基于“金课”标准和信息技术的实验教学模式研究——以“土壤与肥料分析实验”课程为例.pdf

黑龙江教育 高教研究与评估2023.9实验教学是高等教育的重要环节，是理论应用于实践的重要载体，也是培养学生的实践能力、创新意识和创业能力最重要、最现实、最有效的手段1。随着现代信息技术的不断发展，云计算、大数据、人工智能等技术的广泛应用，深刻影响着高校教学模式，信息技术与教育教学深度融合成为新时代高校教育最重要的特征之一，教学理念、内容、方式等都发生了重大变化。在信息技术与教学不断融合的影响下，本科课程的教学质量也越来越受到关注，2018 年教育部高等教育司司长吴岩提出高校要着力打造具有高阶性、创新性和挑战度的“金课”2。在此背景下，如何在实验教学中充分运用现代信息技术，如何根据“两性一度”的“金课”标准重构教学内容，改进教学方法，建立科学、客观、全过程的学习评价体系，是高校教师需要思考的问题。“土壤与肥料分析实验”是福建农林大学农业资源与环境专业核心课程“土壤农化分析”配套的实验课程，经过多年的建设，课程的教学质量得到较大的提升，但随着信息技术的快速发展，相对于“金课”的标准仍有一定差距。本文以“土壤与肥料分析实验”课程为例，开展基于“金课”标准的信息技术与实验教学深度融合的教学新模式探索，以期提高实验课的教学质量。一、本科院校的“金课”标准2018 年教育部在印发的 关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知（教高函2018 8 号）文件中第一次正式使用“金课”概念。吴岩将“金课”的标准归结为“两性一度”3，即高阶性、创新性和挑战度，其中高阶性指知识、能力、素质有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高阶思维；创新性指课程内容有前沿性和时代性，教学形式体现先进性和互动性，学习结果具有探究性和个性化；挑战度指课程有一定难度，学生和教师都要花费一定的时间和精力才能完成。除了“两性一度”较高层次的“金课”标准外，还有学者认为“金课”还应该具备符合教育教学规律、能较好地完成课程教学目标的课，具有多类型、多形式、多层次的基本特征。4二、“土壤与肥料分析实验”课程教学中存在的问题目前，“土壤与肥料分析实验”课程在教学过程中主要存在以下问题。随着检测技术的快速发展，特别是大型精密检测仪器的广泛应用，土壤、肥料的检测技术和方法有了较大的变化，但“土壤与肥料分析实验”所用教材内容却相对滞后，主要原因是优秀的实验类教材编写难度较大、出版周期较长，许多新技术、新方法无法及时编入纸质教材中。教学内容上没有体现出高阶性、创新性和挑战度。作为“土壤农化分析”配套的实验课程，目前实验教学内容侧重于对“土壤农化分析”基本理论和知识点的验2023 年第 9 期（总第 1435 期）No.9，2023Serial No.1435黑龙江教育（高教研究与评估）HEILONGJIANG EDUCATION（Research and Evaluation of Higher Education）收稿日期：2022-10-25作者简介：叶欣（1977），女，新疆昌吉人，福建农林大学资源与环境学院副教授，博士，主要从事植物营养研究。基金项目：教育部产学合作协同育人项目“基于微视频的 土壤与肥料分析实验 课程体系改革”（202102201007）；福建农林大学重点教改项目“专业认证背景下高校教师专业化发展策略研究”（111420016）摘要：为了深入研究信息化技术与实验教学深度融合的教学模式，文章对照“金课”标准，以“土壤与肥料分析实验”课程为例，分析了目前高等学校中本科实验课程教学模式存在的问题，提出了借助现代信息技术手段，以“金课”标准建设实验课程资源、重构教学内容、改革教学方法和考核方式的教学模式。研究结果为相关的实验课程改革提供了参考。