应用型创新人才视阈下地学实验教学模式改革

    谭洁　刘沛　范佳　卢子龙　唐弘久

    

    摘 ?要：为适应创新型国家建设的人才需求，应用型创新人才培养已成为教育领域人才供给侧结构性改革的重要内容。实践创新能力作为应用型创新人才培养体系的核心组成部分，需要在信息技术的支持下探索新的教学模式。以自主学习和创新能力培养为目标，构建以微课为基础，团队协同学习为核心的“微课+TBL”地学综合实验教学模式，较好地提升了学生探索精神及团队协作能力，为地方高校应用型创新人才培养从理论走向实践提供了借鉴。

    关键词：应用型创新人才;微课;TBL;教学模式

    中图分类号：G642 ? ? ? 文献标志码：A ? ? ? ? 文章编号：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

    高等学校在建设创新型国家的建设过程中肩负着培养创新人才、发展科技文化、服务经济建设的重要使命，应用型创新人才培养是地方高校参与国家创新体系建设的最主要方式。习近平同志围绕提升科技创新能力、实施创新驱动发展战略，对我国教育工作提出了“要深化教育改革，努力形成有利于创新人才成长的育人环境。强调要吸取国际先进经验，按照人才成长规律改进人才培养机制，推进素质教育，创新教育方法，提高人才培养质量，营造人人皆可成才、人人尽展其才的良好环境”的要求[1]。高等学校应积极探索创新教育理论、改革教育方法，开展创新技能培训和创新策略实践，从人才知识结构、能力水平和道德素养等多方面共同促进应用型创新人才培养。教育部在《教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》中明确提出高校要把加强实践教学方法改革作为专业建设的重要内容，重点推行基于问题、基于项目、基于案例的教学方法和学习方法，加强综合性实践科目设计和应用[2]。实验教学作为实践教学体系中的关键组成部分，是培养实践能力、创新能力的主要手段，针对学科特点构建相应的实验、实践教学体系，对深化高等教育改革、提升应用型创新人才培养质量具有关键作用。地方院校培养的应用型创新人才主要致力于新理论和新技术的传播、推广和使用，服务于技术创新、应用创新和区域创新[3]。因此，地方院校在应用型创新人才的培养过程中，应立足于区域经济发展和创新，积极改革理论教学为主的教学模式，在人才培养方案中进一步加大实践教学比重，建立以创新实践为导向的课程体系和教学范式。

    一、微课和TBL教学模式特点

    随着移动互联网时代的快速发展，现代学习方式呈现出碎片化、可视化和趣味化特点[4]。微课、慕课、翻转课堂和Team-based Learning（TBL）、Project-Based Learning（PBL）、Case-based learning （CBL）等新型教学方法在实验课教学过程中的探索和运用，为应用型创新人才培养提供了新的思路。其中，微课是由美国圣胡安学院高级教学设计师 David Penrose提出的，他将课程知识细化为多个教学核心概念，围绕核心概念录制1-3分钟的视频，教学视频之间通过15-30秒介绍和总结联系形成一个完整的课程体系的“知识脉冲”（Knowledge Burst）教学方式，可以使得学习者的认知负荷得到有效降低，并获得“更加聚焦的学习体验”[5]。随着TED-Ed、可汗学院（Khan A-cademy）、中国微课网、爱课程等在线教育平台蓬勃发展，微课的教学魅力得以充分展现，进一步引发了大众对该教学方式的关注和实践热潮，衍生出了“翻转课堂”（Flipped Classroom）、“慕课”（MOOCs）等新的教学模式。微课为学习者根据自身认知能力调整学习进度，拓展学习广度和深度提供了新的途径，已在思政、专业理论、专业实验、专业实习课程教学中得到了广泛应用，并取得了较好的教学效果。TBL教学方法是由Larry Michaelsen在20世纪70年代后期提出，该方法按照“教师构建策略性固定团队”“学生课前自学准备”“课堂个人与小组测试反馈”“团队应用性练习”“学生互评”五个步骤，促进学习者专注于布鲁姆分类学的高层次学习目标，是一种能有效激发学习者主动性的教学方法。近年来，该方法已在美国、加拿大等许多国家的教学中得到运用，并在实践中进一步发展完善。目前，基于团队的TBL方法往往与基于授课的Lcture-based learning（LBL）传统方法、基于问题的PBL方法、基于案例的CBL方法、翻转课堂、微课等多种方法联合使用，学习者普遍认为TBL方法能将他们从被动接受者转变为主动应用者，对课程内容（知识和应用）、团队合作能力和终身学习技能的学习效果得到明顯提升[6]。因此，将微课与TBL 有机结合的教学模式，既可为学生提供进行自主学习和团队互促的有效机制，又可考查和检验学习效果，可较好地提升学生的学习兴趣和主动性，增强动手操作能力、语言表达能力和团队合作能力，是一种适合于应用型创新人才培养的教学模式。

