鄒 娟,劉勝貴,胡 興,付 明,劉衛(wèi)今,黎曉英
(懷化學(xué)院生物與食品工程學(xué)院,湖南懷化 418000)
李克強總理在2015年十二屆全國人大第三次會議的《政府工作報告》正式提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃后,“互聯(lián)網(wǎng)+”作為一項國家戰(zhàn)略,已經(jīng)成為我國經(jīng)濟社會創(chuàng)新發(fā)展的重要驅(qū)動力量。以“互聯(lián)網(wǎng)+”為主題的教育改革與探索,深刻改變著教育的面貌,推動教育向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展[1-2]。傳統(tǒng)教學(xué)以教師為中心的單向灌輸知識授課模式,正在向更加注重互動對話的“翻轉(zhuǎn)課堂”轉(zhuǎn)變。所謂翻轉(zhuǎn)課堂,是指學(xué)生在課下完成知識的學(xué)習(xí),而課堂變成了教師學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間互動的場所,包括答疑解惑、知識運用等,從而達到更好的教育效果[3-4]。這一新型教學(xué)模式隨“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展變得更加生動、鮮活和多樣化,受到教育從業(yè)者的關(guān)注和熱捧[5-6]。
“微生物學(xué)”實驗是高校生物學(xué)及相關(guān)專業(yè)的實踐基礎(chǔ)課程,其教學(xué)目標在于通過實驗,使學(xué)生掌握微生物學(xué)基本知識和操作技能,培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考、分析、解決和提出問題的能力,同時養(yǎng)成學(xué)生養(yǎng)成細致嚴謹、實事求是、敢于質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度,以及勇于創(chuàng)新的開拓精神。近年來,為克服傳統(tǒng)驗證性實驗教學(xué)模式對學(xué)生思維的束縛,各高校深入開展“微生物學(xué)”實驗教學(xué)改革,開發(fā)了綜合性設(shè)計實驗項目,促進學(xué)生獨立思考、綜合分析和主動探索,以期提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。與傳統(tǒng)驗證性實驗教學(xué)相比,綜合性設(shè)計實驗教學(xué)的開展取得了一些較好的效果[4],但同時也存在一些亟待解決的問題。在“互聯(lián)網(wǎng)+”大數(shù)據(jù)背景下,如何充分利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢,提高教學(xué)中學(xué)生與教師、學(xué)生與學(xué)生的交流溝通效率,懷化學(xué)院微生物學(xué)教學(xué)團隊對當(dāng)前實驗教學(xué)中存在的問題進行了剖析,探索了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式,并取得了良好的教學(xué)效果。
目前,很多高校“微生物學(xué)”實驗教學(xué)改革集中在優(yōu)化實驗教學(xué)過程,加強實驗的綜合性和探究性,提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。綜合性設(shè)計實驗已經(jīng)成為“微生物學(xué)”實驗課程的重要組成部分,一般安排在微生物學(xué)基礎(chǔ)實驗項目后,學(xué)生獲得有關(guān)微生物基本實驗技能后進行。綜合性設(shè)計實驗常常由若干個微生物學(xué)小型實驗有機結(jié)合,圍繞解決某一特定問題而展開,具有復(fù)雜性、綜合性和創(chuàng)新性的特點。綜合性設(shè)計實驗要求學(xué)生參與實驗全過程,包括查閱資料、設(shè)計實驗方案、準備實驗材料與試劑、完成實驗過程、處理實驗數(shù)據(jù)和分析實驗結(jié)果、實驗完成后歸還藥品和器材等,不僅能滿足學(xué)生的求知欲和好奇心,也能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,提高學(xué)生專業(yè)技能和綜合運用能力,有利于學(xué)生從整個實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題和提出問題,促進學(xué)生構(gòu)建科學(xué)嚴謹?shù)乃季S體系,達到提升綜合素質(zhì)和能力的目的[7-8]。近年來,在開設(shè)微生物學(xué)綜合性設(shè)計實驗項目中存在以下問題。
