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【摘要】針對生物工程分析課程的特點(diǎn)以及學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在的問題，以學(xué)生的畢業(yè)要求為出發(fā)點(diǎn)，從學(xué)生的學(xué)習(xí)需求、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)評價(jià)等幾個(gè)方面，初步在生物工程分析課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用混合式教學(xué)方法進(jìn)行嘗試，旨在提高生物工程專業(yè)分析課程教學(xué)質(zhì)量，以期為生物工程領(lǐng)域培養(yǎng)更多具有自主研發(fā)能力的創(chuàng)新型人才。課程教學(xué)方法的改進(jìn)以及評價(jià)考核方式的改變對于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、培養(yǎng)科學(xué)思維和提升學(xué)習(xí)效果方面均起到良好的促進(jìn)作用。

【關(guān)鍵詞】生物工程分析；混合式教學(xué)；教學(xué)質(zhì)量

1引言

現(xiàn)代生物工程的科學(xué)研究逐漸轉(zhuǎn)向了更為精確定量的學(xué)科研究領(lǐng)域，在現(xiàn)代生物工程產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的過程中，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的質(zhì)量控制、監(jiān)測、標(biāo)準(zhǔn)化等計(jì)量測試的要求越來越高[1]。因此檢測分析技術(shù)在生物工程中具有非常重要的作用。生物工程分析是我校生物工程專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，隨著分析化學(xué)和儀器科學(xué)的發(fā)展，課程內(nèi)容也日新月異，更新較快，涉及儀器種類繁多，而且連貫性較弱，知識點(diǎn)較散。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有較大的困難，傳統(tǒng)的教學(xué)效果也不令人滿意，主要表現(xiàn)在:學(xué)科交叉多，課程內(nèi)容多，涉及的學(xué)科包括分析化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物工藝學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等，而且隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新型儀器也不斷涌現(xiàn)，進(jìn)而使更多的學(xué)科融入現(xiàn)代儀器分析的課程中。生物工程分析的分析方法和儀器設(shè)備發(fā)展更新速度較快，教材中編寫的分析方法和實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器設(shè)備與先進(jìn)水平存在一定差距，難以滿足實(shí)際工作崗位的需要。針對這些情況，需要根據(jù)我校的生物工程專業(yè)的特點(diǎn)和培養(yǎng)方案的要求，在教學(xué)中做一些探索使教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)K更加具有實(shí)用性、先進(jìn)性，取得更好的教學(xué)效果。當(dāng)前，信息通信技術(shù)已經(jīng)在很大程度上改變了高校教學(xué)的環(huán)境和條件，線上教學(xué)和線下教學(xué)相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，結(jié)合了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式和數(shù)字化學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢，正在各高校快速的推行和發(fā)展。2017新媒體聯(lián)盟中國高等教育技術(shù)展望——地平線區(qū)域報(bào)告指出，近年來許多大學(xué)都在教學(xué)中應(yīng)用了混合式教學(xué)方法，教學(xué)互動(dòng)效果好，學(xué)生的成績與傳統(tǒng)課堂相比有明顯提升。

2混合式教學(xué)在生物工程分析課程中的應(yīng)用

2.1采用雨課堂開展理論課的混合式教學(xué)

