應用型創新人才視閾下地學實驗教學模式改革

譚潔　劉沛　范佳　盧子龍　唐弘久

摘 ?要：為適應創新型國家建設的人才需求，應用型創新人才培養已成為教育領域人才供給側結構性改革的重要內容。實踐創新能力作為應用型創新人才培養體系的核心組成部分，需要在信息技術的支持下探索新的教學模式。以自主學習和創新能力培養為目標，構建以微課為基礎，團隊協同學習為核心的“微課+TBL”地學綜合實驗教學模式，較好地提升了學生探索精神及團隊協作能力，為地方高校應用型創新人才培養從理論走向實踐提供了借鑒。

關鍵詞：應用型創新人才;微課;TBL;教學模式

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）13-0013-04

Abstract： Cultivating applied innovation talents has become an important part of the structural reform of the supply side of talents in the field of education in order to meet the demand for talents in the construction of an innovative country. As the core component of the training system of applied innovation talents， practical innovation ability needs to explore new teaching modes with the support of information technology. With independent learning and innovation ability cultivation as the goal， the "micro-class + TBL" comprehensive experimental teaching mode of geography is built on the basis of micro-classes and teamwork learning as the core， which better enhances students' exploration spirit and teamwork ability and provides reference for local universities to cultivate applied innovation talents from theory to practice.

Keywords： applied innovators; micro-lessons; TBL; teaching mode

高等學校在建設創新型國家的建設過程中肩負著培養創新人才、發展科技文化、服務經濟建設的重要使命，應用型創新人才培養是地方高校參與國家創新體系建設的最主要方式。習近平同志圍繞提升科技創新能力、實施創新驅動發展戰略，對我國教育工作提出了“要深化教育改革，努力形成有利于創新人才成長的育人環境。強調要吸取國際先進經驗，按照人才成長規律改進人才培養機制，推進素質教育，創新教育方法，提高人才培養質量，營造人人皆可成才、人人盡展其才的良好環境”的要求[1]。高等學校應積極探索創新教育理論、改革教育方法，開展創新技能培訓和創新策略實踐，從人才知識結構、能力水平和道德素養等多方面共同促進應用型創新人才培養。教育部在《教育部等部門關于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見》中明確提出高校要把加強實踐教學方法改革作為專業建設的重要內容，重點推行基于問題、基于項目、基于案例的教學方法和學習方法，加強綜合性實踐科目設計和應用[2]。實驗教學作為實踐教學體系中的關鍵組成部分，是培養實踐能力、創新能力的主要手段，針對學科特點構建相應的實驗、實踐教學體系，對深化高等教育改革、提升應用型創新人才培養質量具有關鍵作用。地方院校培養的應用型創新人才主要致力于新理論和新技術的傳播、推廣和使用，服務于技術創新、應用創新和區域創新[3]。因此，地方院校在應用型創新人才的培養過程中，應立足于區域經濟發展和創新，積極改革理論教學為主的教學模式，在人才培養方案中進一步加大實踐教學比重，建立以創新實踐為導向的課程體系和教學范式。

