基于混合式教學(xué)手段構(gòu)建的研究型教學(xué)模式研究

摘" 要：為解決我國高等教育與國家對創(chuàng)新人才需求之間的差距和存在的問題，積極探索建設(shè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的模式和開展創(chuàng)新性本科人才培養(yǎng)改革實踐。該文采用當(dāng)代認(rèn)知心理學(xué)的研究成果將知識點劃分為陳述性知識、程序性知識和策略性知識三類，提出充分挖掘和利用講授知識點中蘊含的科學(xué)思維和研究方法，以此作為教學(xué)情景設(shè)計的依據(jù)創(chuàng)建實際教學(xué)情景，根據(jù)知識點類型和特點選擇并實現(xiàn)線上和課堂教學(xué)的有機融合，從而驅(qū)動知識點傳授的教學(xué)過程。按照視頻資源、多媒體互動課件、虛擬仿真教學(xué)軟件等形式搭建教學(xué)資源的網(wǎng)絡(luò)平臺，保障基于知識驅(qū)動的混合式教學(xué)手段實施研究型教學(xué)活動所需的物質(zhì)資源。構(gòu)建教學(xué)過程中對學(xué)生的動態(tài)評價體系和方法，引入PDCA循環(huán)管理理論形成自我修復(fù)和完善的以培養(yǎng)學(xué)習(xí)和探索知識的興趣、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、訓(xùn)練其科學(xué)思維和創(chuàng)新能力、養(yǎng)成以科學(xué)研究的精神和科學(xué)態(tài)度為目的，完成高層次、復(fù)合型、多樣化的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)的研究型教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué)；研究型教學(xué)模式；知識點；教學(xué)資源；虛擬仿真

中圖分類號：G640" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2023）29-0057-05

Abstract： In order to solve the gap and problems between higher education and the national demand for innovative talents， we should actively explore the mode of constructing innovative personnel training and developing innovative undergraduate personnel training reform practices. The knowledge points are classified into declarative， procedural， and strategic knowledge on the research results of contemporary cognitive psychology. The scientific thinking and research methods in the teaching knowledge points are proposed to be fully explored and utilized. The actual teaching situations are created based on the teaching knowledge points. According to the types and characteristics of knowledge points， we could organically integrate online teaching and classroom teaching. The teaching process for knowledge impartingarecarried out. The network platform of teaching resources is set up according to the forms of video resources， multimedia interactive courseware， virtual simulation teaching softwareto ensure the material resources needed for implementing research-oriented teaching activities by knowledge-driven hybrid teaching patterns. Building a dynamic evaluation system and method for students in the teaching process， we introduce the PDCA cycle management theory to form a research-oriented teaching model with self-repair and self-improvement to cultivate students' interest in learning and exploring knowledge， stimulate students' learning initiative， to train students' scientific thinking and innovation ability， develop the spirit of scientific research and attitude. The aim of the study is toimplement the training objectives of innovative talent withthe high-level， compound， and diversified high-quality.

Keywords： blended teaching pattern; research-oriented teaching model; knowledge point; teaching resources; virtual simulation

基金項目：中國高等教育學(xué)會理科教育專業(yè)委員會“利用混合式教學(xué)構(gòu)建研究型教學(xué)模式”（21ZSLKJYYB15）；蘭州大學(xué)教學(xué)研究項目“《大氣化學(xué)》教學(xué)改革示范課程以及《大氣化學(xué)》課程思政案例庫及教學(xué)指南”（無編號）

第一作者簡介：陳強（1969-），男，漢族，甘肅榆中人，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師。研究方向為大氣化學(xué)、環(huán)境化學(xué)。

