基于“金課”標準和信息技術的實驗教學模式研究
——以“土壤與肥料分析實驗”課程為例

葉 欣，賴寧薇，楊林通

（福建農林大學，福建福州 350002）

實驗教學是高等教育的重要環節，是理論應用于實踐的重要載體，也是培養學生的實踐能力、創新意識和創業能力最重要、最現實、最有效的手段[1]。隨著現代信息技術的不斷發展，云計算、大數據、人工智能等技術的廣泛應用，深刻影響著高校教學模式，信息技術與教育教學深度融合成為新時代高校教育最重要的特征之一，教學理念、內容、方式等都發生了重大變化。在信息技術與教學不斷融合的影響下，本科課程的教學質量也越來越受到關注，2018 年教育部高等教育司司長吳巖提出高校要著力打造具有高階性、創新性和挑戰度的“金課”[2]。在此背景下，如何在實驗教學中充分運用現代信息技術，如何根據“兩性一度”的“金課”標準重構教學內容，改進教學方法，建立科學、客觀、全過程的學習評價體系，是高校教師需要思考的問題。

“土壤與肥料分析實驗”是福建農林大學農業資源與環境專業核心課程“土壤農化分析”配套的實驗課程，經過多年的建設，課程的教學質量得到較大的提升，但隨著信息技術的快速發展，相對于“金課”的標準仍有一定差距。本文以“土壤與肥料分析實驗”課程為例，開展基于“金課”標準的信息技術與實驗教學深度融合的教學新模式探索，以期提高實驗課的教學質量。

一、本科院校的“金課”標準

2018 年教育部在印發的《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》（教高函〔2018〕8 號）文件中第一次正式使用“金課”概念。吳巖將“金課”的標準歸結為“兩性一度”[3]，即高階性、創新性和挑戰度，其中高階性指知識、能力、素質有機融合，培養學生解決復雜問題的綜合能力和高階思維；創新性指課程內容有前沿性和時代性，教學形式體現先進性和互動性，學習結果具有探究性和個性化；挑戰度指課程有一定難度，學生和教師都要花費一定的時間和精力才能完成。除了“兩性一度”較高層次的“金課”標準外，還有學者認為“金課”還應該具備符合教育教學規律、能較好地完成課程教學目標的課，具有多類型、多形式、多層次的基本特征。[4]

二、“土壤與肥料分析實驗”課程教學中存在的問題

目前，“土壤與肥料分析實驗”課程在教學過程中主要存在以下問題。

隨著檢測技術的快速發展，特別是大型精密檢測儀器的廣泛應用，土壤、肥料的檢測技術和方法有了較大的變化，但“土壤與肥料分析實驗”所用教材內容卻相對滯后，主要原因是優秀的實驗類教材編寫難度較大、出版周期較長，許多新技術、新方法無法及時編入紙質教材中。

教學內容上沒有體現出高階性、創新性和挑戰度。作為“土壤農化分析”配套的實驗課程，目前實驗教學內容側重于對“土壤農化分析”基本理論和知識點的驗證。分析“土壤與肥料分析實驗”教學內容的設置，基礎的驗證性實驗項目占比較高，綜合性、設計性的實驗項目占比較低，實驗教學內容無法達到的創新性和挑戰度的要求[3]。此外，作為一門應用性非常強的實驗課程，在實驗教學過程中普遍重視實驗操作的規范性和結果的準確性，但對如何將實驗結果有效應用于生產實踐，如土壤質量評價、土壤改良等實際問題重視不夠，學生分析和解決問題的綜合能力也較弱，無法達到“高階性”要求的學生能靈活地應用知識去解決復雜的實際問題的目標[5]。

教學方法上沒有體現出先進性和互動性。目前，“土壤與肥料分析實驗”課程的教學主要采用以“教師為中心”的模式，該模式是以學生課前預習結合教師課堂示范演示，學生在課前預習基礎上觀看示教，在教師的指導下完成整個實驗操作。在此模式下，學生處于被動接受知識的地位，無法激發學生的求知欲和專業興趣，也極大地限制了學生的思維活力和創新能力，無法達到教學方法須具備“先進性”的標準。大型實驗儀器的操作使用也是實驗教學的重、難點內容，由于大型精密儀器臺數的限制，教師授課通常采用演示的方式，分組多次演示講解或集中演示講解。分組時，教師多次講解易導致其講課質量下降，而集中講解時，許多學生只能“圍觀”教師的整個講解過程。此外，由于實驗課時和人數的限制，實驗過程中對學生個人特性關注度不夠，無法與大部分學生積極互動，教學效率較低。

學習評價上沒有體現科學性。實驗考核主要采用實操考試結合實驗報告的方式，實操考試由于考試時間、內容的限制，很難通過一個較簡單的操作實驗反映學生的真實學習水平，而實驗報告大多結果雷同，難以體現學生對實驗知識的掌握程度。目前，較為單一的學習評價方式無法全面體現學生整個學習過程的效果以及知識掌握的程度。

