基于在线课程的混合式教学在微生物学课程中的探索和实践
发布时间：2021-05-17
摘要：在线课程的建设与应用已成为现阶段高校教学信息化变革的重要举措,有效应用在线课程资源、开展混合式教学的设计与实践是建设一流本科课程的重点。依托微生物学在线精品课程(浙江省绍兴市)，在科学教育2016−2018级尝试了基于在线课程的混合式教学，3轮教学实践表明：基于在线课程的混合式教学能提升学生学习兴趣和参与度，促使学生深度学习，促进学生综合能力和素质的提高;微生物学课程在学院和学校层面已经形成品牌，受到学生的普遍欢迎和好评。
关键词：在线课程，混合式教学，微生物学，课程评价体系
在线课程打破了教育的时空界限、颠覆了传统大学课堂，已成为现阶段高校教学信息化变革的重要举措。2018年初，教育部推出首批490门国家精品在线开放课程[1]。同时，教育部也要求高校教师在教学中积极探索信息技术与教育的深度融合[2]。2019年10月，教育部印发了《关于一流本科课程建设的实施意见》，同时发布了《“双万计划”国家级一流本科课程推荐认定办法》，其中线上线下混合式课程占最大比重[3]，因此，如何有效应用在线课程资源开展混合式教学的设计与实践是建设一流本科课程的重点。
混合式教学是指把传统教学方式和在线学习的优势结合起来，充分实现学习资源、学习环境、学习方式的混合，最终起到提高学生学习效率和效果的作用[4]。混合式教学一般模式是：教师利用现代信息化技术手段构建线上网络教学平台，学生利用线上课程资源自主学习;线下课堂，教师则根据学生线上自主学习的情况，有针对性地精讲、答疑解惑或者组织活动，以帮助学生更好地掌握知识、提升能力[5]。
依托微生物学在线精品课程(浙江省绍兴市)，微生物学课程组在科学教育16级(2个班共75人，2018年上学期)、科学教育17级(2个班共92人，2019年上学期)、科学教育18级(1个班共60人，2020年上学期)尝试了基于在线课程的混合式教学，结果表明：基于在线课程的混合式教学能提升学生学习兴趣和参与度，促使学生深度学习，促进学生综合能力和素质的提高;另外，微生物学课程在学院和学校层面已经形成品牌，受到学生的普遍欢迎和好评。微生物学课程被评为浙江省线上线下混合式一流课程、校线上线下混合式“金课”和混合式教学“示范课”，并获得浙江省高校“互联网+教学”优秀案例一等奖。
1在线课程资源的设计与开发
建构主义认为知识是由学习者在一定的情景下借助于他人帮助、利用必要的信息资源主动建构的[6]，因而设计和开发微生物学在线课程资源，为学生个性化、多样化学习提供便利，有助于学生建构知识、提升能力。
微生物学课程在浙江省精品在线开放课程平台和超星学习通平台((简称学习通))上都建有课程站点，现已将原有的教学资源进行了整合、优化和重构，对教学内容按照知识点进行了碎片化处理，重新制作了课件、微视频，并设计、开发了更多满足学生个性化、多样化学习的课程资源，包括指导性资源、内容性资源和生成性资源3类。
生成性资源是教学过程中动态生成的，特别是在教学反馈、师生互动以及学生自主学习和反思过程中产生的数据资源保存、整理，供学生学习和借鉴。具体资源情况见表1。
2基于在线课程的混合式教学学习活动或任务的设计和开发
基于在线课程的混合式教学模式秉承“以学为中心”的教学理念，而学生学习目标的达成要通过学习活动或者任务的实施来实现。好的学习活动或学习任务能激发学生的学习动机，促使学生主动学习、深度学习和合作学习，促进知识建构和能力提升[7]。
不同的教学阶段和不同的教学内容，学习活动或任务的难易程度、形式类型、展现(或反馈)方式等各不相同。课堂(或直播)相关活动(或任务)在“学习通”进行，课前课后相关活动(或任务)在浙江省精品在线开放课程平台进行。学习活动或任务有些是个人独立完成(表2)，有些是团队协作完成(表3)。
