信息化条件下琼脂糖凝胶电泳实验教学改革

    尚金燕 邹小丽 邵明辉

    摘? 要：文章针对传统DNA琼脂糖凝胶电泳实验教学中存在的问题，探索性地将信息技术融入到教学改革中，通过课前、课中、课后信息化手段的运用，激发学生学习兴趣，切实增强课堂教学效果，提升学生技能，达成实验教学的教学目标。

    关键词：实验教学;琼脂糖凝胶电泳;信息化

    中图分类号：G434? ? ? ?文献标志码：B? ? ? ? ?文章编号：1673-8454（2019）10-0049-03

    瓊脂糖凝胶电泳是用琼脂糖作支持介质，来对核酸进行分离分析的一种电泳方法，在核酸研究工作中起着重要作用，广泛应用于基础理论研究、农业科学、商检等许多领域，是生物化学课程和生物技术制药课程中的重要操作实验[1，2]。

    一、传统的实验教学模式

    在传统实验教学中，学生预习情况不易检查和控制，教学模式单一。课前，教师先让学生预习实验讲义。课堂上，教师先讲解实验目的、实验原理、步骤和操作注意事项，并进行重点实验操作演示，然后再由学生分组，按照实验步骤进行实验。教师讲解时间一般为15到20分钟，实验课教学效果差，实验时间短，也没有时间反复验证。考核方式单一，教师仅根据实验结果与学生在实验课堂的表现来对学生进行评价，学生在课后缺乏与教师的沟通，无法及时总结实验中存在的问题，由于需要在规定的课时内完成实验，即使学习认真的学生也得不到很好的实验结果。这种教学模式不利于提高实验课程教学效果，不利于锻炼和培养学生勤于思考的学习习惯，不利于激发学生的创造性思维及培养学生的实践能力[3]。

    二、信息化条件下实验教学改革

    伴随着互联网技术的迅猛发展，职业教育信息化已成为培养高素质劳动者和技能型人才的重要支撑[4]。借助丰富多样的信息化教学资源开展教学活动，充分利用微课、视频、虚拟软件等为枯燥的学习过程增添趣味，将枯燥的理论形象化，提高学生学习兴趣[5，6]。

    在琼脂糖凝胶电泳的实验中，融入信息化教学手段，借助微课、视频、PPT、超星泛雅网络教学平台等多媒体网络信息化技术为辅助， 进行了实验教学新方法的改革，使教学内容得以形象生动地展示， 有效解决了学生预习不充分、传统教学示范不易展示的难题，突破了实验和操作环节的时空限制，吸引学生参与到实验中来，提高了学生的动手操作能力，改善了实验教学效果。

    1.教学环节设计

    结合学院“虚实结合，学训交替”的人才培养模式，利用信息化手段加强实验教学改革，让学生带着兴趣和问题学习，了解实验全过程;提高学生自学能力，增加学生自主学习意识。流程如图1所示。

    整个教学环节划分情况如下：

    （1）课前预习

    课前教师在网络教学平台上传自学任务单，要求学生观看教师制作的讲解琼脂糖凝胶电泳原理的微课和实验操作过程微视频，观看结束后完成预习题，教师通过教学平台汇总的学生任务完成情况数据，对学生的预习情况进行初步评价。线上学习拓展了学习的时间与空间，通过课前检测结果，了解学生对本次实验基本知识点的掌握情况，能够有效帮助教师制定教学过程中的重难点，并根据学生掌握情况合理分配教学时间。

    （2）课中导学

    第一环节：情景导入

    教师创设情景，导入任务：DNA分子的混合样品如何实现分离？任务提出后，教师引导学生先以小组讨论方式，对DNA的分离进行研究和探讨。教师可提示学生考虑蛋白质混合样品的分离手段。本环节的目的在于引导学生自主思考，培养学生分析问题的能力，提高学习兴趣，自然引入实验目的。

