生物工程專業(yè)實驗教學(xué)微課堂探索實踐

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了生物工程專業(yè)實驗教學(xué)微課堂探索實踐范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

［摘要］本科實驗教學(xué)作為提高生物工程專業(yè)學(xué)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(xué)平臺的建設(shè)已作為評估教學(xué)成果的重要指標(biāo)。微課堂作為一種新的教學(xué)模式普遍用于理論課程的在線教學(xué)過程中。而微課堂對于協(xié)助實驗教學(xué)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(xué)的匹配性、實驗教學(xué)課程的設(shè)計與實施以及微課堂應(yīng)用于實驗教學(xué)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(xué)效果、分擔(dān)實驗教師部分職能是有積極作用的。

［關(guān)鍵詞］微課堂；生物工程；教學(xué)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(biāo)準(zhǔn)關(guān)系到實驗結(jié)果的準(zhǔn)確和實驗操作過程的安全。現(xiàn)代生物工程技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)化操作、實驗結(jié)果的準(zhǔn)確度和精度有了更高的要求。而且，生物工程實驗教學(xué)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(lǐng)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(xué)習(xí)和掌握實驗儀器設(shè)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(xué)模式正好可以發(fā)揮其在實驗教學(xué)課堂中的理論教學(xué)功能。微課堂是一種在線課堂學(xué)習(xí)模式[1-2]，而在線課堂的便捷性使在校大學(xué)生可以方便地通過網(wǎng)絡(luò)進行觀看學(xué)習(xí)。把微課堂引入實驗教學(xué)課程中能使學(xué)生提前了解本次實驗課程的教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)實驗儀器的操作原理和使用說明，從而使學(xué)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(xué)課堂完全交給實驗實踐環(huán)節(jié)，從而發(fā)揮實驗教學(xué)課堂的最大效率。這種類似于翻轉(zhuǎn)課堂[3-5]的實驗教學(xué)模式對開展開放實驗室教學(xué)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(xué)院的高級教學(xué)設(shè)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(yīng)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(shè)微課的五個步驟：將課程的核心概念構(gòu)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(fēng)或網(wǎng)絡(luò)攝像頭錄制以上內(nèi)容，最終的節(jié)目長度為1—3分鐘；設(shè)計能夠指導(dǎo)學(xué)生閱讀或探索的課后任務(wù)，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)課程材料的內(nèi)容；將教學(xué)視頻與課程任務(wù)上傳到課程管理系統(tǒng)。國外的微課教學(xué)實踐以可汗學(xué)院[8]最為出名，可汗學(xué)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(xué)、物理、化學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、歷史、生物、天文學(xué)、計算機科學(xué)等多學(xué)科的4000多個教學(xué)視頻?？珊箤W(xué)院最大的特色和成功之處在于應(yīng)用微視頻和相應(yīng)的一整套新型組織管理模式，改變傳統(tǒng)課程教學(xué)體系，使之更適合于特殊的網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)者，從而提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。可汗學(xué)院為了適應(yīng)學(xué)習(xí)的漸進性將微視頻課程從易到難銜接，便于學(xué)習(xí)者理解和接受，并且還有相應(yīng)的課后練習(xí)[9]。在國內(nèi)，最早提出“微課”概念并進一步在中小學(xué)教學(xué)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(xué)校教學(xué)實踐中。他認為只有那些滿足教師與學(xué)生需求，并且具有半結(jié)構(gòu)化、動態(tài)生成的教學(xué)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(xué)視頻，同時還包括與該教學(xué)主題相關(guān)的教學(xué)設(shè)計、PPT課件、教學(xué)反思、練習(xí)測試和學(xué)生反饋、教師評估等環(huán)節(jié)。根據(jù)需要，不同的教學(xué)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(xué)生的認知特點和學(xué)習(xí)規(guī)律，在注意力集中的情況下，高效率的學(xué)習(xí)時長不應(yīng)超過20分鐘，所以微課堂正好符合這一學(xué)習(xí)特征，避免了長時間學(xué)習(xí)帶來的身心疲勞。2.教學(xué)知識點少[14]。相對于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)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(xué)生掌握課程的核心內(nèi)容，使學(xué)生在學(xué)習(xí)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(shè)備進行“碎片化”的學(xué)習(xí)。4.符合現(xiàn)代快速的學(xué)習(xí)特點[15]。信息的快速增長讓學(xué)生習(xí)慣于快進的學(xué)習(xí)方式，“微課”教學(xué)模式正好適應(yīng)于當(dāng)代學(xué)生短時、快速的學(xué)習(xí)習(xí)慣。因為學(xué)生更喜歡把長篇的視頻分隔成小視頻進行學(xué)習(xí)，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(xué)和微課堂的匹配性分析

