提高实验课教学效果的思考与实践——以“生物工程下游技术实验”课程为例

赵秋伶，史雅静

(辽宁科技学院 生物医药与化学工程学院，辽宁 本溪 117004)

实验是研究自然科学的一种重要方法，在科技发展的道路上，任何一项成果的取得都离不开科学实验。能够独立的设计实验并完成实验项目是一名合格大学生必备的基本技能〔1〕。双一流重点高校通过实验教学培养学生的创新能力和基本科研素养；普通本科高校通过实验教学培养学生的动手能力和实践应用能力〔2-3〕。实验课教学质量从一个方面直接反映了高校的人才培养质量，提高实验课教学质量、取得预期的实际效果，是当前高校教学改革的重要内容。

实验是对自然规律的直观认识，上好实验课不仅帮助理解和消化课堂所学理论知识，而且能够提高学生的综合素质、实践能力和创新意识〔4〕。然而受实验室条件、教师水平和学生能力的限制，受传统教育体制、观念和评价机制的束缚，实验课的教学效果一直不理想。从提高实验课教学效果考虑，对“生物工程下游技术实验”进行课程改革。

1 实验教学中存在的问题

1.1 实验类型单一，与培养应用技能型人才脱节

教育部2015年出台“引导地方本科高校向应用型转变”的文件，按照文件内涵地方本科高校应以培养高素质的应用技能型人才为目标。实验教学是理论联系实际、提高实践能力的重要手段，也是培养应用技能型人才的必要途径〔5〕。然而传统的实验教学以验证型实验为主，学生在固定的时间和地点，按照教师指定的实验程序，利用教师调配好的仪器设备和实验试剂、遵循教师提供的方法和用量，按部就班的完成实验。学生虽然可以学习基本的实验方法和操作技能，但这种教学过程，方式单一，缺少探索性和挑战性，学生兴趣不高。这种实验教学体系，难以有效支撑学生的职业发展需要。

1.2 学时不足，课程目标难以达成

为适应国家社会经济发展需要、全面落实立德树人根本任务、提升人才培养质量，高校每4年修订1次人才培养方案。因为知识的更新迭代不断加速，每次修订培养方案，课程设置都有较大改动，开课数量一直在增加，单门课程学时被不断压缩〔6〕。目前我校生物技术专业“生物工程下游技术实验”课程24学时，最多安排6个实验，能锻炼的实验操作有限，无法安排高阶实验项目，学生的综合能力得不到全面提升，课程目标难以全部达成。课时是保证理想教学质量的前提，对于培养应用技能型人才来说，我校的“生物工程下游技术”实验学时比较不足。有限的学时数，无法凸显实验教学的作用，使实验教学流于形式，效果不理想。

1.3 分组实验，实验参与度降低

学生实验的传统形式是3-5人一组，学生们互相协助与配合、监督与指导，共同完成一组实验，既锻炼了团队合作能力，又达到共同进步的目的。但实际上，多人组实验，课堂效果难以实现。很多小组在合作中，分工不明确，不知道自己该干什么。学习基础好、动手能力强的同学，往往主动出位，包揽了大部分实验操作；动手能力差、对实验兴趣不高的同学，主动退缩，成了旁观者或局外人。因此实验课堂上，总是看见有的组里，只有一个或两个同学在做实验，他们又要实验，又要记录，忙得不亦乐乎。而其余组员则无事可干，于是就开开小差，玩下手机，做做其他事情。这些无所事事成员，因为没有投入到分组实验中去，一整节课下来不知道做了什么，为什么这样做，毫无收获。总之，多人组实验，难以让每个同学百分之百积极地动手操作，部分学生参与度低，影响了实验课的教学效果。

1.4 学生学习基础薄弱，学习效率低

我校为省属本科高校，生物技术专业学生的高考录取分数接近公办本科录取的最低分，总体来讲学生的学习基础比较薄弱，与之相伴的是学习态度不端正、学习方法不对头、自主学习能力差、接受新知识慢等客观因素。部分学生对学习没兴趣，做实验注意力不集中，过分依赖小组内主导性强的同学，懒于思考和判断、观察和质疑，思维能力发展缓慢。另外大部分学生没有明确的学习目的，预习很敷衍，做实验也只是为了应付老师、完成任务，部分同学不能独立完成实验报告、抄袭现象严重。预习、做实验、撰写实验报告都是实验教学必不可少的重要环节。预习不充分，实验带有盲目性，实验过程慌乱，无法沉下心来观察实验现象，也来不及思考相关问题；实验过程应付，依赖组内同学，自己收获甚微；实验报告抄袭，扼杀了学生的分析问题的能力及辩证思维能力，导致实验课教学效果很差。

