基于雨课堂的生物化学实验线上线下混合式教学探究

肖艳红 秦伟超 张蕾蕾 边红枫 孙克萍

摘  要：通过将雨课堂与传统实验课课堂教学相结合，开展生物化学实验线上线下混合式教学。课前学生可通过雨课堂自主学习教师发布的预习任务，课后参与实验内容相关讨论，课上教师通过雨课堂进行随堂测试，点名签到等实时互动，并在授课结束后查看详细的课堂分析报告。该种教学方式打破了传统实验教学中教师全程讲授、学生机械操作的局面，通过线上线下教学的优势互补，促进了多渠道师生互动，培养了学生主动学习、主动思考的能力，实现了最佳的教学效果。

关键词：生物化学实验;混合式教学;雨课堂

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）36-0119-05

Abstract： Combining Rain Class platform with traditional teaching， we constructed an online and offline blended-teaching method in biochemistry experiment class. The students can learn study materials provided by teacher to complete pre-class task， and participate in experiment related discussion on Rain Class platform. In the class， the teacher can interact with students using tools such as test， sign-in， and cold call in Rain Class platform， and receive a detail class analysis report produced by Rain Class platform after class. The blended-teaching method breaks the situation that the teacher teaches all the time， and students doing experiments with mindless automaton in the traditional experiment teaching method. Dominance complementation in this teaching method contributes to improving multiple student-teacher interactions and training students' active learning and thinking ability， and achieves the best teaching effectiveness.

Keywords： biochemistry experiment; blended-teaching; Rain Class

随着互联网技术的迅猛发展，当代大学生利用笔记本或平板电脑、智能手机等电子设备通过互联网进行信息获取已成为其生活和学习的日常[1]。高校教学过程中传统的教学手段和授课方式显然已经无法满足学生的需求，影响了学生学习的积极性、教学过程的参与度，导致了学习效果不理想，从而阻碍了教学质量的提高。教育部推行的《教育信息化2.0行动计划》和“金课”建设均强调要在教学过程中合理运用现代信息技术手段，推动信息技术与教育的深度融合，提高教学质量。如何将信息技术融入高校教学，使学生喜欢的电子设备成为有效的学习工具，如何既保留传统教学优势，又可提升学生学习兴趣和参与课堂教学的积极性[2-7]？这是当前高等教育必须面对的重要问题，根据课程特点探索适合的线上线下混合式教学是适应当代高等教育发展需要的必要之举。

生物化学理论和技术不仅应用于医学、医药、卫生领域，随着社会经济的发展，在工业、农业和环境科学等领域也发挥着越来越重要的作用[8-11]。很多高等院校生命科学及相关专业将生物化学理论课和实验课设置为本科学生必修课程。生物化学实验课与理论课同等重要，实验课教学质量的好坏决定着学生能否掌握生物化学实验的基本知识和常规实验技能，能否应用生物化学理论知识解释实验现象和结果，从而将生物化学理论知识内化于心。本文以生物化学实验课为例，开展线上线下混合式实验教学探索，以期提高实验课的教学质量。

一、混合式实验教学必要性分析

新冠肺炎疫情爆发之际，一批在线教学平台的使用，及时解决了线下教学无法进行的难题，“互联网+教育”的优势凸显。然而，开展的在线教学都是理论课程，实验课程由于需要进行实际操作，因此没有办法进行单纯的在线教学。那是否意味着实验课程不需要在线平台的辅助了呢？答案显然是否定的。

首先，相比于理论课而言，实验课更需要学生在实验操作前进行充分的課前预习，以保证在实验操作时能够做到“心中有数，动手不慌”。然而传统实验教学通常只是将实验讲义提前发给学生，让学生进行预习。一方面预习资料过于单薄，学生光看讲义很难将实验预习充分;另一方面由于缺乏有效的监督和考核方式，学生主动预习的积极性并不高，部分学生甚至不进行预习，在课上只是按照讲义一步一步机械操作，不清楚每一步操作的目的和背后的原理，因此，在传统实验课教学方式中，学生很难做到充分的课前预习。

其次，由于实验课更加注重学生实验操作能力的培养，因此如果课上教师占用大量时间去讲授实验课理论部分和进行操作演示，将会大大压缩学生动手操作练习的时间。此外，由于空间限制，教师单凭一次操作演示很难让所有学生都能看到并掌握实验操作，如果演示多次，又会占用过多时间，尤其对于像SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳这样原理复杂、操作较多的实验，在传统实验课教学中时间和空间的限制很难克服。

