付 明，鄒 娟，向小亮，胡 興，李 俊

（懷化學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，湖南懷化 418008）

0 引言

“互聯(lián)網(wǎng)+ ”、大數(shù)據(jù)、云計算、微傳播等信息技術(shù)的迅速發(fā)展及在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，助推了高等院校教學(xué)模式、教學(xué)方法的創(chuàng)新。在這種背景下，大規(guī)模開放在線課程（MOOC） 應(yīng)運(yùn)而生，并成為高等教育課程教學(xué)的一個重要模式。然而，無論是在基礎(chǔ)理論還是在實踐技術(shù)課程中，MOOC 的教學(xué)質(zhì)量和完成率都不盡人意[1]。如何解決MOOC 教學(xué)存在的問題，教育工作者進(jìn)行了思考并尋求變革，于是小規(guī)模限制性在線課程（SPOC） 被提出來并在大學(xué)校園得到應(yīng)用。SPOC 為MOOC 提供了一種可持續(xù)發(fā)展模式，更重要的是SPOC 讓教師更多地回歸校園，回歸小型在線課堂，成為真正的課程掌控者[2]。SPOC 將傳統(tǒng)的教育及教學(xué)原則與圍繞互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)建立的新教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)了線上和線下學(xué)習(xí)的最佳組合，其教學(xué)模式已被證明是極其有效的[3]。

“生物工程基本技術(shù)實驗”是生物工程專業(yè)的必修課程，是從“生物化學(xué)實驗”“微生物學(xué)實驗”“分子生物學(xué)實驗”“細(xì)胞生物學(xué)實驗”等課程中整合而來，該課程的獨立開設(shè)有利于學(xué)生強(qiáng)化對理論知識的理解與運(yùn)用，有利于學(xué)生系統(tǒng)地掌握基本實驗技術(shù)，有利于更好地培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和動手能力。筆者長期在地方性本科院校從事“生物工程基本技術(shù)實驗”和“生物化學(xué)實驗”教學(xué)，致力于探索基于SPOC 的線上線下混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，主要的考慮是為了使高校教育回歸育人本位，強(qiáng)化學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、獨立思考能力和開拓創(chuàng)新能力，進(jìn)一步增強(qiáng)課堂教學(xué)效果；同時，也為促進(jìn)高校教育理念和教學(xué)模式的創(chuàng)新與變革提供借鑒。

1 傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式面臨的問題

筆者在多年的教學(xué)實踐中，對傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式、教學(xué)方法駕輕就熟，并取得了一定的教學(xué)成績，但同時也感覺到，隨著時代的發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)受到了置疑和挑戰(zhàn)，面臨著以下問題。

1.1 不能充分利用教學(xué)資源

隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)上教學(xué)資源、數(shù)字化的教學(xué)資源越來越豐富，而且可以通過互聯(lián)網(wǎng)共享教學(xué)資源。傳統(tǒng)實驗教學(xué)主要有教材、教案、課件、實驗設(shè)施設(shè)備等教學(xué)資源，教學(xué)方法一般是課堂講授和指導(dǎo)實驗。講授主要借助黑板、PPT、講義等教學(xué)資源來實現(xiàn)，實驗指導(dǎo)由教師現(xiàn)場進(jìn)行，解答學(xué)生的疑難問題，糾正學(xué)生的錯誤操作。相對而言，傳統(tǒng)實驗教學(xué)對教學(xué)資源的占有和使用都有限，不能充分利用線上的教學(xué)資源。

1.2 不能有效拓展教學(xué)時空

實驗教學(xué)要嚴(yán)格按照教學(xué)計劃開展教學(xué)，根據(jù)課程學(xué)時和周學(xué)時設(shè)置教學(xué)進(jìn)度，但在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式中教學(xué)時間與實驗空間相對固定，靈活性不足[4]。實驗教學(xué)不同于理論教學(xué)，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，學(xué)生想利用課余時間和碎片化時間進(jìn)行自學(xué)，條件不具備或效果不好。