雨課堂為教學(xué)過程提供數(shù)據(jù)化、智能化的信息支持，能讓學(xué)生與老師實(shí)現(xiàn)課前課中課后互動(dòng)，通過數(shù)據(jù)采集分析，指導(dǎo)教學(xué)過程持續(xù)改進(jìn)。雨課堂授課PPT和講課音頻都能保存在雨課堂云端，方便隨時(shí)回看。但學(xué)生不能語音，只能使用彈幕交流。疫情期間，因老師和學(xué)生不能在線下上課，為了促進(jìn)師生交流，同時(shí)采用嵌套騰訊會議的方式上課，騰訊會議能提供實(shí)時(shí)共享屏幕，雙向多通道的語音視頻傳輸功能，為師生交流提供更多便利，而且服務(wù)器穩(wěn)定，比用雨課堂直播更有保障。因此疫情期間，采用雨課堂和騰訊會議結(jié)合的方式能更有效地促進(jìn)課堂互動(dòng)，達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。在學(xué)生返校后，則采用雨課堂平臺在教室與學(xué)生面對面進(jìn)行混合式教學(xué)。在開始授課前利用線上平臺向?qū)W生推送本課程的教學(xué)大綱和教學(xué)日歷，讓學(xué)生對課程的內(nèi)容及課程設(shè)置的目的、意義、任務(wù)和要求及進(jìn)程安排有一個(gè)總體的認(rèn)識和了解。在課前向?qū)W生發(fā)送簡短的預(yù)習(xí)的課件或視頻，提出相關(guān)的問題，促使學(xué)生思考并查找資料解答問題。比如在講到糖的測定，會先給學(xué)生發(fā)糖的概述的預(yù)習(xí)PPT，簡要介紹糖的分類、性質(zhì)和測定方法，并提出問題，諸如哪些糖具有還原性？水果中的糖含量可以如何測定？發(fā)酵液中的糖含量如何測定？血糖測定儀的原理是怎樣的？等等，以此激發(fā)學(xué)生對即將學(xué)習(xí)的內(nèi)容的興趣并在尋找問題的答案過程中建立初步的認(rèn)知。授課過程中，在完成某個(gè)知識點(diǎn)的講授后，利用雨課堂發(fā)布習(xí)題，根據(jù)答題情況，及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)效果，并進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，針對性地調(diào)整教學(xué)方法和節(jié)奏。另外，教師應(yīng)盡量多與學(xué)生互動(dòng)交流，鼓勵(lì)學(xué)生積極發(fā)言，認(rèn)真聆聽學(xué)生的想法，在討論分析中達(dá)成對知識的理解和掌握。課后，學(xué)生可以利用雨課堂存放的PPT及音頻資料，持續(xù)性地學(xué)習(xí)進(jìn)一步鞏固學(xué)習(xí)效果。另外也可以發(fā)布課后思考題，比如現(xiàn)在是否有水果糖含量測定的無損傷分析法？原理是什么？你認(rèn)為最快速最準(zhǔn)確的測糖方法是哪一種？發(fā)酵液中糖含量的測定能否實(shí)現(xiàn)在線檢測？諸如此類問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探索課程大綱要求之外的學(xué)科前沿知識或?qū)嵺`運(yùn)用知識。

2.2合理利用圖像、視頻資料有效提升授課效果

因?yàn)樯锕こ谭治稣n程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，涉及樣品類型種類繁多、檢驗(yàn)方法五花八門、檢驗(yàn)原理復(fù)雜多變，教材上基本都是文字?jǐn)⑹觯箤W(xué)生在認(rèn)識和理解上存在很大的困難。搜集整理大量與授課內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的影音視頻資料以形成對文字內(nèi)容強(qiáng)有力的支撐，在組織教學(xué)過程中加以合理應(yīng)用，能有效地加深學(xué)生的記憶，提升理解能力，增強(qiáng)認(rèn)識水平。圖片做為配圖，穿插在ppt中作為對文字的輔助說明，可以較好地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，起到事半功倍的教學(xué)效果。涉及操作技術(shù)及復(fù)雜的檢測原理，比如取樣技術(shù)及大型儀器的檢驗(yàn)原理，會以動(dòng)畫的形式向大家展示，深入淺出說明相關(guān)的檢測原理。涉及實(shí)驗(yàn)操作尤其是一些先進(jìn)的自動(dòng)化程度高、集成度高的儀器的使用則播放下載的網(wǎng)絡(luò)視頻或拍攝的視頻讓大家觀摩學(xué)習(xí)，對具體的實(shí)驗(yàn)操作技能形成感性認(rèn)識，縮短對貴重儀器的距離感，緩解對大型儀器的畏難情緒。

