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【摘要】針對生物工程分析課程的特點以及學生在學習過程中存在的問題，以學生的畢業要求為出發點，從學生的學習需求、教學設計、教學評價等幾個方面，初步在生物工程分析課程教學和實驗中應用混合式教學方法進行嘗試，旨在提高生物工程專業分析課程教學質量，以期為生物工程領域培養更多具有自主研發能力的創新型人才。課程教學方法的改進以及評價考核方式的改變對于提高學生自主學習能力、培養科學思維和提升學習效果方面均起到良好的促進作用。
【關鍵詞】生物工程分析；混合式教學；教學質量
1引言
現代生物工程的科學研究逐漸轉向了更為精確定量的學科研究領域，在現代生物工程產業不斷發展的過程中，其產業發展中的質量控制、監測、標準化等計量測試的要求越來越高[1]。因此檢測分析技術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必修的一門專業基礎課程，隨著分析化學和儀器科學的發展，課程內容也日新月異，更新較快，涉及儀器種類繁多，而且連貫性較弱，知識點較散。學生在學習過程中有較大的困難，傳統的教學效果也不令人滿意，主要表現在:學科交叉多，課程內容多，涉及的學科包括分析化學、無機化學、有機化學、生物工藝學、物理學、電子學、電磁學、光學、計算機科學等，而且隨著科學技術的進一步發展，新型儀器也不斷涌現，進而使更多的學科融入現代儀器分析的課程中。生物工程分析的分析方法和儀器設備發展更新速度較快，教材中編寫的分析方法和實驗室現有儀器設備與先進水平存在一定差距，難以滿足實際工作崗位的需要。針對這些情況，需要根據我校的生物工程專業的特點和培養方案的要求，在教學中做一些探索使教學內容和實驗模塊更加具有實用性、先進性，取得更好的教學效果。當前，信息通信技術已經在很大程度上改變了高校教學的環境和條件，線上教學和線下教學相結合的混合式教學模式，結合了傳統學習方式和數字化學習方式的優勢，正在各高?？焖俚耐菩泻桶l展。2017新媒體聯盟中國高等教育技術展望——地平線區域報告指出，近年來許多大學都在教學中應用了混合式教學方法，教學互動效果好，學生的成績與傳統課堂相比有明顯提升。
2混合式教學在生物工程分析課程中的應用
2.1采用雨課堂開展理論課的混合式教學
雨課堂為教學過程提供數據化、智能化的信息支持，能讓學生與老師實現課前課中課后互動，通過數據采集分析，指導教學過程持續改進。雨課堂授課PPT和講課音頻都能保存在雨課堂云端，方便隨時回看。但學生不能語音，只能使用彈幕交流。疫情期間，因老師和學生不能在線下上課，為了促進師生交流，同時采用嵌套騰訊會議的方式上課，騰訊會議能提供實時共享屏幕，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，而且服務器穩定，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合的方式能更有效地促進課堂互動，達到提高教學效果的目的。在學生返校后，則采用雨課堂平臺在教室與學生面對面進行混合式教學。在開始授課前利用線上平臺向學生推送本課程的教學大綱和教學日歷，讓學生對課程的內容及課程設置的目的、意義、任務和要求及進程安排有一個總體的認識和了解。在課前向學生發送簡短的預習的課件或視頻，提出相關的問題，促使學生思考并查找資料解答問題。比如在講到糖的測定，會先給學生發糖的概述的預習PPT，簡要介紹糖的分類、性質和測定方法，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，以此激發學生對即將學習的內容的興趣并在尋找問題的答案過程中建立初步的認知。授課過程中，在完成某個知識點的講授后，利用雨課堂發布習題，根據答題情況，及時掌握學生學習效果，并進行查漏補缺，針對性地調整教學方法和節奏。另外，教師應盡量多與學生互動交流，鼓勵學生積極發言，認真聆聽學生的想法，在討論分析中達成對知識的理解和掌握。課后，學生可以利用雨課堂存放的PPT及音頻資料，持續性地學習進一步鞏固學習效果。另外也可以發布課后思考題，比如現在是否有水果糖含量測定的無損傷分析法？原理是什么？你認為最快速最準確的測糖方法是哪一種？發酵液中糖含量的測定能否實現在線檢測？諸如此類問題，引導學生進一步探索課程大綱要求之外的學科前沿知識或實踐運用知識。
2.2合理利用圖像、視頻資料有效提升授課效果
因為生物工程分析課程是一門實踐性很強的學科，涉及樣品類型種類繁多、檢驗方法五花八門、檢驗原理復雜多變，教材上基本都是文字敘述，使學生在認識和理解上存在很大的困難。搜集整理大量與授課內容相關聯的影音視頻資料以形成對文字內容強有力的支撐，在組織教學過程中加以合理應用，能有效地加深學生的記憶，提升理解能力，增強認識水平。圖片做為配圖，穿插在ppt中作為對文字的輔助說明，可以較好地提升學生的學習熱情，起到事半功倍的教學效果。涉及操作技術及復雜的檢測原理，比如取樣技術及大型儀器的檢驗原理，會以動畫的形式向大家展示，深入淺出說明相關的檢測原理。涉及實驗操作尤其是一些先進的自動化程度高、集成度高的儀器的使用則播放下載的網絡視頻或拍攝的視頻讓大家觀摩學習，對具體的實驗操作技能形成感性認識，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構建合理教學體系，增強學生實踐動手能力
