混合式教学模式在分子生物学实验教学中的应用探索

2024-10-23刘金丰萧允艺

中国教育技术装备 2024年19期

摘要 “互联网+教育”的发展为探索高校实验教学改革提供了机遇。传统的分子生物学实验教学模式已不能满足现代生物技术创新实践型人才培养需求。采用线上线下混合式教学模式，研究分析线上资源与分子生物学实验教学活动的契合点，优化实验教学目标，重构教学知识体系，以期高效培养生物技术创新型专业人才，为高校实验教学改革提供参考。

关键词混合式教学；实验教学；分子生物学实验；教学改革

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2024）19-00-04

0 引言

分子生物学实验是生物技术、生物工程、环境科学、食品科学与工程、农学、医学等众多本科专业的核心课程，也是掌握分子生物学实验技术和方法的主要实践环节，更是培养学生动手实践能力、创新思维、科学素养和良好道德品质的重要实践教学环节[1]。随着生物科学技术的发展，生物精密仪器的研发与应用以及工具酶类的创新，分子生物学实验技术不断迭代更新，分子生物学实验课程教学改革也站在新的历史起点。“知识、能力和素质”是全方位生物学人才培养的目标，也是生物学教学改革的前进方向，高素质生物学人才应该具备这三要素[2]。分子生物学实验课程教学在生物学高素质人才培养中发挥着重要的作用，也是更新教育理念、推进创新教育、探索培养创新人才的途径之一[3]。

传统分子生物学实验课程教学模式单调，学生依靠课堂的时间难以消化实验原理与掌握实验操作技能，处于被动的学习状态，缺乏自主的思考、分析、归纳和总结。

近年来，随着信息技术的快速发展，MOOC资源、电子图书和虚拟仿真平台等深受学生喜爱，实体课堂不再是学生获得知识的唯一途径[4]。线上教学已成为教学过程中不可或缺的一部分，线上线下混合式教学已逐步趋于常态化。如何将传统的实体课堂教学与在线教学有机融合，需要广大一线教师不断探索与实践。混合式教学改变了以教为主的传统教育模式，强调以学生为中心的教育理念，促进教学方法的更新和教学效果的改善。混合式教学模式能打破实验教学时空限制，带给学生不一样的学习

体验[5-6]。

1 混合式教学模式改革初探

1.1 修订教学目标

教学目标围绕“知识—能力—素质”三方面展开，参考教育部提出的“高校要全面梳理各门课程的教学内容，合理提升学业挑战度、拓展课程深度、增加课程难度，切实提高课程教学质量”的要求重新设定了知识目标、能力目标、素质目标（图1）。知识目标以线上学习为主，实践过程中培养能力目标，结合线上线下教学促成学生素质目标的达成。

1.2 重构教学内容

根据课程目标，重构分子生物学实验课程内容体系，按照由浅入深的原则设置基础技能型实验、虚拟仿真型实验、综合型实验和设计型实验等实验项目（图2）。基础技能型实验项目重点培养学生掌握基本实验技能，虚拟仿真型实验项目和综合型实验项目强调培养学生高阶性实验技能，设计型实验项目注重培养学生对知识的迁移和创新应用能力。

1.3 设计教学实施过程

根据布鲁姆认知发展目标，认知维度从低阶思维到高阶思维可划分为记忆、理解、应用、分析、评价和创造六个层次。线上线下混合式教学过程分浅层、深层两个维度展开，逐层递进设计学生活动和教师活动[7-9]。整个教学设计流程分为三个环节：课前引导学习、课中实践探索讨论、课后巩固与拓展（图3）。

1）课前引导学习，依据在线资源和预习任务，完成布鲁姆认知目标的初级层次（记忆、理解）。教师课前完成学生分组，通过超星泛雅教学平台推送任务学习清单和微课视频等，学生查看任务清单、在线自学、挖掘疑难问题、参与讨论区话题（由小组长组织完成）。另外对一些试剂仪器受限制、实验时间长和操作危险性高的实验，比如酵母双杂交、原位杂交、Southern Blot等分子杂交实验，利用线上虚拟仿真技术开展，既提高了实验教学的深度又增加了教学的广度。通过团队引领、任务驱动和目标问题导向，依托高等教育出版社出版云平台（ICC）和实验空间（iLab），学生课前掌握实验原理和虚拟仿真型实验项目。教师查看预习情况，有针对性地进行实体课堂教学。