“微生物學(xué)”綜合性設(shè)計實驗開設(shè)的前提條件是學(xué)生已掌握了相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)知識和基本技能,在此基礎(chǔ)上,要求學(xué)生在查閱相關(guān)資料、設(shè)計實驗方案。而傳統(tǒng)綜合性設(shè)計實驗教學(xué)中,往往以教師為中心主講實驗內(nèi)容和原理,甚至實驗方案仍是由教師設(shè)計好,進行“填鴨式”灌輸,學(xué)生依照教師講授的內(nèi)容和示范,按部就班地重復(fù)既定的實驗步驟和操作。課堂中提供給學(xué)生的自我展示機會并不多,學(xué)生被動接受,缺乏主動思考過程,其學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)中的情感體驗不被重視,自覺性和積極性受阻,未能充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性。在綜合性設(shè)計實驗教學(xué)中,如何讓學(xué)生大膽和自信地講出來,表達自己的觀點和看法,并說服大家接受和認同,同時發(fā)現(xiàn)不足,亟需解決。
在開展綜合性設(shè)計實驗時,大多高校常采用一個固定的實驗體系。因此,在同一時間內(nèi),同一教學(xué)班級所開展的實驗項目是一樣的。由于實驗項目固化、樣品共用,由此存在結(jié)果抄襲的現(xiàn)象。例如,“水質(zhì)微生物學(xué)檢驗”這一實驗,包括培養(yǎng)基的制備、樣品的采集、水中微生物的分離和計數(shù)、純化培養(yǎng)和革蘭氏染色、生理生化試驗等幾個階段。在樣品采集階段,由于學(xué)生不夠重視或者教師監(jiān)管不嚴格,部分學(xué)生采樣不規(guī)范,且采樣地點過于集中,甚至樣品共用,導(dǎo)致實驗結(jié)果差異性不大,基本可通用,這也是導(dǎo)致實驗結(jié)果抄襲的原因之一。
考核是實驗教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié),是檢查實驗教學(xué)質(zhì)量、評價學(xué)生對實驗理論知識與操作技能掌握程度的重要手段[8]。目前的大部分實驗課程的考核方式是以完成實驗報告的質(zhì)量和期末實驗理論知識考查作為成績評定的主要依據(jù),并結(jié)合實驗課的出勤率和實驗項目的完成率進行評定。這種考核方式使大部分學(xué)生將精力集中在實驗報告的撰寫和期末實驗理論知識的考查上,忽略了實驗細節(jié)和實驗過程的體驗。因此,學(xué)生的實驗操作技能、綜合分析能力和探究能力得不到充分評價,也就達不到考核學(xué)生綜合能力和素質(zhì)的目的,使考核不能真正體現(xiàn)學(xué)生的真實水平,因而具有片面性、不公平和不客觀等問題。
針對以上問題,不斷尋找和探索有效的解決方法。十二屆全國人大第三次會議提出的“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃為實驗教學(xué)改革提供了新思路。在該環(huán)境下,探索既能充分利用教育資源,把課堂真正還給學(xué)生,又能提高教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)模式。嘗試了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實踐,針對微生物學(xué)綜合性設(shè)計實驗,提出了興趣愛好驅(qū)動下的由學(xué)生主講、教師輔導(dǎo)的翻轉(zhuǎn)實驗課堂,即從“選題-查閱文獻-設(shè)計實驗方案-課堂講解-修改方案-實施-結(jié)果分析”的實驗課堂。
基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的翻轉(zhuǎn)課堂實驗教學(xué)模式見圖1。
圖1 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的翻轉(zhuǎn)課堂實驗教學(xué)模式
