高校实验教学线上资源的有效利用研究

张宏勋，杨 君，谢玲玲，万东锦，王亚利

(河南工业大学 环境工程学院，河南 郑州 450001)

建设在线教育资源库，实现信息技术与高等教育的深度融合，是高等教育领域贯彻落实教育规划纲要的一项重要举措.近年来，高校实验课程越来越多地引入线上教育资源，2020年春季学期的新冠肺炎疫情更加快了在线教育模式的普及速度.教学录像、微视频、交互式电子书、习题库、实验慕课等在线学习资源极大地延展了实验“课堂”的时间与空间，拓展了课程的广度与深度.形式多样的线上学习资源使得个性化的学习成为可能，更易于被当代大学生所接受，成为高校实验教学的重要辅助工具.

然而，信息的投放并不等同于知识的接收.在教学实践中，线上学习资源的高效利用成为难题[1].资源形式和内容缺乏吸引力、学生主观能动性不强、教师督导和引领能力不足等现实问题，导致线上资源的学习效果不尽如人意[2-3].在线学习对传统实验教学的教育模式、学习方式、教学管理带来全方位的冲击，如何迎接这一前所未有的变革，是高校教师必须面对的新课题.有鉴于此，本文尝试通过调查访谈，探寻影响线上资源有效利用的主要因素，提出应对思路并付诸实施，最终通过改革前后线上资源利用情况的对比，检验本文所提关键举措的科学性.

1 高校实验教学线上资源利用现状调查

为深入了解高校实验课程线上学习资源的实际利用情况，我们以郑州大学、河南工业大学、中原工学院的实验课为调查对象，对教师上传至超星学习通、雨课堂、云班课、对分易、钉钉的在线学习资源进行了使用状况调查，所涉及课程包括环境工程原理实验、化工原理实验、材料力学实验、机械设计实验、现代企业决策与仿真.调查对象包括本科生、研究生，共计735人；回收有效问卷693份.问卷整体的α系数为0.907，表明问卷信度较好，维度设置合理，数据呈正态分布，符合可接受的数值要求.

1.1 在线资源库的主要模块和内容构成

调查发现，教师上传至学习通等智慧教学平台的线上学习资源内容丰富，涵盖了电子教案、微视频、章节同步练习等基本资源，以及专家报告、实验数据研讨、国际国内测量标准等拓展资源，实现了对课程知识体系的碎片化整合，其内容模块如图1所示.

具体来看，线上资源的常见内容模块包括七个方面：一是电子文档，包括课程PPT讲义、实验图片、优秀实验报告、常见共性问题的答案、企业案例资料等；二是教师原创的视频资源，如有关实验原理、实验操作或实验现象的知识点讲解短视频；三是习题库，包括教师发布的测验、作业、考试、讨论题等；四是慕课资源，主要来自中国大学MOOC、学堂在线、超星泛雅、爱课程等平台；五是网页链接，包括教师推送的企业真实案例、人物传记等相关资讯，以及科学文库等网址；六是线上虚拟实验预演，主要通过ActiveX技术将三维CAD软件内嵌在网页中，从而以虚拟仿真方式把实验器材搬上网络；七是研究性项目选题库，一般是由实验中心组织教师编写的设计性、研究性实验项目资源库，为每个实验项目提供大概的研究方向，根据研究难度设定为基础、进阶、选做等不同等级，鼓励学有余力者开展自主学习.

图1 线上资源库主要内容模块

1.2 问卷调查及结果分析

我们对学生使用线上资源的频率、时长、满意度等信息进行了统计分析，主要有以下发现：

第一，学生在课余时间高频访问网站.在线学习缩短了学生与课程资源之间的距离，深受学生群体欢迎.利用线上资源进行自主学习者越来越多.以某高校材料力学实验云班课为例，2020年9月7日至2020年11月6日，云班课访问量达865次，生均登录34.6次，双休日、节假日共计登录204次，超过50%的登录发生在每日的18时后，生均每周在线学习时间为3.84小时，表明在线资源确实促进了课余时间的自主学习.