关键词：“金课”标准；信息技术；实验教学；融合中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1002-4107（2023）09-0048-03基于“金课”标准和信息技术的实验教学模式研究以“土壤与肥料分析实验”课程为例叶 欣，赖宁薇，杨林通（福建农林大学，福建 福州 350002）专业建设与教学改革482023.9黑龙江教育 高教研究与评估证。分析“土壤与肥料分析实验”教学内容的设置，基础的验证性实验项目占比较高，综合性、设计性的实验项目占比较低，实验教学内容无法达到的创新性和挑战度的要求3。此外，作为一门应用性非常强的实验课程，在实验教学过程中普遍重视实验操作的规范性和结果的准确性，但对如何将实验结果有效应用于生产实践，如土壤质量评价、土壤改良等实际问题重视不够，学生分析和解决问题的综合能力也较弱，无法达到“高阶性”要求的学生能灵活地应用知识去解决复杂的实际问题的目标5。教学方法上没有体现出先进性和互动性。目前，“土壤与肥料分析实验”课程的教学主要采用以“教师为中心”的模式，该模式是以学生课前预习结合教师课堂示范演示，学生在课前预习基础上观看示教，在教师的指导下完成整个实验操作。在此模式下，学生处于被动接受知识的地位，无法激发学生的求知欲和专业兴趣，也极大地限制了学生的思维活力和创新能力，无法达到教学方法须具备“先进性”的标准。大型实验仪器的操作使用也是实验教学的重、难点内容，由于大型精密仪器台数的限制，教师授课通常采用演示的方式，分组多次演示讲解或集中演示讲解。分组时，教师多次讲解易导致其讲课质量下降，而集中讲解时，许多学生只能“围观”教师的整个讲解过程。此外，由于实验课时和人数的限制，实验过程中对学生个人特性关注度不够，无法与大部分学生积极互动，教学效率较低。学习评价上没有体现科学性。实验考核主要采用实操考试结合实验报告的方式，实操考试由于考试时间、内容的限制，很难通过一个较简单的操作实验反映学生的真实学习水平，而实验报告大多结果雷同，难以体现学生对实验知识的掌握程度。目前，较为单一的学习评价方式无法全面体现学生整个学习过程的效果以及知识掌握的程度。三、基于信息技术与教育教学深度融合的“金课”建设路径探索基于以上课程中存在的问题，对标“金课”的标准，解决目前“土壤与肥料分析实验”教学瓶颈的问题，要从完善课程教学资源，更新实验教学内容，创新教学方法，建立科学评价体系几个方面入手。（一）充分利用现代信息技术建设高质量的实验课程资源提高实验教学质量的一个关键因素是有高质量的教学资源。对于实验教学而言，在线课程平台的理论知识、实验操作演示微视频、大型仪器操作微视频以及虚拟仿真实验项目平台的实验操作练习等，对学生掌握实验原理、提高实验技能、正确操作仪器有极其重要的作用。在实验资源建设方面可以从以下几点开展工作。1.基于中国大学 MOOC 平台，建设在线开放课程。以“土壤与肥料分析实验”课程为例，课程教学团队在中国大学 MOOC 平台建立了“土壤与肥料分析实验”在线开放课程，并获得省级一流本科在线开放课程的认证，该课程平台提供了教学大纲、实验操作和仪器操作微视频、课程 PPT、课程作业、章节自测题目和课堂讨论题目等相关的教学资料。课程平台的建立为学生打破时间限制，进行自主学习提供了有利的保障。2.基于数字技术出版高质量的数字教材。以“土壤与肥料分析实验”课程为例，教学团队合力打造高质量的数字教材，先后由高教出版社出版了课程配套的 土壤与肥料分析实验数字课程 和 农业资源与环境专业实验技术数字课程，其中 土壤与肥料分析实验数字课程 侧重于通过微视频介绍规范的实验操作流程，而农业资源与环境专业实验技术数字课程 则侧重于通过微视频讲解大型仪器的正确使用和维护。实现了基于信息化的数字教材，解决了原有本课程教材滞后的问题。3.建设重金属检测虚拟仿真实验项目。