1.3 不能完全保證教學(xué)效果

傳統(tǒng)實驗教學(xué)是在相對固定的時間和空間里進(jìn)行。鑒于上課時間的限制，教師無暇顧及也沒法了解學(xué)生對實驗原理的理解和掌握程度；鑒于空間的限制，教師演示時只有前面幾個學(xué)生能夠看清楚操作細(xì)節(jié)；鑒于課程的統(tǒng)一進(jìn)度和安排，教師也無法協(xié)調(diào)學(xué)生接受能力和理解能力的差異，從而出現(xiàn)部分學(xué)生對實驗理論理解不透、對實驗技能掌握不牢的局面。傳統(tǒng)實驗教學(xué)過于依賴教師課堂上的講授和指導(dǎo)，會限制學(xué)生想象力的發(fā)揮，學(xué)生對教師提供的解決思路產(chǎn)生先入為主的印象，最后以達(dá)到或接近教師提出的要求為目標(biāo)，很難實現(xiàn)較大的突破和創(chuàng)新[5]。多方面的原因，導(dǎo)致教學(xué)效果難以保證。

1.4 不能很好適應(yīng)學(xué)生需求

學(xué)生的基礎(chǔ)參差不齊，其理解能力和接受能力也有差異，有些基礎(chǔ)相對較差的學(xué)生想先學(xué)一步，基礎(chǔ)好的學(xué)生希望深學(xué)一步，對實驗教學(xué)有個性化的需求。傳統(tǒng)實驗教學(xué)，以班級或?qū)嶒炐〗M為授課對象，通常由數(shù)十人組成，教師對學(xué)生的學(xué)情分析不夠，整個教學(xué)過程是在相對固定的時間與空間里統(tǒng)一推進(jìn)，需要考慮的是班級和實驗小組整體學(xué)習(xí)情況，無法照顧到學(xué)生的個體情況，不能滿足學(xué)生的個性化需求，不能較好地因材施教。

1.5 不能客觀評價學(xué)習(xí)成效

傳統(tǒng)實驗教學(xué)無法全過程地對學(xué)生學(xué)習(xí)和操作情況進(jìn)行評價，平時成績主要是看實驗報告，容易造成評價的不準(zhǔn)確、不客觀。因為即使學(xué)生不懂實驗原理、不完成實驗，只要寫好實驗報告就能得高分，使得部分學(xué)生投機(jī)取巧、抄襲實驗報告，并得到高分。這樣一方面挫傷了部分認(rèn)真學(xué)習(xí)學(xué)生的積極性；另一方面，教師也無法準(zhǔn)確掌握教學(xué)成效和學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，從而使實驗教學(xué)效果大打折扣。

2 基于SPOC 的線上線下混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的設(shè)計

基于SPOC 的線上線下混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式設(shè)計是一個系統(tǒng)工程，包括教學(xué)的方方面面，主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)過程和考核評價的設(shè)計著手。

2.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

建立基于SPOC 的線上線下混合式翻轉(zhuǎn)課堂實驗教學(xué)模式，首先要改革和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。傳統(tǒng)實驗課程體系是以理論課程為核心設(shè)置的，即“1 門理論課+ 1 門實驗課”，導(dǎo)致實驗課程門數(shù)多，知識點分散、孤立，實驗環(huán)節(jié)缺乏連貫性、完整性。近年來，圍繞專業(yè)核心內(nèi)容，把握應(yīng)用型人才培養(yǎng)的內(nèi)涵，對實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化和整合，將生物工程專業(yè)的實驗體系設(shè)置成“生物工程基本技術(shù)實驗（一）”“生物工程基本技術(shù)實驗（二）”“生物工程綜合實驗”“生物工程設(shè)計創(chuàng)新實驗”4 門課程，增強(qiáng)了實驗課程的科學(xué)性和系統(tǒng)性?！吧锕こ袒炯夹g(shù)實驗”是專業(yè)必修課，在大學(xué)二年級開設(shè)，150 學(xué)時，5 學(xué)分。為了配合實驗課程改革，專門編寫了教材《生物工程實驗技術(shù)指南——基本技術(shù)實驗原理與實踐》。

