基于翻转课堂在《细胞生物学实验》教学中的改革与反思

摘要：翻转课堂教学模式具有提高学生自主学习能力，易化学生知识与能力提升的等优点。本文以《细胞生物学实验》“植物细胞DNA制备与显示技术”课例为研究对象，采用网络课程资源自主学习、热点问题专题讨论、实验方案设计等方式，植入了PBL法的“问题设置”、“问题解决”、“能力拓展”翻转课堂模式，形成学习资源搜集、课前自主学习与合作实验探究、课堂讨论与答疑、课后能力拓展、反馈与评价的“五段学习法”。在锻炼实操技能的同时，培养学生关注食品安全及环境问题的意识。

关键词：翻转课堂；细胞生物学；实验；自主学习

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）04-0241-03

长期以来，普通高校饱受传统课堂教学模式影响，过度关注教师课堂主体作用的发挥，忽略学生的学，学生自主性学习的积极性不高，学习效率偏低。翻转课堂（Flipped Classroom）相对于传统教学模式以课堂讲授、课外练习和解决问题为主要教学方法而言，更强调学生个性化学习的模式。翻转课堂具有许多优点：高度自主的学习环境；更加关注对学生学习方法的指导以及课堂探究和交流活动的组织；学生的学习情绪能被很好地调动起来，更益于对知识的内化，能在较短的时间内完成知识目标。按照《细胞生物学实验》课程目标要求与PBL教学模式在细胞生物学课程教学中的应用，以“植物细胞DNA制备与显示技术”实验为研究课例，以问题导向为切入点，以学生自主学习和实验设计为学习目标，实施了翻转课堂教学模式改革实践，探索基于PBL的自主学习过程与效果评价方式。

一、基于PBL法的“植物细胞DNA制备与显示技术”教学设计

1.教学目标分析。一般而言，实验教学目标：①传承实验知识，实践对理论知识的理解和验证；②提高实践理性，就是指与我们的行动和选择有关的理性；③实践策略：为什么要这么做？培养学生反思、设计实验的能力；④生成实践智慧，即以实践为目的的能够指导实践行动的理性能力。《细胞生物学实验》课程目标包括三个层次：①知识目标层次，主要是细胞生物学理论知识、研究方法、实验原理的学习与掌握。②能力目标层次，主要是实验设计、细胞生物学实验常用仪器设备的正确使用，学会并应用细胞生物学主要实验技术，如细胞化学组分的分离与鉴别、细胞结构组分的显示与定位、细胞融合等。③文化素质目标层次，主要阐释科学技术对人类社会发展的促进作用，对学生人生观、价值观培养的作用，关注科学、社会、人类发展问题的意识。根据课程目标，“植物细胞DNA制备与显示技术”实验项目的教学目标分为：掌握孚尔根反应、Brachet反应和SDS碱变性法和CTAB法提取植物DNA原理的知识目标；学会运用孚尔根反应和Brachet反应原理完成植物细胞内DNA定位显示技术、DNA提取技术、实验方案设计、论文撰写的能力目标；关注转基因技术对社会的影响以及对科学、技术、社会协调发展理性思考的文化素质目标。

