生物通識實驗網絡教學探究

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1科研思維的訓練

科研思維是指個體運用一定的科學方法進行思考的過程，其基本要點是事實與邏輯，即從事實出發，尊重事實、觀察事實，以事實為依據并在此基礎上進行科學嚴密的邏輯推理，從而提出科學問題并通過反復客觀的實踐論證，最后進行歸納、提煉和概括的一個過程[3]。科研思維能力主要分為4個層次：快速學習能力、實驗設計能力、動手操作能力和發現問題能力[4]。科研思維能力是新時代對在校大學生的重要要求，而生物通識實驗的教學不僅有助于學生將課堂上的理論知識應用于實際生活，提升學習興趣以及個人成就感，還有助于學生科研思維能力的訓練和培養。在疫情期間，生物實驗教學大多只能開展線上實驗理論教學。學生通過對實驗理論的學習，從而理解整個實驗設計，有助于科研思維能力中快速學習能力和實驗設計能力的培養。另外，我們充分利用生物通識實驗與實際生活密切聯系的特點，通過教師網絡在線指導和學生線下自主操作相結合的方式進行家庭版的生物實驗操作，以鍛煉學生的實踐能力和科研思維能力。與學校實驗室統一的實驗環境相比，學生在各自家中進行實驗操作時不僅更需要獨立完成所有的實驗操作，還需要根據實驗原理和不同條件調整實驗方案并自己準備實驗材料和用具。這不僅能大大增強了學生的動手操作能力，還更有助于理解實驗原理和實驗設計，同時有利于引導學生發現問題、思考問題和解決問題，更有效培養學生的科研思維能力。同時，教師在授課過程中，有意識地將科研思維的訓練與實際生活的方方面面聯系起來，充分利用好學生對生命科學的學習興趣和熱情，以實驗、實訓為出發點，結合專業特色，引入生物實驗相關的科學思維訓練內容，同時答疑解惑。如在課程上，提出一系列貼近肺炎疫情防控的科學問題，將生物通識教育與疫情防控有機結合，科普相關知識。這不僅是對理論知識的情景再現，也是對科研思維的綜合訓練。

2實驗方案的設計與改進

基于肺炎疫情的影響，學生無法返校，實驗內容不能在實體實驗室中進行實際操作，教師結合實驗教學需求進行在線實驗課程新模式探索勢在必行。我們根據生物通識實驗的特點，針對一些硬件設備、試劑藥品和專業要求不是很高的實驗項目進行從新設計和改進，形成家庭版實驗方案，并在線上指導學生進行實驗教學。而對一些實驗要求較高，無法在家中開展的實驗內容，我們采取線上實驗理論教學方式，利用各種線上教學資源和平臺進行實驗原理和方法的學習，并引導學生進行實驗方案的設計和討論。如通過線上教學方式，以PCR檢測ORF1ab基因的內容，引導學生了解生物信息學相關的數據庫和軟件資源，如國家生物信息中心2019病毒信息庫、GISAID數據庫、GenBank、Primer3軟件、MFEprimer3.0軟件等。學生通過學習如何在數據庫中下載的全基因序列，并利用相關軟件進行序列分析和設計qRT-PCR的擴增引物等，從而了解整個實驗原理并完成整個實驗方案的設計，從而也達到了對科普的目的。

3網絡在線教學課程資源的利用

網絡技術的快速發展及其在教育領域中的廣泛應用，給教育事業帶來了蓬勃生機，建設了大量豐富的網絡在線教學的課程資源平臺，保證了線上課程的教學進度和質量。教育部根據疫情防控期間高校在線教學需求，迅速組織專家遴選出愛課程（中國大學MOOC）、超星學習通、學堂在線、智慧樹網等37個在線課程資源平臺和技術平臺來保障教學進度和教學質量。為了順利開展線上生物通識實驗教學，我們充分利用上線的慕課和在線課程教學資源。例如，四川大學課程中心整合了大量的優質實驗課程資料，形成了較為完整的實驗教學課程體系和靈活特色的開課計劃，有利于學生課前預習、課堂學習和課后復習[5]。另外，除了通過常規的教學PPT課件來學習具體實驗課程的基本知識、實驗原理、實驗步驟、儀器設備的操作和實驗室安全等理論知識外，學生還可觀看生命科學學院老師團隊拍攝的實驗教學視頻，視頻清晰具體，簡略得當，有助于學生了解實驗的具體過程，幫助理解相關的理論基礎。課后，教師針對相關知識點以及疫情熱點問題，發放補充資料到騰訊課堂課程群，并進行實時反饋討論，同時鼓勵學生充分利用多種在線資源進行課后鞏固，如案例庫、四川大學圖書館文獻檢索、專題講座庫、試題庫和作業系統等，加強在線資源的挖掘、建設和應用，為線上實驗教學提供必要的輔助素材。

