高校混合式實驗教學對學生學習成效與學習體驗的影響＊
——以“基礎化學”課程為例

邢蓓蓓 劉 翠 趙玲玲 范利學

（1.江蘇師范大學 化學與材料科學學院，江蘇徐州 221116；2.江蘇師范大學 教育科學學院，江蘇徐州 221116；3.沙河市孔莊學區 西左村學校，河北沙河 054100）

引言

2018 年，教育部印發《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》，提出“推動課堂教學革命……積極引導學生自我管理、主動學習，激發求知欲望，提高學習效率，提升自主學習能力”[1]。這里的“課堂教學革命”不僅是多媒體教室環境下的教學改革，還涉及實驗室環境下的教學改革。當前，高校實驗教學仍采用傳統的“預習報告—實驗操作—實驗報告”模式，即課前學生預習實驗內容并提交預習報告；課中教師講解實驗原理和實驗操作注意事項后，學生開始實驗操作；課后學生提交實驗報告，教師在實驗報告上給出本節課程的分數。然而，這種模式已很難適應時代要求，存在學生實驗積極性不高、課后自主復習困難、評價方式單一等突出問題[2][3][4]，導致學生實驗學習成效不佳，影響了高素質專業化創新型人才的培養。

隨著互聯網、大數據、人工智能等技術的快速發展及其在高校教育教學中應用的不斷推進，混合式實驗教學改革引起了高校的廣泛關注。國內已有學者從不同專業、不同角度對高校混合式實驗教學進行了積極探索，如張少斌[5]依托慕課平臺對線上線下混合式生物實驗教學模式進行探索和實踐，實現了學生實驗知識、素質與能力的協同培養，并提高了實驗課程考核的客觀性和準確性；汪兵兵等[6]發現，通過云教學和翻轉課堂理念對實驗課堂進行重構，可有效提高學生的自我效能感和學習主動性；黃紅梅等[7]設計了手機微信平臺和仿真實驗平臺輔助實驗教學的新模式，驗證了新模式可以提高實驗的學習效果；嚴霜等[8]解讀了互聯網信息技術與高校化學實驗教學融合的意蘊，發現信息技術和實驗教學的融合能有效提升學生實驗學習的體驗感和成就感。

不難發現，信息技術支持的高校實驗教學改革已是大勢所趨，且對于破解實驗課程教學難題具有重要意義。然而，混合式實驗教學模式對大學生的實驗學習興趣、學習動機、技能水平等學習成效與學習體驗有何影響還有待進一步探究。基于此，本研究將構建高校混合式實驗教學模式，并依托“基礎化學”課程開展線上線下混合式實驗教學實踐，以探究混合式實驗教學對學生學習成效與學習體驗的影響。

一 高校混合式實驗教學模式的構建

混合式實驗教學從屬于混合式教學，遵從混合式教學的一般流程和原則。余勝泉等[9]提出了網絡環境下的混合式教學模式，包含建構性學習環境設計、課堂教學、在線教學和發展性教學評價等四個主要環節。在實踐過程中，混合式教學的課堂教學和在線教學并非線性關系，而是相互交融的。基于此，本研究結合實驗教學需求，參考網絡環境下的混合式教學模式，構建了高校混合式實驗教學模式，如圖1 所示。

圖1 高校混合式實驗教學模式

混合式實驗教學的開展，需以由物理實驗空間和線上教學空間組成的學習環境為支撐。一般來說，物理實驗空間是指專業實驗室，而線上教學空間主要依托網絡教學平臺進行搭建。在高校混合式實驗教學模式中，課堂教學、在線教學、教學評價的實施都以學習環境為支撐，具體的教學活動包括：①課堂教學部分，教師主要負責對學生的實驗操作進行指導，針對學生在學習過程中遇到的疑難問題予以答疑解惑，并帶領學生做實驗總結；而學生的主要任務是實驗操作和錄制視頻。②在線教學部分，課前教師依托網絡教學平臺上傳實驗學習資料，學生則利用這些資料進行課前預習；課后教師布置作業并進行線上批改，組織學生圍繞實驗話題展開線上討論；學生則完成作業、參與討論。③學習評價部分，教師主要使用評價量表對學生的實驗操作進行評價打分，學生完成測試后根據教師的評價進行總結反思。