三、基于信息技術與教育教學深度融合的“金課”建設路徑探索

基于以上課程中存在的問題，對標“金課”的標準，解決目前“土壤與肥料分析實驗”教學瓶頸的問題，要從完善課程教學資源，更新實驗教學內容，創新教學方法，建立科學評價體系幾個方面入手。

（一）充分利用現代信息技術建設高質量的實驗課程資源

提高實驗教學質量的一個關鍵因素是有高質量的教學資源。對于實驗教學而言，在線課程平臺的理論知識、實驗操作演示微視頻、大型儀器操作微視頻以及虛擬仿真實驗項目平臺的實驗操作練習等，對學生掌握實驗原理、提高實驗技能、正確操作儀器有極其重要的作用。在實驗資源建設方面可以從以下幾點開展工作。

1.基于中國大學MOOC 平臺，建設在線開放課程。以“土壤與肥料分析實驗”課程為例，課程教學團隊在中國大學MOOC 平臺建立了“土壤與肥料分析實驗”在線開放課程，并獲得省級一流本科在線開放課程的認證，該課程平臺提供了教學大綱、實驗操作和儀器操作微視頻、課程PPT、課程作業、章節自測題目和課堂討論題目等相關的教學資料。課程平臺的建立為學生打破時間限制，進行自主學習提供了有利的保障。

2.基于數字技術出版高質量的數字教材。以“土壤與肥料分析實驗”課程為例，教學團隊合力打造高質量的數字教材，先后由高教出版社出版了課程配套的《土壤與肥料分析實驗數字課程》和《農業資源與環境專業實驗技術數字課程》，其中《土壤與肥料分析實驗數字課程》側重于通過微視頻介紹規范的實驗操作流程，而《農業資源與環境專業實驗技術數字課程》則側重于通過微視頻講解大型儀器的正確使用和維護。實現了基于信息化的數字教材，解決了原有本課程教材滯后的問題。

3.建設重金屬檢測虛擬仿真實驗項目。在傳統的實驗教學中，土壤重金屬的檢測普遍存在著實驗周期長、藥品危害大和實驗條件要求高等問題，因此學生人數較多時，開展實驗教學難度較大。虛擬仿真教學項目作為一種新的教學方式，有效解決了傳統實驗存在的教學問題，以“土壤與肥料分析實驗”課程為例，教學團隊在重金屬檢測虛擬仿真實驗項目中，重點建設了四個虛擬仿真模塊，包括重金屬檢測的基礎理論知識、福建省耕地土壤中主要超標重金屬的檢測分析方法、大型精密儀器操作和實驗效果評價。通過虛擬仿真實驗項目的學習和練習，學生掌握要點，在線下教學時，學生能夠自由、深入地學習相關知識。

以上課程資源的建設，有效解決了實驗教學中因為沒有配套教學資源而“做不到、做不了”，已有的教學資源又“做不好”的痛點問題，為提高教學效果提供了堅實的基礎。

（二）產學研協作，優化教學內容

1.結合學生特點，對教學內容進行分級，適當提高教學內容的難度。在一定教學資源保障的基礎上，使提升實驗教學的難度成為可能。在班級授課制教學中，學生差異在一定程度上是課堂教學的最大挑戰[6]，如何根據學生的差異設計實驗教學內容是實驗教學優先要解決的問題。以“土壤與肥料分析實驗”課程為例，課程內容調整的思路是，充分利用線上教學資源，開展基礎的驗證性實驗的學習，適當降低驗證性實驗的課堂授課比例，提高綜合性、設計性實驗的比例。針對部分學生基礎較薄弱，在線學習時會遇到許多問題，教學團隊和助教團隊積極開展在線輔導，并定期開展線下實驗室開放日活動，集中解決學生實驗操作技能方面的問題。在實驗室授課時，適當提高綜合實驗的學習要求。學生根據課前教師布置綜合性或設計性實驗學習任務，先查閱資料，設計整個實驗方案后提交教師審核，課堂中學生以小組為單位，組員相互配合完成實驗。教師和助教現場解決學生遇到的各類問題，保證實驗順利完成。對于實驗難度大、實驗條件要求高的實驗項目，借助虛擬仿真實驗課程平臺，開展虛擬仿真實驗。

2.充分發揮產學合作協同育人平臺的機制和優勢，更新教學內容，體現“高階性”。“土壤與肥料分析實驗”課程，在建設過程中充分利用“產學研協同育人平臺”，強化學生專業實踐能力綜合培養。通過校企合作，科學構建了本課程學生所具備素養與能力。充分利用合作的檢測企業在檢測方面豐富的經驗和成功的檢測案例，將其轉化為教學資源，并對實驗教學內容進行部分更新，使其側重于培養學生理論聯系實踐的能力，此外，教學團隊還注重將科研項目轉化為學生創新性實驗，適度提高了實驗的挑戰度。