2 提高“生物工程下游技术实验”课程效果的改革措施

2.1 部分教学任务转至课堂外，革除课堂和课时的局限

针对学时少，培养应用技术型人才的目标难以达成的现实，我们改变教学形式，争取课堂外时间，合理进行教学设计。课堂24学时全部留给做实验，理论与实践讲解，预习与预习考核，学生提问与教师答疑，实验报告，总结研讨，实验结项考核等课程环节全部分散至课堂外。本课程以实验课堂为核心，将教学任务贯穿于课堂内外，改变了课时少，课程质量低的局面，保证了学生综合能力的提高。

2.2 构建基于网络资源的线上线下混合式教学模式

(1)网络平台课程建设。在学校的网络教学平台进行“生物工程下游技术实验”课程建设，课程分为4大教学模块。首先是基本信息模块，包括课程信息、课程大纲、教学日历和教师信息，学生能了解课程的教学目标、教学内容、课时安排、教学重点和难点、参考书目及课程考核要求、任课教师的简介和联系方式等信息。单元学习模块有6个实验项目的视频讲授，内容为实验目的、原理、仪器和试剂、实验方法与步骤等。涉及相关专业知识，典型实验方法及常规实验操作，实验项目的设计方法、仪器的使用规则及注意事项、实验安全问题等，也都有专题讲解。课程资源模块有每个实验项目的电子文档、PPT课件、flash动画和试题试卷库。除了试题和试卷库，都面对学生开放，学生可随时上网学习。根据单元学习和课程资源两模块的材料，要求学生自行预习，必要时查阅其他相关资料，预习后必须明确实验的目的和要求，理解实验的原理和方法，了解仪器原理和使用，在此基础上写好预习报告。预习工作做的好，后面做实验事半功倍。课程资源模块发布拓展阅读，主要介绍与实验项目相关的文献资料、生活中实用的生物技术、中外生物学家的伟大成就等，激发学生的学习兴趣。课程活动模块细分为课程作业、答疑讨论、在线测试、课程问卷、常见问题等。教师在此区发布作业、预习测验、项目总结测验，学生必须在规定时间内完成作业和测验，系统会自动统计出成绩；教师不定时上传实验过程中的实际问题，供学生在线案例交流；学生反馈实验心得，大家相互交流；学生有问题咨询教师及教师答疑都设置成公开状态，供所有学生查看。

(2)线上线下混合式教学模式。尊重教学规律，学习是不断积累并逐步深入的过程。我们将优质网络平台教学资源和课堂实验教学的优势有机结合，实现“线上+线下”混合式的教学模式，使学习空间扩大、学习时间延长、学习内容加深，把学生的实验课由浅到深地引向深度学习。具体做法是：学生先根据课程资源模块的实验指导书及电子课件等资源优先熟悉实验内容，然后听单元学习模块下的视频课，视频课除了深入介绍实验原理、方法、步骤等，还专题介绍相关的实验方法、实验操作等，在视频课中设置相关思考题，要求学生完成，有些思考题需要查阅其他文献资料再回答。学生回答的思考题通过教师检查后，允许查看答案。学生需写好预习报告，对实验有较全面了解。学生预习情况通过预习测验来考核，合格者才能进入实验室做实验。实验过程中，学生要严谨科学地做实验、仔细观察实验现象，正确记录实验现象及数据，实验过程中要勤于思考、勇于质疑，想不明白的问题，教师随时解答，课前和课后，学生可以把积攒的问题发布到平台，教师第一时间解答，面向全体同学开放。实验后，学生认真总结实验结果和收获，教师根据实验操作及报告书写情况，及时发现问题，并反馈给学生，错误要及时更正。课后教师认真反思本次实验效果，不足之处在下次实验时予以改进。