3基于在线课程的混合式教学活动过程
基于在线课程的混合式教学活动总体分为课前预备、课堂(或直播)教学、课后拓展3个阶段。课前，在导学任务和师生互动针对性地指引下，学生通过互联网进行个性化地学习、接受新知识;课中，教师引导学生反思、纠错、总结、讨论、探究、组织学生合作学习等实现知识内化和能力提升;课后，通过教师设计的各种拓展学习任务，引导学生进一步巩固知识、提升能力。
以第12周教学内容“突变自发性和不对应性验证之影印培养法”及“营养缺陷型的识别筛选”为例(该内容属于第八章“微生物的遗传变异”第四节“基因突变”。第11周已学习完“突变的类型”)
3.1课前预备——预习新知
教师布置课前导学任务：(1)复习并完成11周在线作业。(2)观看PPT“突变自发性和不对应性验证”、视频“影印培养法”和“营养缺陷型的识别筛选”，并上传预习笔记到省平台。(3)参与省平台讨论：某种抗生素使用一段时间后，会引起大量抗药性菌株，为什么?教师跟踪学生学习状况，适时进行督学和反馈，留意预习最认真的学生;对于学生提出的各种疑问，第一时间给予回应;收集学生学习中的共性问题或者核心知识问题，设计课前小测(通常4−8个选择题，课前半小时发布，截止时间设置为上课后3min)。
3.2课堂(或直播)教学——内化知识
3.2.1复习导入
教师反馈学生课前学习情况，通过讲评课前小测复习“突变类型”，特别是抗性突变和营养缺陷型相关知识，为后面的内容做好知识铺垫。
由于“抗性突变型和营养缺陷型”非常重要，需求量很高，但突变的频率很低，引出2个问题：(1)如何识别筛选出营养缺陷型和抗性突变型?(2)突变产生的原因是什么?自然地导入本节课的内容“突变产生的原因的两种观点”，通过学生之口，引出正确的观点“突变具有自发性和不对应性!”再通过随堂测验引出证明突变具有自发性和不对应性的3个试验：变量试验、涂布实验、影印培养试验。
3.2.2新课学习
简单介绍证明突变具有自发性和不对应性的变量试验和涂布实验，重点介绍影印培养试验。教师实物示范莱德博格的影印平板培养法过程，通过“学习通”抢答(填空题)引出后面推理很重要的知识点“从母板影印出来的2个子平板相应位置上出现的菌落，称之为兄弟菌落”。请班上最具质疑精神的学生对影印培养试验“找茬”，请本知识点预习效果最好的学生讲解验证方案的具体过程，“学习通”随机选人找出抗性突变株的培养路线，显然地，链霉素抗性突变在接触链霉素之前就已发生了及链霉素抗性突变具有不对应性和自发性也就轻松证明了。教师通过莱德博格的成功引导学生学习他大胆质疑，勇于创新、思维严谨的品格和特点(思政)。
既然抗生素抗性突变型和是否接触抗生素没有关系，那么“学习通”抢答“某种抗生素使用一段时间后会引起大量抗药性菌株，这是因为该抗生素对周围敏感菌发生了诱变剂的作用，对吗?”(考研常考题)答案显然是“错”，那么“某种抗生素使用一段时间后会引起大量抗药性菌株”到底是为什么呢?反馈课前师生网上的互动和讨论，剖析有问题的帖子，师生共同确认精华帖子和正确答案，并由“某种抗生素使用一段时间后会引起大量抗药性菌株”这个结论引出“警钟：不能滥用抗生素”和“速成鸡”事件，培养学生的社会责任感(思政)。
既然链霉素抗性突变在接触链霉素之前就发生了，那么具体是什么时候发生的呢?小组讨论：(1)链霉素抗性突变什么时候发生的?(2)加链霉素的平板起到什么作用?小组通过“学习通”展示、解释讨论结果，得出“链霉素的平板起到识别和筛选抗性突变株的作用”的结论，由此“抗性突变株的识别和筛选”方法就不表自明：平板固体培养基+适宜浓度的相应药物。