隨著近些年生物技術產業的蓬勃發展，分析檢測技術也應不斷更新完善，以滿足自動化、智能化和多元化發展的需要。因此我們對課程教學大綱進行了調整，加大了儀器分析的比重，在原有的儀器分析內容即分光光度法、液相色譜、氣相色譜、原子吸收光譜、熒光吸收光譜等基礎上，增加了等離子體質譜分析、離子色譜分析、紅外光譜分析等內容，以應對現代生物技術檢測因微量、高效、即時的需要而越來越多地依賴于儀器分析的狀況。另外為了增強工科學生的操作技能，將實驗課時由16課時調整至48課時，增加了雙乙酰測定、醬油中氨基氮測定、抗生素效價測定及利用高效液相色譜法檢測發酵液中氨基酸等實驗內容，增加綜合性和設計性實驗比例，以提高學生的實驗操作技能。
2.4虛擬仿真教學在實驗中的應用
在面對貴重儀器數量不足的問題時，原來多是由教師演示完成，學生很少有親自動手實操的機會，也因此很難達到教學要求。因此在實驗教學中，我們在網絡平臺開展了利用高效液相色譜檢測樣品中氨基酸的實驗仿真項目，使學生在虛擬場景中進行仿真實驗和操作，自主設計實驗，解析實驗原理和熟悉實驗步驟，從而調動學生的學習積極性，提高實驗參與度，在實驗過程中培養操作能力，提高實驗水平。本次虛擬仿真實驗在生物工程專業2018級學生中開展，共有31位學生參與，老師在實驗開始前結合理論課的知識，通過課件和拍攝的短視頻給大家講解實驗原理及儀器的結構組成、操作步驟，并帶學生到真實的儀器前讓學生進一步認識儀器組成和構造，觀摩樣品處理到進樣及程序設置和數據分析全過程。線下線上結合進行的混合式教學，更有利于學生形成更為真實全面的直觀體驗，加深學習印象。另外我們也給予學生充分的演練時間，讓學生逐步熟悉仿真軟件的原理和操作，反復登錄平臺進行練習，直至獲得自己滿意的分數。仿真教學完成后，通過統計，學生平均學習時長187.6分鐘，耗時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。實驗成績由系統直接導出，班級平均成績95.8，其中18位學生獲得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%。因為學生是第一次進行虛擬仿真實驗，對平臺實驗場景和基本的操作較為陌生，本次實驗是通過學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驗過程的觀摩，讓學生利用課余時間根據各自的情況完成實驗，可以反復操作演練，因此將近有一半以上的同學獲得了滿分，成績并非正態分布。如果讓學生在上課前自主預習提前熟悉平臺操作，在課上限時獨立完成實驗，當堂導出成績應該更能反映學生掌握知識和操作的真實水平。
2.5實驗課嘗試采用翻轉課堂的教學方法，以提高學生的自主學習能力
學生在實驗教學環節存在的主要問題是機械按照老師給予的實驗方案和步驟，按部就班的完成實驗，實驗出現問題也缺乏思考，依靠老師予以解決。實驗完成后，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，在實驗教學中，借鑒以問題為導向的PBL教學方法中以學生為中心的教學理念進行翻轉課堂的嘗試[2]。由老師提出要檢測的指標，發布任務給學生同時提供PPT或視頻等學習資料。由學生組成小組經過討論自主決定要檢測的樣品并設計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備實驗材料和藥品。在開始做實驗之前，由學生制作PPT講解實驗原理和步驟并解答由老師和其他同學提出的問題。老師針對檢測基本原理和操作制作測試題，通過雨課堂發布給大家，通過測試結果考察同學們對實驗原理和操作的掌握情況，測試合格才能正式進行實驗操作。通過學生和老師主導地位的變換而形成的翻轉課堂的教學方法，能激發學生做實驗的熱情，變被動為主動，投入更多精力到實驗中，訓練培養發現問題、解決問題的能力，既發揮教師在教學過程中的引導、啟發、反饋和管理等主導作用，也體現學生作為學習主體的主動性、積極性、個性化和創造性。我們在本學期的實驗課，樣品中總糖和還原糖的測定實驗中，進行了翻轉課堂的嘗試，學生積極性很高，自主選擇了樣品并設計了實驗方案。課后問卷調查顯示，95%以上的同學認為翻轉課堂能夠提高學生自主學習能力，對于理解和掌握實驗內容有幫助。
2.6考核方式的改變在實行混合式教學方式后，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%，平時作業及考勤占30%的評分方式，改變為期末考試成績占50%，平時成績占50%，其中平時成績主要由學生在雨課堂學習過程形成的大數據提供，包括考勤、老師發布的課件、作業瀏覽完成情況，也包括學生與老師的各種互動記錄。這種注重過程的考核方式，更有助于學生保持持續的學習動力，有助于更全面地概括和評價學生的學習情況。
3結語
“互聯網+”時代下，本科教學模式正因信息技術的快速發展發生著變革，作為高校教師也應轉變思想，與時俱進。在生物工程分析課程中進行的混合式教學方法有利于教學效果的提高，今后也將繼續對生物工程分析課程和實驗的教學內容、教學模式、教學手段和考核評價體系等做進一步的探索和實踐，以期建立一個科學的、切實可行的混合式教學模式，從而提高生物工程分析課程教學和實驗質量和水平。
參考文獻
[1]謝本祥.生物工程中檢測技術的需求和發展趨勢[J].科技經刊,2019,27(15):163-164.
[2]周忠信,陳慶,林藝雄,等.PBL教學模式的研究進展和現實意義[J].醫學與哲學,2007,28(8):72-74.
作者：申彤 楊潔 單位：新疆大學生命科學與技術學院