大學生物學實驗中翻轉課堂教學探析范文

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《阜陽師范學院學報》2016年第3期

摘要：

實驗教學在培養生物學專業人才方面起著重要的作用，但由于多方面的原因，傳統的實驗教學模式已跟不上生物學科發展和學生知識、能力需求。結合現代信息和通訊技術，將翻轉課堂教學模式應用于大學生物實驗教學能較好地解決這一問題。利用翻轉課堂教學模式，在課前、課中都能促進學生自主學習，提高課堂教學效率，更好培養學生能力。

關鍵詞：

生物學；實驗教學，翻轉課堂；能力培養

生物學是一門自然學科，是實驗性學科，實驗教學在生物學教學中占有重要的地位，學生通過學習，要求掌握“群體、個體、細胞以及分子等不同生物學層次的分析方法和實驗技術”。實驗教學可以培養學生的動手實踐和操作能力，培養學生的科學思維和分析能力，培養學生的創新精神。隨著生物學理論知識和生物技術的不斷發展，生物學實驗教學也需要不斷的發展，目前生物學實驗教學已經滯后于生物學科的發展，學生對生物學實驗教學的滿意度下降[1]。怎樣改進實驗教學內容和實驗教學手段，滿足學生日益增長的知識、能力需求是擺在每一個實驗教學人員面前的重要課題。隨著現代信息和通訊技術的發展，其參與教學的程度越來越深，促進了教育技術發展和教育新理念提出，帶來學習方式的變化、教學模式的革新[2]。其中以學生為中心的翻轉課堂教學模式就是近些年得到較多應用和發展的模式之一，該方法為生物學實驗教學改革帶來了契機。翻轉課堂的教學模式已經在國內外生物學理論教學中應用并取得了一定的效果，將翻轉課堂教學模式運用于生物學課程的實驗教學也有少量報道[3-5]。

1傳統實驗教學存在問題及原因

1.1存在問題

實驗內容陳舊、形式單一。實驗指導教師往往只選用自己使用多年的實驗教材，只開設自己熟悉的實驗，實驗內容更新較慢，實驗教學內容沒有隨生物科學的發展做相應的調整和改進，沒有與當地社會實際需要相結合。很多實驗教學內容仍然是在以往實驗條件比較簡陋情況下而開設的一些相對簡單的驗證性實驗，如多為生物體形態結構靜態的觀察實驗，缺乏綜合性、探究性、設計性的創新性實驗，不利于學生創新能力的培養。隨著實驗條件的改善，實驗內容也應隨著更新。雖然為了強調實驗教學的重要性，生物科學專業基礎課程和核心課程實驗教學部分都已經作為獨立的課程從理論課程教學中分離出來，但仍是單一課程、單一實驗課的模式。教師一般先講授理論知識，再進行相關實驗教學，將實驗教學作為驗證理論教學的一個附加部分。學生認為實驗教學就是上實驗課，實驗課就是儀器操作，采取“預習報告→課堂操作→實驗報告→教師批閱”這樣的“四段式”。即選取一本實驗教材，學生按照教材寫實驗預習報告，課堂上學生按照教材所列實驗步驟進行實驗，課后學生按照固定格式填寫實驗報告，教師收到的幾乎是寫的一模一樣的實驗報告，學生無法獲得教師有效的反饋意見。在整個實驗教學過程中，學生的獨立思考能力、分析能力得不到有效的鍛煉。雖然實驗課堂教學是以學生操作為主，但其教學模式本質仍是以教師為中心，學生一直處于被動接收、模仿操作的地位，主觀能動性很難在實驗教學過程中得到發揮，學生逐漸對實驗教學失去興趣。學生課前準備很不充分，課堂實驗容易出現問題，實驗結果也不一定正確呈現，失敗原因無法分析，達不到實驗教學的目的。

1.2問題的原因

近些年來，生物學理論研究發展迅速，新的生物技術和方法也層出不窮。生物學的發展從宏觀走向微觀，從單一走向綜合，生物學實驗也是向更微觀、更抽象、或者是更復雜、更大尺度發展，但現在的課堂實驗教學很難滿足這些實驗的客觀需求。原因也是多方面的，一些是生物學實驗本身特性決定的，如生物體其固有的生長發育規律使得其完整生命過程不能在實驗課時內完全呈現，生態學中大尺度空間實驗也無法在狹小的實驗室或校園內完成；有些實驗則不適合在本科教學中大規模開展，如分子生物學實驗，需要的耗材價格昂貴，所用的大型精密儀器操作復雜，導致實驗成本高，教學難度大；有的實驗具有較大的危險性，如要利用到放射性同位素、病毒等實驗材料等，對實驗室安全等級要求高。同時，阜陽師范學院這樣一類地方普通院校，在實驗教學師資、實驗室硬件以及實驗教學經費上與國家和省級重點高校相比還有很大的差距，雖然這些年實驗條件得到一定改善，但還達不到理想的要求，使得一些前沿的生物學實驗暫時還無法開展。除了這些客觀原因之外，有些教師思想因循守舊，主觀上不想改變自己熟悉的教學內容和教學方式也是原因之一。