二 研究設計

學習成效是指學生經過某種學習在認知、情感、技能、行為等方面表現的結果[10]。學習成效的含義具有“語境性”，不同學習主體基于不同角度進行研究所得的“學習成效”含義不同[11]。借鑒王晶心等[10]對學習成效的概念界定，結合高校實驗教學在培養學生操作技能、興趣、動機等方面的目標要求，本研究將實驗學習成效劃分為學習興趣、學習動機、技能水平三個維度。而實驗學習體驗特指學生在參加混合式實驗教學過程中獲得的主觀感受。

1 研究對象

本研究以江蘇省Z 大學2018 級小學教育專業鄉村班的22 名本科生為實驗對象（含8 名男生、14 名女生，平均年齡21.1 歲），所有學生均有線上學習理論課程的經歷，但在實驗課程中未體驗過混合式教學模式。“基礎化學”課程為專業必修課，為期3 個月，共計54 課時（含理論課程39 課時、實驗課程15 課時）。“基礎化學”課程的教學目的是讓學生了解化學在生活中的科學價值和應用價值，掌握基礎化學原理和基本技能，提高學生的科學素養，為其將來從事小學科學教學奠定基礎。

2 研究方式

本研究采用調查問卷、化學實驗視頻評價量表和訪談的研究方式，探討高校混合式實驗教學對學生學習成效與學習體驗的影響。

（1）調查問卷

本研究使用的調查問卷采用實名制，分為3 份子問卷：①“實驗課程學習興趣”調查問卷，共設有8 道題目，如“我喜歡學習這門課程”；②“實驗課程學習動機”調查問卷，共設有5 道題目，如“我想在本課程中表現得比其他同學更好”；③“教學模式滿意度”調查問卷，共設有7 道題目，如“我希望以后還有機會可以采用這種模式進行實驗學習”。問卷調查采用里克特五點量表，針對問卷中每道題目的答案選項按照“非常同意”“同意”“不確定”“不同意”“非常不同意”分別取值5～1 分。

需要說明的是，“實驗課程學習興趣”調查問卷改編自Keller 等[12]的課程興趣量表，改編后的Cronbach’s α值=0.946；“實驗課程學習動機”調查問卷改編自Pintrich 等[13]的學習動機量表，改編后的Cronbach’s α值=0.947；“教學模式滿意度”調查問卷改編自黃國禎等[14]的教學模式滿意度量表，改編后的Cronbach’s α值=0.921。可見，本研究設計的調查問卷有較高的信度。

（2）化學實驗視頻評價量表

本研究參考劉翠等[15]制訂的“化學教學視頻評價量表”，結合“基礎化學”課程實驗教學的要求設計了化學實驗視頻評價量表，以評估學生的實驗操作技能水平，具體如表1 所示。該量表包含10 項評價指標，分別是結構合理、時間控制、儀態儀表、口述表達、實驗物品、操作規范、操作流暢、實驗現象、實驗環境與畫面效果，每項指標均占10 分，總計100 分。

表1 化學實驗視頻評價量表

（3）訪談

本研究采用非標準化訪談的方式，根據提前設定好的訪談提綱隨機選取7 名學生進行訪談。7 名受訪者中有4 名男生、3 名女生，分別編號為S1～S7。訪談內容主要有實驗課程學習的整體感受（學習過程和收獲）、是否喜歡設置的實驗主題、對新教學模式的接受度、實驗課程的復習和反思情況、對本門課程的教學建議等。

3 研究過程

2021 年3 月～5 月，筆者所在的研究團隊在江蘇省Z 大學面向2018 級小學教育專業鄉村班的22 名本科生開展了“基礎化學”課程的混合式教學工作。線上學習依托“課堂派”學習平臺開展，該平臺可提供資源分享、作業在線批改、測試、成績匯總分析以及在線討論等功能。教師根據“基礎化學”課程的相關內容，選取染色實驗、蛋殼作畫與蛋殼留痕、蔬菜中維生素C的測定、自制肥皂、胃舒平藥片中化學成分的檢驗等五個實驗作為教學主題，每個主題均依據高校混合式實驗教學模式開展課前、課中、課后教學活動。

