基于混合式教学手段构建的研究型教学模式研究

摘  要：为解决我国高等教育与国家对创新人才需求之间的差距和存在的问题，积极探索建设创新人才培养的模式和开展创新性本科人才培养改革实践。该文采用当代认知心理学的研究成果将知识点划分为陈述性知识、程序性知识和策略性知识三类，提出充分挖掘和利用讲授知识点中蕴含的科学思维和研究方法，以此作为教学情景设计的依据创建实际教学情景，根据知识点类型和特点选择并实现线上和课堂教学的有机融合，从而驱动知识点传授的教学过程。按照视频资源、多媒体互动课件、虚拟仿真教学软件等形式搭建教学资源的网络平台，保障基于知识驱动的混合式教学手段实施研究型教学活动所需的物质资源。构建教学过程中对学生的动态评价体系和方法，引入PDCA循环管理理论形成自我修复和完善的以培养学习和探索知识的兴趣、激发学生学习的主动性、训练其科学思维和创新能力、养成以科学研究的精神和科学态度为目的，完成高层次、复合型、多样化的高素质创新型人才的培养目标的研究型教学模式。

关键词：混合式教学；研究型教学模式；知识点；教学资源；虚拟仿真

中图分类号：G640        文献标志码：A          文章编号：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

基金项目：中国高等教育学会理科教育专业委员会“利用混合式教学构建研究型教学模式”（21ZSLKJYYB15）；兰州大学教学研究项目“《大气化学》教学改革示范课程以及《大气化学》课程思政案例库及教学指南”（无编号）

第一作者简介：陈强（1969-），男，汉族，甘肃榆中人，博士，教授，博士研究生导师。研究方向为大气化学、环境化学。

在全球化背景下，中国特色社会主义建设急需一批面向未来的探索者、规划者和行动者，党的二十大报告更加突出了教育的基础性和战略性支撑地位，强调要重视培养“破界”思维能力，鼓励学生关注本质、打破局限，开展更有价值和战略性的创新，培养具有战略科学家潜质的杰出人才。面对我国高等教育与国家需求之间的差距和存在的问题，积极探索建设创新人才培养的模式和开展创新性本科人才培养改革实践是十分必要的[1]，课程教学改革又是本科人才培养改革的关键环节。

随着科学技术的不断发展和不同领域深入探究的需求，教育学领域和其他领域的专家一直在研究和探索适合创新人才培养的教学模式[1]。自18世纪提出研究型教学的概念之后，20世纪杜威、施瓦布等人积极倡导和推动，在国外得到了广泛应用[2-3]。1998年美国博耶研究型大学本科教育委员会推动了研究型教学在美国本科教学中的研究和应用[4]。21世纪，研究型教学被引入我国高等学校的教学，受到我国教育界学者的重视[5-6]。由于研究型教学遵循了人类认知规律和当代教育发展的一般规律，成为近年高等教育理论研究关注和实践的一个热点教学模式[7]。大气化学是大气科学的专业基础课程，属于大气科学、化学和环境科学的学科的交叉学科，其知识点中蕴含着丰富的、来自不同学科的科学思维，形成其独特的知识体系和研究方法。如何在大气化学教学过程中，将人类从化学角度对大气及其运动规律的系统化认识和理论化总结的基础知识高效地传授给学生，亟待解决重知识传授而轻科学思维和能力培养的状况，以及课堂教学中学生创新能力培养与教学时数之间的矛盾。因此，教学中有效地实现在大气化学知识传授的过程中培养学生的科学思维、创新能力和良好的人文素养，是大气化学教学的重要目标和任务，也是课程建设与教学改革中面临的一个重要研究课题。

本文以大气化学课程教学为例，研究充分利用信息技术创建以网络为主的线上教学和面对面课堂教学有机融合的混合式学习环境，构建基于知识点驱动的研究型教学模式，为大气化学课程教学提供丰富、灵活的教学设计方法和空间，落实以学生为中心的课程教学，培养学生科学思维和创新能力，实现创新人才培养目标。

