高校混合式实验教学对学生学习成效与学习体验的影响＊——以“基础化学”课程为例

邢蓓蓓 刘 翠 赵玲玲 范利学

（1.江苏师范大学 化学与材料科学学院，江苏徐州 221116；2.江苏师范大学 教育科学学院，江苏徐州 221116；3.沙河市孔庄学区 西左村学校，河北沙河 054100）

引言

2018 年，教育部印发《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》，提出“推动课堂教学革命……积极引导学生自我管理、主动学习，激发求知欲望，提高学习效率，提升自主学习能力”[1]。这里的“课堂教学革命”不仅是多媒体教室环境下的教学改革，还涉及实验室环境下的教学改革。当前，高校实验教学仍采用传统的“预习报告—实验操作—实验报告”模式，即课前学生预习实验内容并提交预习报告；课中教师讲解实验原理和实验操作注意事项后，学生开始实验操作；课后学生提交实验报告，教师在实验报告上给出本节课程的分数。然而，这种模式已很难适应时代要求，存在学生实验积极性不高、课后自主复习困难、评价方式单一等突出问题[2][3][4]，导致学生实验学习成效不佳，影响了高素质专业化创新型人才的培养。

随着互联网、大数据、人工智能等技术的快速发展及其在高校教育教学中应用的不断推进，混合式实验教学改革引起了高校的广泛关注。国内已有学者从不同专业、不同角度对高校混合式实验教学进行了积极探索，如张少斌[5]依托慕课平台对线上线下混合式生物实验教学模式进行探索和实践，实现了学生实验知识、素质与能力的协同培养，并提高了实验课程考核的客观性和准确性；汪兵兵等[6]发现，通过云教学和翻转课堂理念对实验课堂进行重构，可有效提高学生的自我效能感和学习主动性；黄红梅等[7]设计了手机微信平台和仿真实验平台辅助实验教学的新模式，验证了新模式可以提高实验的学习效果；严霜等[8]解读了互联网信息技术与高校化学实验教学融合的意蕴，发现信息技术和实验教学的融合能有效提升学生实验学习的体验感和成就感。

不难发现，信息技术支持的高校实验教学改革已是大势所趋，且对于破解实验课程教学难题具有重要意义。然而，混合式实验教学模式对大学生的实验学习兴趣、学习动机、技能水平等学习成效与学习体验有何影响还有待进一步探究。基于此，本研究将构建高校混合式实验教学模式，并依托“基础化学”课程开展线上线下混合式实验教学实践，以探究混合式实验教学对学生学习成效与学习体验的影响。

一 高校混合式实验教学模式的构建

混合式实验教学从属于混合式教学，遵从混合式教学的一般流程和原则。余胜泉等[9]提出了网络环境下的混合式教学模式，包含建构性学习环境设计、课堂教学、在线教学和发展性教学评价等四个主要环节。在实践过程中，混合式教学的课堂教学和在线教学并非线性关系，而是相互交融的。基于此，本研究结合实验教学需求，参考网络环境下的混合式教学模式，构建了高校混合式实验教学模式，如图1 所示。

图1 高校混合式实验教学模式

混合式实验教学的开展，需以由物理实验空间和线上教学空间组成的学习环境为支撑。一般来说，物理实验空间是指专业实验室，而线上教学空间主要依托网络教学平台进行搭建。在高校混合式实验教学模式中，课堂教学、在线教学、教学评价的实施都以学习环境为支撑，具体的教学活动包括：①课堂教学部分，教师主要负责对学生的实验操作进行指导，针对学生在学习过程中遇到的疑难问题予以答疑解惑，并带领学生做实验总结；而学生的主要任务是实验操作和录制视频。②在线教学部分，课前教师依托网络教学平台上传实验学习资料，学生则利用这些资料进行课前预习；课后教师布置作业并进行线上批改，组织学生围绕实验话题展开线上讨论；学生则完成作业、参与讨论。③学习评价部分，教师主要使用评价量表对学生的实验操作进行评价打分，学生完成测试后根据教师的评价进行总结反思。