2）课中实践探索讨论，线下开展小组合作实践学习，聚焦布鲁姆认知目标的初、高级层次（应用、分析和评价）。课中是实验教学过程中的最重要环节，基础技能型实验项目和综合型实验项目主要在线下实体课堂开展，以完成能力目标为主。基于学生课前自主预习，课堂上教师只需对实验内容进行简单介绍，针对实验关键步骤展开讲授。学生带着基础理论知识走进教室，在一定程度上提高了实验操作的效率。综合型实验项目让学生从试剂配制开始，了解实验试剂的理化性质，掌握各种试剂配制和各种容量器皿的使用注意事项，熟练掌握常规仪器设备的正确操作规程，如超净台、离心机、恒温金属浴等。同时，掌握实验生物安全常识、危化品的处理方法、废弃物的回收和处理方法，提升学生的安全防护意识和生态环保意识。能力目标和素质目标等体验式教学目标通过团队合作、实验探究、小组互评和案例研究等方式实现。

3）课后巩固与拓展，线上线下延伸学习，紧扣布鲁姆认知目标的高级层次（分析、评价和创造）。课后学习是课程教学的第二课堂，能够帮助学生夯实理论知识和操作技能，设计型实验项目主要在课后展开。教师推送与实验内容相关的热点研究，要求学生查阅相关资料设计实验，并在线完成电子版实验报告。课后作业设计一般难度较高，让学生在反思总结的过程中实现深层次学习。分子生物学实验的特点是内容抽象、操作微量且与社会需求联系紧密，借助分子生物学相关学习平台，深化理论知识和社会需求与应用的联系，注重知识的迁移和深化应用，在理解实验理论与操作技能优化的基础上提升学生的综合能力和高阶思维。

1.4 建构多元化、多维度的课程评价体系

分子生物学实验课程混合式教学模式将改变以实验结果与报告定乾坤的终结性评价体系。为了更加全面地评价学生在本课程中获得的综合实验能力和素养，理应建构多方位、多样化的评价体系，让课程评价更加合理和科学[10]。考核评价需要做到全面覆盖实验教学目标，实现线上与线下、理论与实践、过程与结果等层面的多元化考核。如表1所示，在教学过程中结合线上线下的评价标准，采用四个维度进行教学效果评价。

2 教学成效和反思

2.1 混合式教学模式实验教学成效

2.1.1 提高了学生实验操作的水平

与传统教学模式相比，2018—2020级生物工程和生物技术专业的学生在实验课中采用了线上线下混合式教学模式。大约240名学生在3个学期的实验课程中，通过课前登录虚拟实验平台，已经掌握了必要的实验技能。这种模式显著提高了学生的学习积极性，并且加快了各班级整体的实验操作完成速度。例如，“原核表达蛋白聚丙烯酰胺凝胶电泳检测”传统教学模式通常耗费6～7学时，而线上线下混合式教学模式仅需要4～5学时。可见，混合式教学模式在一定程度上能够提高学生实验操作的水平。

2.1.2 培养了学生的团队协作意识和创新精神

线上线下混合式教学模式下的实验课，以小组为单位完成课前预习、课中分工和课后问题研讨，同时协作完成关键实验过程视频录制。实验操作过程中所用到的恒温金属浴、琼脂糖凝胶电泳仪、低温高速离心机等仪器设备还需要共用，这就需要学生合理安排实验进度、团结协作，以提高课堂效率。在实验教学过程中，学生的责任感和团队协作能力得到显著提升。实验结束后教师还会布置一个延伸实验的设计型实验项目，提高学生的创新能力，为学生参加各类创新创业大赛提供新思路。