第二，学生的主观体验满意度高.问卷结果显示，学生对线上资源总体很满意和较为满意的人数占比为88%.学生普遍认为，线上资源丰富、有益，平台操作简便，响应速度快，功能齐全，能较好地接受和适应在线学习方式，对资源内容的理解度高.

第三，学习效果两极分化.从调查结果来看，线上资源的学习效果存在两极分化现象.有8%的学生表示通过学习线上资源显著提升了自身的实验相关能力，有64%的学生对于线上资源能否改善学习效果持模棱两可的态度，另有28%的学生认为线上资源在改善学习效果方面收效甚微.

如此看来，教师精心设计的线上学习资源，或许仅能改善少数优秀学生的学习效果，而对于大多数自控能力、理解能力、探索能力一般的学生而言，丰富的在线学习资源只是提供了更多的可选择路径，但真正通过这些新颖路径达成更高学习目标的人却相对较少.

我们不禁要问，为什么这些有价值的线上资源难以充分体现其价值？学生愉悦的学习体验，为什么无法转化成实实在在的知识收获？ 秘密可能就隐藏在难以充分激发的学习动机方面.通过数据统计发现，超过半数的学生在学习线上资源时缺乏自我规划能力和持久的学习兴趣.

以一门28学时的环境工程原理实验课为例，课程期间教师共发布了3次学情通报，督促学生加快进度.但从表1可知，有39.3%的学生在最后2天突击完成了教师指定必学的线上学习资源学习任务，并且最终仍有约6.1%的学生没能完成基本资源模块的学习.进一步的调查表明，尽管绝大多数学生认为线上资源对于课程学习有一定帮助，但相对于进行课前预习的学生比例而言，在课后认真复习、查阅参考资料、主动思考探索的学生比例大幅降低(见表2).这表明学生中存在着明显的两极分化现象：90.09%的学生借助线上资源完成课前预习，达到第一层次的学习目标；36.4%的学生能在课后进行一定程度的复习回顾，巩固学习效果，达到第二层次的学习目标；只有12.1%的学生能够结合线上资源探究数据偏差，思考不同实验路径下的可能结果，达到第三层次的学习目标.

表1 线上资源学习进度

表2 线上资源学习参与深度

综上可见，学生已逐渐接受了在线学习方式，对线上资源的内容体系也相当认可，但受学习动机所限，线上资源还不能普遍惠及所有学生.实际上，仅有少数自主性好的优等生，能够最大化地使用空中课堂进行拓展学习.可见，即便有最好的在线资源、最用心的平台设计，如果在线学习不能真正激发学生内心深处的动机和兴趣，如果学生不能转变角色，从为了考试、为了学分而学的无奈“旁观者”，变成乐在其中的主动学习者，则在线学习资源仍将不过是一种经过信息化包装的、换汤不换药的特殊“线下资源”，其价值的充分实现也将是空谈.

2 影响线上资源有效利用的因素分析

2.1 学生的主观能动性未被充分激发

线上资源是一些被放置在实验课堂之外的知识.在线学习是一个主动寻求知识的过程.主观能动性激励并影响着学生在线学习的能力、效率和质量.只有充分激发和维持学习兴趣，使学生出现从“要我学”向“我要学”的主观转变，他们才能深入思考需要重点掌握的知识与技能，自主规划学习进度.但现实情况是，多数学生只是为了通过考试、拿到学分，在缺乏课堂纪律约束的在线学习过程中，采取刷课、挂视频、拷贝作业的方式完成学习任务就在所难免[4-5].可见，学习动力不足是阻碍线上资源有效利用的一道难关.

2.2 线上资源本身的吸引力不足

目前，线上资源的内容和形式存在一些问题，导致吸引力不足：一是教师录制视频时，不注意言简意赅和抑扬顿挫，授课内容显得空泛，不能持续吸引学生的注意力.二是教师制作PPT时，不注重使用动图、音频、视频等形象化素材.三是线上资源缺乏互动设计，长篇大论的说教难以激活学习者的思维.四是线上资源不能让学生感受到类似现场教学的教师气场，无法调动学生的积极性.