二 研究设计

学习成效是指学生经过某种学习在认知、情感、技能、行为等方面表现的结果[10]。学习成效的含义具有“语境性”，不同学习主体基于不同角度进行研究所得的“学习成效”含义不同[11]。借鉴王晶心等[10]对学习成效的概念界定，结合高校实验教学在培养学生操作技能、兴趣、动机等方面的目标要求，本研究将实验学习成效划分为学习兴趣、学习动机、技能水平三个维度。而实验学习体验特指学生在参加混合式实验教学过程中获得的主观感受。

1 研究对象

本研究以江苏省Z 大学2018 级小学教育专业乡村班的22 名本科生为实验对象（含8 名男生、14 名女生，平均年龄21.1 岁），所有学生均有线上学习理论课程的经历，但在实验课程中未体验过混合式教学模式。“基础化学”课程为专业必修课，为期3 个月，共计54 课时（含理论课程39 课时、实验课程15 课时）。“基础化学”课程的教学目的是让学生了解化学在生活中的科学价值和应用价值，掌握基础化学原理和基本技能，提高学生的科学素养，为其将来从事小学科学教学奠定基础。

2 研究方式

本研究采用调查问卷、化学实验视频评价量表和访谈的研究方式，探讨高校混合式实验教学对学生学习成效与学习体验的影响。

（1）调查问卷

本研究使用的调查问卷采用实名制，分为3 份子问卷：①“实验课程学习兴趣”调查问卷，共设有8 道题目，如“我喜欢学习这门课程”；②“实验课程学习动机”调查问卷，共设有5 道题目，如“我想在本课程中表现得比其他同学更好”；③“教学模式满意度”调查问卷，共设有7 道题目，如“我希望以后还有机会可以采用这种模式进行实验学习”。问卷调查采用里克特五点量表，针对问卷中每道题目的答案选项按照“非常同意”“同意”“不确定”“不同意”“非常不同意”分别取值5～1 分。

需要说明的是，“实验课程学习兴趣”调查问卷改编自Keller 等[12]的课程兴趣量表，改编后的Cronbach’s α值=0.946；“实验课程学习动机”调查问卷改编自Pintrich 等[13]的学习动机量表，改编后的Cronbach’s α值=0.947；“教学模式满意度”调查问卷改编自黄国祯等[14]的教学模式满意度量表，改编后的Cronbach’s α值=0.921。可见，本研究设计的调查问卷有较高的信度。

（2）化学实验视频评价量表

本研究参考刘翠等[15]制订的“化学教学视频评价量表”，结合“基础化学”课程实验教学的要求设计了化学实验视频评价量表，以评估学生的实验操作技能水平，具体如表1 所示。该量表包含10 项评价指标，分别是结构合理、时间控制、仪态仪表、口述表达、实验物品、操作规范、操作流畅、实验现象、实验环境与画面效果，每项指标均占10 分，总计100 分。

表1 化学实验视频评价量表

（3）访谈

本研究采用非标准化访谈的方式，根据提前设定好的访谈提纲随机选取7 名学生进行访谈。7 名受访者中有4 名男生、3 名女生，分别编号为S1～S7。访谈内容主要有实验课程学习的整体感受（学习过程和收获）、是否喜欢设置的实验主题、对新教学模式的接受度、实验课程的复习和反思情况、对本门课程的教学建议等。

3 研究过程

2021 年3 月～5 月，笔者所在的研究团队在江苏省Z 大学面向2018 级小学教育专业乡村班的22 名本科生开展了“基础化学”课程的混合式教学工作。线上学习依托“课堂派”学习平台开展，该平台可提供资源分享、作业在线批改、测试、成绩汇总分析以及在线讨论等功能。教师根据“基础化学”课程的相关内容，选取染色实验、蛋壳作画与蛋壳留痕、蔬菜中维生素C的测定、自制肥皂、胃舒平药片中化学成分的检验等五个实验作为教学主题，每个主题均依据高校混合式实验教学模式开展课前、课中、课后教学活动。