在传统的实验教学中，土壤重金属的检测普遍存在着实验周期长、药品危害大和实验条件要求高等问题，因此学生人数较多时，开展实验教学难度较大。虚拟仿真教学项目作为一种新的教学方式，有效解决了传统实验存在的教学问题，以“土壤与肥料分析实验”课程为例，教学团队在重金属检测虚拟仿真实验项目中，重点建设了四个虚拟仿真模块，包括重金属检测的基础理论知识、福建省耕地土壤中主要超标重金属的检测分析方法、大型精密仪器操作和实验效果评价。通过虚拟仿真实验项目的学习和练习，学生掌握要点，在线下教学时，学生能够自由、深入地学习相关知识。以上课程资源的建设，有效解决了实验教学中因为没有配套教学资源而“做不到、做不了”，已有的教学资源又“做不好”的痛点问题，为提高教学效果提供了坚实的基础。（二）产学研协作，优化教学内容1.结合学生特点，对教学内容进行分级，适当提高教学内容的难度。在一定教学资源保障的基础上，使提升实验教学的难度成为可能。在班级授课制教学中，学生差异在一定程度上是课堂教学的最大挑战6，如何根据学生的差异设计实验教学内容是实验教学优先要解决的问题。以“土壤与肥料分析实验”课程为例，课程内容调整的思路是，充分利用线上教学资源，开展基础的验证性实验的学习，适当降低验证性实验的课堂授课比例，提高综合性、设计性实验的比例。针对部分学生基础较薄弱，在线学习时会遇到许多问题，教学团队和助教团队积极开展在线辅导，并定期开展线下实验室开放日活动，集中解决学生实验操作技能方面的问题。在实验室授课时，适当提高综合实验的学习要求。学生根据课前教师布置综合性或设计性实验学习任务，先查阅资料，设计整个实验方案后提交教师审核，课堂中学生以小组为单位，组员相互配合完成实验。教师和助教现场解决学生遇到的各类问题，保证实验顺利完成。对于实验难度大、实验条件要求高的实验项目，借助虚拟仿真实验课程平台，开展虚拟仿真实验。2.充分发挥产学合作协同育人平台的机制和优势，更新教学内容，体现“高阶性”。“土壤与肥料分析实验”课程，在建设过程中充分利用“产学研协同育人平台”，强化学生专业实践能力综合培养。通过校企合作，科学基于“金课”标准和信息技术的实验教学模式研究以“土壤与肥料分析实验”课程为例49基于“金课”标准和信息技术的实验教学模式研究以“土壤与肥料分析实验”课程为例构建了本课程学生所具备素养与能力。充分利用合作的检测企业在检测方面丰富的经验和成功的检测案例，将其转化为教学资源，并对实验教学内容进行部分更新，使其侧重于培养学生理论联系实践的能力，此外，教学团队还注重将科研项目转化为学生创新性实验，适度提高了实验的挑战度。（三）构建双向、互动、以学生为主体的“参与式”线上线下混合式实验教学模式在教学中，教学内容是核心，教学方法是载体2。只有选择合适的教学方法，才能实现设定的教学目标。“参与式教学法”是一种合作式或协作式的教学法，强调以学习者为中心，充分应用多种教学手段鼓励学习者参与教学过程及学习者之间的信息交流和反馈7。在实验教学过程中，长期以来的教学难点是学生参与学习的热情不高，特别是在人数较多、分小组实验教学的条件下，这一问题尤为严重。在基于“参与式教学法”的“土壤与肥料分析实验”教学模式改革中，明确了“教师主导、学生主体”的角色定位，借助“中国大学 MOOC 平台”“高教社数字课程云平台（ICC 平台）”及“智慧教学工具”等制定有效化信息教学策略，开展线上线下混合式教学。在教学形式和内容方面充分利用前期建立的信息化教学资源，开展线上线下混合式教学，线上学习部分，使用 MOOC 平台建设的“土壤与肥料分析实验”SPOC课程开展课前学习。线上学习主要以基础理论和验证性实验内容学习为主，教师以问题为导向设计教学任务，学生开展自学，通过课程平台学习数据可以非常清晰地掌握学生各项学习活动的进展和完成情况。