2.3構(gòu)建合理教學(xué)體系，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力

隨著近些年生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，分析檢測技術(shù)也應(yīng)不斷更新完善，以滿足自動(dòng)化、智能化和多元化發(fā)展的需要。因此我們對課程教學(xué)大綱進(jìn)行了調(diào)整，加大了儀器分析的比重，在原有的儀器分析內(nèi)容即分光光度法、液相色譜、氣相色譜、原子吸收光譜、熒光吸收光譜等基礎(chǔ)上，增加了等離子體質(zhì)譜分析、離子色譜分析、紅外光譜分析等內(nèi)容，以應(yīng)對現(xiàn)代生物技術(shù)檢測因微量、高效、即時(shí)的需要而越來越多地依賴于儀器分析的狀況。另外為了增強(qiáng)工科學(xué)生的操作技能，將實(shí)驗(yàn)課時(shí)由16課時(shí)調(diào)整至48課時(shí)，增加了雙乙酰測定、醬油中氨基氮測定、抗生素效價(jià)測定及利用高效液相色譜法檢測發(fā)酵液中氨基酸等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)比例，以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能。

2.4虛擬仿真教學(xué)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

在面對貴重儀器數(shù)量不足的問題時(shí)，原來多是由教師演示完成，學(xué)生很少有親自動(dòng)手實(shí)操的機(jī)會，也因此很難達(dá)到教學(xué)要求。因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們在網(wǎng)絡(luò)平臺開展了利用高效液相色譜檢測樣品中氨基酸的實(shí)驗(yàn)仿真項(xiàng)目，使學(xué)生在虛擬場景中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)和操作，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，解析實(shí)驗(yàn)原理和熟悉實(shí)驗(yàn)步驟，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高實(shí)驗(yàn)參與度，在實(shí)驗(yàn)過程中培養(yǎng)操作能力，提高實(shí)驗(yàn)水平。本次虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在生物工程專業(yè)2018級學(xué)生中開展，共有31位學(xué)生參與，老師在實(shí)驗(yàn)開始前結(jié)合理論課的知識，通過課件和拍攝的短視頻給大家講解實(shí)驗(yàn)原理及儀器的結(jié)構(gòu)組成、操作步驟，并帶學(xué)生到真實(shí)的儀器前讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識儀器組成和構(gòu)造，觀摩樣品處理到進(jìn)樣及程序設(shè)置和數(shù)據(jù)分析全過程。線下線上結(jié)合進(jìn)行的混合式教學(xué)，更有利于學(xué)生形成更為真實(shí)全面的直觀體驗(yàn)，加深學(xué)習(xí)印象。另外我們也給予學(xué)生充分的演練時(shí)間，讓學(xué)生逐步熟悉仿真軟件的原理和操作，反復(fù)登錄平臺進(jìn)行練習(xí)，直至獲得自己滿意的分?jǐn)?shù)。仿真教學(xué)完成后，通過統(tǒng)計(jì)，學(xué)生平均學(xué)習(xí)時(shí)長187.6分鐘，耗時(shí)500分鐘以上者2人，100~200分鐘者11人，50~100分鐘者6人，0~50分鐘者12人。實(shí)驗(yàn)成績由系統(tǒng)直接導(dǎo)出，班級平均成績95.8，其中18位學(xué)生獲得100分，占比58%；90~100分者6人，占比19.3%；80~90分者4人，占比12.9%；70~80分者2人，占比6.5%；<60分者1人，占比3.3%。因?yàn)閷W(xué)生是第一次進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，對平臺實(shí)驗(yàn)場景和基本的操作較為陌生，本次實(shí)驗(yàn)是通過學(xué)生自己的筆記本電腦登錄云平臺完成，除了課堂的講解和實(shí)驗(yàn)過程的觀摩，讓學(xué)生利用課余時(shí)間根據(jù)各自的情況完成實(shí)驗(yàn)，可以反復(fù)操作演練，因此將近有一半以上的同學(xué)獲得了滿分，成績并非正態(tài)分布。如果讓學(xué)生在上課前自主預(yù)習(xí)提前熟悉平臺操作，在課上限時(shí)獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，當(dāng)堂導(dǎo)出成績應(yīng)該更能反映學(xué)生掌握知識和操作的真實(shí)水平。