    二、“地学综合实验”传统教学模式存在的问题

    （一）课前预习效果差

    地学综合实验是湖南农业大学人文地理与城乡规划专业的专业必修课，该课程以资源与环境基本理论与分析技术为核心，要求学生通过该课程掌握岩石、土壤、水体理化性状的实验分析方法，为后续的遥感与地信技术、城乡规划设计等教学内容奠定地学基础，具有知识涵盖面广、技术性和综合实践性强等特点。由于该课程涵盖了地质与地貌学、自然地理学、土壤学、资源环境概论等多门课程的知识，内容多，难度大，实验操作过程中存在一定的危险性，在以往的教学过程中，教师都要求学生根据教学计划安排，结合《地学综合实验指导书》做好实验的课前预习。但在实际教学过程中，往往发现学生的预习效果较差，特别是对实验原理的理解和对实验结果的分析能力较弱。通过组织多批次学生座谈、调研后发现，学生由于预习目标不明确，预习方法指导不到位，预习结果在课堂上不能及时、有效地反馈等各种原因，预习往往流于形式。如何让学生在预习过程中掌握关键的知识点和技能点，使得预习在实验课教学中切实有效地发挥作用，是高校实验教学需要攻克的重要难题之一。

    （二）课中学习机械化

    地学综合实验课的教学模式主要采用传统的“教师讲解演示+学生模仿练习”方法，在整个课堂教学内容的安排和教学活动的组织过程中，学生都是知识的被动接受者。生生、师生间的互动主要发生在教师布置、讲解后的实验操作过程中，交流过程就事论事，缺乏深度和广度。这种教学模式严重制约了学生的质疑、探究和创新能力的发展，也无法促进团队协作意识的形成。如何通过对现代信息技术教学手段的运用和课堂教学方式的改革，探索适应于新时代高等教育人才培养目标的实验教学模式，是高校实验教学需要攻克的重要难题之二。

    （三）课后运用拓展难

    地学综合实验课具有较强的生产应用性，对强化专业素养，提升学生分析问题和解决问题的能力，将来从事相关研究和生产实践具有重要意义。然而，由于实验内容涉及多种实验器材和化学试剂，实验准备任务重，时间紧。在传统教学内容设计中，多为验证性实验，缺乏基于自主探究的综合性实验内容设计，这不仅难以发挥学生的主观能动性和创造性，更无法滿足培养应用型创新人才的要求。如何在有限的课时内，有效实现课后知识点的拓展和运用，是高校实验教学需要攻克的重要难题之三。

    （四）课程评价单一

    传统授课模式下，课程评价主体只有教师，教师缺少时间和精力关注、跟踪学生的学习过程，只能按照实验结果与预设目标进行对比，评价其是否达成或达成程度，导致课程评价以结果性导向为主。学生难以根据课程评价及时诊断、调整自身的学习过程，反思、调整学习方法，教师则难以及时、全面地了解学生的共性问题，掌握学生真实的课程学习情况，并有针对性地改进教学方法，提高教学质量。如何将课程评价有效脱离静态目标，使其更加关注实践的动态过程，实现过程性与结果性评价相结合，并结合教师和学生双主体的特点，从基于时间的学习转向基于能力的学习，是高校实验教学需要攻克的重要难题之四。

