大学生物学实验中翻转课堂教学探析范文

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《阜阳师范学院学报》2016年第3期

摘要：

实验教学在培养生物学专业人才方面起着重要的作用，但由于多方面的原因，传统的实验教学模式已跟不上生物学科发展和学生知识、能力需求。结合现代信息和通讯技术，将翻转课堂教学模式应用于大学生物实验教学能较好地解决这一问题。利用翻转课堂教学模式，在课前、课中都能促进学生自主学习，提高课堂教学效率，更好培养学生能力。

关键词：

生物学；实验教学，翻转课堂；能力培养

生物学是一门自然学科，是实验性学科，实验教学在生物学教学中占有重要的地位，学生通过学习，要求掌握“群体、个体、细胞以及分子等不同生物学层次的分析方法和实验技术”。实验教学可以培养学生的动手实践和操作能力，培养学生的科学思维和分析能力，培养学生的创新精神。随着生物学理论知识和生物技术的不断发展，生物学实验教学也需要不断的发展，目前生物学实验教学已经滞后于生物学科的发展，学生对生物学实验教学的满意度下降[1]。怎样改进实验教学内容和实验教学手段，满足学生日益增长的知识、能力需求是摆在每一个实验教学人员面前的重要课题。随着现代信息和通讯技术的发展，其参与教学的程度越来越深，促进了教育技术发展和教育新理念提出，带来学习方式的变化、教学模式的革新[2]。其中以学生为中心的翻转课堂教学模式就是近些年得到较多应用和发展的模式之一，该方法为生物学实验教学改革带来了契机。翻转课堂的教学模式已经在国内外生物学理论教学中应用并取得了一定的效果，将翻转课堂教学模式运用于生物学课程的实验教学也有少量报道[3-5]。

1传统实验教学存在问题及原因

1.1存在问题

实验内容陈旧、形式单一。实验指导教师往往只选用自己使用多年的实验教材，只开设自己熟悉的实验，实验内容更新较慢，实验教学内容没有随生物科学的发展做相应的调整和改进，没有与当地社会实际需要相结合。很多实验教学内容仍然是在以往实验条件比较简陋情况下而开设的一些相对简单的验证性实验，如多为生物体形态结构静态的观察实验，缺乏综合性、探究性、设计性的创新性实验，不利于学生创新能力的培养。随着实验条件的改善，实验内容也应随着更新。虽然为了强调实验教学的重要性，生物科学专业基础课程和核心课程实验教学部分都已经作为独立的课程从理论课程教学中分离出来，但仍是单一课程、单一实验课的模式。教师一般先讲授理论知识，再进行相关实验教学，将实验教学作为验证理论教学的一个附加部分。学生认为实验教学就是上实验课，实验课就是仪器操作，采取“预习报告→课堂操作→实验报告→教师批阅”这样的“四段式”。即选取一本实验教材，学生按照教材写实验预习报告，课堂上学生按照教材所列实验步骤进行实验，课后学生按照固定格式填写实验报告，教师收到的几乎是写的一模一样的实验报告，学生无法获得教师有效的反馈意见。在整个实验教学过程中，学生的独立思考能力、分析能力得不到有效的锻炼。虽然实验课堂教学是以学生操作为主，但其教学模式本质仍是以教师为中心，学生一直处于被动接收、模仿操作的地位，主观能动性很难在实验教学过程中得到发挥，学生逐渐对实验教学失去兴趣。学生课前准备很不充分，课堂实验容易出现问题，实验结果也不一定正确呈现，失败原因无法分析，达不到实验教学的目的。

1.2问题的原因

近些年来，生物学理论研究发展迅速，新的生物技术和方法也层出不穷。生物学的发展从宏观走向微观，从单一走向综合，生物学实验也是向更微观、更抽象、或者是更复杂、更大尺度发展，但现在的课堂实验教学很难满足这些实验的客观需求。原因也是多方面的，一些是生物学实验本身特性决定的，如生物体其固有的生长发育规律使得其完整生命过程不能在实验课时内完全呈现，生态学中大尺度空间实验也无法在狭小的实验室或校园内完成；有些实验则不适合在本科教学中大规模开展，如分子生物学实验，需要的耗材价格昂贵，所用的大型精密仪器操作复杂，导致实验成本高，教学难度大；有的实验具有较大的危险性，如要利用到放射性同位素、病毒等实验材料等，对实验室安全等级要求高。同时，阜阳师范学院这样一类地方普通院校，在实验教学师资、实验室硬件以及实验教学经费上与国家和省级重点高校相比还有很大的差距，虽然这些年实验条件得到一定改善，但还达不到理想的要求，使得一些前沿的生物学实验暂时还无法开展。除了这些客观原因之外，有些教师思想因循守旧，主观上不想改变自己熟悉的教学内容和教学方式也是原因之一。