（1）课前活动：依托“课堂派”学习平台开展

①教师在“课堂派”学习平台发布实验预习资料，预习内容包括实验原理、实验步骤、实验注意事项、实验视频和图片、实验拓展知识等。同时，教师发布课前作业，引导学生通过查阅文献资料学习实验的相关知识，鼓励学生将自主学习所得通过实验设计或实验操作进行验证，允许学生自主创新。学生通过学习预习资料、查阅文献资料等方式熟悉实验内容，激发其创新意识和主观能动性。

②教师发布线上预习测试进行前测，学生参加线上测试。教师可通过“课堂派”学习平台的测试分析功能，了解学生的答题情况、得分情况和各题目的得分率，对学生的先前知识水平和预习情况进行评价。

（2）课中活动：在实验室线下开展

在线下的实验室，教师结合理论知识讲授实验课程，演示实验操作，根据课前线上预习测试中学生的答题情况、得分情况答疑解惑，根据各题目的得分率有选择地对失分较多的题目予以重点讲解，并对个别学生予以有针对性的指导。学生两人为一组，充分交流课前预习的知识，明确实验流程后开始实验，且两人交替进行实验操作并录制实验视频。

（3）课后活动：在“课堂派”学习平台开展

课后活动主要以互动形式展开，均在“课堂派”学习平台开展，具体包括：

①通过“课后作业”进行师生互动。教师在“课堂派”学习平台的“作业”模块布置线上作业，学生线上完成作业。之后，教师及时批改作业，对每位学生的作业进行评分，并在“老师评语”模块指出学生作业的完成情况，给予学生及时指导；此外，教师也可通过填写评语的形式给学生鼓励，增强学生学习的信心。教师批改完所有作业后，可以下载作业报表查看学生的整体作业成绩、提交时间和状态、作业相似度、作业字数、提交次数等信息，对于作业完成情况不理想的学生，教师可做“打回”处理，而学生完成作业修改后可再次提交作业。

②通过“话题”模块进行师生互动和生生互动。课后教师在“话题”模块发布话题，每组学生在评论区上传录制的实验视频、实验结果或作品图片。教师在线查看实验视频、实验结果或作品图片，在评论区针对实验操作过程中存在的问题给予学生一对一指导，以引导学生找出操作错误，认真分析实验中存在的问题并予以调整、改正。对于表现优秀的学生和有明显进步的学生，教师要及时表扬，给予充分肯定，以激发学生的学习动力。所有学生都可以观看其他同学的实验视频和作品图片，以对比、反思自己实验中的优缺点，并在评论区进行讨论、总结。

三 研究分析

本研究使用SPSS 18.0 软件对通过问卷调查获取的实验课程学习兴趣、实验课程学习动机、教学模式满意度三个方面的数据进行描述性统计和相关性分析；对通过“基础化学实验视频评价量表”获取的学生实验操作技能水平数据进行描述性统计分析，以调查学生的学习成效。本研究对通过非标准化访谈获取的访谈结果数据进行初步的质性分析，以调查学生的学习体验。

1 混合式实验教学对学习成效的影响

（1）混合式实验教学对学习兴趣和学习动机的影响

调查问卷通过网络发放，共发放22 份问卷，收回率100%，有效率100%。通过SPSS 22.0分析，得到学习兴趣、学习动机与满意度的描述性统计结果，如表2 所示。表2 显示，学生对混合式实验教学模式的整体满意度很高（教学模式满意度均值为4.4 分），其原因主要在于混合式实验教学对学生的学习兴趣和学习动机有积极影响。