能,將綜合性設(shè)計實驗安排在學(xué)期后階段,安排2周時間實驗室全開放。學(xué)生通過校園實體課堂和網(wǎng)絡(luò)在線課堂(如Icourse網(wǎng)站的精品開放課程和慕課等)對微生物學(xué)理論知識已經(jīng)有了一定的了解,并且掌握了一些基本的微生物學(xué)實驗操作技能,可有效防止專業(yè)理論知識滯后和實驗操作技能不足給實驗設(shè)計和實施帶來阻礙。提前2周時間將綜合性設(shè)計實驗題目發(fā)到班級課程學(xué)習(xí)平臺并通過班級負責(zé)人通知每個學(xué)生。學(xué)生根據(jù)自己的愛好,選取題材或自擬相關(guān)題目,選材相同的4~5個學(xué)生組成1個小組。各小組選題結(jié)束后,每組圍繞已選的實驗題材,通過知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫、超星數(shù)字圖書館等查閱書籍和期刊文獻,共同制定詳細的實驗方案,通過交流平臺(如QQ群、微信群、郵箱或掌上校園等)呈報教師審核,教師針對實驗方案提出意見和建議,學(xué)生根據(jù)反饋信息完善實驗方案,并制作好相應(yīng)的多媒體課件(如PPT等)。例如,實驗“水和飲料的細菌學(xué)檢查”,提供的題材有自來水、桶裝飲用水、校園湖水、校園井水、校外奶茶店配制的奶茶和咖啡、鮮榨果汁等飲品,要求同教學(xué)班級每組選材不同,學(xué)生也可以自己選取題材。這些題材都來自于學(xué)生的日常生活,與健康息息相關(guān),學(xué)生日常接觸的桶裝水、飲品,以及??吹降暮绕渲形⑸飳W(xué)指標究竟如何,這樣更能激發(fā)學(xué)生的好奇心和探索知識的欲望;而題材各不相同,有效防止了材料相同存在的材料共用、方案雷同和結(jié)果抄襲現(xiàn)象;需檢測的主要參數(shù)大體一致,在課堂討論時各組不會因為研究方向差異太大而導(dǎo)致很難有效溝通。以“水和飲料的細菌學(xué)檢查”實驗為例,該實驗涉及到培養(yǎng)基的制備與滅菌、細菌的分離純化、細菌的革蘭氏染色、油鏡的使用與細菌形態(tài)的觀察、細菌的生理生化鑒定等實驗內(nèi)容,這些實驗大部分已經(jīng)學(xué)習(xí)過,通過該類綜合性設(shè)計實驗,將微生物學(xué)實驗與日常生活問題有機融合,解決特定問題,并且使前面學(xué)習(xí)過的單元實驗鮮活起來,讓學(xué)生有學(xué)以致用的成就感,極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。
課堂分為2個階段。第一階段為實驗方案的講解與完善,在這一部分中,采取以教師為輔、學(xué)生為主體的討論式課堂。在教師引導(dǎo)下,每組派1名代表講解該組設(shè)計的實驗方案,并以多媒體課件輔助展示,其他組人員可從交流平臺打開講解組詳細的實驗方案。講解完后由同課堂其他組人員和教師提問,并指出方案不足之處和提出建議,講解組的成員負責(zé)答疑,并根據(jù)其他組人員提出的建議完善實驗方案,教師把關(guān)審核,審核通過后進入第2階段。例如,一個教學(xué)班級為20~25人,每4~5人為1個小組,分為5個小組,每組有3 min時間介紹實驗方案,5 min左右的提問與答問討論時間,第1階段時間控制在1學(xué)時。該階段不再像傳統(tǒng)課堂一樣講解實驗原理和步驟,介紹時主要講解設(shè)計路線和采用的方法,討論過程中教師會隨機向?qū)W生提問實驗原理和操作步驟方面的問題。實踐結(jié)果表明,學(xué)生普遍對實驗原理并沒有大的理解困難,且熟悉實驗流程,課堂討論激烈,氛圍活躍,溝通效率高。例如,在“校園井水的細菌學(xué)檢查實驗中如何設(shè)計實驗——檢測校園井水中的細菌總數(shù)”,由于校園井水中細菌濃度較低,不能采取已學(xué)的“土壤中微生物的分離和純化”實驗中的樣品稀釋法,學(xué)生圍繞如何高效解決這一問題展開了激烈的討論,通過交流討論后,學(xué)生對傳統(tǒng)濾膜法進行了改進,利用“可換膜針式過濾器組合相應(yīng)的濾膜和玻璃針筒”解決了傳統(tǒng)濾膜法效率低、成本高、操作復(fù)雜等問題。通過這種面對面的交流討論過程,既完善了學(xué)生的專業(yè)知識體系、培養(yǎng)了創(chuàng)新思維,又鍛煉學(xué)生的語言表達能力,達到提高學(xué)生綜合素質(zhì)的目的。