2基于翻转课堂的生物学实验教学模式

2.1翻转课堂教学模式

翻转课堂，就是在网络环境下，教师提供短的教学视频（微课）为主的学习资源，学生在课前完成对教学视频等资源的观看、学习，并提交学习成果，师生在课堂上通过协作探究、交流互动等面对面地教学活动，完成知识的内化[6-7]。根据翻转课堂的基本定义和实施要求，我们对大学生物学实验教学模式进行重新设计，翻转课堂教学模式中师生主要教学活动见表1。可以看出，和传统实验教学相比，翻转课堂的教学模式增加了课前学生观看微视频资源、课前测验和课后师生对实验总体结果进行分析讨论等环节；相反是减少了教师在课堂中对实验原理、步骤进行讲解和演示实验环节，相应地增加了学生在课堂上的实际操作时间。在所设计的翻转教学实验教学模式中，以学生为中心、自我导向学习的特点也得到很好体现，在这一过程中，学生既有独立学习（观看视频），也有合作学习（课堂讨论），既有网络线上学习（网络交流），也有线下学习，满足不同学生的学习需求和学习习惯。

2.2翻转课堂教学模式优点

以往学生实验前往往通过观看教师演示实验来掌握实验操作过程，但演示效果的限制因素较多。如在学生数较多的情况下，不是每个学生每个实验细节都能看清楚；演示实验一般只做一遍，学生观看一遍不一定能深刻记住；学生观看演示实验占用了较多课堂教学时间，使得学生实验时间减少。教师录制实验教学视频，将实验操作过程、实验中学生需要特别注意的问题和关键步骤呈现出来，学生在实验前可以反复观看直到真正掌握，和教师课堂演示实验相比，具有更好的示范效果。学生的观看都是在课前完成，不占用实际课堂教学时间，学生有更多的时间用来完成自己的实验以及随后的实验结果分析、参与课堂讨论，提高课堂教学的效率。在传统教学中，教师一般也通过课堂提问的方式来考查学生实验准备的情况，但此时学生已经进入实验室，对于准备不充分或没准备的学生教师也不可能让其离开实验室重新准备，最终只能是混在小组中滥竽充数，实验效果可想而知。翻转课堂教学模式则要求学生在看完教学视频后进行相应的测试，测试成绩作为平时成绩的一部分，测试合格的学生才能进入实验室，课前检查具有可操作性，能有效保证学生课前必须做好实验准备。实验教学的目的不仅仅是让学生掌握一些仪器操作知识和技能，更重要的是培养学生的独立分析能力、思维能力以及创新能力等。在传统教学中，由于时间、场地、经费等各方面的限制，实验以验证性实验为主，学生实验按部就班的进行，整个教学过程对学生思维能力、分析能力培养有限，更谈不上创新了。在翻转课堂教学模式下，学生对实验原理、方法、操作步骤的学习在课堂之外进行，学生有较多的学习时间，学习时需要有自己独立的思考，达到真正对实验原理、方法的理解。在课堂教学中，教师引导学生进一步对实验结果进行讨论、分析，更加深了学生对该实验的理解。在真正正确地理解基础之上，鼓励学生找出可能的实验改进措施。在整个实验教学过程中，包括课前和课中的，都需要学生主动的参与其中，真正以学生为中心，使学生能力得到培养。翻转课堂的教学模式有利于实验教学中引进新的实验教学工具，如虚拟实验室。虚拟实验室的开发和应用，使得实验课堂教学不再局限于固定的实验室中，学生参与实验教学的空间得到扩展。在虚拟实验室内学生可以反复多次的进行练习操作，直到自己满意为止，实验操作的时间也不仅限于课堂教学时间内，学生参与实验教学的时间得到延长。学生在虚拟的实验环境中练习，不会增加实际的实验药品和仪器的损耗，降低了实验教学成本[9]。总之，将翻转课堂教学模式应用于实验教学，有利于促进学生在课前对实验的准备，因而减少课堂讲解、准备的时间，将更多的时间用在实验的真正操作和实验结果的分析上，有利于学生能力的培养[8]。

