生態科研創新實驗線上線下混合教學模式探索

徐涵湄，盧偉偉，阮宏華

（南京林業大學 生物與環境學院，南京 210037）

隨著我國社會經濟的快速發展，生態環境問題日益突出，生態學逐步肩負起保障資源環境安全與社會經濟可持續發展的歷史使命。因此，國家和社會對生態學研究及其專業人才培養需求和要求越來越高[1-2]。同時，南京林業大學作為一所“雙一流”學科建設高校，如何適應社會發展對創新型人才培養的要求，如何將創新型人才培養貫穿到培養學生的各個環節中去，已成為當前面臨并急需解決的問題之一[3]。生態科研創新實驗作為南京林業大學生態學專業的一門專業核心課程，在人才創新能力和實踐能力培養方面發揮著重要作用。為了更好地激發生態學專業學生的學習興趣、提高學生分析和解決問題的能力，理論與實踐相結合，教師對實驗課程教學模式進行探索，不斷完善與優化，以期提高學生自主學習和實踐創新能力。

一、存在的問題和探索新教學模式的必要性

（一）教學方法單一，方式陳舊

傳統實驗教學模式主要以教師為主導，多為灌輸式教學，缺乏“教”與“學”的互動[4]，課堂氣氛不活躍，學生學習不主動，實踐教學效果不佳。傳統教學模式由教師先講解實驗項目的原理、步驟、需使用的儀器設備、實驗過程中注意事項和實驗數據處理與分析等，并演示實驗操作；然后學生進行實驗操作，記錄實驗數據并對數據進行處理分析，形成實驗報告。在這種傳統實驗教學模式中，學生缺乏自主學習的積極性，實驗課時通常以觀察教師實驗步驟為主，之后按照規定步驟即可完成實驗操作，不愿意主動發現問題、分析和解決問題，學生多為被動模仿[5-6]，無法達到生態科研創新實驗教學目標。

（二）考核方式簡單

由于學生人數較多，實驗采取小組形式進行，一般4～5 人一組，以組為單位提交實驗報告，考核方式以實驗報告為主，學生不重視課前預習和實驗操作過程[7]。

同時，由于學生人數較多且分散，當老師現場講解演示實驗時，很多學生聽不清或看不清，導致自己操作實驗時，經常忽略實驗細節，而不能規范操作。采取小組為單位進行實驗，常常出現一個人動手操作，其他人不動或少動手，最后的考核成績也不能真實反映學生的實踐能力和應用操作能力。

（三）探索新教學模式的必要性

2020 年新冠肺炎疫情之后的每個學期，南京林業大學會根據疫情形勢，在學期初先開展線上教學，后期根據疫情形勢恢復線下教學。這恰好給教師探索改革實驗教學模式提供了思路和方向。教師將網絡教學平臺、網絡資源與移動平臺結合，探索線上線下混合教學模式，這將有利于激發學生的自主學習興趣，提高學生的獨立思考和分析解決問題及綜合應用能力[8-9]。

相對于傳統的以教師全程主導的實驗教學模式，這種新型的線上線下混合實驗教學模式是以學生為中心，重視學生的自主學習，充分調動學生課前預習、思考的積極性。通過互聯網與傳統教學模式相結合，學生可以線上網絡視頻進行預習，使學生提前自主學習了解實驗原理、實驗內容和操作方法等，同時配合線下實驗教學，每一次實驗教學內容完整貫穿整個實驗的各個環節，有利于幫助學生全面、牢固地掌握知識點，提升師生的有效互動和教學效率。

二、線上線下教學模式實施過程

在生態科研創新實驗的線上線下教學模式中，教師把原來在課堂上講授的內容（包括實驗原理、步驟、需使用的儀器設備、實驗過程中注意事項及在實驗室演示實驗等）錄制成視頻，并上傳到線上教學平臺。學生在實驗課開始前，可以利用課下碎片化時間反復觀看教學視頻，預習實驗項目，自學相關實驗內容，促進學生更好地進行預習。線下實驗教學教師先提出問題，引導學生思考、討論，然后點評，隨后再開始實驗操作。從而構建一種以學生為主導的線上線下混合教學模式（圖1），來代替以教師講授為主的單一教學模式。

圖1 線上線下混合教學模式設計

（一）線上實驗教學視頻錄制

實驗教學視頻包括實驗原理、步驟、需使用的儀器設備、實驗過程中注意事項及演示與操作實驗。為了最大程度還原教師課堂講授效果，所以視頻在實驗室錄制，教師面對實驗課程中需要使用的實驗儀器進行講解。對于實驗過程中特別需要注意的步驟和細節，教師在錄制教學視頻時添加特寫鏡頭，進行著重展示，加深學生的記憶和關注。例如，用紫外分光光度法測定酶活性實驗，其中顯色反應步驟中的滴定終點學生往往不能準確把握，在錄制教學視頻時，教師準確把握滴定終點，學生從視頻中能更直觀理解和掌握滴定終點，大大降低了學生在實驗操作中的滴定操作失誤。

