多层次混合式教学在本科生实验课程中的教学实践

Teaching practice of multi-level mixed learning in undergraduate experimental course

摘要

为适应新时期教育改革需要，以浙江大学医学专业本科基础实验课程生物化学与分子生物学实验为例，探讨“基础实验+拓展实验+创新实验”相互融合的多层次线上线下混合教学模式在教学设计、教学过程的实施、教学效果评价及教学反馈等方面的特点。通过对课程应用情况的调查，结果显示学生满意度较高，此教学模式在兼顾线上与线下教学特色、提高学生的学习兴趣和学习主动性、优化学习效果评价方式等方面具有较大优势，实现了对教学过程的精细化管理，能够有效提升教学质量和效果。

Abstract

To meet the needs of educational reform in the new era, taking the basic experimental course "Biochemistry and Molecular Biology Experiments" for undergraduate students majoring in medicine in Zhejiang University as an example, this paper explores the characteristics of a multi-level online and offline mixed teaching mode that integrates basic experiments, extended experiments, and innovative experiments in terms of teaching design, implementation of teaching process, evaluation of teaching effect, and teaching feedback. Through a survey of the application of the course, the results show a good level of student satisfaction. This teaching mode has significant advantages in balancing the characteristics of online and offline teaching, improving students' learning interest and initiative, and optimizing the evaluation method of learning effects. It achieves refined management of the teaching process and can effectively improve teaching quality and effectiveness.

Graphical abstract

关键词

线上线下 / 混合式教学 / 拓展性实验 / 慕课 / 虚拟仿真实验

Key words

online and offline / mixed teaching mode / extended experiment / massive open online courses / virtual simulation experiment

浙江大学医学院面向医药学专业的本科生开设的生物化学与分子生物学实验和分子医学实验两门课程，以生物化学和分子生物学研究的两大主要大分子——蛋白质和核酸为内容主线，形成了基础性和综合性相结合的系列性实验项目，学生可系统地学习蛋白质和核酸的基本研究策略、技术路线设计、实验流程规划和操作方案制定的核心理念，培养从事生物化学领域研究的基础科研能力。

随着互联网技术的发展，“互联网+教育”得到快速发展^［1-2］。而传统的线下教学模式面对课程的繁杂体系暴露出许多问题，如传统实验内容老旧，教学内容的高阶性、创新性与挑战度不足，教学与科研脱节，教学体系滞后。利用互联网和信息技术开展教学，探索“互联网+教学”的新模式成为教学改革热点^［3］。为此，本课程组教师积极推进对专业实验课程体系和教学内容的调整与重构，在基础性实验之外，一方面引入较为前沿的先进实验技术，作为线上拓展性实验，扩宽学生的视野^［4］；另一方面，融入创新设计实验，培养学生的自主创新能力和团队合作精神，构建了“以学生为中心”的面对面教学与在线网络资源教学相融合的混合教学模式，在上述课程中进行了实践探索，以期为该教学模式的长期应用和推广提供参考^［5］。

1 线上线下混合教学模式的设计及开展

1.1 线上实验室准入培训助力基本实验操作技能的掌握

选课学生多数为大学一、二年级的本科生，此前未接触过实验室安全教育及实验相关仪器，所掌握的实践能力与需要达到的能力有很大的差距，因此针对学生的准入培训必不可少。在传统实验教学中，往往要占用课堂一部分时间来进行实验室安全教育，保证实验项目的顺利开展。为提高课堂效率，增强学生的学习兴趣，建立了实验室准入培训线上平台^［6］，将以往的实验室安全理论知识转化成了小视频、虚拟仿真实验、慕课等形式，并制作了实验室精细管理二维码^［7］，打破传统面授方式和时间空间的限制，使学生随时随地在电脑端和手机端进行学习，学习后进行测试考核。平台自2021年应用至今，学生配合度和完成度良好，在进行动物实验时可以直接上手轻松应对，实验操作时出错率及安全事故大大减少，在很大程度上提高了教学效率。