2基于翻轉課堂的生物學實驗教學模式

2.1翻轉課堂教學模式

翻轉課堂，就是在網絡環境下，教師提供短的教學視頻（微課）為主的學習資源，學生在課前完成對教學視頻等資源的觀看、學習，并提交學習成果，師生在課堂上通過協作探究、交流互動等面對面地教學活動，完成知識的內化[6-7]。根據翻轉課堂的基本定義和實施要求，我們對大學生物學實驗教學模式進行重新設計，翻轉課堂教學模式中師生主要教學活動見表1。可以看出，和傳統實驗教學相比，翻轉課堂的教學模式增加了課前學生觀看微視頻資源、課前測驗和課后師生對實驗總體結果進行分析討論等環節；相反是減少了教師在課堂中對實驗原理、步驟進行講解和演示實驗環節，相應地增加了學生在課堂上的實際操作時間。在所設計的翻轉教學實驗教學模式中，以學生為中心、自我導向學習的特點也得到很好體現，在這一過程中，學生既有獨立學習（觀看視頻），也有合作學習（課堂討論），既有網絡線上學習（網絡交流），也有線下學習，滿足不同學生的學習需求和學習習慣。

2.2翻轉課堂教學模式優點

以往學生實驗前往往通過觀看教師演示實驗來掌握實驗操作過程，但演示效果的限制因素較多。如在學生數較多的情況下，不是每個學生每個實驗細節都能看清楚；演示實驗一般只做一遍，學生觀看一遍不一定能深刻記住；學生觀看演示實驗占用了較多課堂教學時間，使得學生實驗時間減少。教師錄制實驗教學視頻，將實驗操作過程、實驗中學生需要特別注意的問題和關鍵步驟呈現出來，學生在實驗前可以反復觀看直到真正掌握，和教師課堂演示實驗相比，具有更好的示范效果。學生的觀看都是在課前完成，不占用實際課堂教學時間，學生有更多的時間用來完成自己的實驗以及隨后的實驗結果分析、參與課堂討論，提高課堂教學的效率。在傳統教學中，教師一般也通過課堂提問的方式來考查學生實驗準備的情況，但此時學生已經進入實驗室，對于準備不充分或沒準備的學生教師也不可能讓其離開實驗室重新準備，最終只能是混在小組中濫竽充數，實驗效果可想而知。翻轉課堂教學模式則要求學生在看完教學視頻后進行相應的測試，測試成績作為平時成績的一部分，測試合格的學生才能進入實驗室，課前檢查具有可操作性，能有效保證學生課前必須做好實驗準備。實驗教學的目的不僅僅是讓學生掌握一些儀器操作知識和技能，更重要的是培養學生的獨立分析能力、思維能力以及創新能力等。在傳統教學中，由于時間、場地、經費等各方面的限制，實驗以驗證性實驗為主，學生實驗按部就班的進行，整個教學過程對學生思維能力、分析能力培養有限，更談不上創新了。在翻轉課堂教學模式下，學生對實驗原理、方法、操作步驟的學習在課堂之外進行，學生有較多的學習時間，學習時需要有自己獨立的思考，達到真正對實驗原理、方法的理解。在課堂教學中，教師引導學生進一步對實驗結果進行討論、分析，更加深了學生對該實驗的理解。在真正正確地理解基礎之上，鼓勵學生找出可能的實驗改進措施。在整個實驗教學過程中，包括課前和課中的，都需要學生主動的參與其中，真正以學生為中心，使學生能力得到培養。翻轉課堂的教學模式有利于實驗教學中引進新的實驗教學工具，如虛擬實驗室。虛擬實驗室的開發和應用，使得實驗課堂教學不再局限于固定的實驗室中，學生參與實驗教學的空間得到擴展。在虛擬實驗室內學生可以反復多次的進行練習操作，直到自己滿意為止，實驗操作的時間也不僅限于課堂教學時間內，學生參與實驗教學的時間得到延長。學生在虛擬的實驗環境中練習，不會增加實際的實驗藥品和儀器的損耗，降低了實驗教學成本[9]。總之，將翻轉課堂教學模式應用于實驗教學，有利于促進學生在課前對實驗的準備，因而減少課堂講解、準備的時間，將更多的時間用在實驗的真正操作和實驗結果的分析上，有利于學生能力的培養[8]。