一、微課和TBL教學模式特點

隨著移動互聯網時代的快速發展，現代學習方式呈現出碎片化、可視化和趣味化特點[4]。微課、慕課、翻轉課堂和Team-based Learning（TBL）、Project-Based Learning（PBL）、Case-based learning （CBL）等新型教學方法在實驗課教學過程中的探索和運用，為應用型創新人才培養提供了新的思路。其中，微課是由美國圣胡安學院高級教學設計師 David Penrose提出的，他將課程知識細化為多個教學核心概念，圍繞核心概念錄制1-3分鐘的視頻，教學視頻之間通過15-30秒介紹和總結聯系形成一個完整的課程體系的“知識脈沖”（Knowledge Burst）教學方式，可以使得學習者的認知負荷得到有效降低，并獲得“更加聚焦的學習體驗”[5]。隨著TED-Ed、可汗學院（Khan A-cademy）、中國微課網、愛課程等在線教育平臺蓬勃發展，微課的教學魅力得以充分展現，進一步引發了大眾對該教學方式的關注和實踐熱潮，衍生出了“翻轉課堂”（Flipped Classroom）、“慕課”（MOOCs）等新的教學模式。微課為學習者根據自身認知能力調整學習進度，拓展學習廣度和深度提供了新的途徑，已在思政、專業理論、專業實驗、專業實習課程教學中得到了廣泛應用，并取得了較好的教學效果。TBL教學方法是由Larry Michaelsen在20世紀70年代后期提出，該方法按照“教師構建策略性固定團隊”“學生課前自學準備”“課堂個人與小組測試反饋”“團隊應用性練習”“學生互評”五個步驟，促進學習者專注于布魯姆分類學的高層次學習目標，是一種能有效激發學習者主動性的教學方法。近年來，該方法已在美國、加拿大等許多國家的教學中得到運用，并在實踐中進一步發展完善。目前，基于團隊的TBL方法往往與基于授課的Lcture-based learning（LBL）傳統方法、基于問題的PBL方法、基于案例的CBL方法、翻轉課堂、微課等多種方法聯合使用，學習者普遍認為TBL方法能將他們從被動接受者轉變為主動應用者，對課程內容（知識和應用）、團隊合作能力和終身學習技能的學習效果得到明顯提升[6]。因此，將微課與TBL 有機結合的教學模式，既可為學生提供進行自主學習和團隊互促的有效機制，又可考查和檢驗學習效果，可較好地提升學生的學習興趣和主動性，增強動手操作能力、語言表達能力和團隊合作能力，是一種適合于應用型創新人才培養的教學模式。

二、“地學綜合實驗”傳統教學模式存在的問題

（一）課前預習效果差

地學綜合實驗是湖南農業大學人文地理與城鄉規劃專業的專業必修課，該課程以資源與環境基本理論與分析技術為核心，要求學生通過該課程掌握巖石、土壤、水體理化性狀的實驗分析方法，為后續的遙感與地信技術、城鄉規劃設計等教學內容奠定地學基礎，具有知識涵蓋面廣、技術性和綜合實踐性強等特點。由于該課程涵蓋了地質與地貌學、自然地理學、土壤學、資源環境概論等多門課程的知識，內容多，難度大，實驗操作過程中存在一定的危險性，在以往的教學過程中，教師都要求學生根據教學計劃安排，結合《地學綜合實驗指導書》做好實驗的課前預習。但在實際教學過程中，往往發現學生的預習效果較差，特別是對實驗原理的理解和對實驗結果的分析能力較弱。通過組織多批次學生座談、調研后發現，學生由于預習目標不明確，預習方法指導不到位，預習結果在課堂上不能及時、有效地反饋等各種原因，預習往往流于形式。如何讓學生在預習過程中掌握關鍵的知識點和技能點，使得預習在實驗課教學中切實有效地發揮作用，是高校實驗教學需要攻克的重要難題之一。

（二）課中學習機械化

地學綜合實驗課的教學模式主要采用傳統的“教師講解演示+學生模仿練習”方法，在整個課堂教學內容的安排和教學活動的組織過程中，學生都是知識的被動接受者。生生、師生間的互動主要發生在教師布置、講解后的實驗操作過程中，交流過程就事論事，缺乏深度和廣度。這種教學模式嚴重制約了學生的質疑、探究和創新能力的發展，也無法促進團隊協作意識的形成。如何通過對現代信息技術教學手段的運用和課堂教學方式的改革，探索適應于新時代高等教育人才培養目標的實驗教學模式，是高校實驗教學需要攻克的重要難題之二。

（三）課后運用拓展難

地學綜合實驗課具有較強的生產應用性，對強化專業素養，提升學生分析問題和解決問題的能力，將來從事相關研究和生產實踐具有重要意義。然而，由于實驗內容涉及多種實驗器材和化學試劑，實驗準備任務重，時間緊。在傳統教學內容設計中，多為驗證性實驗，缺乏基于自主探究的綜合性實驗內容設計，這不僅難以發揮學生的主觀能動性和創造性，更無法滿足培養應用型創新人才的要求。如何在有限的課時內，有效實現課后知識點的拓展和運用，是高校實驗教學需要攻克的重要難題之三。