2.实验改革方案设计与实施。PBL以问题为导向，以主动学习为主，设置问题情景，通过学习者的自主探究与合作来解决问题，形成解决问题的技能，达到自主学习能力的提升。而翻转课堂并不只是“视屏录制”，而是一种“有效的课堂管理”，且更适用于有学习自觉性、能够做好课前功课的大学生。本课例的实验改革方案设计与实施植入了PBL法的“问题设置”、“问题解决”、“能力拓展”翻转课堂模式，形成学习资源搜集、课前自主学习与合作实验探究、课堂讨论与答疑、课后能力拓展和反馈与评价的“五段学习法”。（1）学习资源搜集。主要是教师提供给学生的课前学习资料，如微课程、视频、文本材料、PPT等。同时，引导学生查阅各类研究课题的最新进展，及时补充更新网络学习资源。（2）以“问题设置”为前提的课前自主学习与合作实验探究。植物细胞DNA的细胞化学显示方法有哪些？如何设计实验方案并实施？如何用琼脂糖凝胶电泳显示植物细胞DNA？通过“问题设置”，将学生被动学习变为主动完成课前自主学习与合作实验探究。①自主学习先行。充分利用课程学习资源，通过观看视频、阅读资料等方式完成课前自主学习，通过网络平台提交作业，达到知识的内化。②小组合作学习。由教师提出实验方案设计任务书，明确小组合作学习的任务，让学生自主进行实验方案设计。③实验方案设计。学生利用开放实验室分小组自主完成实验方案设计。④实验方案的实施。各小组按照自己设计的实验方案，利用实验室资源，分工协作，在课余时间自主完成实验。利用Feulgen染色技术、Brachet染色技术、琼脂糖凝胶电泳等技术显示DNA的存在。有实验实施过程的详细记录的实施步骤与结果分析，并撰写实验论文。学生提出新的需要答疑的问题。（3）以“问题解决”为核心的“课堂讨论与答疑”。①小组课堂讨论完善实验方案。根据课前小组完成实验方案的具体情况组织讨论。②利用翻转课堂讨论、交流，解决新的问题。学生提出各种疑难问题，如洋葱根尖临时装片，中期分裂相细胞偏少，染色体分散度差，难以计数，进而影响核型分析；基因组DNA降解严重，电泳呈弥散状等，教师组织大家讨论。③课堂答疑。解决实验过程中存在的小组内解决不了的疑难问题，在实验课上协作完成。如根尖制片的中期分裂相细胞偏少是因为根尖取材时间把握不好；染色体分散度不高是因为压片的力度把握不好；DNA提取过程中的基因组DNA降解严重，电泳呈弥散状是因为提取过程中低温研磨、离心上清液或沉淀的取用等操作不规范所致。④教师根据学生讲解和讨论内容进行点评和个别指导，使学生形成新的认知结构。在这一环节，实验教师扮演主导的角色，学生则是学习的主体，学生通过自主学习、相互协作完成实验项目，参与课堂讨论。（4）以“三拓展”为目标的能力培养。①思维能力。通过开展转基因技术的辩论，激发学生对“转基因技术利弊”的思考，实现思维能力拓展。②设计能力。通过考核“植物细胞DNA制备与显示技术”实验方案的设计与实施效果，引导学生修改完善实验方案，实现实验方案设计能力拓展。③自主学习能力。教师收集、上传与教学内容相关的拓展学习资料，结合自主学习考核，实现学生对知识（技能）的巩固和自主学习能力拓展。（5）反馈与评价。①基于自主学习考核的翻转课堂过程性评价。根据学生在“学习资源搜集”、“课前自主学习与合作实验探究”、“课堂讨论与答疑”、“课后能力拓展”阶段中的表现进行考核评价。如网络评价时，针对文献阅读回答问题，如果回答不正确无法进行下一步；小组讨论记录；课堂小组PPT展示。小组实验方案设计及实施标准包括：实验目的、原理；用品、步骤，如洋葱根尖培养、取材固定、稀酸解离、黑暗环境染色、压片、观察；注意事项；实验记录；结果分析。过程性评价成绩占总成绩30%。②基于论文写作考核的翻转课堂评价。论文内容包括摘要、前言、材料与方法、实验结果、讨论、参考文献等几部分。论文成绩按评分标准执行。论文成绩占总成绩20%。③基于实验操作技能考核的终结性评价。实验技能考核成绩采用综合评定方法确定，主要考核实验基本操作、仪器使用，考核要点主要包括仪器操作、实验方案、实验操作步骤、关键操作点、实验记录、实验数据分析等。实验考核成绩占总成绩50%。考核评价方法采取自我评价（占技能考核成绩的20%）、小组成员互评（占技能考核成绩的30%）、教师评价（占技能考核成绩的50%）相结合。

二、翻转课堂教学改革取得的效果

1.学生层面。（1）自主学习能力得到提升。课前学生的自主学习，时间灵活，目的性强。通过翻转课堂高效地完成知识的传授和能力的训练，实现了生生、师生互动交流，促进了知识的内化与吸收，兼顾了不同层次学生的需求。通过学习资源搜集及课前自主学习，学生的资料查阅能力提高、知识面扩大、协作意识和能力增强。课堂答疑及讨论阶段，几乎每个同学都参与问题的解答、讨论、交流、互动，极大增强了学生的学习兴趣和自信心，自主学习能力得到提升。（2）课外科技大赛取得可喜成果。生物技术专业有3名同学获得河北省2015年大学生挑战杯课外科技大赛一等奖；6名同学获得大赛二等奖；7名同学获得大赛三等奖。（3）技能考核评价采取自我评价、小组成员互评及教师评价三个环节，提高了学生的自主学习能力、团队协作能力、实验操作能力及分析解决问题的能力。