2.3 激发学生学习兴趣、锻炼学生思维能力

好奇心和求知欲是与生俱来的，然而受传统教育体制的影响，受中高考应试教育的限制，学生的好奇心和求知欲被遏制。在大学实验教学中，为了激发学生的好奇心和求知欲，调动学生的积极性和主动性，我们不断地优化课程模式，大胆实施教学改革，一切以学生为中心，建立了以学生为主体的线上线下混合式教学模式。同时将实验操作过程拍成视频，上传至网络平台，学生先在网络平台观课。演示实验将难以理解的实验操作具体化、明朗化，让教学内容简洁易懂，激发了学生的学习兴趣。

在教学中，注重教学内容和实践生产的关系，将现代生产技术中的重要技术作为实验内容，在教学实践中多设疑问，设置能引发学生深度思考的疑问，锻炼学生的高阶思维能力，鼓励学生进行批判性质疑，每个人都有质疑的权力，即使问题再简单，再低档，能提出问题就是值得肯定的，思维能力在质疑提问中，才能不断地提高。

2.4 增加学生实验参与度，实验过程单人单组并由学生准备实验

为了锻炼学生的动手能力，实验的准备工作由同学们协助完成。准备工作包括实验仪器的准备与调试、实验试剂的配制和材料的预处理等。将学生分成6大组，每组准备1次实验，并且将准备实验的过程拍成视频，并配以语音讲解。视频上传至网络课程平台，其他同学通过看视频了解实验准备过程。并让同学们为准备实验的同学提意见，准备实验的过程中是否有错误，是否有可改进的地方，下次怎么做更高效。

将1个班的学生，分成3批次，每批次在不同时间做实验，实验过程单人单组，不给任何同学依赖别人的机会。实验成败全在于自己，大大加强了学生对实验的兴趣和责任心，以至于每次实验结束后，仍有一些学生对着仪器设备仔细琢磨；甚至有的同学，实验出错后，愿意花时间重新做实验。不断地优化实验条件，直到做出好的实验现象。

2.5 加大考核力度，确保学习效果

实验教学内容包括预习、实验准备、做实验、总结与实验报告。对每个实验项目分别考核，考核内容包括预习考核(20%)，实验准备和实验操作能力考核(40%)，总结与实验报告考核(20%)，实验结项考核(20%)。预习包括对实验内容和过程的了解，典型实验方法及常规实验仪器及操作等，要求对平台上相关知识单元下的所有课程资源进行自学，自学完毕，做预习考核，分数达85分以上才能获得实验资格，没有达85分的需要将预习流程重走一遍，然后再次参加预习考核直至达到85分以上，两次考核的题不会相同。学生分批次进行，每批次最多12名同学，共有两位老师带领，学生数目少，老师能及时指导、准确把握实验情况，根据学生实验操作打出操作成绩，主要考虑几个方面，操作的生熟、操作的规范性、最终实验结果的准确性及实验过程中是否能发现问题即提出较高层次的问题。每一名同学做完实验都要对自己的实验情况进行总结，一并呈现到实验报告上，根据学生报告的书写情况给学生打分，主要考虑几个方面，是否有实事求是的科学态度，是否能对实验结果进行深入的分析和讨论，实验收获的大小。教师根据学生实验过程及实验报告中呈现的问题，做出总结，把学生出现的问题指出来发布到平台，让学生深刻反思自己的问题。最后对单个实验的总体情况再次进行考核，考核学生对实验的掌握情况。

3 教学改革的实效

“生物工程下游技术实验”不仅是理论课程的应用与延伸，也是培养学生独立动手能力、创新意识的重要渠道。在充分尊重教学规律的前提下，将混合式教学模式在“生物工程下游技术实验”课程中进行探索与实践，扩大了实验课教学的时间与空间，提高了学生的参与度及考核的力度，教学效果明显提升。实施混合式教学模式改革，教师花费了大量的时间进行网络课程建设与实施，实验过程改为单人单组，实验耗材及试剂增加了3倍，教师的上课时间也增加了3倍。学生得到了更多的动手操作机会，学生承担了实验的准备工作，学生线下学习时间增长，为原来的3-5倍。从学生的学习情况看：提高了学习积极性和主观能动性、提升了学生的实验操作能力、责任心和探索精神、专业业务能力等。通过对学生发放问卷调查发现：学生们对本次“生物工程下游技术实验”课程改革有较高的满意度。