2.1.3 课堂教学更具针对性和及时性

混合式教学模式下，教师能第一时间获取学生信息，了解其学习状况，基于学生的实际情况及时调整教学方案。通过课前查看学生预习任务的完成度，明确实验重难点、易错点，使课堂教学选择性、针对性和有效性得到精准定位。课堂上实验小组拍摄视频上传至学习通平台，可以起到查漏补缺的作用。课后，教师通过仔细观察学生录制的实验操作视频，对小组成员实验操作需改进的细节进行批阅留言，学生能够及时发现自己的问题和不足并加以纠正。经过课前、课中和课后师生、生生之间的研讨与交流互动，在课堂教学中做到精准、及时地解决实验问题。

2.1.4 对学生的成绩考核更客观

传统的实验教学模式考核标准过于依赖实验报告，存在投机取巧的学生抄袭优秀学生的报告等问题。基于线上线下混合式教学模式下的实验考核体系，教师能真实、全方位地考查学生的学习进展。通过课前线上平台学习时长及测评结果掌握学生对实验知识的认知程度；通过查看小组录制的实验过程视频了解学生的实践操作水平；通过实验报告中的结果与分析明确学生对本实验的理解程度；通过课后延伸实验的设计水平评估学生的创新和应用

能力。

2.2 在实验教学中应用混合式教学模式的反思

2.2.1 合理安排线上学习资源以提升课前效率

首先，提升学习平台易用性，清晰易懂地划分在线学习板块，确保相关实验知识的针对性，进而保证学生便捷地获得所需实验资源。其次，提升学习资源类型丰富性，满足学生的个性化学习需求，教师适宜上传多元化的学习材料，如视频、图表、流程图等直观性学习资料和报告、论文等文本性学习资源。再次，还应有实际的前沿的或商品化的实例，激发学生的学习兴趣。最后，确保学习资料的多层次性和逻辑性，引导学生构建思维导图进行知识梳理和实验框架构建，推动学生深刻理解实验要点，有效把握知识的内在联系。

2.2.2 合理培育创新教学团队

三个臭皮匠顶个诸葛亮。线上线下混合式教学需要集思广益、攻坚克难，需建立长期合作的课程教学团队。因此，各校应该按照本校情况科学合理地建立教师教学改革激励机制，给予教学团队一定的资金支持，以资助和活跃教学教研活动。

3 结束语

随着互联网技术的发展和现代信息技术在教育中的应用，越来越多的应用型高校开始在实验教学中选用线上线下混合式教学模式。分子生物学实验经过混合式教学改革，重新设定高阶教学目标（知识目标、能力目标、素质目标），在课程内容中设置了基础技能型、虚拟仿真型、综合型、设计型实验项目，结合布鲁姆认知目标发展理论，从低到高、由浅到深开展教学，同时建构了多元化、多维度的课程评价体系。改革有效激发了学生探索生命科学的兴趣，培养了他们的科研思维和解决复杂问题的能力。

4 参考文献

[1] 尹燕霞，骆静，杨冬，等.生物化学与分子生物学综合实验课程的建设与实践[J].生物学通报，2020，55（7）：42-44.

[2] 钟丹，申晓冬，高敏，等.云班课在生物化学与分子生物学实验教学改革中的应用探索[J].生命的化学，2021，41（7）：1536-1541.

[3] 郭庆，海莺，赵中华，等.基于创新实践能力培养的实验教学考核模式改革探索[J].实验室研究与探索，2017，36（7）：175-177.

[4] 魏力军，钱宇，聂桓，等.多方位教学模式在植物生物学及实验教学中的探索[J].生物工程学报，2022，38（5）：2012-2018.

[5] 汤海峰，刘艳，闫国栋，等.开展线上线下混合式教学助推大型仪器面向本科生开放[J].实验技术与管理，2020，37（11）：174-177.

[6] 徐圆圆，曹蓓，曹旭.“课程思政”供给侧改革视域下高校实验室安全教育体系模式思考[J].实验室研究与探索，2021，40（11）：291-293，300.

[7] Amer A. Reflections on Bloom’s Revised Taxonomy[J].Electronic Journal of Research in Educational Psychology，2006，4（8）： 213-230.

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[9] 何欣忆，张小洪，罗仕建，等.基于SPOC的混合式翻转课堂模式探索[J].高等建筑教育，2019，28（3）：137-143.

[10] 宋欣.混合式学习在高校英语口语课程中的应用研究[J].长春大学学报，2019，29（12）：109-113.

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.19.0