1.2 线上同步教学资源支撑线下实验教学的高质量进行

课程团队建设了与本课程教学内容紧密配套的线上虚拟实验和慕课内容（2022年在智慧树平台上线），辅助线下课程，提升学生对系列实验的整体理解和掌握。

以生物化学与分子生物学实验课程为例，该课程作为本校线上线下混合式示范课程已应用3学年（2023—2025学年）。在教学过程中，教师根据教学进度安排，在课前布置预习任务；学生自主完成线上资源的学习、测试和考核。学生在课堂中完成线下基础实验项目的学习和操作，课后根据课程的进度自主进行线上资源的复习和拓展学习，线上学习不限时，针对线上学习内容有任何疑问，可随时在讨论区同教师和同学进行互动。教师也会选择性地针对一些实验项目的重点和难点在线下课堂中进行讲解和指导。通过线上线下混合式的实验教学方法，全方位、多角度地对学生实验操作能力、思维能力和创新能力进行训练和培养。具体教学安排见表1。

1.3 融入先进技术的拓展性实验提升学生的拓展实践能力

为了紧跟学科实验技术发展的前沿，让学生了解和掌握前沿的新技术、新方法，拓宽学生的视野，在训练学生基本实验技能基础上，也建设了具有“两性一度”（高阶性、创新性和挑战度）的实验项目，如自主开发的国家级虚拟仿真实验项目“定量蛋白质组学研究虚拟仿真实验”、省级虚拟仿真实验项目“流式细胞术的应用”及其他较为先进的实验技术项目。作为拓展性实验项目，以虚拟仿真实验和实验视频等教学资源呈现（表2），通过选做和必做的柔性教学模式，尊重学生个性化发展，可全方位、多角度地对实验操作能力进行拓展，增强实验技能综合应用能力及探索能力。拓展实验自2020年应用至今，主要应用于本科生“生化与分子生物学实验”“分子医学实验”及研究生“生物化学实验技术”等实验课程（图1）。

1.4 线下分层次教学保证实验课程的时效性和统一性

线下课堂教学主要包含4个过程：①线上预习，即教师课前布置预习任务，学生进入课程网站自主学习，完成课程的相应测试，遇到问题反馈给教师；②动手操作，即结合实验操作视频进行实践；③收集问题、抓取重点，即收集学生在预习过程中遇到的问题，提炼操作中的重难点、易错点，作针对性的重点讲解；④个体示范和指导，即针对能力薄弱的学生（组）进行个别指导，必要时作一对一操作示范。

1.5 基于科学问题的创新实验设计锻炼学生的自主能力

线下课程同时融入创新性实验设计，创新性实验项目分为教师引导的自主性实验项目和学生完全自主设计的实验项目，在不同专业和课程中实施^［8-9］。前者由带教教师提出科学问题和研究主题内容，而学生通过查阅文献，设计出实验研究方案并加以实施；后者由学生自定题目，提出科学问题，后与带教教师沟通讨论，确定项目可行与否。

以分子医学实验课程为例，带教教师提出科学问题，如小GTPase蛋白在自噬中的生物学功能，教师引导通过从小GTPase与自噬受体相互作用的角度，尝试揭示自噬小体形成的分子机制。实验设计可通过“构建小GTPase的原核和真核表达载体-重组蛋白的纯化-利用免疫共沉淀技术”“分析小GTPase和受体的相互作用——利用激光共聚焦显微镜技术分析小GTPase和自噬受体亚细胞共定位”等一系列步骤以证明二者在细胞内的相互作用；特异性参与能量匮乏诱导自噬基因的机制研究，以模式生物酿酒酵母为研究材料，通过敲除不同的基因，显微镜观察能量匮乏条件下自噬的发生的情况，从而研究特异性参与能量匮乏诱导自噬的新基因。引导学生从以下几个方面设计实验：①不同的组选择需要敲除的目标基因，分别设计同源重组引物；②利用聚合酶链式反应（polymerase chain reaction，PCR）技术，扩增同源重组片段并回收脱氧核糖核酸（deoxyribo nucleic acid，DNA）片段；③利用同源重组技术，对目标基因进行靶向敲除；④通过提取酵母基因组DNA，检测基因是否敲除；⑤利用荧光显微镜技术分析敲除基因对能量匮乏诱导自噬发生的影响。

