翻转课堂在生理科学实验中的运用效果初探

张锐钢　罗海兵　吴嫦丽　徐明锋　张秀娟

[摘 要] 生理科学实验是一门融合了生理学实验、病理生理学实验和药理学实验三大模块的实践性的实验操作课程，旨在锻炼医学生的操作水平。为了更好地让学生掌握相关技能，完成实验操作，促进学习自主性，广东医科大学生理学教研室率先在生理学实验模块中探索重构教学过程，在机能学的实验中引入翻转课堂。经过教师实際上课感受反馈及分析前后两届学生的实验操作完成情况，在生理科学实验中运用翻转课堂取得了良好的教学效果，学生操作明显改善，学习自主性显著增强。

[关键词] 生理科学实验;翻转课堂;教学改革

[基金项目] 2020年度广东医科大学教学应用课题项目“线上线下混合式教学在生理学实验教学中的应用”（校高教〔2020〕1号2JY20025）

[作者简介] 张锐钢（1989—），男，山西侯马人，生物医学博士，广东医科大学基础医学院生理学教研室讲师，硕士生导师（通信作者），主要从事呼吸道上皮及平滑肌生理研究;罗海兵（1976—），男，广东湛江人，硕士，广东医科大学基础医学院生理学教研室讲师，主要从事生理科学实验教学改革研究;吴嫦丽（1980—），女，广东湛江人，博士，广东医科大学基础医学院生理学教研室讲师，主要从事卵母细胞发育研究。

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）04-0160-04 [收稿日期] 2021-05-16

生理科学实验是一门以大量动物实验为基础的实践性较强的课程。该课程开设的首要目的是为医学生提供一个大胆实践操作的平台，通过该课程的培训，医学生掌握基本操作技能，为将来走向临床奠定基础[1-3]。另外，该课程的学习还给学生提供了一个理论联系实际的机会。以生理学实验模块为例，在生理学理论课的相关内容（如呼吸系统章节）授课结束后，紧跟着在生理科学实验中开展“家兔呼吸运动的调节”实验，回顾理论课所学知识并将其具象化、形象化，达到理论联系实际进而加强理解和记忆的目的。如何在有限的学时里让学生更好的完成操作，提升学习自主性，生理学教研室结合以往教学经验，自2019年起首次将“翻转课堂”理念引入机能学实验的教学设计，学生操作完成情况明显改善，学习自主性显著提高。

一、变革背景

生理科学实验是一门实践性的课程。在传统的教学方式中，学生来到实验室前只能从实验指导教材上了解相关实验内容，且大多数学生缺乏在实验课前预习的习惯和动力，课程开始后教师播放录制好的操作视频并讲解细节及注意事项，观看完视频后学生开始操作。在这种传统的教学方式下，学生凭借当堂课播放的视频建立的初步印象去做实验，往往手忙脚乱，常见学生边操作边观看投影上的操作视频，致使操作不流畅甚至停滞在某一项操作上。而且，播放视频和讲解占用了较多的时间，使学生的操作时间被挤占，一些组别在下课时仍未完成操作的现象十分普遍。在这种模式下，为了尽量让学生完成操作，生理科学实验经常出现延迟下课的情况。不仅授课教师以及生理科学实验室技术人员非常辛苦，学生也叫苦不迭，甚至对生理科学实验产生畏难情绪。

在大学扩招的背景下，随着学校的学科发展，越来越多的专业（临床医学、麻醉学、影像学、儿科学）的学生加入生理科学实验这门课程的学习中来，对教研室的师资力量提出严峻挑战，原有教学方式渐渐难以为继，教学理念变革和教学方式转变的呼声日趋强烈。在大学教育教学手段变革的大时代，翻转课堂、混合式教学等变革方兴未艾。结合教研室传统授课经验并参考新的教学方式方法[4-6]，生理学教研室在2019年秋季学期开始尝试在生理科学实验-生理学实验模块中开展翻转课堂教学。

二、教学组织

（一）运用翻转课堂模式后的教学过程

1.提前推送教学视频。我们采取一堂课结束后发放下一堂课操作视频的方式，可以使学生在课前有两周（每个自然班两周上一次生理科学实验）相对充裕的时间熟悉下一次课的内容。由于学生按照小组进行操作，因而许多小组会在预习阶段一起学习、讨论操作中的重点和难点及注意事项。

2.课程中的“翻转”问答。上课后，由学习委员主持问答环节，即学生在预习中有任何关于操作细节或相关理论疑问的可积极提问，最后由教师对学生提出的问题进行梳理和解答。在这一环节，我们会对提出新颖、有积极意义问题的学生进行标记，增加其平时成绩。通过引导并鼓励学生针对本堂课相关问题进行提问，笔者发现在许多班级操作前的问答环节均可见学生热烈的提问，学生的专注度、参与度明显提升。他们不仅在这个过程中讨论实验中可能的问题和相关细节，并且能够有效驱动学生在课前预习中认真学习。

3.要点介绍。问答环节结束后，教师简要介绍本堂课的操作要点，或者提问大家在预习中本次操作的要点有哪些。这个环节除了可以提醒学生一些注意事项之外，还根据学生对要点的预判一定程度上感知学生的预习效果。

4.操作环节。经过认真预习、充分讨论问答之后进行实验操作，同传统先播放视频后操作的方式相比，学生有更充分的时间完成操作。同时，由于课堂上不再播放视频，倒逼小组成员做好预习，进而在实操中小组成员之间能够互相配合，完成实验操作。

5.小结环节。完成操作后，小组成员先针对操作中出现的问题进行讨论，之后在小结环节每个小组依次发言，分享本小组在实验中出现的问题、失败的教训及成功的经验，组间充分交流、借鉴。最后，教师进一步凝练本次操作中学生存在的共性问题，并进行分析。