    第二环节：任务分析

    为顺利完成本次实验教学目标，教师引导学生分析本次实验，把DNA分离的任务分解为三个层次：DNA琼脂糖凝胶电泳的原理，电泳的操作步骤，电泳所需的试剂、设备和注意事项。使学生在学习中目标明确，层层递进，结合课前预习制定下一步的侧重点。

    第三环节：探究学习

    虚拟仿真软件模拟实验过程：结合课前微课学习，教师讲解虚拟仿真软件的操作方法，讲解结束后，请学生自主探究、积极操作，教师引导强调操作过程中的技巧。通过虚拟仿真软件，学生强化课前预习内容，教师演示、指导突破教学难点，并为实际操作做好铺垫。

    实操演练：模拟操作结束后，学生即进入实验室进行实操演练，学生根据教师要求分组完成制胶、加样、电泳、观察等实验过程。

    第四环节：归纳评价

    操作完成后展示作品，选取1-2组学生讲述其制作过程，对实验结果进行初步分析。将各组凝胶图谱上传至教学平台，请学生投票选出最佳作品，对各组的实验结果进行评价。最后，教师围绕电泳的操作进行点评。

    （3）课后拓展

    ①平台交流

    课后教师引导学生在教学平台讨论电泳过程中的影响因素，如何得到清晰的电泳图谱？教师线上参与讨论。讨论后总结实验过程中应注意的关键点。给学生布置任务：认识溴化乙锭。让学生查阅资料，了解溴化乙锭用于DNA染色的原理，试剂的毒性和使用注意事项，培养学生的安全意识。

    ②开放实验室

    实验后开放实验室帮助学生进一步加强练习，在规定的时间内要求学生在实验室进行电泳操作，每个学生独立完成实验，都需要在教学平台提交清晰的电泳图谱，提交实验报告。通过在实验室反复锤炼、巩固知识，培养严谨细致的专业素养和工匠精神。

    2.实验教学评价方式改革

    传统的实验教学，教师对学生的评价仅限于出勤率、实验报告、实验过程等，而且考核粗放，考核缺乏公开性、公平性和公正性，无法真实反映学生的实验过程[7]。信息化背景下，实验教学的考核评价注重于过程评价，注重收集学生学习状况的数据和资料，评价过程中给予学生多次评价机会。如有学生对自己的电泳图谱不满意，允许学生重新去实验室得到满意的电泳结果，重新上传教学平台。考核标准根据实验性质调整，切实体现依考促学，建立形成性学习评价与考核机制，达到促进学生技能提升的目标。

    三、信息化实验教学改革效果

    1.信息化手段的有效运用提升了课堂教学效果

    超星教学平台等多种信息化手段的运用，扩大了教学中的信息容量，提供了科学、逼真的教学资源，有效激发了学生学习兴趣，提高了课堂效率，推动形成了“学生主体、教师主导”的课堂[8]。学生积极参与到教学活动中，教师从教学转为导学，学生从被动地接受知识转为主动地获取知识，学生实验参与度高，学习的效率也相应提高，每个学生都掌握了实验要领，达成了教學目标。

    2.虚拟仿真软件帮助学生熟悉实验操作

    在学生实操前，先操作虚拟仿真软件，模拟真实的实验过程，能够更好地体验技能操作过程的情景性，通过虚拟仿真实验室进行实验前的预习，能够使学生提前了解本节课所要进行的实验，快速熟悉工作场景以及操作步骤，规范操作方法，增强学生动手能力和职业技能[9，10]。同时通过仿真训练，协助学生掌握操作流程，缩短动手训练时间，提升训练效果。琼脂糖凝胶电泳实验中使用到有毒试剂溴化乙锭，在传统的实验操作中，教师会强调试剂使用的注意事项，但由于对实验过程不了解，学生在操作中会出现忘记带手套等现象，甚至有的学生直接不去动手操作。虚拟仿真教学模式解决了这一问题，通过虚拟操作，学生熟练了实验步骤，了解了实验注意事项，规范了实验操作，避免了实验过程中的风险。

