生物工程專業(yè)實驗教學微課堂探索實踐

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［摘要］本科實驗教學作為提高生物工程專業(yè)學生實踐能力、科研能力的有效手段，受到越來越多高校的重視，實驗教學平臺的建設已作為評估教學成果的重要指標。微課堂作為一種新的教學模式普遍用于理論課程的在線教學過程中。而微課堂對于協(xié)助實驗教學課程也同樣具有重要的作用。文章對微課堂與現(xiàn)場實驗教學的匹配性、實驗教學課程的設計與實施以及微課堂應用于實驗教學過程中的成敗因素進行了系統(tǒng)的分析，實驗實踐結(jié)果表明，微課堂對于提高實驗教學效果、分擔實驗教師部分職能是有積極作用的。

［關鍵詞］微課堂；生物工程；教學實驗

生物工程專業(yè)作為一門實踐性很強的工科專業(yè)，其對實驗操作過程有較高的要求。實驗操作的規(guī)范和標準關系到實驗結(jié)果的準確和實驗操作過程的安全?，F(xiàn)代生物工程技術發(fā)展迅速，新的實驗方法和儀器更新?lián)Q代，這對實驗儀器的標準化操作、實驗結(jié)果的準確度和精度有了更高的要求。而且，生物工程實驗教學課程中使用的都是高精密儀器，價格昂貴，如果沒有專業(yè)的操作引領很容易損壞實驗儀器，從而造成實驗資源、時間成本的浪費。因此，實驗操作前學習和掌握實驗儀器設備的原理和使用方法是非常重要的。而微課堂作為一種新型的在線課堂教學模式正好可以發(fā)揮其在實驗教學課堂中的理論教學功能。微課堂是一種在線課堂學習模式[1-2]，而在線課堂的便捷性使在校大學生可以方便地通過網(wǎng)絡進行觀看學習。把微課堂引入實驗教學課程中能使學生提前了解本次實驗課程的教學內(nèi)容和相關實驗儀器的操作原理和使用說明，從而使學生能夠在進入實驗室前了解實驗課程的理論部分，將現(xiàn)場實驗教學課堂完全交給實驗實踐環(huán)節(jié)，從而發(fā)揮實驗教學課堂的最大效率。這種類似于翻轉(zhuǎn)課堂[3-5]的實驗教學模式對開展開放實驗室教學模式也起到積極的作用。

一、微課堂的含義

“微課”概念最早由美國新墨西哥州圣胡安學院的高級教學設計師David.Penrose于2008年提出[6-7]。Pen⁃rose認為，微型的知識脈沖在相應的作業(yè)與討論的支持下，能夠與傳統(tǒng)的長時間授課取得相同的效果。Penrose提出建設微課的五個步驟：將課程的核心概念構成微課堂的核心；寫出一份15—30秒的介紹和總結(jié)，為核心概念提供上下文背景；用麥克風或網(wǎng)絡攝像頭錄制以上內(nèi)容，最終的節(jié)目長度為1—3分鐘；設計能夠指導學生閱讀或探索的課后任務，幫助學生學習課程材料的內(nèi)容；將教學視頻與課程任務上傳到課程管理系統(tǒng)。國外的微課教學實踐以可汗學院[8]最為出名，可汗學院是由孟加拉裔美國人薩爾曼•可汗在2006年創(chuàng)立的一個非盈利性在線教育平臺，包含數(shù)學、物理、化學、經(jīng)濟學、歷史、生物、天文學、計算機科學等多學科的4000多個教學視頻?？珊箤W院最大的特色和成功之處在于應用微視頻和相應的一整套新型組織管理模式，改變傳統(tǒng)課程教學體系，使之更適合于特殊的網(wǎng)絡課程學習者，從而提高學習者的學習興趣和學習效率?？珊箤W院為了適應學習的漸進性將微視頻課程從易到難銜接，便于學習者理解和接受，并且還有相應的課后練習[9]。在國內(nèi)，最早提出“微課”概念并進一步在中小學教學實踐中進行推廣的是廣東省佛山市教育局胡鐵生[10-11]，其將“微課”模式推廣到中小學校教學實踐中。他認為只有那些滿足教師與學生需求，并且具有半結(jié)構化、動態(tài)生成的教學資源才具有活性，才能夠提高微課資源的利用效率。微課堂的核心組成內(nèi)容是課堂教學視頻，同時還包括與該教學主題相關的教學設計、PPT課件、教學反思、練習測試和學生反饋、教師評估等環(huán)節(jié)。根據(jù)需要，不同的教學場景可以選擇其中的某幾個環(huán)節(jié)。它作為在線課程中的一種具有幾點明顯的特點。1.微課堂視頻時間較短，視頻的時長一般為10—15分鐘，相對于“慕課”長達40—45分鐘的在線課程來說，“微課”顯得短小精干[12-13]，根據(jù)學生的認知特點和學習規(guī)律，在注意力集中的情況下，高效率的學習時長不應超過20分鐘，所以微課堂正好符合這一學習特征，避免了長時間學習帶來的身心疲勞。2.教學知識點少[14]。相對于傳統(tǒng)的課堂教學形式，一節(jié)“微課”的知識點只有1—3個。知識點聚集，主題突出，這樣更便于學生掌握課程的核心內(nèi)容，使學生在學習過程中更有成就感。3.視頻課程的資源容量小。時長短小的視頻容量小，便于上傳和下載到電子終端設備進行“碎片化”的學習。4.符合現(xiàn)代快速的學習特點[15]。信息的快速增長讓學生習慣于快進的學習方式，“微課”教學模式正好適應于當代學生短時、快速的學習習慣。因為學生更喜歡把長篇的視頻分隔成小視頻進行學習，把信息進行碎片化管理便于記憶存儲。