（1）課前活動：依托“課堂派”學習平臺開展

①教師在“課堂派”學習平臺發布實驗預習資料，預習內容包括實驗原理、實驗步驟、實驗注意事項、實驗視頻和圖片、實驗拓展知識等。同時，教師發布課前作業，引導學生通過查閱文獻資料學習實驗的相關知識，鼓勵學生將自主學習所得通過實驗設計或實驗操作進行驗證，允許學生自主創新。學生通過學習預習資料、查閱文獻資料等方式熟悉實驗內容，激發其創新意識和主觀能動性。

②教師發布線上預習測試進行前測，學生參加線上測試。教師可通過“課堂派”學習平臺的測試分析功能，了解學生的答題情況、得分情況和各題目的得分率，對學生的先前知識水平和預習情況進行評價。

（2）課中活動：在實驗室線下開展

在線下的實驗室，教師結合理論知識講授實驗課程，演示實驗操作，根據課前線上預習測試中學生的答題情況、得分情況答疑解惑，根據各題目的得分率有選擇地對失分較多的題目予以重點講解，并對個別學生予以有針對性的指導。學生兩人為一組，充分交流課前預習的知識，明確實驗流程后開始實驗，且兩人交替進行實驗操作并錄制實驗視頻。

（3）課后活動：在“課堂派”學習平臺開展

課后活動主要以互動形式展開，均在“課堂派”學習平臺開展，具體包括：

①通過“課后作業”進行師生互動。教師在“課堂派”學習平臺的“作業”模塊布置線上作業，學生線上完成作業。之后，教師及時批改作業，對每位學生的作業進行評分，并在“老師評語”模塊指出學生作業的完成情況，給予學生及時指導；此外，教師也可通過填寫評語的形式給學生鼓勵，增強學生學習的信心。教師批改完所有作業后，可以下載作業報表查看學生的整體作業成績、提交時間和狀態、作業相似度、作業字數、提交次數等信息，對于作業完成情況不理想的學生，教師可做“打回”處理，而學生完成作業修改后可再次提交作業。

②通過“話題”模塊進行師生互動和生生互動。課后教師在“話題”模塊發布話題，每組學生在評論區上傳錄制的實驗視頻、實驗結果或作品圖片。教師在線查看實驗視頻、實驗結果或作品圖片，在評論區針對實驗操作過程中存在的問題給予學生一對一指導，以引導學生找出操作錯誤，認真分析實驗中存在的問題并予以調整、改正。對于表現優秀的學生和有明顯進步的學生，教師要及時表揚，給予充分肯定，以激發學生的學習動力。所有學生都可以觀看其他同學的實驗視頻和作品圖片，以對比、反思自己實驗中的優缺點，并在評論區進行討論、總結。

三 研究分析

本研究使用SPSS 18.0 軟件對通過問卷調查獲取的實驗課程學習興趣、實驗課程學習動機、教學模式滿意度三個方面的數據進行描述性統計和相關性分析；對通過“基礎化學實驗視頻評價量表”獲取的學生實驗操作技能水平數據進行描述性統計分析，以調查學生的學習成效。本研究對通過非標準化訪談獲取的訪談結果數據進行初步的質性分析，以調查學生的學習體驗。

1 混合式實驗教學對學習成效的影響

（1）混合式實驗教學對學習興趣和學習動機的影響

調查問卷通過網絡發放，共發放22 份問卷，收回率100%，有效率100%。通過SPSS 22.0分析，得到學習興趣、學習動機與滿意度的描述性統計結果，如表2 所示。表2 顯示，學生對混合式實驗教學模式的整體滿意度很高（教學模式滿意度均值為4.4 分），其原因主要在于混合式實驗教學對學生的學習興趣和學習動機有積極影響。