4虛擬仿真實驗的學習和應用

虛擬仿真實驗課程建設，是推進現代信息技術與實驗教學項目深度融合、拓展實驗教學內容廣度和深度、延伸實驗教學時間和空間、提升實驗教學質量和水平的重要舉措[6]。開展虛擬仿真實驗教學能夠強化學生實驗基本技能、激發學生求知欲、培養學生創造性、提高學生專業技能，在生物實驗教學中具有重要意義。四川大學生物科學與技術虛擬仿真實驗教學中心（以下簡稱虛擬實驗中心，網址：），依托生命科學學院和生物科學國家級實驗教學示范中心，聯合生物技術相關企業以及數字軟件公司共同建設，為虛擬仿真實驗教學資源的學習和應用提供了平臺和基礎，實現了實驗課件、圖像、動畫、虛擬實驗操作、在線測試等多種教學資源的優化整合[7]。經過十年的建設，虛擬實驗中心擁有數字化數學標本資源共享平臺、虛擬工廠實踐訓練平臺、虛擬實驗課程綜合學習平臺等3個課程平臺，自建虛擬仿真實驗項目26個，并實現了校內外資源廣泛共享，虛擬實驗教學資源豐富，如圖1（a）所示。在病毒疫情防控期間，虛擬實驗中心不僅支持了本學院專業實驗課程的網絡教學，還支撐了面向全校的生物科學通識類實驗課程。實驗報在虛擬實訓平臺上，支持學生以生產員工角色進入虛擬生產車間了解生物用品的生產過程，如疫苗、有機酸工業化生產等，具備設置實驗參數、互動回答問題、操作生產設備等功能，答題與“打怪升級”有機結合，模擬游戲體驗，邊娛樂邊學習，最終掌握工業化設備操作，了解系統完整的工業化生產流程，為學生打下寬厚扎實的生物工程技能基礎，如圖1（b）所示。同時平臺創編的游戲新穎有趣，契合了學生好動、愛玩的天性，大大激發了學生的學習興趣與動力[8]。

5家庭版實驗操作的教學探索

百聞不如一見，百見不如一干。實驗教學是高校培養學生實踐能力和創新精神的主要途徑之一，能有效提高學生的實驗基本技能、動手能力和創新思維能力[9]。生物實驗課程是以實驗為基礎的學科教學，應突出培養學生的創新能力和實踐能力[10]。基于“實踐出真知”和“停課不停教，停課不停學”的精神要求，在肺炎疫情防控期間，我們生物實驗通識課程針對某些實驗內容進行實驗方案的改進，并采取教師線上指導與學生線下自主開展家庭版生物實驗操作相結合的方式進行生物實驗網絡在線教學探索，創新線上講解、線下實操的實驗教學和學習模式，讓學生不僅掌握生物實驗基本操作和生命科學相關知識，還有助于培養學生實驗設計能力、動手操作能力和發現問題能力[9]。通過對生物實驗內容的梳理和家庭實驗條件的挖掘，確定開展了家庭版酸奶和醪糟的制作、認識身邊的植物、彩色脈絡−葉脈書簽創意制作等實驗項目的教學。首先，我們充分利用各種網絡方式來實驗課程預習材料，進行在線實驗理論教學與討論。例如，在開展家庭版酸奶和醪糟的制作實驗教學時，教師上課前通過課程QQ群來并組織學生進行實驗預習和準備，在上課期間通過騰訊會議等網絡方式進行線上實驗理論的講解和討論，如圖2所示。然后，學生通過學習掌握了實驗原理和基本操作步驟后，還需要根據各自家庭已有的條件選擇實驗材料和用品，并適當地改進實驗方案。最后，根據各自的實驗方案獨自完成包括實驗準備在內的所有實驗操作步驟和實驗報告。由于學生實驗場所是家庭環境，教師無法近旁指導，但是學生如果有任何疑問可以通過課程QQ群進行線上交流、討論，打破了實驗學時的限制，如圖2（d）所示。與實體實驗相比，這不僅有利于更多學生之間的廣泛交流，特別是習慣于鍵盤式交流方式的學生，教師也可以不受課程學時限制地進行線上指導，極大地加強了師生間的在線互動交流。在肺炎疫情防控的長期居家條件下，家庭版實驗操作極大地激發了學生的學習興趣，學生課下開動大腦，根據自行建立和完善的實驗方案，自主挖掘家庭實驗條件，進行實驗操作訓練的同時，還可享受自主學習、自由探索以及生命科學帶來的生活樂趣。然而，在家做實驗，難免會因為缺少精確的儀器設備給學生帶來困擾，但也會帶來對困難解決思路的思考以及感受到“自己創造條件”的自豪感，無論實驗成功和失敗，都是難忘的“生命奧秘探索”體驗，有助于加深對生物實驗更深層次的理解和思考。