表2 学习兴趣、学习动机与满意度的描述性统计结果（N=22）

①混合式实验教学显著提高了学生对实验课程的学习兴趣，这与黄红梅等[16]提出的基于信息技术助力实验教学改革对于提高学生学习兴趣有积极的促进作用此结论一致。表2 显示，学生对实验课程学习兴趣的均值为4.3 分，说明学生对混合式实验教学有较高的兴趣，主要有两个原因：一是混合式实验教学提供了丰富的实验教学资源，能够帮助学生进行有效预习。课前，教师可在线发布形式多样的学习资料，学生可随时随地进行线上学习。以染色实验为例，教师在课前上传洋葱染色实验资料包，引导学生通过查阅资料或文献，了解实验原理和实验目的。实验资料包中含有实验操作视频、图片和实验结果展示图，这些学习资料既可以指导学生进行操作，也能让学生对实验结果有所期待。此外，实验资料包中还提供了相关的实验拓展知识，如洋葱皮染色的小提示、关于其它植物染色的历史和做法等。内容丰富、形式多样的资料吸引着学生自主学习探究，增强了学生取得实验成功的信心，从而激发了学生深入学习的兴趣。二是混合式实验教学设计了有利于学生参与的学习活动。例如，染色实验中课前作业为线上观看扎染视频并自学扎染手法，在线下实验操作中学生可以自主选择扎染手法，这赋予了学生自主权，极大地激发了学生的学习兴趣。

②混合式实验教学显著提高了学生对实验课程的学习动机。学习动机是有效教学的关键因素之一[17]。表2 显示，学生对实验课程学习动机的均值为4.5 分，说明混合式实验教学能够增强学生的学习动机，进而促进有效教学的发生。Malone 等[18]认为学生的学习动机分为个人动机和人际动机，本研究就将从这两个方面进行分析：

在个人动机方面，本研究从好奇、控制、挑战三个维度来探讨。以自制肥皂实验为例，学生通过课前预习并结合自身的生活经验，对实验内容产生好奇，激发了自身的求知欲。在实验中，每两名学生为一个小组，各自承担不同的角色，同时协作完成实验目标，为争取小组“胜利”而努力。在实验过程中，教师提供动物油和植物油两种原料，学生可以自主选择原料，并用自选的树枝、花瓣等装饰物对产品进行美化，这体现了学生对学习的可控制性。教师为学生设置适当的教学目标，目标可完成但有一定难度，学生为制作出较好的肥皂产品而接受挑战。在实验过程中，部分对完成作品感到不满意的学生会主动利用课余时间到实验室重新制作。

在人际动机方面，本研究从与他人进行交互时的协作、竞争、认可三个维度来进行探讨。实验完成后，每组学生将实验视频、实验结果或作品图片上传至“课堂派”学习平台的“话题”模块，所有师生可以观看，也可以发表评论——这无形中使小组与小组之间产成了竞争，因为每组都希望自己的作品得到表扬和认可。学生会回看本组或其他组上传的视频，总结、反思、互相学习，从而激发持续的学习动力。

③在混合式实验教学中学习兴趣和学习动机之间存在强关联性。本研究对学生在实验课程中的学习兴趣、学习动机和教学模式满意度做了相关分析，结果显示：学生的实验课程学习兴趣与实验课程学习动机之间高度正相关（r=0.623，p=0.002＜0.01），学生的实验课程学习兴趣与教学模式满意度之间高度正相关（r=0.848，p＜0.001），学生的实验课程学习动机与教学模式满意度之间高度正相关（r=0.832，p＜0.001）。由此可见，学习兴趣、学习动机和模式满意度三者之间存在正相关关系。

学生对化学实验的学习兴趣与学习动机之间存在强正向相关关系，这与李鹏等[19]和Krapp[20]的研究结果一致。学生的学习兴趣高，便会提高学习过程的参与度，也就更容易激发其内在学习动机。而学习兴趣、学习动机与模式满意度存在强正向相关关系，这说明在混合式实验教学过程中，学生的学习兴趣、学习动机大多保持在较高水平，而这种高兴趣和高动机又会积极作用于学生对教学模式的满意度。