（三）構建雙向、互動、以學生為主體的“參與式”線上線下混合式實驗教學模式

在教學中，教學內容是核心，教學方法是載體[2]。只有選擇合適的教學方法，才能實現設定的教學目標。“參與式教學法”是一種合作式或協作式的教學法，強調以學習者為中心，充分應用多種教學手段鼓勵學習者參與教學過程及學習者之間的信息交流和反饋[7]。在實驗教學過程中，長期以來的教學難點是學生參與學習的熱情不高，特別是在人數較多、分小組實驗教學的條件下，這一問題尤為嚴重。在基于“參與式教學法”的“土壤與肥料分析實驗”教學模式改革中，明確了“教師主導、學生主體”的角色定位，借助“中國大學MOOC 平臺”“高教社數字課程云平臺（ICC 平臺）”及“智慧教學工具”等制定有效化信息教學策略，開展線上線下混合式教學。

在教學形式和內容方面充分利用前期建立的信息化教學資源，開展線上線下混合式教學，線上學習部分，使用MOOC 平臺建設的“土壤與肥料分析實驗”SPOC課程開展課前學習。線上學習主要以基礎理論和驗證性實驗內容學習為主，教師以問題為導向設計教學任務，學生開展自學，通過課程平臺學習數據可以非常清晰地掌握學生各項學習活動的進展和完成情況。在學生學習期間，借助于課程平臺的交流互動版塊和課程QQ 群，教學團隊教師和研究生助教實時在線解答學生在學習過程中遇到的各種問題，從而提升學生自學的質量。

線下授課時，根據學生在線學習情況，鼓勵學生參與授課環節，如在教學演示示范環節，打破只有教師演示的慣例，隨機抽取學生來進行實驗演示操作，教師創造一個輕松、活躍的課題氣氛，給與學生積極正面的評價，并鼓勵其他學生參與到評價過程中來，形成示范引導的參與式教學環節。此外，課程團隊在線下授課時充分使用“慕課堂”“超星APP”“雨課堂”等智慧教學工具進行課堂教學，如使用超星APP 的直播功能，實現師生直播互動，如教師可以開展大型儀器的講解、操作直播，借助便攜的觀看設備，如手機、投屏等，有效解決實驗課人數較多，學生只能“圍觀”教師操作的現象。學生則可以通過直播功能，開展線上實驗操作比賽，觀看直播比賽的學生則可在線進行評價和評分，利用智慧教學工具極大激發學生參與實驗的興趣，促進了學生的自主學習。

持續鼓勵學生參與課堂互動、交流要有相應的激勵機制，教學團隊還完善學生的激勵機制，外在性的激勵措施包括課堂表現與平時成績、實驗考試成績等，內在性的激勵措施包括評選優秀學員，進步最快學員、推薦到合作企業開展暑期短期參觀、訪學等。

“在線課程平臺+智慧教學工具”的充分應用，實現了“課前、課中和課后”全貫通，并顯著地提高了教學質量。

（四）建立客觀、科學、全過程的學習評價體系

“考評”是教學過程中非常重要的環節，按照教學大綱中課程培養目標建立客觀、科學、全過程的學習評價體系是提高教學質量的有效手段。

根據“客觀、科學、全過程”學習評價標準及“課程評價與實施評價結合、評價指標多元化、評價內容與評價方式全面化”的混合式教學評價三大原則”[8]，“土壤與肥料分析實驗”考核內容分為線上考核和線下考核兩部分，其中線上學習成績主要包括SPOC 課程學習成績（占總評成績20%）和“慕課堂”或“學習通”成績（占總評成績15%）；線下學習成績主要包括實驗基本操作比賽成績（占總評成績的15%），各小組成員的實驗的參與度（占總評成績的10%），課后期末實操考核（30%）和實驗報告成績（占總評成績的10%）。這一評價體系充分反映了學生全過程的學習狀態。此外，教學團隊重點改革了傳統實驗操作考試模式，傳統考試模式不僅需要耗費大量的時間，準備多個實驗考試項目，而且由于考試時長的限制，實操考試內容較簡單。改革后，除了保留部分實操考試外，教學團隊借助虛擬仿真平臺開展難度較大的實驗考核，考核時借助虛偽仿真實驗平臺建立的網絡實驗題庫所提供的實驗操作自動記錄、評分、校正錯誤操作的功能，進行線上考核。這種考核方式不但增加了考核的難度，同時也比較全面地反映出學生的整體掌握程度。

四、結語

信息技術的快速發展，不但改變了學生的學習方式也改變了課堂教學模式。相較于傳統教學模式，基于“金課”標準的信息技術與教育教學深度融合的教學模式，可以提升學生學習的主動性，激發學生學習興趣，促進學生之間的交流、協助，該模式也為其他課程教學改革提供了有益經驗。