張少斌

(沈陽農業(yè)大學 生物科學技術學院，沈陽 110866)

“生物化學”是生物科學類專業(yè)的核心骨干課，生物化學實驗不僅有助于學生對生物化學理論知識的理解，訓練基本的生物化學實驗技能，還有助于培養(yǎng)學生科學的思維方法，求實創(chuàng)新的精神，以及運用生物化學理論與實驗技能分析和解決實際問題的能力[1-2]。傳統(tǒng)的生物化學實驗線下教學由于時間和條件限制，實驗項目的數量和質量有限，已不能滿足“六卓越一拔尖”計劃2.0關于人才培養(yǎng)的時代需求[3]。建立在現代信息技術基礎上的線上教學，打破了線下教學時間和空間的限制，拓展了教學的寬度和廣度，在生物化學理論課教學中發(fā)揮了重要作用[4-5]。為了發(fā)揮線上教學的優(yōu)點，彌補傳統(tǒng)生物化學實驗教學的不足，本文對生物化學實驗的線上線下混合教學模式進行了探索和實踐，為培養(yǎng)高素質復合型生物科學類專業(yè)人才奠定基礎。

1 開展生物化學實驗線上線下混合教學的必要性

1.1 線上線下混合式教學可以提高線下教學效率

傳統(tǒng)生物化學實驗教學全部在生物化學實驗室完成，上課的一般程序為課前教師準備實驗材料、儀器和試劑，上課時由教師講解實驗原理、示范儀器操作，然后指導學生開展實驗，學生觀察實驗現象、記錄實驗數據，最后完成實驗報告。大多數生物化學實驗項目操作本身所消耗的時間長，加上教師講解示范以及學生完成實驗報告的時間，每個實驗項目一般需要4～5個學時，在總學時有限的情況下，實驗項目數少，而且大多為驗證性實驗，綜合性和設計性實驗比例低，不利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[6]。通過設計線上線下混合教學模式，將教師講解原理、示范操作和學生完成報告的教學環(huán)節(jié)改為線上進行，從而提高線下教學效率，不僅可以通過線上學習更多的拓展實驗項目，還可以開設更多的綜合性、設計性實驗。

1.2 線上線下混合式教學可以提高實驗課考核的客觀性和準確性

傳統(tǒng)生物化學實驗教學課程考核方式一般為考查，主要是實驗報告完成情況，考核方式單一，成績區(qū)分度小，影響學生上課積極性[7]。線上線下混合式教學則可以通過慕課平臺數據，綜合考查學生線上預習觀看實驗視頻、完成課堂練習、參加章節(jié)測驗、完成實驗報告以及參與課程討論等學習全過程，結合線下課堂綜合表現，提高了實驗課過程考核的客觀性和準確性，增加學生成績的區(qū)分度，從而提高學習積極性和綜合教學效果。

1.3 線上線下混合式教學可以拓寬學生視野，培養(yǎng)學生的綜合素質與能力

生物化學實驗包括蛋白質、核酸、酶等有機分子的分離、純化與鑒定以及上述有機分子在生物體內的代謝過程，實驗項目數量眾多，在有限的線下課堂時間內，不可能完成所有的實驗項目。通過線上學習，則可以在對主要實驗項目進行預習與復習的基礎上，對其他相關的實驗項目進行自主學習，從而大大拓寬學生的視野。此外，線下課堂時間有限，主要用于學生實驗動手操作，訓練實驗技能，培養(yǎng)科學探索精神，而線上教學則方便開展課程思政教育[8]，通過相關的視頻、網頁或案例課件，培養(yǎng)學生的愛國奉獻、職業(yè)倫理等綜合素質，培養(yǎng)學生自主學習、有效獲取知識的能力。

2 建設生物化學實驗校園獨立SPOC

隨著高等教育信息化的發(fā)展，部分高校在公共教學平臺建設有生物化學實驗線上課程，這些線上課程都是根據本校實驗室條件和學生特點建設的[9]，實驗項目的設置以及實驗室儀器設備條件不一定能夠匹配本校實際情況，因此，在整合公共慕課平臺生物化學實驗教學資源的基礎上，建設符合本校學科專業(yè)實驗室和學生特點的校園獨立SPOC，為開展生物化學實驗線上線下混合式教學奠定基礎。

首先，根據生物化學實驗知識體系，確定SPOC課程的實驗章節(jié)。將整個課程劃分為10個實驗章節(jié)(表1)，前8個章節(jié)多為驗證性實驗，包括蛋白質、氨基酸、核酸、核苷酸、酶、維生素、糖與糖代謝、脂與脂代謝，后2個章節(jié)分別為綜合性實驗和設計性實驗。