    三、“微课+TBL”教学模式实施策略

    “微课+TBL”教学模式中，最关键的是模块性项目和子系统项目应以知识创新和促使学生综合运用知识解决实际问题为目标，以知识点覆盖度、系统性和复杂度对学生知识内化的深度开展顶层设计，并以此为基础，促进学生对学习成果进行分享、精细化处理、批判、解释以及评价。教学过程中学生之间的多向交流、师生之间的双向互动环境的设计，不仅能最大化地提升学生团队协作学习的效果，还能帮助学生提升对知识点的元认知能力，进一步提升实验学习过程中目标规划、团队分工、解决问题和技术运用水平，实现相关知识的强化、应用与创新教学目标。具体的“微课+TBL”教学流程如图1所示。

    四、“微课+TBL”的关键环节

    （一）基于TBL方法的微课教学资源重构

    教师在课前依据教学目标和TBL教学方法需要，将课程内容划分为基本目标和高级目标2个层次。其中，基本目标是通过自主探究和参与实验，把陈述性知识转化为操作性知识;高级目标则是通过实验学习，实现对学生的学习能力和思维情感等方面的全方位培养。为了使微课体系不仅包含核心技能点，还能使得基本目标和高级目标贯穿于整个学期的课程目标中，本课题组将地学综合实验中土壤分析实验和水质分析实验2个模块中较为独立的实验技能点整合为模块性项目、子系统项目，以土壤和水体的理化性质为研究对象，以不同的实验方法为载体，设计了微课体系。在此基础上，通过Adobe Captivatel软件制作融合了多个核心技能点的项目教学短视频，时长约为10～15分钟，视频中还插入了互动式练习题，可以用于提示学习和重点。

    （二）课前组建TBL学习团队并完成预习任务

    教师通过对学生进行问卷调查分析学生性别、大学相关已修课程成绩、大学学习目标等信息，根据“综合实力基本一致、性别比例得当、发展需求多样化”要求，将实验组学生分为4个小组，每组指定一名责任心强，具备较好组织协调能力的学生为组长。教师通过超星学习通平台提前一周发布实验任务，要求学生根据实验任务观看微课视频、自主查找相关资料，通过完成预实验报告，引导学生认识和理解该实验蕴含的核心知识点和关键技术步骤，并针对无法理解的知识点做好记录，提出个性问题。老师在超星学习通平台授予组长助教权限，组长负责组织本组同学在平台围绕实验问题开展主题讨论、分析解决个性问题，并将组内无法解决的共性问题清单提交给教师。教师可以通过查看各组学生的讨论情况和共性问题清单，从“教”和“学”两个角度了解、归纳实验教学内容中的难点，有针对性地优化教案，采用适合于实验组学生的课堂引导、分析和讲解的课堂教学方式。

    （三）课中TBL教学的实施

    为了使TBL基本目标和高级目标能在教学过程中得以顺利实现，教室将课堂活动分为2个阶段。第一阶段是完成培养学生的一般认知能力的基础目标。主要是围绕基础知识部分，教师在各组随机抽取一名同学汇报实验思路和实验方案，再组织学生围绕实验中存在的共性问题进行思考与交流，并指导学生解决质疑、突破难题，学生自主完成实验任务，并根据实验结果开展土壤、水体理化性状分析评价。第二阶段是完成培养学生高级认知能力的发展。教学环节主要是教师虚拟一个涵盖了主要实验知识点和实验方法，并且和教学视频中实验相类似的情境，向每个小组发放一份试卷，学生开展自主探索，组员共同讨论决定小组成员均认可的最佳答案，对试卷问题进行逻辑上的分析并积极构建解决该问题所需的知识体系。通过这两个阶段的教学实践，既梳理、巩固、整合了学生对教学视频学习中产生的问题的多重表征形式和解决方案，又通过师生间的互动帮助学生增强解决问题和自主探究意识及反思能力。在完成以上两个阶段之后，教师根据学生汇报情况、共性问题讨论情况及实验操作情况、小组的课堂测试情况进行总结，指出团队合作过程中存在的问题和值得肯定之处。最后，教师回顾相关知识点，促使学生更全面、更深入掌握教学内容，实现所学知识真正内化。

