细胞生物学是探究动植物细胞结构、功能及活动规律的科学，作为生命科学的支柱学科之一，面向生物科学、农学等相关专业，是实践性较强的一门学科，其研究和发展均与细胞生物学实验方法与技术有重要关联。该实验课程是生物学教学体系中的核心课程之一，也是农林医等学科领域相关专业的一门重要课程。翻转课堂在细胞生物学实验课程中的应用，有助于培养学生独立思考、深入探索和创新能力。
翻转课堂教学模式具有提升学生自主学习能力、扩展学生科学视角、培养学生创新能力、丰富实验课堂的教学内容等优点。在该教学模式下，教师利用现代教育技术手段，在课前创建微课视频以及提供其他教学资料，通过网络共享平台发布学习内容，供学生利用空闲时间观看，并在课堂上通过师生答疑探究、交流讨论等环节，完成知识内化[1]。李志亮等[2]基于翻转课堂对细胞生物学实验课程教学进行了改革与实践，提升了学生自主学习能力和教师业务素质等。俞华莉等[3]从重构教学目标、完善课程教学内容、创新教学模式等方面入手，探索培养学生创新能力的细胞生物学实验课程教学模式，形成了“线上线下混合教学—多层次翻转课堂—线下研讨—开放实验室”的实验课教学体系。张卫花等[4]基于微视频的翻转课堂教学模式，对该课程课前、课中和课后进行教学改革创新，以培养学生的自主学习、独立思考、协作讨论等能力。张春艳等[5]利用翻转课堂教学模式，结合雨课堂平台，探究了细胞生物学实验教学改革策略，以提高学生的科学素养。
本文以细胞生物学实验课程为研究对象，从提高实验课堂教学效率、增强学生学习主动性以及丰富课堂教学内容等方面阐述了翻转课堂教学模式的必要性；结合基础性实验、综合性实验和探索性实验，探索构建“课前准备+课中实施+课后反馈”的翻转课堂教学实践模式。
1 细胞生物学实验课程开展翻转课堂教学的必要性
常规教学模式下，该实验课程的教学内容较单一，主要是知识验证性实验，学生按教程完成实验，对其科研思维和创新能力的训练程度不足。而翻转课堂教学通过课前预习、课中交流等方式，优化学生自主学习环境，丰富学习方式，在课堂探究和交流合作中充分调动学生学习积极性，有助于提高课堂教学效率，激发学生学习主动性，以及丰富课堂教学内容，更利于完成教学目标。
1.1 提高课堂教学效率
1.2 增强学生学习主动性
翻转课堂教学模式调整了教师的授课时间，保证了学生的自主学习成效。实践中，教师根据实验内容创设“课前问题”，例如，“植物的一片叶或一段根是否能够长成完整的植株”，让学生课前进行探索。另外，教师提前录制“植物组织培养技术”等教学视频，并上传到网络共享平台，供学生学习植物组织培养的方法及要点等知识，扩展其知识范围，提升其学习兴趣和主动性。
1.3 丰富课堂教学内容
在翻转课堂教学中，教师采用多种教学方法，以丰富课堂教学内容。对于基础性实验，如“普通光学显微镜的使用”，引导学生课前查阅资料，课上讨论并独立完成实验，鼓励学生广泛搜集文献资料，并在课上分享和讨论相关内容，从而提高其文献检索和整合资料能力。对于综合性实验，如“植物细胞骨架的制作和观察”，组织学生分小组在课前进行讨论，并拟定实验方案，课上小组配合进行实验，记录实验数据，分析实验结果等，培养学生的团队合作意识。对于探究性实验，如“植物组织培养技术”，设置菜单式实验材料，让学生以小组为单位选择感兴趣的实验材料，并在课前查阅资料、设计实验方案，课上交流讨论、确定实验方案；教师引导学生完成实验任务，从而培养其实验设计能力，提升学生探索和优化实验的创新能力，增强其科研思维。
2 细胞生物学实验课程翻转课堂教学设计与实施
基于翻转课堂教学模式，结合专业课程框架体系，对课前、课中、课后进行翻转设计，具体实施如表1所示。