在全球化背景下，中國特色社會主義建設(shè)急需一批面向未來的探索者、規(guī)劃者和行動者，黨的二十大報告更加突出了教育的基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性支撐地位，強調(diào)要重視培養(yǎng)“破界”思維能力，鼓勵學(xué)生關(guān)注本質(zhì)、打破局限，開展更有價值和戰(zhàn)略性的創(chuàng)新，培養(yǎng)具有戰(zhàn)略科學(xué)家潛質(zhì)的杰出人才。面對我國高等教育與國家需求之間的差距和存在的問題，積極探索建設(shè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的模式和開展創(chuàng)新性本科人才培養(yǎng)改革實踐是十分必要的[1]，課程教學(xué)改革又是本科人才培養(yǎng)改革的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和不同領(lǐng)域深入探究的需求，教育學(xué)領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的專家一直在研究和探索適合創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教學(xué)模式[1]。自18世紀(jì)提出研究型教學(xué)的概念之后，20世紀(jì)杜威、施瓦布等人積極倡導(dǎo)和推動，在國外得到了廣泛應(yīng)用[2-3]。1998年美國博耶研究型大學(xué)本科教育委員會推動了研究型教學(xué)在美國本科教學(xué)中的研究和應(yīng)用[4]。21世紀(jì)，研究型教學(xué)被引入我國高等學(xué)校的教學(xué)，受到我國教育界學(xué)者的重視[5-6]。由于研究型教學(xué)遵循了人類認(rèn)知規(guī)律和當(dāng)代教育發(fā)展的一般規(guī)律，成為近年高等教育理論研究關(guān)注和實踐的一個熱點教學(xué)模式[7]。大氣化學(xué)是大氣科學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，屬于大氣科學(xué)、化學(xué)和環(huán)境科學(xué)的學(xué)科的交叉學(xué)科，其知識點中蘊含著豐富的、來自不同學(xué)科的科學(xué)思維，形成其獨特的知識體系和研究方法。如何在大氣化學(xué)教學(xué)過程中，將人類從化學(xué)角度對大氣及其運動規(guī)律的系統(tǒng)化認(rèn)識和理論化總結(jié)的基礎(chǔ)知識高效地傳授給學(xué)生，亟待解決重知識傳授而輕科學(xué)思維和能力培養(yǎng)的狀況，以及課堂教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)與教學(xué)時數(shù)之間的矛盾。因此，教學(xué)中有效地實現(xiàn)在大氣化學(xué)知識傳授的過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、創(chuàng)新能力和良好的人文素養(yǎng)，是大氣化學(xué)教學(xué)的重要目標(biāo)和任務(wù)，也是課程建設(shè)與教學(xué)改革中面臨的一個重要研究課題。

本文以大氣化學(xué)課程教學(xué)為例，研究充分利用信息技術(shù)創(chuàng)建以網(wǎng)絡(luò)為主的線上教學(xué)和面對面課堂教學(xué)有機融合的混合式學(xué)習(xí)環(huán)境，構(gòu)建基于知識點驅(qū)動的研究型教學(xué)模式，為大氣化學(xué)課程教學(xué)提供豐富、靈活的教學(xué)設(shè)計方法和空間，落實以學(xué)生為中心的課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和創(chuàng)新能力，實現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)。