二、生物工程現(xiàn)場實驗教學和微課堂的匹配性分析

生物工程實驗教學作為實踐性和操作性較強的課程具有相對于一般課堂教學更復雜的教學場景和認知環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)實驗教學環(huán)節(jié)分為以下四個部分：1.教師對實驗內(nèi)容的講解；2.實驗儀器操作講解和示范；3.現(xiàn)場觀察和指導學生的實驗操作過程；4.實驗結(jié)果的評定和分析。可見，教師在實驗過程中所承擔的教學工作是很繁重的。針對教師少而學生多、實驗過程操作復雜而學生準備不充分的矛盾，以及如何應對和分擔現(xiàn)場實驗教學過程中這幾個部分的任務，提高課堂的利用效率是實驗教師應該思考的問題。教師應該能夠合理設計整個實驗教學過程，并處理好理論時間和實踐時間的分配。比如，在課前，需要調(diào)動學生課前認真預習的積極性，做到有的放矢，這樣教師就不需要花很多時間詳細講解實驗過程了。而“微課”正好可以調(diào)動學生學習的積極性，相對于書本上枯燥的文字和圖片，教學視頻中教師的親自實踐和詳細的講解更形象、更通俗易懂。第1部分和第2部分的教學環(huán)節(jié)可以通過微課堂讓學生提前預習和掌握，而現(xiàn)場實驗教學則完全可以實施第3個部分的任務。這樣，教師只需要在現(xiàn)場實驗教學中糾正學生的實驗操作過程，而不需要長時間講解實驗過程。除此之外，微課堂也可以在現(xiàn)場實驗過程中分擔教師的某些指導任務，比如學生對某個環(huán)節(jié)的操作感到比較生疏時，在不需要咨詢實驗教師的情況下通過重復觀看微課堂視頻就可以弄明白。假如還不明白，可以現(xiàn)場求助教師。這既提高了實驗操作過程的時間利用率，分擔了教師的教學職能，也培養(yǎng)了學生主動學習和探索的習慣，使實驗課程不再過度依賴教師的講解和幫助，還能培養(yǎng)學生自發(fā)學習和思考問題的習慣。

三、微課堂生物工程實驗教學的設計與實施

生物工程實驗教學的設計和實施是微課堂視頻課程融入實驗教學課堂的最重要的環(huán)節(jié)。微課堂和現(xiàn)場教學可以相輔相成，取長補短。一個安排合理的實驗教學設計對協(xié)調(diào)兩者之間的關系是至關重要的。如上所說，好的微課堂可以承擔第1、第2部分教學環(huán)節(jié)的任務，這樣制作內(nèi)容完整、重點突出的微課堂視頻就很有必要。而將微課堂合理應用到實驗教學過程中也是至關重要的，因為如何合理安排微課堂和現(xiàn)場實驗教學關系到整個實驗教學課程的成敗。