④混合式实验教学中存在一定的性别差异。本研究对不同性别学生的学习兴趣、学习动机与模式满意度得分进行了统计分析（结果如表3 所示），发现：在混合式实验教学中，男生和女生在学习兴趣、学习动机、模式满意度上的差异并不显著，但男生略高于女生。有研究证明，男生的内在动机显著高于女生[21]，这表明男生更喜欢富有挑战性的活动，倾向于解决复杂的问题，并能从中体验到乐趣。从访谈数据来看，男生不喜欢“照方抓药”的实验教学模式，他们认为实验本身存在不可控性，实验的目的并不是单纯地验证理论知识，还有对未知的发现和解释、创造、应用，这无形中激起了男生挑战和探究的欲望；同时，男生认为在实验课程学习的过程中，需要不断地尝试以确定最佳的实验操作方式，这样自己的探索就会更有收获。混合式实验教学设置了多样化的课前预习活动，以激发学生的好奇心和挑战欲望；课程学习过程中支持学生自主创新，引导学生提出并解决问题，而实验结果的不确定性亦能引发学生探究的热情。在这种混合式实验教学模式下，男生往往会比女生表现出更强的学习兴趣和学习动机。

表3 不同性别学生的学习兴趣、学习动机与模式满意度得分统计

（2）混合式实验教学对学生实验操作技能的影响

①混合式实验教学提高了学生的实验操作技能。教师观看学生拍摄的实验视频，并运用“化学实验视频评价量表”对学生的技能水平进行评分，结果显示：学生整体的实验技能水平得分为446 分（每个实验100 分，共5 个实验，满分500 分），说明学生对化学实验操作技能的掌握情况整体良好。相对于传统实验教学，混合式实验教学更有利于提高学生的实验操作技能，主要原因在于高校混合式实验教学模式能帮助学生进行高质量的课前预习和有效的课后互动反思。学生在课前通过观看实验视频初步了解实验流程和操作要点，课中通过观摩教师的操作演示进一步强化操作规范，并在教师的指导下进行操作练习。按照教师的要求，每组学生需拍摄实验操作视频并将其上传至“课堂派”学习平台的“话题”模块，全体师生可以观看、评论，所以在实验过程中每位学生更注重自己的操作规范，这对于提升学生的实验操作技能有积极的促进作用。从学生访谈结果和“话题”模块的相关评论不难发现：学生在课后观看其他小组的实验视频时，会对自己的整个实验操作进行总结反思，在这个过程中更容易发现自己操作中的不足，并加深对规范操作的理解和记忆，这也是学生操作技能得以提高的主要原因之一。

②男生、女生在实验操作技能上略有差异。经计算，男生和女生的技能平均得分分别为438.25、449.71，不存在显著差异，但男生得分略低于女生。究其原因，可能在于技能得分与男生、女生的性格差异存在一定联系。观看实验视频可以发现：在实验操作方面，女生比男生更为细致，操作规范性和流畅度较高，如自觉用镊子和药匙取用药品、正确使用量筒、熟练掌握过滤操作要领等，这与卢敏南等[22]的研究结果一致；在实验作品品质方面，女生的实验作品如染色实验的扎染布、蛋壳画、自制肥皂等在细节的处理和美观度上明显优于男生，且女生的作品也比男生更有创意；在口述表达方面，女生能正确使用化学用语，并准确、全面地描述实验全过程，如在口述过程中女生能正确说出实验仪器或实验操作的名称，可见女生在语言表达方面表现出明显的优势[23]。此外，女生能及时整理、合理摆放所用仪器和药品，实验环境较优。

2 混合式实验教学对学生学习体验的影响

本研究随机访谈了7 名学生（按S1～S7 进行编号），受访学生均全程参与了“基础化学”课程学习。访谈采取面对面交谈的形式，访谈时长约为每人10 分钟，并经受访者同意对访谈内容全程录音后转化成文字。之后，研究人员根据访谈题目对访谈的录音文本进行了整理分析。

访谈结果显示，高校混合式实验教学模式让学生获得了良好的学习体验：①学生对于实验课整体感觉很有趣、有收获，如S3 提到“喜欢，有收获，可以激发对科学的兴趣”；S6 认为“收获了快乐，其次才是知识”。②多数学生想获得教师、同学的关注和评价，如S2 表示“会回看两三遍（实验视频），可以修正操作错误，回顾整个实验流程”；S3 表示“视频会回放，还把视频上传到了抖音和空间”。③混合式实验教学给了学生更多自主探索和创新的机会，如S1 提到要“通过不断尝试确定最佳方法”，S2 表示“自己探索更有趣”。④混合式实验教学让学习变得更加便捷，如S3 认为“线上提交作业和视频更方便，可以有人观看评论”；S5 认为“通过‘课堂派’学习平台，预习、互动、互评等任务变得更容易完成”。