生物工程專業(yè)的學(xué)生需要掌握的基本實驗技術(shù)包括離心技術(shù)、分光光度技術(shù)、層析技術(shù)、電泳技術(shù)、顯微攝影技術(shù)、染色技術(shù)、PCR 技術(shù)、微生物菌種保藏技術(shù)等，按照從易到難、從簡單到復(fù)雜、從單項到綜合的原則，設(shè)置了34 個遞進(jìn)式實驗項目，旨在通過系統(tǒng)的實驗教學(xué)，使學(xué)生循序漸進(jìn)地掌握基本技術(shù)。

生物工程基本技術(shù)實驗項目見表1。

2.2 教學(xué)方法設(shè)計

教學(xué)方法設(shè)計是線上線下混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式設(shè)計的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法主要有講授法、演示法、實驗法等，在實驗課程改革中，在保留原有教學(xué)方法的同時，增加了自主學(xué)習(xí)法、討論法、合作探究法等教學(xué)方法。所謂自主學(xué)習(xí)法，就是把教師對實驗原理、實驗步驟的講授、儀器使用、實驗操作的演示制作成了微視頻，上網(wǎng)供學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)。所謂討論法，就是學(xué)生線上學(xué)習(xí)時進(jìn)行相互討論，或與教師進(jìn)行交流；線下翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)以學(xué)生為主體，主要進(jìn)行討論、搶答，教師引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生的思維。所謂合作探究法，就是學(xué)生合作做實驗，并共同思考探究實驗怎么做、為什么這樣做、哪里有差錯、如何改進(jìn)等問題，教師巡回指導(dǎo)、檢查。在課程設(shè)計中要把這幾種教學(xué)方法進(jìn)行合理配置、有效銜接，以便達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

表1 生物工程基本技術(shù)實驗項目

2.3 教學(xué)過程設(shè)計

近幾年，堅持以學(xué)生為主體，在探索構(gòu)建基于SPOC 的混合式翻轉(zhuǎn)課堂實驗教學(xué)模式時，設(shè)計了“線上自主學(xué)習(xí)、線下動手操作、隨時互動討論、全程考核評價”等“四環(huán)節(jié)”教學(xué)過程。①線上自主學(xué)習(xí)。主要指學(xué)生在課前或利用碎片化時間，通過電腦或手機(jī)讀講義、看視頻，自主學(xué)習(xí)，可以相互討論，也可以向教師提問，并完成闖關(guān)題、練習(xí)題。②線下動手操作。在線上學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，課堂上學(xué)生按照要求動手做實驗，在這個過程中教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)學(xué)生，糾正學(xué)生操作上的錯誤；學(xué)生也可以在不清楚的時候再次觀看演示視頻，或者向教師請教，完成實驗后學(xué)生回去整理實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果，上傳或者上交實驗報告。③隨時互動討論。互動討論線上線下都可以進(jìn)行，學(xué)生之間可以進(jìn)行討論，學(xué)生與教師之間也可以進(jìn)行討論交流；討論的內(nèi)容可以是學(xué)習(xí)和做實驗中的一些思考，也可以是遇到的困惑和問題；課堂上教師負(fù)責(zé)組織學(xué)生討論，引導(dǎo)學(xué)生理解實驗原理，了解實驗中的注意事項。④全程考核評價。教師可以通過闖關(guān)題、練習(xí)題、實驗報告完成情況和討論互動情況綜合考評學(xué)生實驗課成績。

2.4 考核評價設(shè)計

改革以往實驗成績評定方法，實行線上線下、隨機(jī)、零散測試，考核評價貫穿實驗課程的全過程，客觀、公正地評價學(xué)生的綜合成績。學(xué)生線上“看”課“聽”課時加入闖關(guān)題，經(jīng)常進(jìn)行線上練習(xí)、線上測驗，學(xué)生在線上線下參加討論、搶答等，實驗過程中學(xué)生的具體操作，完成的實驗報告等，都要記錄成績，達(dá)到以學(xué)代考的目的，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣和學(xué)習(xí)能力。

3 線上線下混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的特色與效果

很多院校、很多課程都在探索和實施線上線下混合式教學(xué)模式，也各具特色、各有所長。線上線下混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，主要是著眼于地方本科院校的實際和生物工程實驗課程的特點，具有以下特色。