表1 细胞生物学实验课程翻转课堂教学设计 |
| 序号 | 教学内容 | 实验类型 | 实验材料 | 完成方式 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 普通光学显微镜的使用 | 基础性 | 动植物永久切片 | 独立完成 |
| 2 | 液泡系和线粒体的活体染色 | 综合性 | 洋葱鳞茎，兔，蛙 | 小组合作 |
| 3 | 植物细胞中DNA和RNA的显色 | 基础性 | 洋葱根尖或鳞茎 | 独立完成 |
| 4 | 植物组织培养技术 | 探究性 | 胡萝卜块茎、菊花花瓣等 | 小组探索 |
| 5 | 细胞核与线粒体的分级分离 | 基础性 | 大白鼠 | 独立完成 |
| 6 | 植物细胞骨架的制备与观察 | 基础性 | 洋葱鳞茎 | 独立完成 |
| 7 | 细胞的无丝分裂与有丝分裂 | 综合性 | 洋葱根尖 | 小组合作 |
| 8 | 植物染色体标本的制备和观察 | 综合性 | 蚕豆种子、洋葱鳞茎 | 小组合作 |
| 9 | 完整叶绿体的分离 | 综合性 | 新鲜菠菜、豌豆叶 | 小组合作 |
| 10 | 植物基因组DNA的提取 | 综合性 | 烟草种子等 | 小组合作 |
| 11 | 植物体细胞杂交—原生质体融合 | 探究性 | 拟南芥、白菜型油菜的原生质体 | 小组探索 |
| 12 | 细胞膜的通透性 | 探究性 | 兔血或鸡血 | 小组探索 |
2.1 课前准备阶段
2.1.1 制作微课视频
根据授课内容，提前录制微课视频，并将视频上传至网络共享平台供学生下载观看，实现学生课前预习[8]。实践中，完成了普通光学显微镜的使用、液泡系和线粒体的活体染色、植物细胞中DNA和RNA的显色、植物细胞骨架的制备与观察、细胞的无丝分裂与有丝分裂、植物染色体标本的制备和观察、完整叶绿体的分离共7个教学视频的录制，每个视频时长15～20 min，内容包括实验目的、实验原理、实验材料准备、实验操作方法演示、实验预期结果、注意事项及作业等。微课视频均按照翻转课堂的要求高质量制作，将生物细胞的微观世界更直观地展示给学生。
2.1.2 利用网络教学资源
借助学校网络平台提供的知网（CNKI）、慕课（MOOC）、智慧树等学习资源，学生可多途径搜集学科最新研究进展，通过小组讨论归纳、课上分享总结等方式，培养其科研创新思维和团队协作能力[9]。此外，教师也可借鉴网络平台上其他知名高校开设的国家级精品课程，设计符合学生特点的实验项目。课题组借鉴了河南大学开设的细胞生物学实验课程内容，添加了“液泡系和线粒体的活体染色”“植物组织培养技术”和“植物细胞骨架的制备与观察”等实验，丰富了教学内容。
2.1.3 合理安排教学内容
根据不同实验类型设计不同的学习任务，实现个性化教学。（1）基础性实验。如“普通光学显微镜的使用”和“细胞核和线粒体的分级分离”等，其难度较小，目的在于培养学生掌握显微镜、高速冷冻离心机、移液枪、天平等操作技能和良好的实验习惯。学生只需在上课之前观看微课视频，查阅有关资料，并在课上进行实操，即可掌握该类知识。另外，此类微课视频中通常会设置选择题窗口，学生点击并选择答案后方可继续观看视频，可有效检验其课前预习情况。（2）综合性实验。如“植物基因组DNA的提取”等，其难度适中，目的在于提升学生分析和解决问题的能力，培养其团队意识。在该类实验课程教学中，设置实验小组，各小组成员均在线学习微课视频内容，并课前讨论“电泳时间”“琼脂糖的最适浓度”等问题，以拟定实验方案。（3）探究性实验。其难度相对较大，目的在于培养学生的创新能力。教师设置菜单式实验内容，如“植物组织培养技术”，共设计胡萝卜块茎、菊花花瓣、多肉植物、杨树枝条、蓖麻5类实验材料，让学生按个人兴趣进行分组。此类实验教学不设置微课视频，而是要求各组学生通过自主查阅文献、小组探讨等方式，初步设计实验方法、流程，并预测实验结果；授课教师在课前对各小组实验成果进行引导性评价，提出优化意见，直至达到课程目标。
