基于“金課”標(biāo)準(zhǔn)和信息技術(shù)的實驗教學(xué)模式研究
——以“土壤與肥料分析實驗”課程為例

葉 欣，賴寧薇，楊林通

（福建農(nóng)林大學(xué)，福建福州 350002）

實驗教學(xué)是高等教育的重要環(huán)節(jié)，是理論應(yīng)用于實踐的重要載體，也是培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)能力最重要、最現(xiàn)實、最有效的手段[1]。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，深刻影響著高校教學(xué)模式，信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合成為新時代高校教育最重要的特征之一，教學(xué)理念、內(nèi)容、方式等都發(fā)生了重大變化。在信息技術(shù)與教學(xué)不斷融合的影響下，本科課程的教學(xué)質(zhì)量也越來越受到關(guān)注，2018 年教育部高等教育司司長吳巖提出高校要著力打造具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的“金課”[2]。在此背景下，如何在實驗教學(xué)中充分運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，如何根據(jù)“兩性一度”的“金課”標(biāo)準(zhǔn)重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，建立科學(xué)、客觀、全過程的學(xué)習(xí)評價體系，是高校教師需要思考的問題。

“土壤與肥料分析實驗”是福建農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)核心課程“土壤農(nóng)化分析”配套的實驗課程，經(jīng)過多年的建設(shè)，課程的教學(xué)質(zhì)量得到較大的提升，但隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，相對于“金課”的標(biāo)準(zhǔn)仍有一定差距。本文以“土壤與肥料分析實驗”課程為例，開展基于“金課”標(biāo)準(zhǔn)的信息技術(shù)與實驗教學(xué)深度融合的教學(xué)新模式探索，以期提高實驗課的教學(xué)質(zhì)量。

一、本科院校的“金課”標(biāo)準(zhǔn)

2018 年教育部在印發(fā)的《關(guān)于狠抓新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議精神落實的通知》（教高函〔2018〕8 號）文件中第一次正式使用“金課”概念。吳巖將“金課”的標(biāo)準(zhǔn)歸結(jié)為“兩性一度”[3]，即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，其中高階性指知識、能力、素質(zhì)有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高階思維；創(chuàng)新性指課程內(nèi)容有前沿性和時代性，教學(xué)形式體現(xiàn)先進(jìn)性和互動性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個性化；挑戰(zhàn)度指課程有一定難度，學(xué)生和教師都要花費(fèi)一定的時間和精力才能完成。除了“兩性一度”較高層次的“金課”標(biāo)準(zhǔn)外，還有學(xué)者認(rèn)為“金課”還應(yīng)該具備符合教育教學(xué)規(guī)律、能較好地完成課程教學(xué)目標(biāo)的課，具有多類型、多形式、多層次的基本特征。[4]

二、“土壤與肥料分析實驗”課程教學(xué)中存在的問題

目前，“土壤與肥料分析實驗”課程在教學(xué)過程中主要存在以下問題。

隨著檢測技術(shù)的快速發(fā)展，特別是大型精密檢測儀器的廣泛應(yīng)用，土壤、肥料的檢測技術(shù)和方法有了較大的變化，但“土壤與肥料分析實驗”所用教材內(nèi)容卻相對滯后，主要原因是優(yōu)秀的實驗類教材編寫難度較大、出版周期較長，許多新技術(shù)、新方法無法及時編入紙質(zhì)教材中。

教學(xué)內(nèi)容上沒有體現(xiàn)出高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。作為“土壤農(nóng)化分析”配套的實驗課程，目前實驗教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于對“土壤農(nóng)化分析”基本理論和知識點(diǎn)的驗證。分析“土壤與肥料分析實驗”教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置，基礎(chǔ)的驗證性實驗項目占比較高，綜合性、設(shè)計性的實驗項目占比較低，實驗教學(xué)內(nèi)容無法達(dá)到的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的要求[3]。此外，作為一門應(yīng)用性非常強(qiáng)的實驗課程，在實驗教學(xué)過程中普遍重視實驗操作的規(guī)范性和結(jié)果的準(zhǔn)確性，但對如何將實驗結(jié)果有效應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，如土壤質(zhì)量評價、土壤改良等實際問題重視不夠，學(xué)生分析和解決問題的綜合能力也較弱，無法達(dá)到“高階性”要求的學(xué)生能靈活地應(yīng)用知識去解決復(fù)雜的實際問題的目標(biāo)[5]。