一" 研究型教學(xué)與研究型教學(xué)模式

研究型教學(xué)經(jīng)歷不同理論的發(fā)展階段，形成了多元化的適應(yīng)不同學(xué)科的教學(xué)模式[7]。由于使用者對研究型教學(xué)的認(rèn)知局限及受各種因素的影響，其在我國的實施存在諸多的問題[6]。如有學(xué)者認(rèn)為研究型教學(xué)的本質(zhì)是必須利用實驗研究的方法獲得科學(xué)知識，將科學(xué)研究與教學(xué)作為獨立的方法加以使用，以學(xué)生研究的成果作為評價研究型教學(xué)效果的標(biāo)準(zhǔn)。按照這個觀點對研究型教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施的要求很高，難以推廣和應(yīng)用。知識是人們在改造世界的實踐活動中所獲得的認(rèn)識和經(jīng)驗的總和[8]?？茖W(xué)的知識是人類認(rèn)知物質(zhì)世界的過程中，主觀意識與客觀事物之間的相互作用，并對有意義的認(rèn)識成果進(jìn)行系統(tǒng)、較完備地總結(jié)。劉冰等[9]通過對科學(xué)知識及科學(xué)研究本質(zhì)的分析，認(rèn)為促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解是研究型教學(xué)的重要目標(biāo)，這就從根本上回答了目前研究型教學(xué)存在的問題。從認(rèn)知的角度來看，科學(xué)研究和學(xué)習(xí)本質(zhì)相同，都是認(rèn)知自然現(xiàn)象并揭示其規(guī)律，獲取科學(xué)知識；但科學(xué)研究和學(xué)習(xí)兩個主體獲取知識的目的和視角不同。從學(xué)習(xí)者個體的視角來看，學(xué)習(xí)是獲得人類已知，但學(xué)習(xí)者個體未知的知識；研究是從人類總體的視角來看，獲取解決人類未知問題的知識。研究型教學(xué)的實質(zhì)是學(xué)習(xí)者運用科學(xué)研思維和研究方法，通過各種形式發(fā)現(xiàn)和學(xué)習(xí)“已知與未知”的知識，其本質(zhì)與科學(xué)研究一致?？茖W(xué)發(fā)展史充分說明，正確的科學(xué)思維和研究方法在認(rèn)識和改造世界中具有重要意義。因此，筆者認(rèn)為研究型教學(xué)是充分挖掘和利用講授知識點中蘊含的科學(xué)思維和研究方法，并以此驅(qū)動知識點傳授的教學(xué)過程，以培養(yǎng)學(xué)習(xí)和探索知識的興趣、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力、養(yǎng)成科學(xué)研究的精神和科學(xué)態(tài)度為目的，實現(xiàn)學(xué)習(xí)和實踐的有機融合，完成高層次、復(fù)合型、多樣化的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)[10]。

基于研究型教學(xué)的核心思想，利用科學(xué)知識所蘊含的科學(xué)思維指導(dǎo)學(xué)生以發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的基本步驟認(rèn)識和發(fā)現(xiàn)“已知與未知”的知識，并明確教師在研究型教學(xué)中的教授和學(xué)生學(xué)習(xí)兩個方面各自的任務(wù)和目標(biāo)，構(gòu)建了大氣化學(xué)的研究型教學(xué)模式框架（圖1），實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、創(chuàng)新能力和人文素養(yǎng)的目的。

研究型教學(xué)以課程需要講授的典型知識點為基礎(chǔ)創(chuàng)設(shè)計還原到現(xiàn)象的實際教學(xué)情景，指導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確描述實際教學(xué)情境中的問題；引導(dǎo)學(xué)生從多角度分析問題，通過講解典型知識點中所蘊含的科學(xué)思維和研究方法，充分調(diào)動學(xué)生利用已經(jīng)掌握的知識解決自己遇到的問題，進(jìn)一步總結(jié)和凝練在解決問題過程所涉及的未知知識。教學(xué)過程充分發(fā)揮團(tuán)隊交流與合作，以學(xué)習(xí)和研究報告的書寫與論文發(fā)表等手段提升學(xué)生對知識的理解、應(yīng)用及表達(dá)能力。相比于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，研究型教學(xué)模式使學(xué)生將已經(jīng)掌握的知識通過認(rèn)知結(jié)構(gòu)的遷移更容易掌握新的知識，有效地培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新與創(chuàng)造的能力。

研究型教學(xué)模式成功實施的關(guān)鍵在于設(shè)計符合學(xué)科知識點中蘊含的科學(xué)思維和研究方法的實際教學(xué)情景，搭建教學(xué)資源的網(wǎng)絡(luò)平臺，構(gòu)建教學(xué)過程中對學(xué)生的動態(tài)評價體系和方法，持續(xù)提升教師的學(xué)術(shù)水平，改進(jìn)教學(xué)案例。