2.教师层面。（1）教学改革成果明显。完成河北省高等学校教学改革研究项目1项，《系统论视域下新建地方本科院校生物学实践教学体系的改革与实践》（2012GJJG206），邯郸学院综合改革与转型发展四级项目3项（1412010，15sjf162，15sjt1012）。（2）《细胞生物学实验》网络课程建设并得以实践。利用邯郸学院网络课程平台，建设了生物技术、生物科学两个专业的《细胞生物学实验》网络课程，教师负责完成网络学习资源的上传，如自主学习资源、“N+2”考核及标准、学习论坛、问卷调查等。学生上传自主学习作业。（3）通过实施《细胞生物学实验》教学改革，要求教师发挥主导作用，具备相关的知识、实践经验、组织能力等，促进了教师业务素质的提升。

三、对翻转课堂教学模式的反思

1.反思。（1）翻转课堂模式中，学生需要花费更多的准备时间，部分学生对新的教学模式的接受度不高。翻转课堂可以尝试，但不能常试。（2）在小组活动中，有的小组分工不太合理，个别学生的实验方案设计及实验操作能力也有待提高，学生对实验任务完成的贡献度有差异。（3）教师指导实践活动的能力需要进一步提升。

2.对策。（1）提高学生参与自主学习的积极性和主动性。精心选择实验项目，借鉴“慕课”教学模式在传授知识、互动交流、自主学习等方面的优势，选择学生关注的问题进行讨论，实现学生知识能力的提炼升华。（2）对学生进行实验方案设计及实验仪器操作技术等方面的训练，完善实验方案，开展实验动手能力的过程性考核。（3）引导教师积极参加企业实践锻炼，提升实践创新能力，成为“双师双能型”教师。

参考文献：

[1]张锋，唐倩.翻转课堂教学模式在初中生物学教学中的应用[J].福建教育，2015，（4）：55-57.

[2]Fulton K.Upside down and inside out：Flip your classroom to improve student learning[J].Learning & Leading with Technology，2012，39（8）：12-17.

[3]赖晓芳，沈善瑞.PBL模式在生物技术专业细胞生物学教学中的应用[J].科教文汇，2013，（1）：80-81.

[4]田男，余超超，张婷.PBL教学模式在生物技术专业本科生细胞生物学课程教学中的应用[J].教书育人（高教论坛），2016，（3）：80-81.

[5]容梅，彭雪红.翻转课堂的历史、现状及实践策略探析[J].中国电化教育，2015，（7）：108-115.

[6]徐妲，钟绍春，马相春.基于翻转课堂的化学实验教学模式及支撑系统研究[J].远程教育杂志，2013，（5）：107-112.

[7]李中文，吴涛，汤必奎.“慕课”应用于医学细胞生物学教学改革探讨[J].继续教育，2015，（2）：43-44.

[8]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.

The Reflection and Reformation of the Flipped Classroom in the "Cell Biology Experimental" Teaching

LI Zhi-liang，XING Hao-chun，YE Jia

（College of Life Science and Engineering，Handan College，Handan，Hebei 056005，China）

Abstract：Flipped classroom teaching mode has the advantages of improving students' autonomous learning ability，easy to change students' knowledge and ability promotion. In this study，the experiment of cell biology of "Preparation and display technology of plant cell DNA" was taken as the object lesson，content preview using the network course platform of cell biology，combined with controversy on hot topics and experimental scheme design，the "problem setting"，"problem solving" and "ability development" of the PBL method were implanted in the flipped classroom model，formed learning resource collection，autonomous learning and cooperative experiment research before class，classroom discussion and question answering，ability development after class，and feedback and evaluation of "five steps learning method". The practical skills were trained，and further promote students to concern and think about food safety，environmental issues.

Key words：flipped classroom；cell biology；experiment；autonomous learning