至于营养缺陷型突变株的筛选，同样通过“学习通”抢答、选人、测验、小组讨论等一步步引导学生总结出营养缺陷型突变株筛选的整个流程、方法和原理，教师引导学生特别关注检出营养缺陷型的3种方法中影印培养法的优缺点。
3.2.3总结设疑
教师通过回答开始的2个问题：(1)如何识别筛选出营养缺陷型和抗性突变型?(2)突变产生的原因是什么?:对本课堂内容进行总结。总结到“抗性突变株的识别和筛选”时，设疑“如果要你们把知识落实到实践，让你们设计从自然界分离筛选链霉素抗性突变菌的具体实验方案呢?”，回顾11周刚结束的探究实验(产淀粉酶菌株的筛选与鉴定)的过程，由实验探究过程类推到“从自然界分离筛选链霉素抗性突变菌”的实验方案，并层层设疑，引导学生创新思维，严谨设计实验方案的每个环节，就此布置PBL项目(设计“从自然界分离筛选链霉素抗性突变菌”的实验方案)，提出任务要求、评价方式和评价指标。
最后10min，进行第10周布置的小组辩论赛(病毒的利与弊)，小组积分由“学习通”组间互评得出，个人积分由组内互评得出。
3.3课后拓展——巩固提升
第12周学习任务：(1)设计“从自然界分离筛选链霉素抗性突变菌”的实验方案(第13、14周小组课后讨论，完成设计方案，15周课堂汇报，教师点评);(2)梳理第四节“基因突变”的知识点，并制作该节思维导图(分配做第八章“微生物的遗传变异”章节思维导图的小组必须完成，其他组自愿);(3)完成本节在线作业;(4)参与课后讨论(针对本节拓展资源：超级细菌、“速成鸡”事件、莱德博格、抗性突变型的应用、营养缺陷型的应用或者自己搜索到的本节相关前沿进展、时事热点等有感而发，也可谈谈自己对本节课的总结和反思之类);(5)纠错讨论(将课前、课中、课后发生的错题整理并发帖，让学生自己分析错误原因，或者请同学答疑解惑);(6)观看下周PPT、视频等预习任务(略)。
教师在课后随时跟踪学生的学习情况，激励、督促、指导和帮助学生巩固知识，提升能力。具体包括：(1)公示课堂互动积分前10名光荣榜，表扬先进、激励后进，激发学生参与课堂互动的积极性，提高课堂学习效果。(2)引导学生进行有效的交流和讨论，对于学生提出的问题或困难实时解答或解决。(3)及时对学生作业进行评价，引导学生进行总结反思，开展互评互学，共赢共进。(4)跟踪和评估学生的学习进度和学习效果，通过企业微信、QQ、“学习通”等和学生个性化沟通，特别是对学习吃力的西藏生进行一对一的指导和帮助。(5)收集整理学生的优秀作品、精华帖子上传至课程平台，以供学生参考和交流;汇总学生错题和各阶段互动中体现出来的共性问题，典型问题，作为生成性资源以利于下节课堂反馈，个别问题则单独和学生沟通。
4基于在线课程的混合式教学课程评价体系
基于在线课程的混合式教学课程评价体系采用线上和线下相结合、过程性评价和终结性评价相结合、教师评价与学生评价相结合、标准化评价和非标准化评价相结合的综合评价体系，多环节、多维度考查学生的学习投入、学习成果和差异化能力，激发学习动力和专业志趣。
相关期刊推荐：《微生物学通报》(月刊)1974年创刊，国内外公开发行，以微生物学应用基础研究及高新技术创新、应用为主的综合性学术期刊。刊登内容包括：基础微生物学研究;农业微生物学研究;工业微生物学研究;医学微生物学研究;食品微生物学研究;环境微生物学研究;微生物功能基因组研究;微生物蛋白组学研究;微生物模式菌株研究;微生物工程与药物研究;微生物技术成果产业化及微生物教学研究改革等。
总评成绩=线上学习成绩(35%)+实验成绩(15%)+期末成绩(50%)，具体情况见表4。
5基于在线课程的混合式教学模式的教学效果