（一）微課堂生物工程實驗教學設計微課堂作為課前的導學資源類似于翻轉(zhuǎn)課堂教學模式?；谖⒄n堂的導學作用可以安排整個實驗教學課堂按照“實驗前學生通過微課視頻自主預習（第1階段）—實驗中教師指導和糾正學生實驗（實驗過程再次重復觀看微課視頻中的某個操作環(huán)節(jié)）（第2階段）—實驗后的結(jié)果討論和評定（第3階段）的流程進行（見圖1）。微課堂視頻學習主要是完成實驗教學流程中的第1階段（實驗前）的任務。視頻內(nèi)容主要包括：教師對整個實驗課程內(nèi)容的講解和對涉及的實驗儀器的使用說明這兩個方面。首先，實驗課程內(nèi)容講解應包括以下幾方面的內(nèi)容：實驗原理、實驗目標、實驗操作流程和實驗注意事項，可采用的多媒體手段為PPT和動畫設計。其次，對實驗過程中涉及的儀器設備的結(jié)構和使用操作說明可另外單獨制作成一個微課，采用情景式的拍攝形式現(xiàn)場對儀器結(jié)構和操作過程進行講解。學生可以實驗前在線觀看這兩類微課堂視頻，以及在實驗中和實驗后再次觀看微課堂視頻。

（二）微課堂生物工程實驗教學的實施實驗教學的實施是基于實驗教學的設計進行的，它們是制定和執(zhí)行的關系。通過教學設計我們可以先制作出微課堂視頻素材，然后依據(jù)實驗設計安排微課堂視頻到應該使用的場景中。比如，流程圖中的第1階段（實驗前）學生可以完全依靠視頻課程自主進行學習。而后的實驗中也可以通過反復觀看微課堂視頻學習實驗操作中的細節(jié)。因此，匹配好微課堂教學和現(xiàn)場教學的時間順序關系是很重要的。我們可以在實驗過程的不同階段設計和穿插微課堂教學（見圖1）。1.實驗前的微課堂實驗教學前學生主要通過微課堂視頻來學習掌握實驗課程的全部內(nèi)容，以及實驗儀器的結(jié)構和工作過程。因此，在實驗課程開始前幾天，教師應將即將開始的實驗課程的微課堂視頻到網(wǎng)上供學生預習，時間延至實驗課程結(jié)束后關閉，課程期間可以無限制地供學生反復觀看學習。2.實驗中的微課堂實驗過程中的主要教學內(nèi)容是現(xiàn)場實驗操作環(huán)節(jié)，通過課前的在線學習，學生對整個實驗內(nèi)容和注意事項應該有所了解，那么現(xiàn)場實驗教學就是實驗操作過程。實驗操作過程具有復雜性和不可控性，每個學生都會遇到不同的難題，比如，損壞器皿、弄錯數(shù)據(jù)、操作失誤等，這時候就不能完全依靠微課堂視頻來解決，而是需要依靠經(jīng)驗豐富的實驗教師協(xié)助解決了。但是，如果學生對實驗過程中的某個操作環(huán)節(jié)不熟悉或者對儀器的使用不明白的時候，除了咨詢實驗教師，還可以臨時求助微課堂視頻，反復觀看操作細節(jié)。3.實驗后的微課堂實驗完成后獲得的實驗數(shù)據(jù)和報告需在規(guī)定時間內(nèi)上交給實驗教師進行成績評估，評定完成后的結(jié)果也應反饋給學生，學生根據(jù)成績和反饋意見對實驗過程復審，對某些有誤的實驗操作步驟和實驗數(shù)據(jù)可以再次通過微課堂視頻的學習進行自我評估和修改。通過最后的自我評估環(huán)節(jié)可以加深學生對整個實驗過程的理解、引導學生積極思考和探索實驗過程、幫助學生加強實驗思維素養(yǎng)能力。通過合理的設計微課堂實驗教學和嚴格執(zhí)行教學進度安排，預期的微課堂教學的各項指標要優(yōu)于傳統(tǒng)實驗教學的各項指標（見表1）。從表中我們可以了解到，由于微課堂視頻分擔了部分傳統(tǒng)實驗教學的工作量，使現(xiàn)場操作時間延長，真正發(fā)揮了實驗教學課堂的實踐教學功能。