确定方案后，学生自主完成实验项目的研究，包括实验试剂的配制、实验材料和器材的准备及实验操作等，并撰写研究论文，最后通过PPT的形式在课堂展示和小组间进行讨论，培养学生的自主创新性能力和团队合作精神。学生自行选题的部分自主性实验项目见表3。

1.6 学习全过程的考核方式优化学习效果评价

将传统的以期末考试成绩为主的结果性评价转变为以“平时表现+平时成绩+过程学习及考核+期末成绩”相结合的过程性评价^［10］。加强了课程预习和交流等环节，建立了本实验课程过程化教学的规范和考核标准。考核分为线上（30%）和线下（70%）：线上考核包括拓展实验学习（10%）、慕课学习进度及单元测试（10%）和期末测试（10%）；线下考核包括平时表现（30%）、实验报告（25%）及创新设计性实验（15%）。其中30%平时表现包括实验室准入培训、迟到早退缺课、着装规范、实验操作规范、实验室卫生值日等。

线上学习环节的考核与测试可以实时了解学生的学习动态，掌握学生的学习难点，及时调整线下教学重难点，提高教学效率。平时表现可以考查学生严谨认真、求实求真的科学态度及严于律己、一丝不苟的高贵品质。学习全过程的评价方式相对于传统的结果性评价更加全面、具体、公正，可以有效优化学习效果评价方式^［10］。

2 混合教学模式在课程中的应用情况调研

为了更好地了解混合教学模式在实验课程中的适用性，在课程结束后对选课学生进行了问卷调查，了解对课程运行模式的满意度及认可度、教师授课态度评价、线上教学资源的倾向性、学生学习状态等情况。参与调研的学生共109名，结果显示，学生对本课程的混合教学模式认可度较高，超过了传统的线下教学模式。大部分学生对教学模式配合度较高，且对线上教学资源比较感兴趣，一半以上的学生希望增加其他拓展性课程内容，认为拓展性实验对于学习新的实验技术方法有帮助（表4）。

3 教学思考

3.1 坚持以学生为中心的教学理念，增强科学实践能力

线上线下混合式教学模式将传统的以“课堂、教师、书本”为中心的架构转变为以“任务、学生、应用”为中心的架构^［11-12］，注重课程的开放性、主动性、实践性和先进性。充分利用多维平台的优势，有效扩展学习资源和空间，提升实验教学内容的宽度和深度，提高了学生学以致用的实践能力^［13］。

3.2 注重学生自主学习能力，培养科学思维和创新意识

创新设计性实验为学生主动学习和解决问题搭建了一个很好的实践平台。学生通过自主查阅文献，自主给出实验方案，自主实施实验方案，到最后自主完成分析实验结果，整个实验过程以学生为主导，极大地激发了学生的学习兴趣和创新思维。通过知识拓展和系统提炼，增强学生了解生化实验与分子生物学实验技术方法在医学、药学及生命科学领域的实际应用。

3.3 注重课程考核检验机制，推动教学的标准化建设

通过线上学习环节的实时测试，了解学生预习动态，掌握学习难点，及时调整线下教学重点和方式，提高教学效果。通过考查学生的平时表现更能发现学生的优势，有利于发掘学生潜能。教师应为学生提供充足的学习资源，为学生提供自主学习和协作学习的环境，可组建学习小组共同完成学习任务，锻炼学生解决问题、查阅资料的能力，注重挖掘学生潜能，真正实现以学生为中心的教学^［14-15］。

4 结 语

在开展在线教学时，需要根据不同课程的性质，选择合适的教学模式进行。如何构建基于在线教学过程控制的教学方案，提高过程监督，增强学习者参与感和体验感是值得思考的问题^［16］。在今后的教学中，还需精选和开发新的先进实验技术的网上学习资源，增强互动教学设计，保证在线教学质量。

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基金资助

浙江大学医学院教改项目(jgyb2025021)

浙江大学医学院教改项目(jgyb20222001)

浙江大学实验技术研究基金资助项目(SYBGL202403)

浙江大学线上线下混合式课程培育项目(191B0020)

国家虚拟仿真认定项目（一流课程）(2018-2-0228)