生物工程實驗教學(xué)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(xué)更復(fù)雜的教學(xué)場景和認知環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)實驗教學(xué)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(dǎo)學(xué)生的實驗操作過程；4.實驗結(jié)果的評定和分析?？梢?，教師在實驗過程中所承擔(dān)的教學(xué)工作是很繁重的。針對教師少而學(xué)生多、實驗過程操作復(fù)雜而學(xué)生準(zhǔn)備不充分的矛盾，以及如何應(yīng)對和分擔(dān)現(xiàn)場實驗教學(xué)過程中這幾個部分的任務(wù)，提高課堂的利用效率是實驗教師應(yīng)該思考的問題。教師應(yīng)該能夠合理設(shè)計整個實驗教學(xué)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(xué)生課前認真預(yù)習(xí)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(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，相對于書本上枯燥的文字和圖片，教學(xué)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(xué)環(huán)節(jié)可以通過微課堂讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)和掌握，而現(xiàn)場實驗教學(xué)則完全可以實施第3個部分的任務(wù)。這樣，教師只需要在現(xiàn)場實驗教學(xué)中糾正學(xué)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(dān)教師的某些指導(dǎo)任務(wù)，比如學(xué)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(fù)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(dān)了教師的教學(xué)職能，也培養(yǎng)了學(xué)生主動學(xué)習(xí)和探索的習(xí)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(xué)生自發(fā)學(xué)習(xí)和思考問題的習(xí)慣。

三、微課堂生物工程實驗教學(xué)的設(shè)計與實施

生物工程實驗教學(xué)的設(shè)計和實施是微課堂視頻課程融入實驗教學(xué)課堂的最重要的環(huán)節(jié)。微課堂和現(xiàn)場教學(xué)可以相輔相成，取長補短。一個安排合理的實驗教學(xué)設(shè)計對協(xié)調(diào)兩者之間的關(guān)系是至關(guān)重要的。如上所說，好的微課堂可以承擔(dān)第1、第2部分教學(xué)環(huán)節(jié)的任務(wù)，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(yīng)用到實驗教學(xué)過程中也是至關(guān)重要的，因為如何合理安排微課堂和現(xiàn)場實驗教學(xué)關(guān)系到整個實驗教學(xué)課程的成敗。

（一）微課堂生物工程實驗教學(xué)設(shè)計微課堂作為課前的導(dǎo)學(xué)資源類似于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式?；谖⒄n堂的導(dǎo)學(xué)作用可以安排整個實驗教學(xué)課堂按照“實驗前學(xué)生通過微課視頻自主預(yù)習(xí)（第1階段）—實驗中教師指導(dǎo)和糾正學(xué)生實驗（實驗過程再次重復(fù)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(xué)習(xí)主要是完成實驗教學(xué)流程中的第1階段（實驗前）的任務(wù)。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(yīng)包括以下幾方面的內(nèi)容：實驗原理、實驗?zāi)繕?biāo)、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(shè)計。其次，對實驗過程中涉及的儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)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(gòu)和操作過程進行講解。學(xué)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(xué)的實施實驗教學(xué)的實施是基于實驗教學(xué)的設(shè)計進行的，它們是制定和執(zhí)行的關(guān)系。通過教學(xué)設(shè)計我們可以先制作出微課堂視頻素材，然后依據(jù)實驗設(shè)計安排微課堂視頻到應(yīng)該使用的場景中。比如，流程圖中的第1階段（實驗前）學(xué)生可以完全依靠視頻課程自主進行學(xué)習(xí)。而后的實驗中也可以通過反復(fù)觀看微課堂視頻學(xué)習(xí)實驗操作中的細節(jié)。因此，匹配好微課堂教學(xué)和現(xiàn)場教學(xué)的時間順序關(guān)系是很重要的。我們可以在實驗過程的不同階段設(shè)計和穿插微課堂教學(xué)（見圖1）。1.實驗前的微課堂實驗教學(xué)前學(xué)生主要通過微課堂視頻來學(xué)習(xí)掌握實驗課程的全部內(nèi)容，以及實驗儀器的結(jié)構(gòu)和工作過程。因此，在實驗課程開始前幾天，教師應(yīng)將即將開始的實驗課程的微課堂視頻到網(wǎng)上供學(xué)生預(yù)習(xí)，時間延至實驗課程結(jié)束后關(guān)閉，課程期間可以無限制地供學(xué)生反復(fù)觀看學(xué)習(xí)。2.實驗中的微課堂實驗過程中的主要教學(xué)內(nèi)容是現(xiàn)場實驗操作環(huán)節(jié)，通過課前的在線學(xué)習(xí)，學(xué)生對整個實驗內(nèi)容和注意事項應(yīng)該有所了解，那么現(xiàn)場實驗教學(xué)就是實驗操作過程。實驗操作過程具有復(fù)雜性和不可控性，每個學(xué)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(xué)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(fù)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(yīng)反饋給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)成績和反饋意見對實驗過程復(fù)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(xué)習(xí)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(xué)生對整個實驗過程的理解、引導(dǎo)學(xué)生積極思考和探索實驗過程、幫助學(xué)生加強實驗思維素養(yǎng)能力。通過合理的設(shè)計微課堂實驗教學(xué)和嚴格執(zhí)行教學(xué)進度安排，預(yù)期的微課堂教學(xué)的各項指標(biāo)要優(yōu)于傳統(tǒng)實驗教學(xué)的各項指標(biāo)（見表1）。從表中我們可以了解到，由于微課堂視頻分擔(dān)了部分傳統(tǒng)實驗教學(xué)的工作量，使現(xiàn)場操作時間延長，真正發(fā)揮了實驗教學(xué)課堂的實踐教學(xué)功能。