第2階段為實驗項目的實施,包括實驗的準備、實驗的展開、實驗結(jié)果的觀察和數(shù)據(jù)記錄,整個實驗過程安排2周時間。倘若出現(xiàn)因操作不當(dāng)或其他原因?qū)е聦嶒炇〉那闆r,也有足夠的時間緩沖和調(diào)整,進行重復(fù)試驗。由于微生物培養(yǎng)的特殊性,實驗周期較長且實驗過程是連續(xù)進行,這就需要學(xué)生合理安排實驗,充分利用課余時間完成實驗。該項目實施階段采取組長負責(zé)制,每小組由組員選出1名組織能力和責(zé)任感強的學(xué)生,負責(zé)整個實驗項目的執(zhí)行。在實驗準備時要求每小組列出所需器材和藥品清單,如培養(yǎng)皿、試管和錐形瓶的規(guī)格和數(shù)量,由負責(zé)人交給實驗教師,領(lǐng)取相應(yīng)器材和藥品,并做好登記。實驗主體部分,要求學(xué)生充分利用已學(xué)的微生物實驗操作技能,完成整個實驗流程。實驗成員每次進實驗室都需填寫實驗室開放記錄表(包括進入實驗室的時間、進行的實驗內(nèi)容、所用到的實驗儀器、離開實驗室的時間),并要求每個成員的操作結(jié)果(培養(yǎng)物、制片、發(fā)酵管等)既要標注團隊的名稱,也要注明自己的名字,必要時還需進行拍照,這樣既方便小組撰寫實驗報告,又方便教師對小組和個人的成績打分,預(yù)防有人渾水摸魚。學(xué)生實驗期間,教師可以利用掌上校園,掌握實驗組成員可用于開展實驗的課余時間,便于實時查看實驗進展,發(fā)現(xiàn)問題,及時有效溝通和解決。解決了傳統(tǒng)綜合性設(shè)計實驗教學(xué)模式下,教師去觀察學(xué)生實驗時容易撲空,而學(xué)生實驗過程出現(xiàn)的操作問題或疑問得不到及時糾正和解決。實驗過程中涉及到新實驗操作技術(shù),教師將其拍成微視頻上傳到交流平臺,供學(xué)生參考,也會在學(xué)生實驗過程中監(jiān)督和指導(dǎo)。關(guān)于實驗結(jié)果,要求學(xué)生及時保存好實驗圖片、記錄好實驗數(shù)據(jù)并對實驗結(jié)果進行分析。實驗完成后及時歸還藥品和器材。實驗項目實施階段,實驗室完全對學(xué)生開放,小組人員需分工協(xié)作,責(zé)任明確,相互配合,才能順利地完成實驗任務(wù)。
個人總成績由小組成績和小組個人成績2個部分組成,各部分占總成績的比例如表1所示。①小組成績由教師根據(jù)團隊自主合作期間的總體表現(xiàn)綜合評定,包括設(shè)計的實驗方案、課堂答辯和實驗完成的質(zhì)量。②小組個人成績由小組內(nèi)成員互評、實驗過程中的操作能力、實驗報告的撰寫和數(shù)據(jù)整理分析能力。小組內(nèi)成員互評,要求小組成員根據(jù)每個組員對整個實驗的貢獻進行評分,評價依據(jù)有小組個人在前期準備工作、實驗方案制定中和實驗完成過程中的貢獻。實驗過程考核,教師會不定時地抽考學(xué)生,考查學(xué)生的動手能力和實驗操作的規(guī)范性,被抽查到的學(xué)生能及時發(fā)現(xiàn)問題,其他學(xué)生也能從中發(fā)現(xiàn)自己的問題,糾正并規(guī)范實驗操作。實驗報告的撰寫和數(shù)據(jù)整理的分析,撰寫實驗報告時,需根據(jù)具體的實驗操作過程,用科學(xué)的語言加以描述整合,實驗結(jié)果部分應(yīng)重點在于分析,該結(jié)果說明什么問題,為什么會得到如此結(jié)果,對于不成功的實驗結(jié)果要進行思考和分析原因。這種綜合考核方式既克服了傳統(tǒng)以實驗報告和考勤考核學(xué)生的片面性,又能促使學(xué)生重視實驗的全過程,使學(xué)生不可忽視實驗準備、實驗操作、實驗行為習(xí)慣、綜合分析問題及實驗報告的撰寫等任何一方面,能真正體現(xiàn)學(xué)生的真實水平,評價方式也相對公正。
成績組成見表1。
表1 成績組成
將“互聯(lián)網(wǎng)+”下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于微生物學(xué)綜合性設(shè)計實驗,使“微生物學(xué)”實驗課堂與學(xué)生日常生活有機結(jié)合,這種有機結(jié)合包括2層含義,一是學(xué)生在課余的日常生活期間,可以利用手機或電腦通過互聯(lián)網(wǎng)完成微生物學(xué)綜合性設(shè)計實驗資料的收集、方案的設(shè)計、相關(guān)基本技能的學(xué)習(xí);二是學(xué)生利用專業(yè)知識解決與學(xué)生日常生活中遇到的相關(guān)問題。采取學(xué)生主講的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式,真正樹立了學(xué)生“課堂主人”的地位,讓學(xué)生想講、敢講、能講、善將,講得更好,講得更充分,講得更富有情趣。這種教學(xué)模式,學(xué)生得到充分展示的平臺,體會到學(xué)以致用的成就感,體驗獲取成功的快樂,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索樂趣,讓學(xué)生走向主動學(xué)習(xí),學(xué)會怎樣學(xué)習(xí),如何批評性思維,如何有效溝通和協(xié)作,以及如何創(chuàng)新性地將學(xué)到的知識和技能解決實際問題,實現(xiàn)了“以教為主”向“以學(xué)為主”的轉(zhuǎn)變,達到完善知識體系、提升了其專業(yè)技能和綜合素質(zhì)的目的。
