基于混合式教學手段構建的研究型教學模式研究

摘" 要：為解決我國高等教育與國家對創新人才需求之間的差距和存在的問題，積極探索建設創新人才培養的模式和開展創新性本科人才培養改革實踐。該文采用當代認知心理學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思維和研究方法，以此作為教學情景設計的依據創建實際教學情景，根據知識點類型和特點選擇并實現線上和課堂教學的有機融合，從而驅動知識點傳授的教學過程。按照視頻資源、多媒體互動課件、虛擬仿真教學軟件等形式搭建教學資源的網絡平臺，保障基于知識驅動的混合式教學手段實施研究型教學活動所需的物質資源。構建教學過程中對學生的動態評價體系和方法，引入PDCA循環管理理論形成自我修復和完善的以培養學習和探索知識的興趣、激發學生學習的主動性、訓練其科學思維和創新能力、養成以科學研究的精神和科學態度為目的，完成高層次、復合型、多樣化的高素質創新型人才的培養目標的研究型教學模式。

關鍵詞：混合式教學；研究型教學模式；知識點；教學資源；虛擬仿真

中圖分類號：G640" " " " 文獻標志碼：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：中國高等教育學會理科教育專業委員會“利用混合式教學構建研究型教學模式”（21ZSLKJYYB15）；蘭州大學教學研究項目“《大氣化學》教學改革示范課程以及《大氣化學》課程思政案例庫及教學指南”（無編號）

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

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

隨著科學技術的不斷發展和不同領域深入探究的需求，教育學領域和其他領域的專家一直在研究和探索適合創新人才培養的教學模式[1]。自18世紀提出研究型教學的概念之后，20世紀杜威、施瓦布等人積極倡導和推動，在國外得到了廣泛應用[2-3]。1998年美國博耶研究型大學本科教育委員會推動了研究型教學在美國本科教學中的研究和應用[4]。21世紀，研究型教學被引入我國高等學校的教學，受到我國教育界學者的重視[5-6]。由于研究型教學遵循了人類認知規律和當代教育發展的一般規律，成為近年高等教育理論研究關注和實踐的一個熱點教學模式[7]。大氣化學是大氣科學的專業基礎課程，屬于大氣科學、化學和環境科學的學科的交叉學科，其知識點中蘊含著豐富的、來自不同學科的科學思維，形成其獨特的知識體系和研究方法。如何在大氣化學教學過程中，將人類從化學角度對大氣及其運動規律的系統化認識和理論化總結的基礎知識高效地傳授給學生，亟待解決重知識傳授而輕科學思維和能力培養的狀況，以及課堂教學中學生創新能力培養與教學時數之間的矛盾。因此，教學中有效地實現在大氣化學知識傳授的過程中培養學生的科學思維、創新能力和良好的人文素養，是大氣化學教學的重要目標和任務，也是課程建設與教學改革中面臨的一個重要研究課題。

本文以大氣化學課程教學為例，研究充分利用信息技術創建以網絡為主的線上教學和面對面課堂教學有機融合的混合式學習環境，構建基于知識點驅動的研究型教學模式，為大氣化學課程教學提供豐富、靈活的教學設計方法和空間，落實以學生為中心的課程教學，培養學生科學思維和創新能力，實現創新人才培養目標。

一" 研究型教學與研究型教學模式

研究型教學經歷不同理論的發展階段，形成了多元化的適應不同學科的教學模式[7]。由于使用者對研究型教學的認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]。如有學者認為研究型教學的本質是必須利用實驗研究的方法獲得科學知識，將科學研究與教學作為獨立的方法加以使用，以學生研究的成果作為評價研究型教學效果的標準。按照這個觀點對研究型教學基礎設施的要求很高，難以推廣和應用。知識是人們在改造世界的實踐活動中所獲得的認識和經驗的總和[8]?？茖W的知識是人類認知物質世界的過程中，主觀意識與客觀事物之間的相互作用，并對有意義的認識成果進行系統、較完備地總結。劉冰等[9]通過對科學知識及科學研究本質的分析，認為促進學生對科學本質的理解是研究型教學的重要目標，這就從根本上回答了目前研究型教學存在的問題。從認知的角度來看，科學研究和學習本質相同，都是認知自然現象并揭示其規律，獲取科學知識；但科學研究和學習兩個主體獲取知識的目的和視角不同。從學習者個體的視角來看，學習是獲得人類已知，但學習者個體未知的知識；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。研究型教學的實質是學習者運用科學研思維和研究方法，通過各種形式發現和學習“已知與未知”的知識，其本質與科學研究一致。科學發展史充分說明，正確的科學思維和研究方法在認識和改造世界中具有重要意義。因此，筆者認為研究型教學是充分挖掘和利用講授知識點中蘊含的科學思維和研究方法，并以此驅動知識點傳授的教學過程，以培養學習和探索知識的興趣、激發學生學習的主動性、訓練學生的科學思維和創新能力、養成科學研究的精神和科學態度為目的，實現學習和實踐的有機融合，完成高層次、復合型、多樣化的高素質創新型人才的培養目標[10]。

基于研究型教學的核心思想，利用科學知識所蘊含的科學思維指導學生以發現問題、分析問題和解決問題的基本步驟認識和發現“已知與未知”的知識，并明確教師在研究型教學中的教授和學生學習兩個方面各自的任務和目標，構建了大氣化學的研究型教學模式框架（圖1），實現培養學生科學思維、創新能力和人文素養的目的。