2.5實(shí)驗(yàn)課嘗試采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法，以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)存在的主要問題是機(jī)械按照老師給予的實(shí)驗(yàn)方案和步驟，按部就班的完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)問題也缺乏思考，依靠老師予以解決。實(shí)驗(yàn)完成后，印象不深刻，很快淡忘，遇到分析檢測問題仍然毫無思路和方法。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，借鑒以問題為導(dǎo)向的PBL教學(xué)方法中以學(xué)生為中心的教學(xué)理念進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂的嘗試[2]。由老師提出要檢測的指標(biāo)，發(fā)布任務(wù)給學(xué)生同時(shí)提供PPT或視頻等學(xué)習(xí)資料。由學(xué)生組成小組經(jīng)過討論自主決定要檢測的樣品并設(shè)計(jì)樣品處理和檢測方案，提前提交給老師，由老師審核其可行性并準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料和藥品。在開始做實(shí)驗(yàn)之前，由學(xué)生制作PPT講解實(shí)驗(yàn)原理和步驟并解答由老師和其他同學(xué)提出的問題。老師針對檢測基本原理和操作制作測試題，通過雨課堂發(fā)布給大家，通過測試結(jié)果考察同學(xué)們對實(shí)驗(yàn)原理和操作的掌握情況，測試合格才能正式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。通過學(xué)生和老師主導(dǎo)地位的變換而形成的翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法，能激發(fā)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的熱情，變被動(dòng)為主動(dòng)，投入更多精力到實(shí)驗(yàn)中，訓(xùn)練培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，既發(fā)揮教師在教學(xué)過程中的引導(dǎo)、啟發(fā)、反饋和管理等主導(dǎo)作用，也體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的主動(dòng)性、積極性、個(gè)性化和創(chuàng)造性。我們在本學(xué)期的實(shí)驗(yàn)課，樣品中總糖和還原糖的測定實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)課堂的嘗試，學(xué)生積極性很高，自主選擇了樣品并設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案。課后問卷調(diào)查顯示，95%以上的同學(xué)認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂能夠提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，對于理解和掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有幫助。

2.6考核方式的改變在實(shí)行混合式教學(xué)方式后，生物工程分析課程的考核方式

由原來的期末考試成績占70%，平時(shí)作業(yè)及考勤占30%的評分方式，改變?yōu)槠谀┛荚嚦煽冋?0%，平時(shí)成績占50%，其中平時(shí)成績主要由學(xué)生在雨課堂學(xué)習(xí)過程形成的大數(shù)據(jù)提供，包括考勤、老師發(fā)布的課件、作業(yè)瀏覽完成情況，也包括學(xué)生與老師的各種互動(dòng)記錄。這種注重過程的考核方式，更有助于學(xué)生保持持續(xù)的學(xué)習(xí)動(dòng)力，有助于更全面地概括和評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

3結(jié)語

“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下，本科教學(xué)模式正因信息技術(shù)的快速發(fā)展發(fā)生著變革，作為高校教師也應(yīng)轉(zhuǎn)變思想，與時(shí)俱進(jìn)。在生物工程分析課程中進(jìn)行的混合式教學(xué)方法有利于教學(xué)效果的提高，今后也將繼續(xù)對生物工程分析課程和實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)手段和考核評價(jià)體系等做進(jìn)一步的探索和實(shí)踐，以期建立一個(gè)科學(xué)的、切實(shí)可行的混合式教學(xué)模式，從而提高生物工程分析課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)質(zhì)量和水平。

參考文獻(xiàn)

[1]謝本祥.生物工程中檢測技術(shù)的需求和發(fā)展趨勢[J].科技經(jīng)刊,2019,27(15):163-164.

[2]周忠信,陳慶,林藝雄,等.PBL教學(xué)模式的研究進(jìn)展和現(xiàn)實(shí)意義[J].醫(yī)學(xué)與哲學(xué),2007,28(8):72-74.

作者：申彤 楊潔 單位：新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院