2.2 课中实施阶段
在翻转课堂教学模式下，课中主要开展以解决问题为核心的讨论、答疑等活动，并确定实验内容。在基础性实验课堂上，以教师提问检查学生预习情况→讲授重难点→学生独立完成实验实践为主线；在综合性实验课堂上，以教师讲授重难点→问题导入→学生小组讨论交流→实验操作实践为主线；在探究性实验课堂上，以小组学生讲授→讨论交流→教师指导总结→小组团队实践为主线。在实施过程中，需注意以下几点。（1）培养学生观察和记录实验现象的习惯。例如，在“细胞膜的通透性”实验中，溶血现象发生的快慢与进入细胞的物质的分子质量大小有关，分子量大的进入细胞慢，发生溶血的时间相对较长，因此要求学生随时观察溶血时间并及时记录实验现象。这不仅有助于解决实验过程中出现的科学问题，而且便于学生总结实验经验，形成良好的科研习惯。（2）引导学生思考实验过程中出现的与预期结果不一致的现象。例如，在“植物细胞中DNA的显色”实验中，学生使用席夫试剂给实验材料染色后，并未在显微镜下观察到紫红色（DNA区）现象。对此，教师可以先提出“DNA是如何显色的”“盐酸的作用是什么”等问题，引导学生带着问题认真学习微课视频。这时，教师可以提示学生思考是否是因为未加入Hcl而直接使用席夫试剂染色，或Hcl水解的时间是否适宜等，帮助其通过进一步对照实验解决问题，最终引导学生自行归纳总结出最适宜的水解时间，使其深刻理解实验原理，提升分析和解决实际问题的能力。
2.3 课后反馈阶段
从实验习惯、理论知识等6个方面对翻转课堂教学模式的细胞生物学实验课程进行课后反馈与评价分析，全面考查学生的知识运用与综合创新能力。（1）实验习惯（占总成绩的10%），考核学生的实验课堂纪律及卫生情况；（2）理论知识（占总成绩的15%），通过课堂测试和课后作业，考查学生对理论知识的掌握情况；（3）操作能力（占总成绩的20%），通过仪器使用、实验基本操作和关键操作点3个方面，考核学生的实验操作能力[10]；（4）写作综合能力（占总成绩的15%），通过实验报告和科研小论文的撰写水平来考核学生的写作能力；（5）讨论交流（占总成绩的20%），通过PPT汇报、讨论交流、小组互评、教师评价4个方面，考核学生的沟通交流能力；（6）创新及合作能力（占总成绩20%），以小组为单位的探究性实验设计、操作实施和实验结果为考核点，考核学生的创新思维和合作能力。
3 细胞生物学实验课程教学改革效果
本课程对2023级生物科学专业学生进行翻转课堂教学的初步实践，取得一定成效。学生实验课期末平均成绩较上一级提高3.89分。此外，2023级生物科学专业学生参加全国科学实验展演比赛获省级三等奖。同时，教师业务素质得以提升，课程组教师获得校级教学成果一等奖和教学技能奖。
综上，本文从提高实验课堂教学效率、增强学生学习主动性以及丰富课堂教学内容等方面入手，阐述了在细胞生物学实验课程中实施翻转课堂的必要性；结合基础性实验、综合性实验和探索性实验，探索构建“课前准备+课中实施+课后反馈”的翻转课堂教学实践模式。翻转课堂模式在细胞生物学实验课程教学中的应用，有效激发了学生的自主学习积极性，丰富了课堂教学内容，提升了教学效率，促进了师生、学生之间的交流与合作。今后，将结合专业发展和学生特点，优化翻转课堂的教学机制，完善课程教学设计与实施路径，推动该教学模式的更好应用。