（四）課程評價單一

傳統授課模式下，課程評價主體只有教師，教師缺少時間和精力關注、跟蹤學生的學習過程，只能按照實驗結果與預設目標進行對比，評價其是否達成或達成程度，導致課程評價以結果性導向為主。學生難以根據課程評價及時診斷、調整自身的學習過程，反思、調整學習方法，教師則難以及時、全面地了解學生的共性問題，掌握學生真實的課程學習情況，并有針對性地改進教學方法，提高教學質量。如何將課程評價有效脫離靜態目標，使其更加關注實踐的動態過程，實現過程性與結果性評價相結合，并結合教師和學生雙主體的特點，從基于時間的學習轉向基于能力的學習，是高校實驗教學需要攻克的重要難題之四。

三、“微課+TBL”教學模式實施策略

“微課+TBL”教學模式中，最關鍵的是模塊性項目和子系統項目應以知識創新和促使學生綜合運用知識解決實際問題為目標，以知識點覆蓋度、系統性和復雜度對學生知識內化的深度開展頂層設計，并以此為基礎，促進學生對學習成果進行分享、精細化處理、批判、解釋以及評價。教學過程中學生之間的多向交流、師生之間的雙向互動環境的設計，不僅能最大化地提升學生團隊協作學習的效果，還能幫助學生提升對知識點的元認知能力，進一步提升實驗學習過程中目標規劃、團隊分工、解決問題和技術運用水平，實現相關知識的強化、應用與創新教學目標。具體的“微課+TBL”教學流程如圖1所示。

四、“微課+TBL”的關鍵環節

（一）基于TBL方法的微課教學資源重構

教師在課前依據教學目標和TBL教學方法需要，將課程內容劃分為基本目標和高級目標2個層次。其中，基本目標是通過自主探究和參與實驗，把陳述性知識轉化為操作性知識;高級目標則是通過實驗學習，實現對學生的學習能力和思維情感等方面的全方位培養。為了使微課體系不僅包含核心技能點，還能使得基本目標和高級目標貫穿于整個學期的課程目標中，本課題組將地學綜合實驗中土壤分析實驗和水質分析實驗2個模塊中較為獨立的實驗技能點整合為模塊性項目、子系統項目，以土壤和水體的理化性質為研究對象，以不同的實驗方法為載體，設計了微課體系。在此基礎上，通過Adobe Captivatel軟件制作融合了多個核心技能點的項目教學短視頻，時長約為10～15分鐘，視頻中還插入了互動式練習題，可以用于提示學習和重點。

（二）課前組建TBL學習團隊并完成預習任務

教師通過對學生進行問卷調查分析學生性別、大學相關已修課程成績、大學學習目標等信息，根據“綜合實力基本一致、性別比例得當、發展需求多樣化”要求，將實驗組學生分為4個小組，每組指定一名責任心強，具備較好組織協調能力的學生為組長。教師通過超星學習通平臺提前一周發布實驗任務，要求學生根據實驗任務觀看微課視頻、自主查找相關資料，通過完成預實驗報告，引導學生認識和理解該實驗蘊含的核心知識點和關鍵技術步驟，并針對無法理解的知識點做好記錄，提出個性問題。老師在超星學習通平臺授予組長助教權限，組長負責組織本組同學在平臺圍繞實驗問題開展主題討論、分析解決個性問題，并將組內無法解決的共性問題清單提交給教師。教師可以通過查看各組學生的討論情況和共性問題清單，從“教”和“學”兩個角度了解、歸納實驗教學內容中的難點，有針對性地優化教案，采用適合于實驗組學生的課堂引導、分析和講解的課堂教學方式。

（三）課中TBL教學的實施

為了使TBL基本目標和高級目標能在教學過程中得以順利實現，教室將課堂活動分為2個階段。第一階段是完成培養學生的一般認知能力的基礎目標。主要是圍繞基礎知識部分，教師在各組隨機抽取一名同學匯報實驗思路和實驗方案，再組織學生圍繞實驗中存在的共性問題進行思考與交流，并指導學生解決質疑、突破難題，學生自主完成實驗任務，并根據實驗結果開展土壤、水體理化性狀分析評價。第二階段是完成培養學生高級認知能力的發展。教學環節主要是教師虛擬一個涵蓋了主要實驗知識點和實驗方法，并且和教學視頻中實驗相類似的情境，向每個小組發放一份試卷，學生開展自主探索，組員共同討論決定小組成員均認可的最佳答案，對試卷問題進行邏輯上的分析并積極構建解決該問題所需的知識體系。通過這兩個階段的教學實踐，既梳理、鞏固、整合了學生對教學視頻學習中產生的問題的多重表征形式和解決方案，又通過師生間的互動幫助學生增強解決問題和自主探究意識及反思能力。在完成以上兩個階段之后，教師根據學生匯報情況、共性問題討論情況及實驗操作情況、小組的課堂測試情況進行總結，指出團隊合作過程中存在的問題和值得肯定之處。最后，教師回顧相關知識點，促使學生更全面、更深入掌握教學內容，實現所學知識真正內化。