3.1 創(chuàng)新教學(xué)模式與優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合

一般來說，構(gòu)建混合式翻轉(zhuǎn)課堂，是指教學(xué)模式的創(chuàng)新，包括教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)過程等方面的改革與創(chuàng)新。而混合式翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，不僅是教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，而且對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化、整合和重組，使教學(xué)內(nèi)容設(shè)計更加連貫系統(tǒng)、更加符合教學(xué)規(guī)律、更適合新的教學(xué)模式、更利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和掌握。

3.2 突出自主學(xué)習(xí)與加強(qiáng)互動交流相結(jié)合

線上線下混合式教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生能夠充分利用信息化教學(xué)資源和手段，可以隨時隨地學(xué)習(xí)實驗原理、觀看操作視頻，突出了學(xué)生的主體地位，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力；同時，又注重互動交流，線上線下、課堂里課堂外，學(xué)生可能隨時隨地與同學(xué)、教師進(jìn)行互動交流。

3.3 線上觀察演示與線下動手操作相結(jié)合

線上觀察演示，可以讓學(xué)生能夠反復(fù)觀看教師的操作，直到完全掌握，可以滿足不同理解能力、不同接受能力的學(xué)生需求，從而提高了實驗教學(xué)效果；與理論課程不同，實驗課程需要學(xué)生親自動手做實驗，線下動手操作是實驗課程的重點和特色。實現(xiàn)兩者的結(jié)合，就是實現(xiàn)理論到實踐的轉(zhuǎn)化、從“學(xué)”到“做”的轉(zhuǎn)變，非常契合教學(xué)規(guī)律。

3.4 強(qiáng)化教學(xué)控制與創(chuàng)新考核評價相結(jié)合

線上線下混合式翻轉(zhuǎn)課堂實驗教學(xué)模式，強(qiáng)化了對教學(xué)的全程控制，學(xué)生是否在線學(xué)習(xí)、闖關(guān)答題怎么樣、學(xué)習(xí)成效如何，教師可以隨時掌握，有利于教師有針對性地指導(dǎo)和因材施教。同時，對考核評價方式進(jìn)行了創(chuàng)新，可以全面客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，有利于激勵學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)和精確操作。實現(xiàn)兩者的結(jié)合，對增加教學(xué)效果有積極的意義。

已有研究結(jié)果表明，線上線下混合實驗教學(xué)模式不僅能夠提高學(xué)生對知識的理解和掌握，還能提高自主學(xué)習(xí)能力、實踐能力和創(chuàng)新能力[6]。近年來，基于SPOC 的線上線下混合式翻轉(zhuǎn)課堂實驗教學(xué)模式在懷化學(xué)院生物工程、生物科學(xué)、制藥工程、生物制藥、食品質(zhì)量與安全等專業(yè)的“生物工程基本技術(shù)實驗（一）”“生物化學(xué)實驗”“微生物學(xué)實驗”等課程進(jìn)行了實踐和應(yīng)用，取得了顯著成效：一是學(xué)生的研究能力得到增強(qiáng)。課程組指導(dǎo)的學(xué)生在各級各類刊物上發(fā)表研究性論文30 篇，其中8 篇學(xué)生為第一作者（3 篇為CSCD 論文）；課程組指導(dǎo)的學(xué)生在國家級和省級學(xué)術(shù)會議論文評比中榮獲一等獎3 次，二等獎1 次。二是學(xué)生的創(chuàng)新能力得到提高。近5 年，課題組指導(dǎo)的學(xué)生成功申報了13 項“大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目”，其中國家級項目1 項、省級項目3 項；榮獲全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽一等獎1 項，“全國大學(xué)生生命科學(xué)競賽”三等獎2 項，優(yōu)勝獎2 項；在“挑戰(zhàn)杯”競賽中，學(xué)生共獲得省級二等獎2 項、三等獎2 項。三是學(xué)生的學(xué)習(xí)成績大幅提升，生物科學(xué)專業(yè)的考研升學(xué)率每年在學(xué)校排名第一。