生態科研創新實驗課程重要環節之一是實驗演示。在用氣相色譜法測定土壤呼吸實驗中，由于氣相色譜儀屬于高價、精密儀器，實驗室只有一臺，在課堂講授演示如何使用該儀器時，學生們往往圍成一圈，外圍的同學聽不清或看不到教師的操作演示，在實際操作中存在不規范現象。教師在錄制使用操作氣相色譜儀視頻時，可以向學生全方位展示儀器，詳細介紹儀器原理及使用步驟，學生從視頻中可以更清晰觀察并學習，保證學生掌握的實驗操作具有規范性和準確性。

（二）混合教學模式中線上教學

在線下實驗課堂教學之前，學生先仔細預習實驗，了解實驗原理和步驟，熟悉實驗內容；通過觀看視頻，掌握實驗儀器設備的正確操作方法；在此基礎上，要求學生準備預習報告（PPT），并提出實驗中可能遇到的問題和解決方案，增強學生自主學習的動力。同時，學生在預習時，可以對自己的實驗方案進行設計。例如，在主要生態環境因子測定分析實驗當中，要求學生在校園中自主選擇有代表性的樣地，并以裸地為對照，分時間點測定樣地環境的生態因子進行比較分析。學生在預習該實驗時，有充足的時間可以提前思考選擇樣地，查閱文獻，并進行實驗方案設計，將提高學生創新實踐能力和線下課堂效率。

在線上教學過程中，教師要求學生上傳預習報告，與學生互動答疑，將預習報告作為評價學生預習效果的依據之一，同時對學生預習的不足之處做出補充。

（三）混合教學模式中線下教學

線下課堂教學，在開始實驗之前，以小組為單位，教師從每個小組隨機抽取1 名學生匯報預習報告（3～5 分鐘）。在學生匯報之后，教師針對匯報提出問題，引導學生進行思考和討論。例如在氣相色譜法測定土壤呼吸實驗中，教師引導學生比較不同土壤呼吸測定方法的優缺點。

學生根據教師演示和教學視頻進行實驗操作，小組內部進行交流討論，合作完成實驗。培養學生團隊合作、溝通交流的能力，教師巡回答疑。

三、線上線下混合教學模式效果分析

教師要求生態科研創新實驗課程完成整個線上線下混合教學之后，學生除了以小組為單位交實驗報告外，每位學生均需交一份課程小結，從教學效果、課堂氛圍、學習興趣和能力提高（創新能力，實踐能力，思考能力和解決問題能力等）等方面進行總結，以此來評價線上線下混合教學模式的教學效果。

從學生的課程小結來看，學生對線上線下混合教學滿意度比較高，一致認為通過線上教學視頻的自主預習和線下實驗課堂結合達到良好的教學效果。相較以往的傳統教學模式，學生認為線上線下混合教學模式下課堂效率更高，課堂氛圍也更為活躍，學習更主動，學習興趣更濃。同時也提高了學生的創新能力和動手能力，以及解決問題的能力（圖2）。

圖2 選取部分學生課程總結教學效果評價

從學生的課堂實驗操作和提交的實驗報告來看，相較以往的傳統教學模式，由于提前線上觀看視頻進行了預習，每位學生對實驗內容更熟悉，課堂里氛圍活躍，都積極主動參與實驗過程，一改往常小組中一人操作其余人旁觀的狀態。同時由于實驗教學視頻中對于實驗過程中特別需要注意的步驟和細節添加特寫鏡頭，進行了著重展示，學生操作過程中也更為規范和嚴謹。由于前期預習和課堂教學效果良好，實驗報告撰寫非常科學詳實，可以看出學生進行了獨立的思考，有自己初步的科學思路，學生的創新能力和應用能力得到提高。

四、結束語

線上線下混合式教學模式以學生為中心，實現了傳統教學模式的翻轉，激發了學生的自主學習興趣，增強了學生的創新理念，提高了學生分析問題和解決問題的能力。生態科研創新實驗線上線下混合式教學實踐結果表明，混合教學模式被學生所接受和認可，達到了改善生態科研創新實驗教學效果的目的，提高了課堂效率，培養了學生的科研興趣與積極性，為高校生態實驗課程的教學模式探索積累了經驗。