2.3翻轉課堂實驗教學舉例

在《基礎生態學實驗》中，我們開設了“群落物種多樣性指數的測定”實驗項目，該實驗目的主要是掌握一些生物多樣性指數的計算方法。實驗類型設計為探究性實驗，基本要求是每3～4個同學一組，每組同學選擇一個水域，不同組選擇不同水域，然后對水域浮游動物群落進行采樣調查，根據調查結果計算生物多樣性指數。根據翻轉課堂的教學模式，課前制作了2個視頻，一個是浮游動物采樣方法，一個是生物多樣性指數計算方法以及怎樣利用EXCEL軟件對數據進行分析、計算，視頻上傳至學校網絡教學平臺。學生在課前通過觀看視頻熟悉實驗原理、實驗步驟以及多樣性指數計算方法。浮游動物樣品的野外采集、固定以及在實驗室內的濃縮也都在課前完成。在課內，學生主要完成樣品的分類鑒定、計數，在物種鑒定時教師可以幫助鑒定，然后學生根據所得到的數據計算均勻度、辛普森多樣性指數以及香農-威納生物多樣性指數。隨后根據不同組的計算結果，讓學生討論分析生物多樣性指數的大小與群落內物種數目多少以及均勻程度有沒有相關性，具有怎樣的相關性。通過討論，學生進一步明確利用生物多樣性指數來衡量群落復雜性的意義。

3翻轉課堂實施面臨的困難

翻轉課堂教學模式的實施，要求實驗教師做更多的準備工作。課前要求實驗教師充分利用網絡信息技術，包括視頻的制作、剪輯、上傳等。翻轉課堂的課堂教學是一個開放式的課堂，翻轉課堂的重點是在課堂教學中教師和學生之間面對面的交流活動，促進學生知識的內化，這些對實驗教師的專業素養和對課堂教學的駕馭能力提出了更高的要求。也就是說實驗教師要比傳統教學模式付出更多的勞動，如果在教學考核中這一部分勞動得不到體現，教師就會失去改進教學的動力。由于以教師為中心的傳統教學理念在我國影響深遠，教師已經習慣了站在講臺上以權威自居，學生也習慣了依靠教師來解決問題。在翻轉課堂教學模式中，學習則完全以學生為中心，要求學生養成良好的自學能力，獨立完成課前的學習。課堂教學中，主要依靠學生自己的思考、學生之間的討論來促進學生發現、理解和掌握新知識，教師起著協助、引導的作用，不是簡單的告訴學生是什么或為什么。即在課堂內外，都要求學生主動地學習、主動地思考，做不到這一點，就不是真正的翻轉課堂，教學效果就得不到真正的提高。教師和學生對新的學習方式、新的角色的適應都需要一個過程。由于實驗類型、目的的不同，翻轉課堂的實驗課內師生之間、學生之間交流互動形式也應不一致。將翻轉課堂應用于生物學實驗教學的研究還處在剛起步階段，驗證性實驗、設計性實驗以及綜合性實驗等不同類型實驗課內外教學活動怎樣設計，怎樣更有效的實施、更有效的實現以及其教學效果如何評價有待于進一步研究。《教育信息化十年發展規劃(2011-2020)》中要求“推動信息技術與高等教育深度融合，創新人才培養模式”，“培養學生自主學習”，“提高人才培養質量”。翻轉課堂的教學模式也許可為我國高等教育的實驗教學改革提供一個新的思路。

參考文獻：

[1]龔慧，徐超，黃九九.生物專業本科實驗教學狀況調查與分析[J].高校實驗室工作研究，2014（3）：88-90.

[4]唐文武，吳秀蘭.“翻轉課堂”在MOOC中的教學實踐——以“生物信息學”課程為例[J].肇慶學院學報，2015，36（2）：63-66.

[5]劉行海，買文麗，劉紅，等.翻轉課堂教學模式在醫學機能學實驗教學中的應用[J].四川生理科學雜志，2015，37（1）：45-46.

[7]張金磊，王穎，張寶輝.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志，2012，30（4）：46-51.

[8]杜坤，張彪，魏萬紅，等.生物學虛擬實驗室的構建及應用[J].實驗技術與管理，2015，32（9）：132-136.

[9]丁雪梅，張曉君，王鵬，等.翻轉課堂教學模式在大學實驗教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2015，34（6）：207-212.

作者:王魏根 崔亞東 偶春 蘭偉 單位:阜陽師范學院生物與食品工程學院