（二）运用翻转课堂模式后的教学感受

1.学生的学习自主性、课堂参与度明显提升。在翻转课堂理念的指引下，学生“反客为主”，这一点在操作前的问答讨论环节体现得尤其明显。并且，由于在问答环节表现好的学生会被加分，学生的热情和积极性被调动起来，课堂气氛活跃。充分的问答解决了学生在预习中的疑问，生动体现着以学生为中心的教学理念，使课堂更像大学课堂。

2.操作完成情况明显改善。由于不需要在操作前播放并讲解操作视频，学生实际可用的操作时间比传统教学方式下多出约20分钟，更多的组别能够完成实验，提前完成实验的小组也可换人进行操作练习。总体上，操作完成情况明显改善。

3.发现问题更为及时。在小结环节，各小组依次分享其操作中的问题，有的問题某个小组遇到，其他小组在以后很可能也会遇到，相当于提前予以预警。此外，小组的小结中出现的共性问题由教师进行统一讲解，起到凝练问题、高效总结的作用。

4.师生负担均有减轻。以往在5个学时的课程结束后，每个组的学生才开始收拾卫生，技术人员检查后才能离开;改革后，往往在规定的下课时间内学生即已收拾好桌面，也打扫好了卫生，效率更高。由于学生预习充分，配合较好，遇到问题时能够自行处理，向任课教师寻求帮助的次数也比以往减少了。

三、教学效果对比

我们记录了传统教学方式下2017级临床医学专业12个班级和采用翻转课堂教学方式的2018级临床医学专业12个班级的实验课完成情况数据。生科实验-生理学模块中，每个班级共有5次家兔实验课，按照顺序分别为操作基础、影响红细胞凝固的因素及红细胞渗透脆性的测定、动脉血压的神经体液调节、家兔呼吸运动的调节和影响尿生成的因素。每个班级学生30～35人，实验中分成6个小组，所有操作情况以小组为基本统计单元。2017级和2018级生科实验数据分别见表1和表2。

我们定义粗完成是完成了实验操作（如麻醉、颈部手术、动脉插管等），但实验数据获取不全。例如，在红细胞凝固因素测定实验中，每组需要取新鲜的动脉血，放于7支不同处理的试管中，有的组在放至第5个试管时家兔动脉血因前期手术中有失血而难以获取足量动脉血。再如家兔呼吸运动的调节实验中需要处理10项操作，其中1项为耳缘静脉注射乳酸，有的家兔因耳缘肿胀等无法施加这一处理。净完成则表示动物操作完成，数据获取完整，代表完成的质量。对比2017级与2018级临床专业学生5次生科实验课的平均完成率（图1A），粗完成率2017级为78.33%，2018级为87.78%;净完成率2017级为66.11%，2018级为80.55%。此外，由图1A中还可以看到，2017级完成统计图中的error bar明显比2018级大，表明2018级学生在5次实验中的完成率更稳定。将每次课的净完成率拉开作图（见图1B），其趋势显示2018级学生在5次课中的完成率更加稳定，最低的净完成率为第1次课的61.11%，之后4次课的净完成率均在85%左右小幅浮动。尽管在第5次课时2017级与2018级的净完成率达到一致（均为83.33%），但2017级学生经过前几次课完成率的较大幅度震荡，最终随着操作技能的提升，在最后两次课中才稳定提升;而2018级学生在第2次开始便拥有高效而稳定的净完成率。

四、与课程实际的联系

机能学实验是医学相关专业学生必修的一门基础性的实验课程。通过该课程的培训，医学生得以掌握基本操作技能，为将来走向临床奠定基础。尽管该课程的设置同样起着与同步展开的理论课相呼应的作用，但锻炼学生的操作能力是其首要目的。机能学实验依赖实验动物。实际上，本校医学生第一次接触整体动物实验的课程便是生理科学实验这门课程。动物的死亡往往意味着操作机会的丧失。从本次翻转课堂教学改革效果来看，教学改革后，学生的操作完成率明显升高，动物死亡率则降低（9.4% VS 10.6%）。由于不必再在课堂上播放操作视频，加之讲解环节的简化，学生的实际操作时间延长，完成课堂操作要求后仍然可以继续练习操作。这样可以实现实验动物利用率最大化，增加小组成员的操作机会，更加符合设置本课程的主要目的，即锻炼医学生的动物手术操作能力。

五、真实性说明及不足之处分析

对生理科学实验进行翻转课堂式教学改革的想法最先由教研室罗海兵老师提出，并得到时任教研室主任张秀娟教授的支持。教学效果的对比数据分别来源于广东医科大学第一临床学院2017级临床专业12个班和2018级临床专业12个班，且班号相同，排除了可能存在不同班号对应不同类型学生的影响。同时，创新性地采用进度取向的粗完成和质量取向的净完成，以更全面、更综合地对比分析翻转课堂改革前后的完成情况。

尽管教学效果确有改善，然而在实践中我们仍然发现有一些不足之处需要改进：一是应设法将任课教师、生理科学实验室技术员的主观感受用客观指标或数据表达出来;二是引入实验课程的形成性评价，更真实地反映学生的预习情况以及全过程的参与情况，而目前以实验报告作为平时成绩主要依据的做法体现不出这一点;三是应将相关试点数据扩展至全部班级，做出涵盖面更广泛、更有说服力的统计。

本教研室从2019年开始对生理科学实验课进行教学改革，就目前的数据及教师的实际上课感受而言，这一改革是有成效的，学生的操作完成情况明显改善，学习自主性显著提高，以学生为中心的课程改革创新理念的效果初步显现。