    3.信息化背景下过程性考核促进教学相长

    信息化背景下学生的考核评价有迹可查，教师在教学平台上可以轻松获取学生出勤、学习的一系列数据，根据课前、课中、课后学习情况进行全面考核。在这种考核方式下，学生学习的主动性和积极性显著提升，积极参与到课前预习、课中学习及课后讨论中，同时对于教学过程中的问题，教师也可以及时与学生沟通，及时调整教学内容和教学方式，使得教与学相互促进，形成良性循环[11]。

    4.信息化教学促使教师提升信息化教学能力

    职业教育信息化的关键在于教师信息化能力的提升。在信息化背景下，教师必须依据现代教育技术的理论方法对教学过程进行合理设计，运用信息技术手段和数字化的教学资源，组织学生开展信息化教学活动，并利用信息化环境实现教学互动[12]。这就需要教师提升自身信息化能力，主动创新转变教育观念，推动教学信息化的进展，实现信息技术与课程教学的融合。

    5.开放式实验教学磨练学生技能

    开放式实验教学弥补了课堂教学的不足，为学生提供了一个多动手、多动脑、发挥潜能的实验环境[13]。通过反复训练达到课程的教学目标，并能满足学生个性化学习的需要，为主动进行探究学习的学生提供不断学习的机会与训练场所，使学生的技能训练系统化、规范化、常态化;为学生赢得更多的技能训练机会，通过在实验室反复锤炼技能，磨砺品性，培养了学生的工匠精神。为学生的终生学习与发展奠定了坚实的基础，有效地拓宽了课堂的实效性。

    四、结束语

    传统的实验教学模式忽略了学生的主动性和创造性，难以达到预期的教学效果，难以满足高素质技能型人才培养的需求。信息化大环境为实践教学改革提供了帮助与支持，教师应当科学使用信息化教学方式，逐步推进信息技术与课程的有机整合，转变传统的教学模式，探索最佳的信息化实验教学课堂形式，切实增强学生的操作技能与提升课堂效果。

    参考文献：

    [1]周俊萍，龚蕾.医学专科开设琼脂糖凝胶电泳实验的教学体会[J].教育教学论坛，2014（11）：260-261.

    [2]尹海权，王明召.分离DNA的琼脂糖凝胶电泳技术[J].化学教育， 2012（12）：1-2+19.

    [3]赵业，唐永政，冯俊荣等.基于能力培养的生物化学实验教学改革[J].中国教育技术装备，2018（4）：118-119+128.

    [4]张筱茜.信息时代下推进高职课堂开展合作学习的探索与实践[J].中国职业技术教育， 2017（28）：68-71.

    [5]张金彦，蓝平，廖安平.App教学+微课在《生物技术制药》中的应用[J].广州化工，2017（3）：163-164.

    [6]刘艳，闫国栋，李帅等.微课程应用于电泳实验教学的探索与实践[J].生物学通报，2016（5）：29-31.

    [7]张丽，公维民，刘丽波等.大学化学实验教学考核模式的改革初探[J].广东化工，2018（10）：243+249.

    [8]邓永忠.运用信息化手段提高高职课堂教学效果探究[J].中国管理信息化，2017（16）：237-238.

    [9]张刚.虚拟仿真在实验教学中的应用研究[J].信息与电脑，2018（7）：239-240.

    [10]谭文玲.虚拟仿真技术在高职院校实践性教学中的应用研究[J].科教文汇，2018（5）：96-97.

    [11]陆冷飞.高校课堂教学过程性考核的信息化解决方案 [J].中国教育信息化，2016（2）：79-81.

    [12]吕岚.“互联网+”时代高职教师信息化教学能力建设[J].湖州职业技术学院学报，2018（1）：76-79.

    [13]杨贵，王继荣.开放式实验教学模式的研究与探索[J].软件导刊（教育技术），2017（2）：69-71.

    （编辑：李晓萍）