二" 基于知識點驅(qū)動的混合式教學(xué)手段實施研究型教學(xué)活動

知識點是教學(xué)活動過程中傳遞教學(xué)信息的基本單元，包括理論、原理、概念、定義和結(jié)論等。國內(nèi)外學(xué)者從知識的本質(zhì)屬性、衍生屬性和開放發(fā)展屬性等方面來揭示其本質(zhì)，我國學(xué)者王維國[11]認(rèn)為知識的本質(zhì)就是人的認(rèn)識本質(zhì)。從教育教學(xué)的需求出發(fā)，采用當(dāng)代認(rèn)知心理學(xué)的研究成果把知識劃分為陳述性知識、程序性知識和策略性知識三類[12-13]是比較符合研究型教學(xué)的開展。陳述性知識是指描述客觀事實、現(xiàn)象及判別事物屬性的知識，如自由基、細(xì)顆粒物、化學(xué)反應(yīng)類型等專業(yè)術(shù)語。陳述性知識的邏輯性差、知識點之間關(guān)聯(lián)弱，“記憶”是達(dá)到陳述性知識教學(xué)目標(biāo)最佳途徑。程序性知識是借助某種作業(yè)形式而間接推測其存在的動態(tài)知識，是由陳述性知識經(jīng)過編輯轉(zhuǎn)化而來的，如顆粒物源解析模型、穩(wěn)態(tài)近似和平衡假設(shè)等關(guān)于技能和方法的知識。策略性知識是指關(guān)于學(xué)習(xí)、思維和解決問題的一般性計策與謀略的知識[14]，其處于個體知識結(jié)構(gòu)的最高層次，如對流層臭氧的形成機理、平流層臭氧的消耗機制等。策略性知識對陳述性和程序性知識的學(xué)習(xí)過程顯現(xiàn)的思維活動起導(dǎo)向、監(jiān)視和調(diào)控的作用，提高學(xué)生解決問題的能力。從知識的整體性、系統(tǒng)性角度出發(fā)，梳理大氣化學(xué)教學(xué)需要完成的基礎(chǔ)知識及其屬性，見表1。

研究型教學(xué)模式的精髓在于深入剖析課程教學(xué)的知識點所蘊含的邏輯思維（如因果分析、系統(tǒng)分析等）、形象化思維（如聯(lián)想和發(fā)散思維）和靈感思維等科學(xué)思維方法，挖掘新知識內(nèi)部和新舊知識之間的邏輯關(guān)系，因此，如何引導(dǎo)學(xué)生運用科學(xué)思維循序漸進(jìn)地將知識不斷深度加工形成邏輯清晰的知識體系，是研究型教學(xué)模式的重要內(nèi)容。根據(jù)大氣化學(xué)中知識點的類型和屬性，將知識點合理地分配到線上和面對面課堂教學(xué)中，構(gòu)建利用混合式教學(xué)的研究型教學(xué)活動（圖2），不僅可有效地幫助學(xué)生建立課程知識體系，也成為解決課堂教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)占用較多的時間與教學(xué)時間沖突的有效手段。

綜合考慮知識點的類型、屬性和學(xué)生的背景知識，分別從課前、課中和課后三個方面選擇線上和課堂教學(xué)，完成基于混合式學(xué)習(xí)的研究型教學(xué)的教學(xué)活動。陳述性知識采取以線上教學(xué)為主，課堂教學(xué)為輔。課前安排學(xué)生閱讀教學(xué)資源和視頻，課堂上根據(jù)學(xué)習(xí)反饋對存在問題進(jìn)行點評和講解，課后安排在網(wǎng)上以讀書報告、評論、討論等方式，理解和準(zhǔn)確描述知識點。程序性知識采用線上學(xué)習(xí)為輔和課堂精講為主的教學(xué)方式。課前安排自主學(xué)習(xí)知識點資源，反饋存在的問題；課堂針對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，揭示知識點蘊含的科學(xué)思維，組織課堂討論，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力；課后通過線上互動、共性問題解答、個性化指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用和實踐所學(xué)知識，并安排拓展學(xué)習(xí)資源，以讀書報告、小論文撰寫等鞏固和應(yīng)用所學(xué)知識，構(gòu)建和完善知識體系。策略性知識采用線上預(yù)習(xí)、討論，課堂重點講解和課后指導(dǎo)的教學(xué)方式。課前設(shè)置問題情景和項目案例，指導(dǎo)學(xué)生提前準(zhǔn)備、分組討論，初步分析問題。課堂利用多種教學(xué)組織策略（如小組討論、同伴評價、展示活動等），重點以科學(xué)思維為指導(dǎo)原則主導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容的講授，引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生理解和應(yīng)用科學(xué)思維。課后通過線上互動、共性問題解答、個性化指導(dǎo)，分組完成撰寫小論文、研究報告項目等作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生合作、創(chuàng)造和創(chuàng)新能力。