教學(xué)方法上沒有體現(xiàn)出先進(jìn)性和互動性。目前，“土壤與肥料分析實驗”課程的教學(xué)主要采用以“教師為中心”的模式，該模式是以學(xué)生課前預(yù)習(xí)結(jié)合教師課堂示范演示，學(xué)生在課前預(yù)習(xí)基礎(chǔ)上觀看示教，在教師的指導(dǎo)下完成整個實驗操作。在此模式下，學(xué)生處于被動接受知識的地位，無法激發(fā)學(xué)生的求知欲和專業(yè)興趣，也極大地限制了學(xué)生的思維活力和創(chuàng)新能力，無法達(dá)到教學(xué)方法須具備“先進(jìn)性”的標(biāo)準(zhǔn)。大型實驗儀器的操作使用也是實驗教學(xué)的重、難點(diǎn)內(nèi)容，由于大型精密儀器臺數(shù)的限制，教師授課通常采用演示的方式，分組多次演示講解或集中演示講解。分組時，教師多次講解易導(dǎo)致其講課質(zhì)量下降，而集中講解時，許多學(xué)生只能“圍觀”教師的整個講解過程。此外，由于實驗課時和人數(shù)的限制，實驗過程中對學(xué)生個人特性關(guān)注度不夠，無法與大部分學(xué)生積極互動，教學(xué)效率較低。

學(xué)習(xí)評價上沒有體現(xiàn)科學(xué)性。實驗考核主要采用實操考試結(jié)合實驗報告的方式，實操考試由于考試時間、內(nèi)容的限制，很難通過一個較簡單的操作實驗反映學(xué)生的真實學(xué)習(xí)水平，而實驗報告大多結(jié)果雷同，難以體現(xiàn)學(xué)生對實驗知識的掌握程度。目前，較為單一的學(xué)習(xí)評價方式無法全面體現(xiàn)學(xué)生整個學(xué)習(xí)過程的效果以及知識掌握的程度。

三、基于信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的“金課”建設(shè)路徑探索

基于以上課程中存在的問題，對標(biāo)“金課”的標(biāo)準(zhǔn)，解決目前“土壤與肥料分析實驗”教學(xué)瓶頸的問題，要從完善課程教學(xué)資源，更新實驗教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法，建立科學(xué)評價體系幾個方面入手。

（一）充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)建設(shè)高質(zhì)量的實驗課程資源

提高實驗教學(xué)質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素是有高質(zhì)量的教學(xué)資源。對于實驗教學(xué)而言，在線課程平臺的理論知識、實驗操作演示微視頻、大型儀器操作微視頻以及虛擬仿真實驗項目平臺的實驗操作練習(xí)等，對學(xué)生掌握實驗原理、提高實驗技能、正確操作儀器有極其重要的作用。在實驗資源建設(shè)方面可以從以下幾點(diǎn)開展工作。

1.基于中國大學(xué)MOOC 平臺，建設(shè)在線開放課程。以“土壤與肥料分析實驗”課程為例，課程教學(xué)團(tuán)隊在中國大學(xué)MOOC 平臺建立了“土壤與肥料分析實驗”在線開放課程，并獲得省級一流本科在線開放課程的認(rèn)證，該課程平臺提供了教學(xué)大綱、實驗操作和儀器操作微視頻、課程PPT、課程作業(yè)、章節(jié)自測題目和課堂討論題目等相關(guān)的教學(xué)資料。課程平臺的建立為學(xué)生打破時間限制，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)提供了有利的保障。

2.基于數(shù)字技術(shù)出版高質(zhì)量的數(shù)字教材。以“土壤與肥料分析實驗”課程為例，教學(xué)團(tuán)隊合力打造高質(zhì)量的數(shù)字教材，先后由高教出版社出版了課程配套的《土壤與肥料分析實驗數(shù)字課程》和《農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)實驗技術(shù)數(shù)字課程》，其中《土壤與肥料分析實驗數(shù)字課程》側(cè)重于通過微視頻介紹規(guī)范的實驗操作流程，而《農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)實驗技術(shù)數(shù)字課程》則側(cè)重于通過微視頻講解大型儀器的正確使用和維護(hù)。實現(xiàn)了基于信息化的數(shù)字教材，解決了原有本課程教材滯后的問題。

3.建設(shè)重金屬檢測虛擬仿真實驗項目。在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，土壤重金屬的檢測普遍存在著實驗周期長、藥品危害大和實驗條件要求高等問題，因此學(xué)生人數(shù)較多時，開展實驗教學(xué)難度較大。虛擬仿真教學(xué)項目作為一種新的教學(xué)方式，有效解決了傳統(tǒng)實驗存在的教學(xué)問題，以“土壤與肥料分析實驗”課程為例，教學(xué)團(tuán)隊在重金屬檢測虛擬仿真實驗項目中，重點(diǎn)建設(shè)了四個虛擬仿真模塊，包括重金屬檢測的基礎(chǔ)理論知識、福建省耕地土壤中主要超標(biāo)重金屬的檢測分析方法、大型精密儀器操作和實驗效果評價。通過虛擬仿真實驗項目的學(xué)習(xí)和練習(xí)，學(xué)生掌握要點(diǎn)，在線下教學(xué)時，學(xué)生能夠自由、深入地學(xué)習(xí)相關(guān)知識。