研究型教學以課程需要講授的典型知識點為基礎創設計還原到現象的實際教學情景，指導學生發現和準確描述實際教學情境中的問題；引導學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思維和研究方法，充分調動學生利用已經掌握的知識解決自己遇到的問題，進一步總結和凝練在解決問題過程所涉及的未知知識。教學過程充分發揮團隊交流與合作，以學習和研究報告的書寫與論文發表等手段提升學生對知識的理解、應用及表達能力。相比于傳統的教學模式，研究型教學模式使學生將已經掌握的知識通過認知結構的遷移更容易掌握新的知識，有效地培養學生自主學習、創新與創造的能力。

研究型教學模式成功實施的關鍵在于設計符合學科知識點中蘊含的科學思維和研究方法的實際教學情景，搭建教學資源的網絡平臺，構建教學過程中對學生的動態評價體系和方法，持續提升教師的學術水平，改進教學案例。

二" 基于知識點驅動的混合式教學手段實施研究型教學活動

知識點是教學活動過程中傳遞教學信息的基本單元，包括理論、原理、概念、定義和結論等。國內外學者從知識的本質屬性、衍生屬性和開放發展屬性等方面來揭示其本質，我國學者王維國[11]認為知識的本質就是人的認識本質。從教育教學的需求出發，采用當代認知心理學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的開展。陳述性知識是指描述客觀事實、現象及判別事物屬性的知識，如自由基、細顆粒物、化學反應類型等專業術語。陳述性知識的邏輯性差、知識點之間關聯弱，“記憶”是達到陳述性知識教學目標最佳途徑。程序性知識是借助某種作業形式而間接推測其存在的動態知識，是由陳述性知識經過編輯轉化而來的，如顆粒物源解析模型、穩態近似和平衡假設等關于技能和方法的知識。策略性知識是指關于學習、思維和解決問題的一般性計策與謀略的知識[14]，其處于個體知識結構的最高層次，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習過程顯現的思維活動起導向、監視和調控的作用，提高學生解決問題的能力。從知識的整體性、系統性角度出發，梳理大氣化學教學需要完成的基礎知識及其屬性，見表1。

研究型教學模式的精髓在于深入剖析課程教學的知識點所蘊含的邏輯思維（如因果分析、系統分析等）、形象化思維（如聯想和發散思維）和靈感思維等科學思維方法，挖掘新知識內部和新舊知識之間的邏輯關系，因此，如何引導學生運用科學思維循序漸進地將知識不斷深度加工形成邏輯清晰的知識體系，是研究型教學模式的重要內容。根據大氣化學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中，構建利用混合式教學的研究型教學活動（圖2），不僅可有效地幫助學生建立課程知識體系，也成為解決課堂教學中學生創新能力培養占用較多的時間與教學時間沖突的有效手段。

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

優質教學資源是基于混合式學習環境的研究型教學模式開展的基本物資保障。借助教育信息化的手段，根據所講授大氣化學知識點特征及教學要求，以基礎性知識和拓展性知識的學習資源按照視頻資源、多媒體互動課件、虛擬仿真教學軟件等主要資源形式，搭建教學資源的網絡平臺是基于知識驅動的混合式教學手段實施研究型教學活動的基礎。針對實驗設備資源缺乏、時間和空間限制等因素對研究型教學模式有效開展的制約，構筑以遠程化實驗活動、信息化實驗管理、個性化實驗教學和虛實結合的虛擬仿真教學軟件，憑借虛擬仿真技術直觀性、可操作性、可重復性的優勢，實現學生在開放、自主、交互的虛擬環境中進行實驗操作。為有效地解決上述制約因素，大氣化學課程開發對流層臭氧污染特征及其化學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的資源和時間，為研究型教學模式的實施開辟了可行的路徑。

三" 基于混合式教學手段的研究型教學的持續改進管理流程

研究型教學模式必須具備完善的管理系統，才能確保在教學中發揮更好的作用，而不是一個虛擬的形式。PDCA循環管理理論是目前世界公認的比較成熟的持續改進質量的有效管理模式[15]，被應用于高校教學質量管理中[16]。為及時評估和持續改進基于混合式學習的研究型教學模式，提高教學效果和水平，將PDCA循環引入作為大氣化學研究型教學模式教學過程管理的基本模式，即以教學目標為教學活動設計（Plan）和實施（Do）的依據，以教學目標的實現效果為評價標準，對教學實施效果進行評價和反思（Check），并實時反饋（Action）不斷改進和完善教學活動設計，形成具有自主管理和自我修復能力的教學模式，如圖3所示。

依據大氣化學課程體系的結構，對學生學習效果評價可采用多樣化的目標因子、多元化化的評價主體為切入點，明確考核方案、優化考核環節、創新實驗考核方式、完善卷面考試和結果分析等措施，如通過改革單純閉卷考試的方式，引入課堂討論、網絡學習、小論文等過程考核形式。成績評價采用“筆試成績+課堂討論+網絡學習測試+小論文”多種評價方式相結合的權重計分評價?？傊?，建立科學的課程評價指標體系，通過反思教學過程中出現的問題，不斷完善和優化研究型教學模式。

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