優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源是基于混合式學(xué)習(xí)環(huán)境的研究型教學(xué)模式開展的基本物資保障。借助教育信息化的手段，根據(jù)所講授大氣化學(xué)知識點特征及教學(xué)要求，以基礎(chǔ)性知識和拓展性知識的學(xué)習(xí)資源按照視頻資源、多媒體互動課件、虛擬仿真教學(xué)軟件等主要資源形式，搭建教學(xué)資源的網(wǎng)絡(luò)平臺是基于知識驅(qū)動的混合式教學(xué)手段實施研究型教學(xué)活動的基礎(chǔ)。針對實驗設(shè)備資源缺乏、時間和空間限制等因素對研究型教學(xué)模式有效開展的制約，構(gòu)筑以遠(yuǎn)程化實驗活動、信息化實驗管理、個性化實驗教學(xué)和虛實結(jié)合的虛擬仿真教學(xué)軟件，憑借虛擬仿真技術(shù)直觀性、可操作性、可重復(fù)性的優(yōu)勢，實現(xiàn)學(xué)生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中進(jìn)行實驗操作。為有效地解決上述制約因素，大氣化學(xué)課程開發(fā)對流層臭氧污染特征及其化學(xué)成因和控制虛擬仿真實驗軟件，這種虛擬仿真的方式有效拓展了實驗教學(xué)的資源和時間，為研究型教學(xué)模式的實施開辟了可行的路徑。

三" 基于混合式教學(xué)手段的研究型教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)管理流程

研究型教學(xué)模式必須具備完善的管理系統(tǒng)，才能確保在教學(xué)中發(fā)揮更好的作用，而不是一個虛擬的形式。PDCA循環(huán)管理理論是目前世界公認(rèn)的比較成熟的持續(xù)改進(jìn)質(zhì)量的有效管理模式[15]，被應(yīng)用于高校教學(xué)質(zhì)量管理中[16]。為及時評估和持續(xù)改進(jìn)基于混合式學(xué)習(xí)的研究型教學(xué)模式，提高教學(xué)效果和水平，將PDCA循環(huán)引入作為大氣化學(xué)研究型教學(xué)模式教學(xué)過程管理的基本模式，即以教學(xué)目標(biāo)為教學(xué)活動設(shè)計（Plan）和實施（Do）的依據(jù)，以教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)效果為評價標(biāo)準(zhǔn)，對教學(xué)實施效果進(jìn)行評價和反思（Check），并實時反饋（Action）不斷改進(jìn)和完善教學(xué)活動設(shè)計，形成具有自主管理和自我修復(fù)能力的教學(xué)模式，如圖3所示。

依據(jù)大氣化學(xué)課程體系的結(jié)構(gòu)，對學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價可采用多樣化的目標(biāo)因子、多元化化的評價主體為切入點，明確考核方案、優(yōu)化考核環(huán)節(jié)、創(chuàng)新實驗考核方式、完善卷面考試和結(jié)果分析等措施，如通過改革單純閉卷考試的方式，引入課堂討論、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、小論文等過程考核形式。成績評價采用“筆試成績+課堂討論+網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)測試+小論文”多種評價方式相結(jié)合的權(quán)重計分評價?？傊⒖茖W(xué)的課程評價指標(biāo)體系，通過反思教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，不斷完善和優(yōu)化研究型教學(xué)模式。

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