表2 學習興趣、學習動機與滿意度的描述性統計結果（N=22）

①混合式實驗教學顯著提高了學生對實驗課程的學習興趣，這與黃紅梅等[16]提出的基于信息技術助力實驗教學改革對于提高學生學習興趣有積極的促進作用此結論一致。表2 顯示，學生對實驗課程學習興趣的均值為4.3 分，說明學生對混合式實驗教學有較高的興趣，主要有兩個原因：一是混合式實驗教學提供了豐富的實驗教學資源，能夠幫助學生進行有效預習。課前，教師可在線發布形式多樣的學習資料，學生可隨時隨地進行線上學習。以染色實驗為例，教師在課前上傳洋蔥染色實驗資料包，引導學生通過查閱資料或文獻，了解實驗原理和實驗目的。實驗資料包中含有實驗操作視頻、圖片和實驗結果展示圖，這些學習資料既可以指導學生進行操作，也能讓學生對實驗結果有所期待。此外，實驗資料包中還提供了相關的實驗拓展知識，如洋蔥皮染色的小提示、關于其它植物染色的歷史和做法等。內容豐富、形式多樣的資料吸引著學生自主學習探究，增強了學生取得實驗成功的信心，從而激發了學生深入學習的興趣。二是混合式實驗教學設計了有利于學生參與的學習活動。例如，染色實驗中課前作業為線上觀看扎染視頻并自學扎染手法，在線下實驗操作中學生可以自主選擇扎染手法，這賦予了學生自主權，極大地激發了學生的學習興趣。

②混合式實驗教學顯著提高了學生對實驗課程的學習動機。學習動機是有效教學的關鍵因素之一[17]。表2 顯示，學生對實驗課程學習動機的均值為4.5 分，說明混合式實驗教學能夠增強學生的學習動機，進而促進有效教學的發生。Malone 等[18]認為學生的學習動機分為個人動機和人際動機，本研究就將從這兩個方面進行分析：

在個人動機方面，本研究從好奇、控制、挑戰三個維度來探討。以自制肥皂實驗為例，學生通過課前預習并結合自身的生活經驗，對實驗內容產生好奇，激發了自身的求知欲。在實驗中，每兩名學生為一個小組，各自承擔不同的角色，同時協作完成實驗目標，為爭取小組“勝利”而努力。在實驗過程中，教師提供動物油和植物油兩種原料，學生可以自主選擇原料，并用自選的樹枝、花瓣等裝飾物對產品進行美化，這體現了學生對學習的可控制性。教師為學生設置適當的教學目標，目標可完成但有一定難度，學生為制作出較好的肥皂產品而接受挑戰。在實驗過程中，部分對完成作品感到不滿意的學生會主動利用課余時間到實驗室重新制作。

在人際動機方面，本研究從與他人進行交互時的協作、競爭、認可三個維度來進行探討。實驗完成后，每組學生將實驗視頻、實驗結果或作品圖片上傳至“課堂派”學習平臺的“話題”模塊，所有師生可以觀看，也可以發表評論——這無形中使小組與小組之間產成了競爭，因為每組都希望自己的作品得到表揚和認可。學生會回看本組或其他組上傳的視頻，總結、反思、互相學習，從而激發持續的學習動力。

③在混合式實驗教學中學習興趣和學習動機之間存在強關聯性。本研究對學生在實驗課程中的學習興趣、學習動機和教學模式滿意度做了相關分析，結果顯示：學生的實驗課程學習興趣與實驗課程學習動機之間高度正相關（r=0.623，p=0.002＜0.01），學生的實驗課程學習興趣與教學模式滿意度之間高度正相關（r=0.848，p＜0.001），學生的實驗課程學習動機與教學模式滿意度之間高度正相關（r=0.832，p＜0.001）。由此可見，學習興趣、學習動機和模式滿意度三者之間存在正相關關系。

學生對化學實驗的學習興趣與學習動機之間存在強正向相關關系，這與李鵬等[19]和Krapp[20]的研究結果一致。學生的學習興趣高，便會提高學習過程的參與度，也就更容易激發其內在學習動機。而學習興趣、學習動機與模式滿意度存在強正向相關關系，這說明在混合式實驗教學過程中，學生的學習興趣、學習動機大多保持在較高水平，而這種高興趣和高動機又會積極作用于學生對教學模式的滿意度。