以上課程資源的建設(shè)，有效解決了實驗教學(xué)中因為沒有配套教學(xué)資源而“做不到、做不了”，已有的教學(xué)資源又“做不好”的痛點(diǎn)問題，為提高教學(xué)效果提供了堅實的基礎(chǔ)。

（二）產(chǎn)學(xué)研協(xié)作，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

1.結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分級，適當(dāng)提高教學(xué)內(nèi)容的難度。在一定教學(xué)資源保障的基礎(chǔ)上，使提升實驗教學(xué)的難度成為可能。在班級授課制教學(xué)中，學(xué)生差異在一定程度上是課堂教學(xué)的最大挑戰(zhàn)[6]，如何根據(jù)學(xué)生的差異設(shè)計實驗教學(xué)內(nèi)容是實驗教學(xué)優(yōu)先要解決的問題。以“土壤與肥料分析實驗”課程為例，課程內(nèi)容調(diào)整的思路是，充分利用線上教學(xué)資源，開展基礎(chǔ)的驗證性實驗的學(xué)習(xí)，適當(dāng)降低驗證性實驗的課堂授課比例，提高綜合性、設(shè)計性實驗的比例。針對部分學(xué)生基礎(chǔ)較薄弱，在線學(xué)習(xí)時會遇到許多問題，教學(xué)團(tuán)隊和助教團(tuán)隊積極開展在線輔導(dǎo)，并定期開展線下實驗室開放日活動，集中解決學(xué)生實驗操作技能方面的問題。在實驗室授課時，適當(dāng)提高綜合實驗的學(xué)習(xí)要求。學(xué)生根據(jù)課前教師布置綜合性或設(shè)計性實驗學(xué)習(xí)任務(wù)，先查閱資料，設(shè)計整個實驗方案后提交教師審核，課堂中學(xué)生以小組為單位，組員相互配合完成實驗。教師和助教現(xiàn)場解決學(xué)生遇到的各類問題，保證實驗順利完成。對于實驗難度大、實驗條件要求高的實驗項目，借助虛擬仿真實驗課程平臺，開展虛擬仿真實驗。

2.充分發(fā)揮產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人平臺的機(jī)制和優(yōu)勢，更新教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)“高階性”?！巴寥琅c肥料分析實驗”課程，在建設(shè)過程中充分利用“產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人平臺”，強(qiáng)化學(xué)生專業(yè)實踐能力綜合培養(yǎng)。通過校企合作，科學(xué)構(gòu)建了本課程學(xué)生所具備素養(yǎng)與能力。充分利用合作的檢測企業(yè)在檢測方面豐富的經(jīng)驗和成功的檢測案例，將其轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，并對實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行部分更新，使其側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實踐的能力，此外，教學(xué)團(tuán)隊還注重將科研項目轉(zhuǎn)化為學(xué)生創(chuàng)新性實驗，適度提高了實驗的挑戰(zhàn)度。

（三）構(gòu)建雙向、互動、以學(xué)生為主體的“參與式”線上線下混合式實驗教學(xué)模式

在教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容是核心，教學(xué)方法是載體[2]。只有選擇合適的教學(xué)方法，才能實現(xiàn)設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)?！皡⑴c式教學(xué)法”是一種合作式或協(xié)作式的教學(xué)法，強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心，充分應(yīng)用多種教學(xué)手段鼓勵學(xué)習(xí)者參與教學(xué)過程及學(xué)習(xí)者之間的信息交流和反饋[7]。在實驗教學(xué)過程中，長期以來的教學(xué)難點(diǎn)是學(xué)生參與學(xué)習(xí)的熱情不高，特別是在人數(shù)較多、分小組實驗教學(xué)的條件下，這一問題尤為嚴(yán)重。在基于“參與式教學(xué)法”的“土壤與肥料分析實驗”教學(xué)模式改革中，明確了“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體”的角色定位，借助“中國大學(xué)MOOC 平臺”“高教社數(shù)字課程云平臺（ICC 平臺）”及“智慧教學(xué)工具”等制定有效化信息教學(xué)策略，開展線上線下混合式教學(xué)。

在教學(xué)形式和內(nèi)容方面充分利用前期建立的信息化教學(xué)資源，開展線上線下混合式教學(xué)，線上學(xué)習(xí)部分，使用MOOC 平臺建設(shè)的“土壤與肥料分析實驗”SPOC課程開展課前學(xué)習(xí)。線上學(xué)習(xí)主要以基礎(chǔ)理論和驗證性實驗內(nèi)容學(xué)習(xí)為主，教師以問題為導(dǎo)向設(shè)計教學(xué)任務(wù)，學(xué)生開展自學(xué)，通過課程平臺學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)可以非常清晰地掌握學(xué)生各項學(xué)習(xí)活動的進(jìn)展和完成情況。在學(xué)生學(xué)習(xí)期間，借助于課程平臺的交流互動版塊和課程QQ 群，教學(xué)團(tuán)隊教師和研究生助教實時在線解答學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的各種問題，從而提升學(xué)生自學(xué)的質(zhì)量。