四、微課堂在生物專業(yè)實驗教學(xué)的成敗因素

微課堂教學(xué)和現(xiàn)場教學(xué)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(xué)習(xí)和線下的實踐應(yīng)該是相互配合、補充和強化的關(guān)系。微課堂和現(xiàn)場實驗教學(xué)應(yīng)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(xué)內(nèi)容的匹配性首先，好的微課堂應(yīng)該和現(xiàn)場實驗教學(xué)在內(nèi)容上相匹配，兩者不能在非重點內(nèi)容上多次重復(fù)，可以適當(dāng)在關(guān)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?zāi)繕?biāo)、操作流程等內(nèi)容就無須在現(xiàn)場實驗中重復(fù)了，而實驗的關(guān)鍵操作步驟和注意事項可以重復(fù)提醒以強化記憶。其次，在微課堂的制作中，應(yīng)盡量在內(nèi)容層次和順序上和現(xiàn)場實驗教學(xué)匹配，精確到每個步驟的先后順序，便于學(xué)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(dǎo)學(xué)生積極深入思考，使學(xué)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(xué)時間的匹配性微課堂和現(xiàn)場實驗教學(xué)時間的匹配性是指微課堂視頻出現(xiàn)在實驗教學(xué)設(shè)計中的時間順序。根據(jù)實驗教學(xué)設(shè)計流程，我們了解到微課堂應(yīng)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(xué)生的個人需求碎片化重復(fù)觀看學(xué)習(xí)。要注意的是，微課堂的時間不能太長也不能太短。太長了學(xué)生觀看后會容易遺忘，太短了學(xué)生沒有充足的時間進行預(yù)習(xí)。除了在線觀看微課堂視頻外，紙質(zhì)的預(yù)習(xí)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(yù)習(xí)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(xué)地位的匹配性微課堂和現(xiàn)場實驗教學(xué)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(xué)習(xí)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(yù)習(xí)方式，學(xué)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(gòu)、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(xué)習(xí)效率還增加了教師的工作量。其次，沒有現(xiàn)場實驗教學(xué)指導(dǎo)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(xué)和現(xiàn)場實驗教學(xué)的關(guān)系可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢，使實驗教學(xué)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(xué)工具應(yīng)用到實驗教學(xué)環(huán)境中的案例還不多。隨著生物工程實驗建設(shè)的逐步發(fā)展，必定需要更嚴格和更標(biāo)準(zhǔn)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(xué)的輔助工具的功能特點，以及微課堂教學(xué)和現(xiàn)場實驗教學(xué)兩者之間的匹配性；其次，對微課堂的教學(xué)設(shè)計和實施提出了一些方法和建議；最后，對開展微課堂教學(xué)的成敗因素進行了系統(tǒng)的分析，對微課堂實驗教學(xué)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(xué)工作的一些感悟，可為我國高校實驗室的教學(xué)改革提供新的教學(xué)思路。

［參考文獻］

［1］瞿旭晟.大規(guī)模開放在線課程對國內(nèi)高校課堂教學(xué)的影響與對策［J］.長春教育學(xué)院學(xué)報.2014，30（2）：105-106.

［2］涂艷，張耀杰.在線課堂知識建構(gòu)效果監(jiān)督模型實證研究［J］.高等教育研究學(xué)報，2018，41（3）：64-73.

［5］阮堅，田小丹，王小燕.翻轉(zhuǎn)課堂在高校經(jīng)管綜合實驗中的探索與實踐［J］.實驗室研究與探索，2019，38（3）:245-249.

［7］關(guān)中客.微課程［J］.中國信息技術(shù)教育，2011（17）:14.

［8］劉桂花.微課在高校課堂教學(xué)中的應(yīng)用［J］.中國成人教育，2014（6）:122-124.

［9］桑新民，李曙光，謝陽斌.21世紀:大學(xué)課堂向何處去：“太極學(xué)堂”的理念與實踐探索［J］.開放教育研究，2012，18（2）:9-21.

［10］梁樂明，曹俏俏，張寶輝.微課程設(shè)計模式研究：基于國內(nèi)外微課程的對比分析［J］.開放教育研究，2013，19（1）:65-73.

［11］胡鐵生.“微課”:區(qū)域教育信息資源發(fā)展新趨勢［J］.電化教育研究，2011（10）:61-65.

［13］祝智庭，張浩，顧小清.微型學(xué)習(xí)：非正式學(xué)習(xí)的使用模型［J］.中國電化教育，2008（2）:10-13.

［14］尋素華.淺析微課程開發(fā)在校內(nèi)外的應(yīng)用研究［J］.中國電化教育，2013（9）:123-126.

［15］孔晶，郭玉翠，郭光武.技術(shù)支持的個性化學(xué)習(xí):促進學(xué)生發(fā)展的新趨勢［J］.中國電化教育，2016（4）:88-94.

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