其次，根據實驗章節(jié)和技術方法，確定具體的實驗項目，整理或制作課程資源。我校生物科學類專業(yè)共開設9個實驗項目，詳見表1中的核心實驗項目。其中5個驗證性實驗(表1中2/3/4/5/7)、3個綜合性實驗和1個設計性實驗。以綜合性實驗“食品蛋白質含量的測定”為例說明課程資源的制作原則與方法。蛋白質含量測定有多種技術方法[10]，如凱氏定氮法、福林-酚比色法、雙縮脲法、紫外吸收法和考馬斯亮藍比色法，其中，考馬斯亮藍比色法是目前開展生物科學研究中主要的蛋白質含量測定方法，也是教學大綱中規(guī)定的必需掌握的生物化學實驗技能，因此，以考馬斯亮藍比色法作為線上教學的核心資源，其他測定方法作為線上教學的拓展資源。核心資源主要由課程組教師在本校生物化學實驗室實地制作，比如本實驗用到的分光光度計、離心機等儀器設備的使用原理與操作方法，實驗試劑的配制方法，教師在實驗室內以實物進行講解并錄制視頻，以確保學生進入實驗室時能夠正確使用這些儀器設備，同時錄制學生從實驗開始到完成實驗的所有關鍵操作步驟的視頻資源，為學生進入實驗室自己動手開展相關實驗作為參考。拓展教學資源主要在現有公共慕課資源基礎上進行篩選和整理，公共慕課平臺上也沒有的資源再進行適當補充。此外，設計練習題、測驗題、思考題等用于過程考核，以檢驗教學效果。

最后，挖掘思政教育素材進行思政教育。以綜合性實驗“食品蛋白質含量的測定”為例進行說明。凱氏定氮法用于食品和飼料中蛋白質含量的測定，其前提假設是樣品中所有的氮均以蛋白質的形式存在，在實際應用中，不法分子將三聚氰胺添加到奶粉中冒充蛋白氮，對嬰幼兒造成營養(yǎng)匱乏和腎結石等嚴重后果，從而暴發(fā)了震驚全國的三聚氰胺毒奶粉事件[13]，造成巨大的社會危害，相關責任人受到法律的嚴懲。本事件的發(fā)生，教導我們要做一個對國家和社會有益的人，樹立正確的人生觀和世界觀，增強社會責任感。本事件的發(fā)生源于凱氏定氮法的局限性，提示我們將理論知識應用到生產實踐時，要充分考慮其優(yōu)缺點，揚長避短，提高職業(yè)倫理和科學素養(yǎng)。本事件的發(fā)生也有食品質量監(jiān)管各個環(huán)節(jié)不到位的問題，提示我們做任何工作，尤其是關系國計民生的職業(yè)，一定要認真負責、遵章守紀，增強法制觀念。

表1 生物化學實驗項目

3 生物化學實驗線上線下混合教學模式的探索與實踐

生物化學實驗是一門實踐性課程，重點在于鍛煉和培養(yǎng)學生的實驗動手操作能力，學習和掌握生物化學實驗技術，因此，實驗室內的線下實驗教學發(fā)揮著不可替代的作用。為了節(jié)約線下實驗教學時間，提高學生的綜合素養(yǎng)，充分發(fā)揮線上教學的優(yōu)勢，設計生物化學實驗線上線下混合教學模式。生物化學實驗包含多個實驗項目，傳統(tǒng)實驗教學中，每個實驗項目作為一個獨立的教學單元，通常在實驗室內1次課完成。在線上線下混合教學模式中，將每個實驗項目的教學過程分為4個主要階段，分別為課前準備、線上教學、線下教學和課后總結。

3.1 課前準備

教師設計教案，確定教學目標和教學方式、補充完善教學內容和線上教學資源。以蔬菜DNA提取測定為例。教學目標與基本要求是學習和掌握DNA提取和測定的原理與方法，了解DNA相關技術(如聚合酶鏈式反應PCR)在實踐中的應用，培養(yǎng)學生科學探索和科技創(chuàng)新精神，提高學生分析和解決實際問題的能力。教學方式主要采取線上線下混合教學模式，在整個教學過程中，教師主要起輔導和監(jiān)督作用，始終以學生為中心，線上學習實驗原理，線下進行實驗操作，從而培養(yǎng)學生的自主學習能力和動手操作能力。核心教學內容是蔬菜DNA提取測定，拓展教學內容是動物肝臟DNA提取測定，根據現有慕課資源，結合生物化學相關技術的最新進展(如RT-PCR在新冠肺炎診斷中的應用)，補充完善SPOC平臺線上教學資源。

3.2 線上教學

教師在開展線下實驗前一周發(fā)布線上學習任務，組織和指導學生開展線上學習。學生可隨時隨地通過校園SPOC線上資源，如教師的授課視頻及PPT講稿等，學習實驗目的、實驗原理、實驗試劑的配制以及實驗儀器的工作原理與操作方法，同時，通過實驗操作視頻可了解實驗總體過程以及關鍵步驟等。反復觀看學習線上資源，直到掌握全部內容，完成線上練習和測驗，并就實驗相關問題參與線上討論，為線下實驗做好充分準備。在學生線上學習過程中，教師通過微信、QQ以及SPOC平臺討論區(qū)等，對學生提出的疑問及時回復，根據學生答題情況，對學生進行有針對性地督促和指導。同時，教師在實驗室準備實驗材料、配制實驗試劑并調試實驗儀器，為線下實驗室開展相關實驗做好條件準備。