    （四）课程成绩评定与教学优化

    实验组课程成绩由组内学生互评（30%）和教师综合评价（70%）两部分构成，学生互评通过教师在课程结束后在各组内发放评价表获得，评价内容包括课前准备、团队贡献、任务完成评价三个方面。教师综合评价则由教师根据课堂表现和实验报告两个方面开展。教学任务完成后，教师调查、分析学生对于“微课+TBL”教学模式的主观看法，并通过与对照班的学习情况及课程成绩客观比较，分析“微课+TBL”教学方法在实施过程中的成果和问题，总结不足之处和注意事项，并于下一轮教学实践中不断改进微课教学资源与教学方案。

    五、“微课+TBL”教学方法实施效果评价

    为有效开展研究，选取了人文地理与城乡规划专业2016-2018级三届学生为教学研究对象，每年级均将1班设为A组对照组，2班设为B组实验组。经前期问卷调查，两组学习者均为理科生，具有一定的化学实验基础，前期已完成了相关理论课程的学习，学习起点基本一致。A组采用传统教学模式，即学生课前根据实验内容进行实验预习;课堂上教师讲解实验目的、原理、步骤及其注意事项;学生按照既定步骤完成实验内容并验证、分析实验结果，形成结论;教师总结实验过程中出现的问题;学生课后完成实验报告;教师根据课堂测试情况和实验报告对课程进行综合评分。B组采用“微课+TBL”教学模式。除教学方式和考核方式外，A、B组教师、实验内容和进度等其他情况均完全一致。

    因A组对照组和B组实验组的考核方式不同，本研究采用课程综合测评进行教学效果的客观评价，课程综合测评由A、B组全体学生的7次随堂测试成绩的均值×30%+7次实验报告评分的均值×30%+课程总成绩×40%构成，用SPSS 21.0软件进行统计，组间采用t检验。地学综合实验课综合评测结果显示，A组对照组（72.5±10.5）分，B组实验组（85.5±5.7），实验组显著高于对照组（ρ<0.05）。

    在地学综合实验课程教学结束后，还采用问卷调查法对A、B组的154名学生进行匿名问卷调查，了解学生对传统教学模式和“微课+TBL”教学模式的主观感受和整体看法，内容包括学习主动性、知识掌握程度、课程评价方式、综合素质提升等方面，调查问卷回收率及有效问卷率均为100%。80%以上B组实验组学生认为，“微课+TBL”教学模式能提高学习的主动性和创造性，对知识点的掌握程度得到有效提升，团队合作意识与个人综合素质得到明显增强，对学风和班风建设均具有积极意义。

    六、结束语

    应用型创新人才的培养既是创新型国家建设发展战略的要求，也是高等教育大众化阶段学生个体发展的需要。通过“微课+TBL”教学模式在地学综合实验课程中的教学实践改革，该模式可使得学生的创新能力和知识应用能力实现较大幅度提高，学生知识掌握程度，实验技能、创新思维、协作意识也随之增强，该方法可供其他技能训练和实践为主的学科教学参考借鉴。地方院校在创新人才培养的视阈中，除了积极围绕实践教学课程进行教学模式优化以外，还应围绕不同学科、不同专业构建不同类型、不同层次的创新人才培养体系，使应用型创新人才培养从实践走向实现。

    参考文献：

    [1]创新引领发展，科技赢得未来——学习《习近平关于科技创新论述摘编》[N].北京：人民日报，2016-2-18（9）.

    [2]教育部等部門关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见[Z].中华人民共和国教育部，2012-1-10.

    [3]高绣叶.从精英主义到大众主义：创新型人才培养的话语实践转向[J].当代教育科学，2019（10）：18-21.

    [4]朱晓敏，常海洋.后现代主义学习理论引领下的成人碎片化学习[J].成人教育，2018（1）：11-14.

    [5]Shieh D. Theses lectures are gone in 60 seconds[J]. The Chronicle of Higher Education，2009（26）：1-13.

    [6]Remington T L，Bleske B E， Bartholomew T， et al. Qualitative Analysis of Student Perceptions Comparing Team-based Learning and Traditional Lecture in a Pharmacotherapeutics Course[J]. American Journal of Pharmaceutical Education， 2017，81（3）：1-9.

    基金项目：湖南省普通高等学校教学改革研究项目“基于微课的地学综合实验教学模式设计与实践”（编号：2016251）

    作者简介：谭洁（1979-），女，汉族，湖南湘潭人，博士，副教授，研究方向：土地资源与环境信息技术。