5.1学生对微生物学的学习兴趣增强，学习成绩大幅提高
线下或者直播课堂，学生的出勤率达100%，所有学生都积极参与课堂讨论和互动，超星课堂互动点击量每学期平均每人69次，课堂互动积分180分为满分3分，平均2.42分;
线上学习，学生的兴趣和参与度很高：所有线上任务学生参与度达100%，任务点完成度达98.1%。省平台微生物课程的点击量平均每人每周超过66次，每学期平均每人发帖回帖20多次，视频笔记22篇;课间、课后学生还通过企业微信、QQ、“学习通”等各种方式和教师交流。学习效果明显。微生物学课程期末考试采用教考分离，就是学校随机从同样的试卷库里抽一套试卷给学生考，学生考试平均分76分左右，比实施混合式教学前提高5−6分。
5.2学生的探究创新能力得到全面提高
基于在线课程的混合式教学模式极大地激发了学生对微生物学研究的兴趣，教改班学生积极申请或者参与微生物方面的创新项目。27项微生物学项目获得大学生科技创新项目立项(平均每年9项，比实施混合式教学前平均每年4.25项增加1倍多)，其中国家级5项、省级7项、市级2项、校级13项;学生以第一作者发表微生物方面科研论文15篇(平均每年5篇，而实施混合式教学前平均每年2.75篇)，其中SCI期刊上1篇[8]、EI期刊上7篇[9-15]，一级期刊上1篇[16]，核心期刊上6篇[17-22];微生物项目获得省级以上奖项35项(平均每年11.7项)，其中国家级6项(一等奖2项，二等奖1项，三等奖1项)，省级29项(一等奖4项，二等奖12项，三等奖13项)，即便是在这2年限制参赛规模的情况下，所获奖项数量和等级都比实施混合式教学前有了很大的提升。
6总结反思
基于在线课程的混合式教学模式，在科学教育16−18级已实施3轮，虽然2018级的课程是在“新冠”疫情期间进行，但3个年级的教学模式基本上没有差别，只是2018级学生返校前，课堂教学被网上直播教学替代。直播教学期间，教师课堂内外的督学以及和学生的互动交流更加频繁，而且完全在网上进行。疫情下的2018级教学效果、学生满意度与2016、2017级总体也没有明显差别，基于在线课程的混合式教学模式经受住了疫情的冲击和考验，微生物学课程3个学期的网上评教都是学院排名第一。后疫情时代，在“互联网+教育”理念的推动和一流本科课程“双万计划”政策的导向下，基于在线课程的混合式教学将成为高等学校教学的新形态，成为教学改革的常态化手段[23]。但要注意的一点是，基于在线课程的混合式教学模式中，学生课前线上自主学习的是碎片化知识，还需要将碎片化知识构建成系统化知识。我们主要通过师生都做“思维导图”来帮助学生构建系统化知识体系。教师层面做的思维导图就是课堂教学(直播教学)使用的课件，每章只有一个PPT，架构采用立体思维导图式，上一层级进入下一层级、下一层级返回上一层级都是通过超链接来实现，教师课堂上也会通过PPT带领学生梳理知识脉络。学生层面的思维导图呈现具体操作方案：组内每个学生至少要完成某节内容的思维导图，最终汇总成整章的思维导图，上传到超星PBL专栏，供组间、组内成员点评和学习，以此学习任务增强学生搭建知识体系的意识和能力。三轮实践证明，“思维导图”确实能起到帮学生搭建及串通整体知识系统、提高学习效果的作用。
基于在线课程的混合式教学实施过程中，学生的学习积极性普遍较高，但也有部分学生反映微生物学课程的学习任务太重，花时间过多，一定程度上挤占了其他课程的学习时间。后续的教学过程中，我们将精减优化学习活动和任务，进一步凝练课堂上的精讲内容，将部分课后的学习任务转移到课内进行，以利于学生用更少的时间达到更好的学习效果。——论文作者：尹军霞*杨受保沈国娟