一  研究型教学与研究型教学模式

研究型教学经历不同理论的发展阶段，形成了多元化的适应不同学科的教学模式[7]。由于使用者对研究型教学的认知局限及受各种因素的影响，其在我国的实施存在诸多的问题[6]。如有学者认为研究型教学的本质是必须利用实验研究的方法获得科学知识，将科学研究与教学作为独立的方法加以使用，以学生研究的成果作为评价研究型教学效果的标准。按照这个观点对研究型教学基础设施的要求很高，难以推广和应用。知识是人们在改造世界的实践活动中所获得的认识和经验的总和[8]。科学的知识是人类认知物质世界的过程中，主观意识与客观事物之间的相互作用，并对有意义的认识成果进行系统、较完备地总结。刘冰等[9]通过对科学知识及科学研究本质的分析，认为促进学生对科学本质的理解是研究型教学的重要目标，这就从根本上回答了目前研究型教学存在的问题。从认知的角度来看，科学研究和学习本质相同，都是认知自然现象并揭示其规律，获取科学知识；但科学研究和学习两个主体获取知识的目的和视角不同。从学习者个体的视角来看，学习是获得人类已知，但学习者个体未知的知识；研究是从人类总体的视角来看，获取解决人类未知问题的知识。研究型教学的实质是学习者运用科学研思维和研究方法，通过各种形式发现和学习“已知与未知”的知识，其本质与科学研究一致。科学发展史充分说明，正确的科学思维和研究方法在认识和改造世界中具有重要意义。因此，笔者认为研究型教学是充分挖掘和利用讲授知识点中蕴含的科学思维和研究方法，并以此驱动知识点传授的教学过程，以培养学习和探索知识的兴趣、激发学生学习的主动性、训练学生的科学思维和创新能力、养成科学研究的精神和科学态度为目的，实现学习和实践的有机融合，完成高层次、复合型、多样化的高素质创新型人才的培养目标[10]。

基于研究型教学的核心思想，利用科学知识所蕴含的科学思维指导学生以发现问题、分析问题和解决问题的基本步骤认识和发现“已知与未知”的知识，并明确教师在研究型教学中的教授和学生学习两个方面各自的任务和目标，构建了大气化学的研究型教学模式框架（图1），实现培养学生科学思维、创新能力和人文素养的目的。

研究型教学以课程需要讲授的典型知识点为基础创设计还原到现象的实际教学情景，指导学生发现和准确描述实际教学情境中的问题；引导学生从多角度分析问题，通过讲解典型知识点中所蕴含的科学思维和研究方法，充分调动学生利用已经掌握的知识解决自己遇到的问题，进一步总结和凝练在解决问题过程所涉及的未知知识。教学过程充分发挥团队交流与合作，以学习和研究报告的书写与论文发表等手段提升学生对知识的理解、应用及表达能力。相比于传统的教学模式，研究型教学模式使学生将已经掌握的知识通过认知结构的迁移更容易掌握新的知识，有效地培养学生自主学习、创新与创造的能力。

研究型教学模式成功实施的关键在于设计符合学科知识点中蕴含的科学思维和研究方法的实际教学情景，搭建教学资源的网络平台，构建教学过程中对学生的动态评价体系和方法，持续提升教师的学术水平，改进教学案例。

二  基于知识点驱动的混合式教学手段实施研究型教学活动

知识点是教学活动过程中传递教学信息的基本单元，包括理论、原理、概念、定义和结论等。国内外学者从知识的本质属性、衍生属性和开放发展属性等方面来揭示其本质，我国学者王维国[11]认为知识的本质就是人的认识本质。从教育教学的需求出发，采用当代认知心理学的研究成果把知识划分为陈述性知识、程序性知识和策略性知识三类[12-13]是比较符合研究型教学的开展。陈述性知识是指描述客观事实、现象及判别事物属性的知识，如自由基、细颗粒物、化学反应类型等专业术语。陈述性知识的逻辑性差、知识点之间关联弱，“记忆”是达到陈述性知识教学目标最佳途径。程序性知识是借助某种作业形式而间接推测其存在的动态知识，是由陈述性知识经过编辑转化而来的，如颗粒物源解析模型、稳态近似和平衡假设等关于技能和方法的知识。策略性知识是指关于学习、思维和解决问题的一般性计策与谋略的知识[14]，其处于个体知识结构的最高层次，如对流层臭氧的形成机理、平流层臭氧的消耗机制等。策略性知识对陈述性和程序性知识的学习过程显现的思维活动起导向、监视和调控的作用，提高学生解决问题的能力。从知识的整体性、系统性角度出发，梳理大气化学教学需要完成的基础知识及其属性，见表1。