四、微課堂在生物專業(yè)實驗教學的成敗因素

微課堂教學和現(xiàn)場教學不是獨立的兩個過程，而是相輔相成、取長補短的一個整體。所以線上的學習和線下的實踐應該是相互配合、補充和強化的關系。微課堂和現(xiàn)場實驗教學應該在內(nèi)容、時間和功能地位上相互匹配。

（一）微課堂和現(xiàn)場實驗教學內(nèi)容的匹配性首先，好的微課堂應該和現(xiàn)場實驗教學在內(nèi)容上相匹配，兩者不能在非重點內(nèi)容上多次重復，可以適當在關鍵知識點上相互強化一下。比如微課堂視頻講解中的實驗原理和實驗目標、操作流程等內(nèi)容就無須在現(xiàn)場實驗中重復了，而實驗的關鍵操作步驟和注意事項可以重復提醒以強化記憶。其次，在微課堂的制作中，應盡量在內(nèi)容層次和順序上和現(xiàn)場實驗教學匹配，精確到每個步驟的先后順序，便于學生的查找。最后，微課堂的講解內(nèi)容和書本內(nèi)容既要保持嚴密性和一致性，也要突出重點和難點部分內(nèi)容，引導學生積極深入思考，使學生能很快抓住實驗操作過程的核心內(nèi)容。

（二）微課堂和現(xiàn)場實驗教學時間的匹配性微課堂和現(xiàn)場實驗教學時間的匹配性是指微課堂視頻出現(xiàn)在實驗教學設計中的時間順序。根據(jù)實驗教學設計流程，我們了解到微課堂應該在流程中的第1階段（實驗前）出現(xiàn)，而后的實驗階段可以根據(jù)學生的個人需求碎片化重復觀看學習。要注意的是，微課堂的時間不能太長也不能太短。太長了學生觀看后會容易遺忘，太短了學生沒有充足的時間進行預習。除了在線觀看微課堂視頻外，紙質(zhì)的預習報告也是必不可少的，因為視頻內(nèi)容在大腦的保存時間是很短暫的，通過完成預習報告可以加深對實驗內(nèi)容的理解和記憶。

（三）微課堂和現(xiàn)場實驗教學地位的匹配性微課堂和現(xiàn)場實驗教學的地位及重要性沒有孰優(yōu)孰劣之分，它們各司其職扮演好自己的角色。首先，沒有微課堂的學習就不能進行快速高效的實驗操作過程。如果依靠傳統(tǒng)的預習方式，學生只能從書面上大致了解實驗過程而不能詳細了解實驗儀器的結(jié)構、操作原理和流程，而這些工作需要教師花費大量的時間在實驗實踐課堂上進行講解。這不僅降低了學習效率還增加了教師的工作量。其次，沒有現(xiàn)場實驗教學指導環(huán)節(jié)就不可能解決現(xiàn)場實驗環(huán)節(jié)遇到的突發(fā)情況，實驗操作就只是紙上談兵，甚至不能繼續(xù)進行下去。因此，協(xié)調(diào)好微課堂教學和現(xiàn)場實驗教學的關系可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢，使實驗教學效果達到最大化。

五、結(jié)語

目前，將微課堂作為輔助實驗教學工具應用到實驗教學環(huán)境中的案例還不多。隨著生物工程實驗建設的逐步發(fā)展，必定需要更嚴格和更標準的微課堂實驗操作規(guī)范。本文首先引入了微課堂的定義，分析了其作為現(xiàn)場實驗教學的輔助工具的功能特點，以及微課堂教學和現(xiàn)場實驗教學兩者之間的匹配性；其次，對微課堂的教學設計和實施提出了一些方法和建議；最后，對開展微課堂教學的成敗因素進行了系統(tǒng)的分析，對微課堂實驗教學的開展可能會遇到的問題進行了總結(jié)。本文是筆者在近十年生物工程本科實驗教學工作的一些感悟，可為我國高校實驗室的教學改革提供新的教學思路。

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作者：黃冠華 何環(huán) 邵菊芳 單位：中國礦業(yè)大學化工學院生物工程實驗教學中心