線下授課時，根據(jù)學(xué)生在線學(xué)習(xí)情況，鼓勵學(xué)生參與授課環(huán)節(jié)，如在教學(xué)演示示范環(huán)節(jié)，打破只有教師演示的慣例，隨機(jī)抽取學(xué)生來進(jìn)行實驗演示操作，教師創(chuàng)造一個輕松、活躍的課題氣氛，給與學(xué)生積極正面的評價，并鼓勵其他學(xué)生參與到評價過程中來，形成示范引導(dǎo)的參與式教學(xué)環(huán)節(jié)。此外，課程團(tuán)隊在線下授課時充分使用“慕課堂”“超星APP”“雨課堂”等智慧教學(xué)工具進(jìn)行課堂教學(xué)，如使用超星APP 的直播功能，實現(xiàn)師生直播互動，如教師可以開展大型儀器的講解、操作直播，借助便攜的觀看設(shè)備，如手機(jī)、投屏等，有效解決實驗課人數(shù)較多，學(xué)生只能“圍觀”教師操作的現(xiàn)象。學(xué)生則可以通過直播功能，開展線上實驗操作比賽，觀看直播比賽的學(xué)生則可在線進(jìn)行評價和評分，利用智慧教學(xué)工具極大激發(fā)學(xué)生參與實驗的興趣，促進(jìn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。

持續(xù)鼓勵學(xué)生參與課堂互動、交流要有相應(yīng)的激勵機(jī)制，教學(xué)團(tuán)隊還完善學(xué)生的激勵機(jī)制，外在性的激勵措施包括課堂表現(xiàn)與平時成績、實驗考試成績等，內(nèi)在性的激勵措施包括評選優(yōu)秀學(xué)員，進(jìn)步最快學(xué)員、推薦到合作企業(yè)開展暑期短期參觀、訪學(xué)等。

“在線課程平臺+智慧教學(xué)工具”的充分應(yīng)用，實現(xiàn)了“課前、課中和課后”全貫通，并顯著地提高了教學(xué)質(zhì)量。

（四）建立客觀、科學(xué)、全過程的學(xué)習(xí)評價體系

“考評”是教學(xué)過程中非常重要的環(huán)節(jié)，按照教學(xué)大綱中課程培養(yǎng)目標(biāo)建立客觀、科學(xué)、全過程的學(xué)習(xí)評價體系是提高教學(xué)質(zhì)量的有效手段。

根據(jù)“客觀、科學(xué)、全過程”學(xué)習(xí)評價標(biāo)準(zhǔn)及“課程評價與實施評價結(jié)合、評價指標(biāo)多元化、評價內(nèi)容與評價方式全面化”的混合式教學(xué)評價三大原則”[8]，“土壤與肥料分析實驗”考核內(nèi)容分為線上考核和線下考核兩部分，其中線上學(xué)習(xí)成績主要包括SPOC 課程學(xué)習(xí)成績（占總評成績20%）和“慕課堂”或“學(xué)習(xí)通”成績（占總評成績15%）；線下學(xué)習(xí)成績主要包括實驗基本操作比賽成績（占總評成績的15%），各小組成員的實驗的參與度（占總評成績的10%），課后期末實操考核（30%）和實驗報告成績（占總評成績的10%）。這一評價體系充分反映了學(xué)生全過程的學(xué)習(xí)狀態(tài)。此外，教學(xué)團(tuán)隊重點(diǎn)改革了傳統(tǒng)實驗操作考試模式，傳統(tǒng)考試模式不僅需要耗費(fèi)大量的時間，準(zhǔn)備多個實驗考試項目，而且由于考試時長的限制，實操考試內(nèi)容較簡單。改革后，除了保留部分實操考試外，教學(xué)團(tuán)隊借助虛擬仿真平臺開展難度較大的實驗考核，考核時借助虛偽仿真實驗平臺建立的網(wǎng)絡(luò)實驗題庫所提供的實驗操作自動記錄、評分、校正錯誤操作的功能，進(jìn)行線上考核。這種考核方式不但增加了考核的難度，同時也比較全面地反映出學(xué)生的整體掌握程度。

四、結(jié)語

信息技術(shù)的快速發(fā)展，不但改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式也改變了課堂教學(xué)模式。相較于傳統(tǒng)教學(xué)模式，基于“金課”標(biāo)準(zhǔn)的信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的教學(xué)模式，可以提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生之間的交流、協(xié)助，該模式也為其他課程教學(xué)改革提供了有益經(jīng)驗。