該教學(xué)模式已在生物工程和食品科學(xué)與工程專業(yè)實施2輪,取得了明顯的教學(xué)效果。首先,激發(fā)了學(xué)生對“微生物學(xué)”實驗課程的興趣,提高了其學(xué)習(xí)積極性。教改班2014級和2015級生物工程和食品科學(xué)與工程班學(xué)生的到課率和聽課認真程度都大大高于教改前的常規(guī)班(2014級和2015級食品質(zhì)量與安全班)。課間課后不時有教改班學(xué)生通過各種方式和教師交流作業(yè)和其他感興趣的微生物學(xué)問題。小組對實驗項目的完成質(zhì)量要求都高,特別是小組在課堂實驗方案PPT講解前,很多小組一遍又一遍地修改完善,發(fā)給教師的實驗方案文檔后綴“修改稿1,修改2,最后版,終極版,終結(jié)版……”。期末考核,第1輪教改班(2014級生物工程和食品科學(xué)與工程班)優(yōu)良率分別為50.0%和53.8%,比常規(guī)班(2014級食品質(zhì)量與安全班)優(yōu)良率(35.4%)分別高14.6%和18.4%。第2輪教改班(2015級生物工程和食品科學(xué)與工程班)優(yōu)良率分別達到37.5%和26.7%,比常規(guī)班(2015級食品質(zhì)量與安全班)優(yōu)良率(13.2%) 分別高24.3%和14.2%。實施2輪下來,常規(guī)班的平均優(yōu)良率為24.3%,而教改班的平均優(yōu)良率達42.0%,提高了17.7%。其次,拓寬了學(xué)生的知識面,培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新意識,激發(fā)了學(xué)生參與生物學(xué)科研活動的熱情。教改班很多學(xué)生都提前積極參加生物學(xué)方面的科學(xué)研究,在大學(xué)期間的第4學(xué)期,有60%以上的學(xué)生開始加入教師的科學(xué)研究。最后,在與學(xué)生的互動交流過程中,學(xué)生拋出各種問題,迫使教師不斷擴寬知識面,促使教師的教學(xué)水平上了新臺階,在2016年的校級青年教師教學(xué)比武中,以“互聯(lián)網(wǎng)+教育”下的翻轉(zhuǎn)課堂微生物學(xué)綜合性設(shè)計實驗實踐教學(xué),獲得校級青年教師教學(xué)比武二等獎。
基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的教育理論和教學(xué)模式將不斷發(fā)展和完善,“微生物學(xué)”實驗教學(xué)如何面對和適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”帶來的沖擊和挑戰(zhàn),是微生物學(xué)教學(xué)工作者面臨的課題和不可回避的問題。在此項教學(xué)研究過程中還有諸多不足,如教學(xué)過程利用到的各種交流平臺過于分散,教學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息平臺有待于進一步整合和完善,各類優(yōu)質(zhì)實驗教學(xué)資源需要加強制作、收集和整合。此外,翻轉(zhuǎn)課堂實驗教學(xué)使教師面臨教學(xué)設(shè)計和組織能力方面的挑戰(zhàn)。如何既調(diào)動學(xué)生積極參與每一個過程,及時檢查學(xué)生對知識和技能的掌握情況,又不干預(yù)學(xué)生的選擇,促進學(xué)生的自主學(xué)習(xí),對教師教學(xué)理念轉(zhuǎn)變和能力素質(zhì)都是新的考驗。基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的翻轉(zhuǎn)課堂微生物學(xué)實驗教學(xué)不僅是教育技術(shù)的革新,更是給教學(xué)過程、組織模式乃至教學(xué)理念帶來的深層次影響。
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