此外，传统实验课教学中，理论讲解部分基本上是填鸭式教学，教师和学生之间缺乏互动，学生在被动学习的情况下，很难对教学内容完全理解，也难以对课程产生兴趣，这就抑制了学生的创新思维和自主学习性[12]。而且传统教学方式下教师对于学生课前预习、课堂表现的评价缺乏数据支撑，仅凭借教师对学生表现的印象进行评分，难免会出现有失公允的情况。

因此，实验课程同样需要在线平台的辅助，发挥线上学习优势，拓展实验课的时间和空间，加强师生互动，量化学生成绩评价，从而提高实验课教学质量。

二、基于雨课堂的混合式实验教学设计

（一）雨课堂引入

针对传统实验课教学存在的问题，我们引入雨课堂这种在线教学工具，建立了一种线上线下混合式实验教学方法。雨课堂是由清华大学推出的一款基于PowerPoint和微信的智慧教学工具[13]。其拥有着强大的实时互动功能，比如扫码签到、“不懂”反馈、随机点名、随堂测验、弹幕功能等，十分有助于活跃课堂气氛，加强师生沟通，提高学生的课堂参与度。

（二）混合式生物化学实验教学设计

基于雨课堂的线上线下混合式生物化学实验教学设计基本框架包括课前线上预习、课上线下互动、课后线上讨论和报告批改三部分（如图1所示），每一节课也会针对不同教学内容进行更加精细的教学设计，在此仅对生物化学实验课整体教学设计进行阐释。

1. 课前线上预习

课前利用PPT录制功能录制每次实验课内容的PPT课件，包括实验原理、仪器试剂、数据分析等内容，制作成简单的微课视频。此外，对于重要的仪器操作和复杂的实验操作，在网络下载相关实验操作视频。制作好的微课视频和操作视频上传至雨课堂资源库备用。

将制作好的微课视频插入PPT内，作为预习任务通过雨课堂发布给学生，并设定截止时间，同时将实验讲义通过雨课堂公告发布给学生。学生在微信端收到雨课堂预习任务和公告提醒后，可以直接下载实验讲义，并在线观看预习视频。教师通过雨课堂教师端可以直观地掌握学生完成预习任务的情况，包括预习任务完成人数，哪些同学完成了预习，哪些同学没有进行预习，每个同学预习时间长短，从而为预习部分成绩评定提供数据支撑（如图2所示）;从学生的角度来说，由于预习任务完成与否关系到成绩评定，预习完成的好坏又与预习测试成绩相关，无形中形成了一种学习动力督促学生在课前进行充分预习。

2. 课上线下互动

课上利用雨课堂的签到功能让学生进行扫码签到，相比于传统授课方式中教师口头点名的方式，该方式大大节约了课堂时间。其次，教师通过雨课堂的在线答题功能，发送预习测试题至学生手机端，让学生在限定时间内提交答案，答题结束后可将雨课堂自动统计的答题情况进行投屏，并针对错误率较高的题目进行解析。预习测试环节的设置一方面检测了学生的预习效果，另一方面也能督促学生进行课前预习，同时还为预习部分成绩评定提供了数据参考。在学生进行了充分课前预习的基础上，课上教师不再对实验原理、仪器试剂、数据分析等进行详细讲解，而是针对每次实验课的重点和难点问題进行讲解，比如纸层析法分离鉴定氨基酸实验中平衡的作用、肝脏谷丙转氨酶活力测定实验中标准管、对照管和空白管设定的目的等。授课过程中，教师讲课的每一页幻灯片都会通过雨课堂即时发送到学生手机端，方便学生保存课件并回顾课程内容，不用再忙于记笔记而无法全身心投入到老师的讲解中，遇到没听懂的内容，学生还可以进行“不懂”反馈，方便教师有针对性地进行重点讲解。对于某些仪器设备的操作，比如移液器的使用，在学生观看了预习视频的基础上，可通过雨课堂随机点名的方式，选择一个学生进行操作展示，其他学生根据该同学的展示找出操作中存在的问题，进行讨论，从而加强学生对仪器操作的掌握，调动学生参与课堂的积极性。此外，教师还可以全程开启弹幕和投稿功能，这样学生在听课过程中，或者在实验操作过程中遇到问题，都可以通过弹幕或者投稿的方式反馈给教师，教师及时予以解答，这种方式增强了课上的师生互动，带动了课堂气氛，拉近了师生距离。雨课堂授课结束后会自动生成一份课堂分析报告，里面记录了签到、随机点名、预习测试、发送弹幕等所有学生的课堂行为（如图3所示），为教师进行课堂表现部分成绩评定提供了参考依据，从而帮助教师量化了解学生的学习效果，更好地进行教学反思。