（四）課程成績評定與教學優化

實驗組課程成績由組內學生互評（30%）和教師綜合評價（70%）兩部分構成，學生互評通過教師在課程結束后在各組內發放評價表獲得，評價內容包括課前準備、團隊貢獻、任務完成評價三個方面。教師綜合評價則由教師根據課堂表現和實驗報告兩個方面開展。教學任務完成后，教師調查、分析學生對于“微課+TBL”教學模式的主觀看法，并通過與對照班的學習情況及課程成績客觀比較，分析“微課+TBL”教學方法在實施過程中的成果和問題，總結不足之處和注意事項，并于下一輪教學實踐中不斷改進微課教學資源與教學方案。

五、“微課+TBL”教學方法實施效果評價

為有效開展研究，選取了人文地理與城鄉規劃專業2016-2018級三屆學生為教學研究對象，每年級均將1班設為A組對照組，2班設為B組實驗組。經前期問卷調查，兩組學習者均為理科生，具有一定的化學實驗基礎，前期已完成了相關理論課程的學習，學習起點基本一致。A組采用傳統教學模式，即學生課前根據實驗內容進行實驗預習;課堂上教師講解實驗目的、原理、步驟及其注意事項;學生按照既定步驟完成實驗內容并驗證、分析實驗結果，形成結論;教師總結實驗過程中出現的問題;學生課后完成實驗報告;教師根據課堂測試情況和實驗報告對課程進行綜合評分。B組采用“微課+TBL”教學模式。除教學方式和考核方式外，A、B組教師、實驗內容和進度等其他情況均完全一致。

因A組對照組和B組實驗組的考核方式不同，本研究采用課程綜合測評進行教學效果的客觀評價，課程綜合測評由A、B組全體學生的7次隨堂測試成績的均值×30%+7次實驗報告評分的均值×30%+課程總成績×40%構成，用SPSS 21.0軟件進行統計，組間采用t檢驗。地學綜合實驗課綜合評測結果顯示，A組對照組（72.5±10.5）分，B組實驗組（85.5±5.7），實驗組顯著高于對照組（ρ<0.05）。

在地學綜合實驗課程教學結束后，還采用問卷調查法對A、B組的154名學生進行匿名問卷調查，了解學生對傳統教學模式和“微課+TBL”教學模式的主觀感受和整體看法，內容包括學習主動性、知識掌握程度、課程評價方式、綜合素質提升等方面，調查問卷回收率及有效問卷率均為100%。80%以上B組實驗組學生認為，“微課+TBL”教學模式能提高學習的主動性和創造性，對知識點的掌握程度得到有效提升，團隊合作意識與個人綜合素質得到明顯增強，對學風和班風建設均具有積極意義。

六、結束語

應用型創新人才的培養既是創新型國家建設發展戰略的要求，也是高等教育大眾化階段學生個體發展的需要。通過“微課+TBL”教學模式在地學綜合實驗課程中的教學實踐改革，該模式可使得學生的創新能力和知識應用能力實現較大幅度提高，學生知識掌握程度，實驗技能、創新思維、協作意識也隨之增強，該方法可供其他技能訓練和實踐為主的學科教學參考借鑒。地方院校在創新人才培養的視閾中，除了積極圍繞實踐教學課程進行教學模式優化以外，還應圍繞不同學科、不同專業構建不同類型、不同層次的創新人才培養體系，使應用型創新人才培養從實踐走向實現。

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基金項目：湖南省普通高等學校教學改革研究項目“基于微課的地學綜合實驗教學模式設計與實踐”（編號：2016251）

作者簡介：譚潔（1979-），女，漢族，湖南湘潭人，博士，副教授，研究方向：土地資源與環境信息技術。