3.3 線下教學

線下以學生動手操作為主，教師指導為輔。為保證每名學生都能動手操作并協調配合完成實驗，一般2人為1組，為保證實驗室井然有序，提高教師指導效果。我校采取小班授課，每班7～8個實驗小組。學生按照實驗步驟依次開展實驗，觀察實驗現象并記錄實驗結果，教師指導學生規(guī)范操作，幫助學生分析實驗現象，解決學生實驗中遇到的問題，協調實驗室共用儀器的使用，確保學生安全高效地完成實驗過程。

3.4 課后總結

學生根據線上學習內容和線下實驗操作過程，分析討論實驗結果，完成實驗報告。教師評閱實驗報告，總結分析線上學習數據，結合實驗室課堂表現，評定本實驗項目的學生成績，總結教學效果，為設計開展后續(xù)實驗積累教學經驗。

3.5 學生參與度分析

學生參與度是評價教學效果的重要因素，主要是考查學生在學習過程中投入的時間、精力以及學習有效性[12-13]。在線上線下混合教學模式中，建立在公共慕課平臺基礎上的生物化學實驗校園獨立SPOC，能夠實時記錄學生的學習數據，為學生參與度分析提供了便利條件。我校生物科學專業(yè)共開設9個實驗項目，學生參與度分析如表2所示。學生線上平均簽到8次，由于線上學習時間自由，部分學生沒有及時簽到，導致平臺顯示有遲到和曠課現象，但學生都參與并完成了線上的主要教學內容。線上平均觀看視頻24個，最低限度觀看了9個核心實驗項目視頻，最高則看了29個項目視頻。學生在討論區(qū)發(fā)帖數差異很大，平均討論發(fā)帖22個，最高44個，極個別學生發(fā)帖數為0。全部學生均參與并完成了線上練習和測驗，練習平均87分，測驗平均41分。線上學習為線下實驗操作做好了充分準備，學生線下實驗室出勤率100%，沒有遲到早退現象，每名學生都能積極參與實驗操作，認真觀察實驗現象，如實記錄實驗數據，實驗操作環(huán)節(jié)平均18分(滿分20分)。學生都能按時提交實驗報告，實驗報告平均分22分(滿分25分)。在生物化學實驗線上線下混合教學中，線上SPOC提供了核心實驗項目和大量拓展實驗項目(表1)，每個實驗項目均包含實驗演示視頻、思政教育素材以及練習和測驗題等豐富的教學資源，滿足了學生差異化和個性化的教育需求，提高了學生線上學習和線下實驗操作的參與度。

3.6 課程考核

根據線上線下混合式教學的特點，改革課程考核方式，考核成績比例分配如圖1所示。線上線下成績各占總成績的50%，其中線上成績包括簽到、練習、討論、測驗和視頻觀看，由慕課平臺根據學習過程數據，按照一定的賦值比例直接計算線上成績，保證了成績的客觀性和準確性。線下成績包括出勤、操作和報告，通過采取小班授課，教師能夠對每個學生的操作情況進行監(jiān)督和指導，從而準確評定線下成績。生物化學實驗課程考核成績如圖2所示，傳統(tǒng)實驗教學考核以主觀性考核為主，實驗操作和實驗報告評分差異較小(表2的6～8)，總成績集中分布于90分上下，而線上線下混合式教學通過加強過程考核，由于線上學習數據差異較大(表2的1～5)，因而增加了學生成績的區(qū)分度，學生成績分布于70～90分，考核結果更為全面客觀。

表2 學生參與度分析

圖1 課程考核成績組成Figure 1 Composition of course assessment results

圖2 課程考核成績分布Figure 2 Distribution of course assessment results

4 結語

生物化學實驗的主要教學目標是培養(yǎng)學生的實驗動手操作能力，因此離不開傳統(tǒng)實驗室的線下教學，如何將線上教學應用到傳統(tǒng)實驗教學中，是一個值得研究和探索的課題。根據本校生物化學實驗室條件和學生特點建設校園獨立SPOC，學生通過線上學習掌握實驗原理、試劑配制和儀器使用方法，了解實驗操作過程，并與同學和教師探討實驗過程中可能出現的問題和解決辦法，從而提高實驗效率，節(jié)約實驗操作時間，因此，在總學時不變的情況下，可以增加實驗項目的數量和質量，有助于使學生掌握更多的實驗技能，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。與傳統(tǒng)實驗教學相比，線上線下混合式教學不僅開闊學生視野，提升學生綜合素質，而且提高了實驗考核的客觀性和準確性，增加了學生成績的區(qū)分度，提高了學生線上線下參與度，取得了更好的教學效果。