3. 课后线上讨论和报告批改

实验课结束后，在雨课堂讨论区针对每一次的实验主题发布多个思考题，让学生进行讨论，学生也可以将自己遇到的实验相关问题，如实验操作、特殊现象、数据结果等，发布在相应实验的讨论区内，和其他同学或者老师进行交流。学生参与讨论的情况也会纳入平时成绩的考核当中，以此鼓励学生积极思考，参与讨论。每次实验课结束后，教师在雨课堂发布作业，学生可以将撰写的实验报告拍照上传至雨课堂，教师在线即可完成实验报告批改，一方面实现了报告无纸化，另一方面由于随时随地都可以进行实验报告批改，也提高了效率，可以更快地将批改结果反馈给学生（如图4所示）。

三、基于雨课堂的混合式教学效果分析

（一）课前预习完成度高，预习效果有据可循

相比于之前教师无法掌握学生预习情况，以至于部分学生敷衍预习，甚至不进行预习的情况。使用雨课堂后，学生预习情况十分清楚，包括预习时长和预习测试得分，这样形成一种无形的驱动力，驱使学生必须认真进行课前预习，从而提高了课前预习完成度和预习效果。根据雨课堂提供的统计数据，2021年春季学期生物化学实验课累计推送预习视频10个，三个教学班共计71人，预习视频完成率达97%;预习测试习题26道，平均测试成绩84.8分。

（二）课堂教学效率提高，课堂气氛更加活跃

相比于口头点名，雨课堂的扫码签到功能极大地节约了上课时间，同时学生签到的时间也有记录，如此，来与不来，迟到与否一目了然，方便教师进行考勤统计。此外，由于课前学生已经进行了课前预习，课上教师不再对实验原理、仪器试剂、数据分析等进行详细讲解，而是带着学生对每个实验的内容进行梳理，并且对重难点问题进行进一步讲解和讨论，这样，不仅学生对整个实验的理解更加清晰透彻，而且还在有限的时间里增加了知识由教师到学生的传输效率。使用雨课堂授课期间，偶尔的随机点名、弹幕、红包功能的使用，让课堂气氛更加活跃，学生参与感增强，注意力也更加集中，无形中也拉近了师生间的距离。

（三）实验报告批改周期缩短，反馈更加及时

相比于传统的纸质实验报告，使用雨课堂提交电子实验报告，并进行在线批改，使得报告随时随地，手机电脑均可以批改，大大缩短了实验报告的批改周期，学生也可以在提交报告后，及时查询教师的批改意见及报告得分，这种及时的反馈可以让学生及时知道自己在实验中存在的不足，并在之后的实验中及时改进，有助于学生实验能力的提高。

（四）教学过程留痕，评价更有依据

雨课堂会全流程记录学生的线上学习情况并提供完整的线上学习数据和线下课堂中学生的出勤数据和互动数据。教师可以通过雨课堂批量将数据导出进行统计分析。通过数据分析，教师可以清晰掌握学生线上学习的总时长、完成时间等信息，以及线下课堂中学生的预习测试和参与互动情况，包括预习测试得分、答题速度、随机点名、发送投稿和弹幕等信息。基于这些数据，教师在对学生进行平时成绩评定时就可以有据可循。

虽然基于雨课堂的混合式教学取得了明显的教学效果提升，但是仍存在一些有待改进的地方，比如目前的微课视频主要包括教师自己录制的PPT课件，内容偏重于文字讲解，缺乏生动的视频，学生在预习时难免觉得枯燥，此外，下载的一些慕课视频或操作视频由于版权限制清晰度有限，而且由于使用仪器的差异，有些操作视频和实际操作难免有所差异，容易让学生产生疑惑。因此，未来还需要增加对于生物化学实验课的精力投入，针对所开设的实验内容和实际使用的仪器设备，制作一些生动精美的微课视频，进一步提高学生的预习效果。

四、结束语

生物化学在生命科学领域的地位举足轻重，由于其本身就是一门实践性非常强的学科，因此生物化学实验和理论课一样，对于学生能力的培养具有十分重要的意义。虽然各个高校开设生物化学实验的背景、教学计划和教学内容设计都有所差异，但是大家都在积极探索最适合的、最佳的生物化学实验教学方式，以不断提高生物化学实验教学的质量[14-16]。随着信息技术不断融入教学活动，混合型教学、智慧教学等已经成为教育领域新的发展方向。实验教学和理论教学本质都是教学，虽然实验教学有其独特的特点，但适用于理论教学的信息技术手段同样可应用于实验教学，实践表明开展线上线下混合式实验教学的尝试与探索，不仅提高了实验教学的教学效果，同时也增强了学生创新思维和自主学习能力的培养，值得在实验教学中进一步推广。

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