6多元化開放性的成績評定方式

傳統的實驗成績評定方法，大多基于考勤、實驗過程表現、實驗報告的質量等方面來實施，而在肺炎疫情期間開展的生物實驗類通識課程由于實驗場所在學生家中，實驗條件和環境各不相同，學生完成的實驗任務在內容、過程等方面都無法簡單地進行比較，采取傳統的實驗成績評定方法不能準確、合理地量化評定學生的成績[11]。另外，生物實驗類通識課程作為面向非生物類學生的生命科學通識課程，不再以全面的知識傳授為主要教學目的，而應注重提高學生在思想層次認識分析事物的能力，強調引導學生對生命奧秘的感悟和思考[12]。因此，在對學生的成績評定上我們也應采取多元化開放性的評定方式，多在實驗操作后給出一些讓學生引發思考與感悟的開放性題目，如“有沒有必要進行全民針對的抗體篩查？請列出支持或否定全民篩查的理由”等。由于課程是通過網絡在線教學與線下操作相結合的方式實施，學生的實驗成績分為平時成績（20%）、實驗操作成績（20%）、實驗結果分析成績（30%）、測試題或思考題成績（20%）和實驗心得體會（10%）等部分。在形式上，學生既可以提交傳統電子版實驗報告形式，也提交自己錄制的實驗視頻報告形式。教師通過虛擬實驗中心平臺，組織班級管理、設置實驗預習資料和在線測試等，學生可以在平臺提前預習并參與測試，平臺會記錄每個學生的學習時長和考試結果，可記錄學生的預習情況和教學效果，形成評價報告，豐富成績評定與分析的方式，培養學生自學意識，激發學習動力。

7結束語

實驗教學作為高等學校人才培養的重要教學環節，肩負著培養學生實踐能力和基本操作技能的重任[12]。肺炎疫情期間，特殊時期特殊對待，它更要求高校教師具備更新變化的能力，為特殊時期實驗課程的有序進行出謀劃策、貢獻力量；同時生物通識實驗也是針對肺炎疫情的一場大型科普教學。本文就科研思維的訓練、實驗方案的設計與改進、網絡教學資料的利用、虛擬實驗、家庭實驗操作訓練以及多元化成績評定分析6個方面做了實驗課程教學嘗試，探討適應當下教學條件的應對措施，優化學生在線實驗課程體驗，保障教學質量與進度，旨在新挑戰下為生物通識實驗教學的實施提供參考。同時，在線教學工作不僅是應對疫情的短期行為，更是一場長期的教學探索，對后續推動實踐類通識教育教學方式改革具有重要的指導和現實意義。

參考文獻

［1］侯義龍.通識課程“生命科學趣味實驗”課程體系的構建與實踐[J].高校生物學教學研究:電子版,2015,5(2):49−51.

［2］潘久武.談科研思維及其類型特點[J].上海教育科研,2009(2):78−79.

［3］任志強,衛春會,黃丹,等.“微生物學”實驗教學改革與科研性思維能力培養[J].農產品加工,2019(22):112−114.

［4］趙建,楊小帆,王敏,等.論“病毒學”網絡課程中心建設的作用及共享[J].實驗科學與技術,2016,14(6):212−214.

［5］熊宏齊.國家虛擬仿真實驗教學項目的新時代教學特征[J].實驗技術與管理,2019,36(9):1−4.

［6］王甜,王茂林,林宏輝.生物類虛擬仿真實驗教學中心建設中的問題與對策[J].實驗室研究與探索,2017,36(3):153−156.

［7］王甜,孫群,王茂林,等.虛擬工廠實訓平臺在企業綜合實訓中的應用[J].實驗技術與管理,2016,33(8):110−114.

［8］許國安,徐華成.深化實驗教學改革注重對學生能力的培養[J].實驗技術與管理,2004,20(2):112−115.

［9］陳永富,朱秋華,尹尚軍.高校實驗教學中學生能力的培養——基于基礎生物實驗課程的改革與實踐[J].教育理論與實踐:學科版,2009(9):54−56.

［10］楊風開,程素霞.基于AHP的設計性實驗成績評分方法[J].實驗室研究與探索,2019,38(6):210−213.

［11］羅玉雙,熊大勝,席在星,等.全面開放實驗教學,培養學生實踐技能和創新精神[J].實驗技術與管理,2006,23(3):22−24.［12］

作者:李佛生 熊莉 王甜 周潔 晏仕英 汪紅 趙建 單位:四川大學生物科學實驗教學中心