④混合式實驗教學中存在一定的性別差異。本研究對不同性別學生的學習興趣、學習動機與模式滿意度得分進行了統計分析（結果如表3 所示），發現：在混合式實驗教學中，男生和女生在學習興趣、學習動機、模式滿意度上的差異并不顯著，但男生略高于女生。有研究證明，男生的內在動機顯著高于女生[21]，這表明男生更喜歡富有挑戰性的活動，傾向于解決復雜的問題，并能從中體驗到樂趣。從訪談數據來看，男生不喜歡“照方抓藥”的實驗教學模式，他們認為實驗本身存在不可控性，實驗的目的并不是單純地驗證理論知識，還有對未知的發現和解釋、創造、應用，這無形中激起了男生挑戰和探究的欲望；同時，男生認為在實驗課程學習的過程中，需要不斷地嘗試以確定最佳的實驗操作方式，這樣自己的探索就會更有收獲。混合式實驗教學設置了多樣化的課前預習活動，以激發學生的好奇心和挑戰欲望；課程學習過程中支持學生自主創新，引導學生提出并解決問題，而實驗結果的不確定性亦能引發學生探究的熱情。在這種混合式實驗教學模式下，男生往往會比女生表現出更強的學習興趣和學習動機。

表3 不同性別學生的學習興趣、學習動機與模式滿意度得分統計

（2）混合式實驗教學對學生實驗操作技能的影響

①混合式實驗教學提高了學生的實驗操作技能。教師觀看學生拍攝的實驗視頻，并運用“化學實驗視頻評價量表”對學生的技能水平進行評分，結果顯示：學生整體的實驗技能水平得分為446 分（每個實驗100 分，共5 個實驗，滿分500 分），說明學生對化學實驗操作技能的掌握情況整體良好。相對于傳統實驗教學，混合式實驗教學更有利于提高學生的實驗操作技能，主要原因在于高校混合式實驗教學模式能幫助學生進行高質量的課前預習和有效的課后互動反思。學生在課前通過觀看實驗視頻初步了解實驗流程和操作要點，課中通過觀摩教師的操作演示進一步強化操作規范，并在教師的指導下進行操作練習。按照教師的要求，每組學生需拍攝實驗操作視頻并將其上傳至“課堂派”學習平臺的“話題”模塊，全體師生可以觀看、評論，所以在實驗過程中每位學生更注重自己的操作規范，這對于提升學生的實驗操作技能有積極的促進作用。從學生訪談結果和“話題”模塊的相關評論不難發現：學生在課后觀看其他小組的實驗視頻時，會對自己的整個實驗操作進行總結反思，在這個過程中更容易發現自己操作中的不足，并加深對規范操作的理解和記憶，這也是學生操作技能得以提高的主要原因之一。

②男生、女生在實驗操作技能上略有差異。經計算，男生和女生的技能平均得分分別為438.25、449.71，不存在顯著差異，但男生得分略低于女生。究其原因，可能在于技能得分與男生、女生的性格差異存在一定聯系。觀看實驗視頻可以發現：在實驗操作方面，女生比男生更為細致，操作規范性和流暢度較高，如自覺用鑷子和藥匙取用藥品、正確使用量筒、熟練掌握過濾操作要領等，這與盧敏南等[22]的研究結果一致；在實驗作品品質方面，女生的實驗作品如染色實驗的扎染布、蛋殼畫、自制肥皂等在細節的處理和美觀度上明顯優于男生，且女生的作品也比男生更有創意；在口述表達方面，女生能正確使用化學用語，并準確、全面地描述實驗全過程，如在口述過程中女生能正確說出實驗儀器或實驗操作的名稱，可見女生在語言表達方面表現出明顯的優勢[23]。此外，女生能及時整理、合理擺放所用儀器和藥品，實驗環境較優。

2 混合式實驗教學對學生學習體驗的影響

本研究隨機訪談了7 名學生（按S1～S7 進行編號），受訪學生均全程參與了“基礎化學”課程學習。訪談采取面對面交談的形式，訪談時長約為每人10 分鐘，并經受訪者同意對訪談內容全程錄音后轉化成文字。之后，研究人員根據訪談題目對訪談的錄音文本進行了整理分析。

訪談結果顯示，高校混合式實驗教學模式讓學生獲得了良好的學習體驗：①學生對于實驗課整體感覺很有趣、有收獲，如S3 提到“喜歡，有收獲，可以激發對科學的興趣”；S6 認為“收獲了快樂，其次才是知識”。②多數學生想獲得教師、同學的關注和評價，如S2 表示“會回看兩三遍（實驗視頻），可以修正操作錯誤，回顧整個實驗流程”；S3 表示“視頻會回放，還把視頻上傳到了抖音和空間”。③混合式實驗教學給了學生更多自主探索和創新的機會，如S1 提到要“通過不斷嘗試確定最佳方法”，S2 表示“自己探索更有趣”。④混合式實驗教學讓學習變得更加便捷，如S3 認為“線上提交作業和視頻更方便，可以有人觀看評論”；S5 認為“通過‘課堂派’學習平臺，預習、互動、互評等任務變得更容易完成”。