在学生学习期间，借助于课程平台的交流互动版块和课程QQ 群，教学团队教师和研究生助教实时在线解答学生在学习过程中遇到的各种问题，从而提升学生自学的质量。线下授课时，根据学生在线学习情况，鼓励学生参与授课环节，如在教学演示示范环节，打破只有教师演示的惯例，随机抽取学生来进行实验演示操作，教师创造一个轻松、活跃的课题气氛，给与学生积极正面的评价，并鼓励其他学生参与到评价过程中来，形成示范引导的参与式教学环节。此外，课程团队在线下授课时充分使用“慕课堂”“超星 APP”“雨课堂”等智慧教学工具进行课堂教学，如使用超星 APP 的直播功能，实现师生直播互动，如教师可以开展大型仪器的讲解、操作直播，借助便携的观看设备，如手机、投屏等，有效解决实验课人数较多，学生只能“围观”教师操作的现象。学生则可以通过直播功能，开展线上实验操作比赛，观看直播比赛的学生则可在线进行评价和评分，利用智慧教学工具极大激发学生参与实验的兴趣，促进了学生的自主学习。持续鼓励学生参与课堂互动、交流要有相应的激励机制，教学团队还完善学生的激励机制，外在性的激励措施包括课堂表现与平时成绩、实验考试成绩等，内在性的激励措施包括评选优秀学员，进步最快学员、推荐到合作企业开展暑期短期参观、访学等。“在线课程平台+智慧教学工具”的充分应用，实现了“课前、课中和课后”全贯通，并显著地提高了教学质量。（四）建立客观、科学、全过程的学习评价体系“考评”是教学过程中非常重要的环节，按照教学大纲中课程培养目标建立客观、科学、全过程的学习评价体系是提高教学质量的有效手段。根据“客观、科学、全过程”学习评价标准及“课程评价与实施评价结合、评价指标多元化、评价内容与评价方式全面化”的混合式教学评价三大原则”8，“土壤与肥料分析实验”考核内容分为线上考核和线下考核两部分，其中线上学习成绩主要包括 SPOC 课程学习成绩（占总评成绩 20%）和“慕课堂”或“学习通”成绩（占总评成绩 15%）；线下学习成绩主要包括实验基本操作比赛成绩（占总评成绩的 15%），各小组成员的实验的参与度（占总评成绩的 10%），课后期末实操考核（30%）和实验报告成绩（占总评成绩的 10%）。这一评价体系充分反映了学生全过程的学习状态。此外，教学团队重点改革了传统实验操作考试模式，传统考试模式不仅需要耗费大量的时间，准备多个实验考试项目，而且由于考试时长的限制，实操考试内容较简单。改革后，除了保留部分实操考试外，教学团队借助虚拟仿真平台开展难度较大的实验考核，考核时借助虚伪仿真实验平台建立的网络实验题库所提供的实验操作自动记录、评分、校正错误操作的功能，进行线上考核。这种考核方式不但增加了考核的难度，同时也比较全面地反映出学生的整体掌握程度。四、结语信息技术的快速发展，不但改变了学生的学习方式也改变了课堂教学模式。相较于传统教学模式，基于“金课”标准的信息技术与教育教学深度融合的教学模式，可以提升学生学习的主动性，激发学生学习兴趣，促进学生之间的交流、协助，该模式也为其他课程教学改革提供了有益经验。参考文献：1 郑阿群,张军杰,孙扬,等.化学实验教学改革与科研创新能力培养J.实验室科学,2018(6).2 刘晋.基于“两性一度”的“金课”建设J.山东教育(高教),2019(5).3 吴岩.建设中国“金课”J.中国大学教学,2018(12).4 董立平.关于大学课程建设与改革的理论探讨J.大学教育科学,2019(6).5 吴竞,管林波,张广兴,等.基于“两性一度”目标的混凝土结构金课构建J.教育教学论坛,2022(11).6 马静,冯展极.学生差异资源的教学应用策略:互助学习J.教育理论与实践,2021(2).7 陈华.参与式教学法的原理、形式与运用J.中山大学学报论,2001(6).8 李海东,吴昊.基于全过程的混合式教学质量评价体系研究:以国家级线上线下混合式一流课程为例J.中国大学教学,2021(5).责任编辑 姜雯黑龙江教育 高教研究与评估2023.950