2.3翻转课堂实验教学举例

在《基础生态学实验》中，我们开设了“群落物种多样性指数的测定”实验项目，该实验目的主要是掌握一些生物多样性指数的计算方法。实验类型设计为探究性实验，基本要求是每3～4个同学一组，每组同学选择一个水域，不同组选择不同水域，然后对水域浮游动物群落进行采样调查，根据调查结果计算生物多样性指数。根据翻转课堂的教学模式，课前制作了2个视频，一个是浮游动物采样方法，一个是生物多样性指数计算方法以及怎样利用EXCEL软件对数据进行分析、计算，视频上传至学校网络教学平台。学生在课前通过观看视频熟悉实验原理、实验步骤以及多样性指数计算方法。浮游动物样品的野外采集、固定以及在实验室内的浓缩也都在课前完成。在课内，学生主要完成样品的分类鉴定、计数，在物种鉴定时教师可以帮助鉴定，然后学生根据所得到的数据计算均匀度、辛普森多样性指数以及香农-威纳生物多样性指数。随后根据不同组的计算结果，让学生讨论分析生物多样性指数的大小与群落内物种数目多少以及均匀程度有没有相关性，具有怎样的相关性。通过讨论，学生进一步明确利用生物多样性指数来衡量群落复杂性的意义。

3翻转课堂实施面临的困难

翻转课堂教学模式的实施，要求实验教师做更多的准备工作。课前要求实验教师充分利用网络信息技术，包括视频的制作、剪辑、上传等。翻转课堂的课堂教学是一个开放式的课堂，翻转课堂的重点是在课堂教学中教师和学生之间面对面的交流活动，促进学生知识的内化，这些对实验教师的专业素养和对课堂教学的驾驭能力提出了更高的要求。也就是说实验教师要比传统教学模式付出更多的劳动，如果在教学考核中这一部分劳动得不到体现，教师就会失去改进教学的动力。由于以教师为中心的传统教学理念在我国影响深远，教师已经习惯了站在讲台上以权威自居，学生也习惯了依靠教师来解决问题。在翻转课堂教学模式中，学习则完全以学生为中心，要求学生养成良好的自学能力，独立完成课前的学习。课堂教学中，主要依靠学生自己的思考、学生之间的讨论来促进学生发现、理解和掌握新知识，教师起着协助、引导的作用，不是简单的告诉学生是什么或为什么。即在课堂内外，都要求学生主动地学习、主动地思考，做不到这一点，就不是真正的翻转课堂，教学效果就得不到真正的提高。教师和学生对新的学习方式、新的角色的适应都需要一个过程。由于实验类型、目的的不同，翻转课堂的实验课内师生之间、学生之间交流互动形式也应不一致。将翻转课堂应用于生物学实验教学的研究还处在刚起步阶段，验证性实验、设计性实验以及综合性实验等不同类型实验课内外教学活动怎样设计，怎样更有效的实施、更有效的实现以及其教学效果如何评价有待于进一步研究。《教育信息化十年发展规划(2011-2020)》中要求“推动信息技术与高等教育深度融合，创新人才培养模式”，“培养学生自主学习”，“提高人才培养质量”。翻转课堂的教学模式也许可为我国高等教育的实验教学改革提供一个新的思路。

参考文献：

[1]龚慧，徐超，黄九九.生物专业本科实验教学状况调查与分析[J].高校实验室工作研究，2014（3）：88-90.

[4]唐文武，吴秀兰.“翻转课堂”在MOOC中的教学实践——以“生物信息学”课程为例[J].肇庆学院学报，2015，36（2）：63-66.

[5]刘行海，买文丽，刘红，等.翻转课堂教学模式在医学机能学实验教学中的应用[J].四川生理科学杂志，2015，37（1）：45-46.

[7]张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志，2012，30（4）：46-51.

[8]杜坤，张彪，魏万红，等.生物学虚拟实验室的构建及应用[J].实验技术与管理，2015，32（9）：132-136.

[9]丁雪梅，张晓君，王鹏，等.翻转课堂教学模式在大学实验教学中的应用[J].实验室研究与探索，2015，34（6）：207-212.

作者:王魏根 崔亚东 偶春 兰伟 单位:阜阳师范学院生物与食品工程学院