验平均分高于二班,二班同学虽然没有进行线上视频的提前学习,但有三次成绩略高于一班,两个班的平均分相差不到1 分,可以看出,线上自主进行视频学习对实验能力的提升作用不明显,成绩对比如图3 所示。

图3 平行班实验成绩对比

为了引导学生利用线上资源提高实验操作水平,第二次加入了过程性考核内容,将线上学习时长记入实验成绩,让学生在课堂中进行实验演示,提高学生学习的积极性。通过分析观看视频时间和次数与实验成绩和操作规范程度的关系,分析学生观看时长和实验成绩关系,发现观看操作视频时间和次数多的学生实验成绩明显高于观看时间和次数少的学生,对操作关键技术把握更加清楚,但是部分学生对实验课的重视程度依然不高,思考不够深入,分析结果如图4 所示。

图4 观看视频时长与实验成绩关系

第三次改革将实验内容分成了基础实验、综合实验和拓展实验三类,并针对不同类别设置了相应的线上线下学习内容和活动,引入对应课程目标的全过程评价方式,学生课前、课中、课后都可以通过参与教师设计的翻转课堂、PBL 小组任务、小组辩论等活动获得分数,尤其是综合实验中组间的方案讨论、实验方案优化提升、实验结果的分析辩论更有助于学生达到高阶目标。通过对学生的学习数据及问卷调查结果分析发现,学生对教师和课程的认可度大大提升,绝大多数同学认为课堂氛围活跃,综合实验对能力的提升帮助很大,自我评价满意。

3.2 课程改革成果及应用

通过实验课的改革建设,学生自主学习的积极性、分析与解决实际问题的能力和创新能力都有了显著的提高。环境工程微生物学实验课程成为河北环境工程学院首批立项建设的线上线下混合式金课,也是河北省高等教育教学改革研究与实践的建设项目。

该实验教学模式改革与创新成果,获得了河北省首届教师教学创新大赛副高组二等奖。此外,为了提升学生解决实际问题的能力,团队教师积极加强与企业合作,与企业共同开发和建设线上教学资源,“学科基础课信息化教学资源库建设研究——以微生物实验为例”课题,通过教育部协同育人项目的立项。

校内其他专业微生物实验课程已经逐步采用本实验教学模式,翻转课堂等深入互动的实验课堂教学模式在多门课程的实验教学中推广使用,并深受学生的认可。依托该教学模式建设的线上线下混合式课程资源被超星集团推荐为示范教学包。截止到2023 年5 月,超星学习通示范教学包引用详情数据显示,该课程已被39 所学校50 名教师所引入,起到了一定的示范作用。