長期以來，人們認為知識的學習即做到記住、理解、可運用，這樣便是掌握了知識。而體驗是將顯性知識內化為隱性知識的重要途徑[24]，學習體驗對學習成效有直接影響。學習體驗的發生，依賴于歷構層、預構層、臨構層的相互作用與有機統一[25]：①歷構層以學生已有的知識經驗為基礎，引導學生發現自己與知識之間的聯系，使教學目標轉化為學習期望。混合式實驗教學從選擇實驗主題到準備實驗預習資料都是基于學生的知識經驗和生活情境，目的是激發學生的學習興趣、活化新知識、引導學生領悟知識的內在意蘊。②預構層是對學生學習目標的預先構想，以及對完成目標之方法和過程的設想。在混合式實驗教學中，教師通過上傳課前預習資料并發布課前作業，使學生全面了解實驗過程，事先進行個性化的實驗設計；同時，教師通過圖片、視頻等形式向學生展示理想中的實驗結果或作品，使學生內心樹立目標和實驗成功的信心。③臨構層在課中實驗學習過程中產生，這是產生學習體驗的重要途徑。在實驗學習過程中，新知識與原有知識不斷發生連接、碰撞，重構學生的知識結構，完成內化建構；同時，學生將新的知識結構運用于實驗學習中，完成外化建構。通過自主構建活動，學生可以體會到抽象知識的具體化、普通知識的特殊化，深刻領悟知識內涵，體驗生命成長意義。

四 結論與建議

1 研究結論

融合線下教學與線上教學優勢的混合式實驗教學，代表了高校實驗教學改革的重要方向。本研究以“基礎化學”課程為例，利用“課堂派”學習平臺開展了混合式實驗教學實踐，所得結論主要如下：

①混合式實驗教學通過供給豐富的實驗教學資源、便捷多樣的學習活動，可以提高學生實驗學習的參與度，進而整體提升學生的學習興趣、學習動機和實驗操作技能；

②男生和女生在學習興趣、學習動機、操作技能提升方面不存在顯著差異，但男生對實驗的學習興趣和學習動機略高于女生、女生在操作技能得分上略優于男生，這些差異主要是由于男生、女生對挑戰性任務的興趣度和實驗操作的細致度不同所導致；

③混合式實驗教學通過吸引學生更多的關注、賦予學生更多的自主探索機會以及讓學生的學習變得更加便捷，為其帶來了更佳的學習體驗，而積極的學習體驗又會正向促進學習成效。

2 未來開展混合式實驗教學的建議

高校混合式實驗教學模式的提出，有利于促進我國高校實驗教學改革。為在未來更好地開展混合式實驗教學，本研究提出以下建議：

①積極推廣高校混合式實驗教學模式，將傳統的“預習報告—實驗操作—實驗報告”之單一、固化的教學模式轉變為融合線上線下優勢的混合式實驗教學模式，以有效提升學生的實驗學習興趣、學習動機和實驗操作技能；

②關注混合式實驗教學中的性別差異，根據男生、女生的性別特點，提供差異化的學習資源、活動設計等，讓每位學生都能深度參與實驗學習過程；

③關注實驗教學過程中學生的學習體驗，從歷構層、預構層、臨構層三個層面系統地設計混合式實驗教學的課前活動、期望目標、學習資源、評價方案等，優化實驗課程的學習體驗。

雖然本研究驗證了基于“課堂派”學習平臺的高校混合式實驗教學模式對學生的學習成效和學習體驗有積極影響，但本研究也存在一些不足，如未設置對照班，故無法與傳統教學模式的學習效果和學習體驗進行比較；實驗周期較短，因此混合式實驗教學的長期效果有待進一步驗證等。基于此，后續研究可擴大樣本范圍，延長實驗周期，開展跟蹤對比實驗，以不斷完善高校混合式實驗教學模式，進而提升學習成效、優化學習體驗。