长期以来，人们认为知识的学习即做到记住、理解、可运用，这样便是掌握了知识。而体验是将显性知识内化为隐性知识的重要途径[24]，学习体验对学习成效有直接影响。学习体验的发生，依赖于历构层、预构层、临构层的相互作用与有机统一[25]：①历构层以学生已有的知识经验为基础，引导学生发现自己与知识之间的联系，使教学目标转化为学习期望。混合式实验教学从选择实验主题到准备实验预习资料都是基于学生的知识经验和生活情境，目的是激发学生的学习兴趣、活化新知识、引导学生领悟知识的内在意蕴。②预构层是对学生学习目标的预先构想，以及对完成目标之方法和过程的设想。在混合式实验教学中，教师通过上传课前预习资料并发布课前作业，使学生全面了解实验过程，事先进行个性化的实验设计；同时，教师通过图片、视频等形式向学生展示理想中的实验结果或作品，使学生内心树立目标和实验成功的信心。③临构层在课中实验学习过程中产生，这是产生学习体验的重要途径。在实验学习过程中，新知识与原有知识不断发生连接、碰撞，重构学生的知识结构，完成内化建构；同时，学生将新的知识结构运用于实验学习中，完成外化建构。通过自主构建活动，学生可以体会到抽象知识的具体化、普通知识的特殊化，深刻领悟知识内涵，体验生命成长意义。

四 结论与建议

1 研究结论

融合线下教学与线上教学优势的混合式实验教学，代表了高校实验教学改革的重要方向。本研究以“基础化学”课程为例，利用“课堂派”学习平台开展了混合式实验教学实践，所得结论主要如下：

①混合式实验教学通过供给丰富的实验教学资源、便捷多样的学习活动，可以提高学生实验学习的参与度，进而整体提升学生的学习兴趣、学习动机和实验操作技能；

②男生和女生在学习兴趣、学习动机、操作技能提升方面不存在显著差异，但男生对实验的学习兴趣和学习动机略高于女生、女生在操作技能得分上略优于男生，这些差异主要是由于男生、女生对挑战性任务的兴趣度和实验操作的细致度不同所导致；

③混合式实验教学通过吸引学生更多的关注、赋予学生更多的自主探索机会以及让学生的学习变得更加便捷，为其带来了更佳的学习体验，而积极的学习体验又会正向促进学习成效。

2 未来开展混合式实验教学的建议

高校混合式实验教学模式的提出，有利于促进我国高校实验教学改革。为在未来更好地开展混合式实验教学，本研究提出以下建议：

①积极推广高校混合式实验教学模式，将传统的“预习报告—实验操作—实验报告”之单一、固化的教学模式转变为融合线上线下优势的混合式实验教学模式，以有效提升学生的实验学习兴趣、学习动机和实验操作技能；

②关注混合式实验教学中的性别差异，根据男生、女生的性别特点，提供差异化的学习资源、活动设计等，让每位学生都能深度参与实验学习过程；

③关注实验教学过程中学生的学习体验，从历构层、预构层、临构层三个层面系统地设计混合式实验教学的课前活动、期望目标、学习资源、评价方案等，优化实验课程的学习体验。

虽然本研究验证了基于“课堂派”学习平台的高校混合式实验教学模式对学生的学习成效和学习体验有积极影响，但本研究也存在一些不足，如未设置对照班，故无法与传统教学模式的学习效果和学习体验进行比较；实验周期较短，因此混合式实验教学的长期效果有待进一步验证等。基于此，后续研究可扩大样本范围，延长实验周期，开展跟踪对比实验，以不断完善高校混合式实验教学模式，进而提升学习成效、优化学习体验。