2.3 对在线学习的督学、考核面临现实困难

目前，教师主要依据两类学情信息了解线上资源的学习情况：一是登录次数、观看视频时长、下载文档数量等，此类数据能反映学习者的时间投入，但难以监测学习质量；二是在讨论区的发言质量、在线测试成绩等，此类数据能在一定程度上反映学习者的延伸思考和学习成效，但缺点是在线发言容易拷贝复制、在线测试难以监控作弊.

2.4 教师角色转变滞后

部分教师存在认识误区，认为在线教育就是把线下教学内容“搬”到线上，借助网络传播完成传统教学任务.根据这种“搬家论”，课堂点名变成了线上打卡，教师面授变成了电子阅读，满堂灌模式也从“人灌”转向“机灌”[6].教师仅满足于了解学生实验结果数据是否正确等表面现象，而不关注学生实验技能的掌握与否、熟练程度及应用能力等深层次信息，从而不能构建起真正以学生为中心的教育生态，制约了线上学习资源的有效利用.

总之，优质的学习资源并不必然导致富有成效的学习.线上资源必须与学习者的心理诉求、兴趣动机等特征相匹配，必须与教学内容、教学目标和督学方式密切关联，才能够有效促进深度学习.

3 促进线上资源有效利用的思路与举措

3.1 总体改进思路

以学生为中心的新型教学模式，要求教师把学习动机、学习效果、学生发展作为构建在线资源库的出发点和落脚点，以培养实验兴趣、科学思维、科研素养作为核心任务，这样才能真正建好线上资源库.

在线上资源的内容设计方面，要坚持科学性与趣味性并重.不仅要包括实验原理等专业基础知识，也要引导学生关注实验结果误差，让学生切实感受到实验课程的严谨性，同时还要注意增强实验项目的趣味性，避免乏味的说教.例如，在声速测量实验中让学生直接看到声波的波节和波腹，在碰撞恢复系数实验中让学生“听”出碰撞恢复系数的大小.

在激发学习动机方面，要组合运用外在与内在激励手段.把在线学习足迹换算为学分和平时成绩，确实能够在某种程度上提升学习动力.但真正能使学生产生持久、旺盛学习动力的，是学到新技能、克服难题以及得到教师认可所产生的成就感、满足感、幸福感等内在激励[7].“知之者不如好之者，好之者不如乐知者”，兴趣才是人类探索未知的原始动力.以兴趣的培养为切入点，用不断进阶的闯关式学习路径激发学生的挑战欲，再辅以教师循循善诱的积极反馈，将使线上学习收获到理想的成效.

在教师督学方面，要实现硬约束与软约束的结合.采取签到、打卡、在线测试等方法建立硬约束机制，固然可以达到培养学习习惯的目的，但这种硬约束机制容易产生对立情绪.教师可通过自身的率先垂范，通过营造积极进取的环境氛围，通过强大的人格魅力，用充满正能量的方式构建起一种无形的软约束，使学生不由自主地受到鼓舞，接受指引，满怀期待地走上教师为他们设定的学习路径.

3.2 资源内容有益

在线资源库应涵盖广泛，结构合理.一是在线资源应发挥线上优势，配合好线下课堂教学.预先提供实验操作演示和实验理论讲解，使学生在进入实验室前做到心中有数.将一些不便当场演示的操作步骤(如制备实验样品过程中耗时较长的预抽真空环节)，一些难以现场呈现的实验细节(如将复杂零部件以任意角度和位置进行剖切)，一些危险系数较高的实验内容(如高压灭菌、大型生物发酵)等置于线上，从而实现对线下课程的有力补充.二是建立由课程导航、基本理论、基础性实验、综合性实验、思想实验、研究性实验、虚拟仿真实验等构成的完整在线资源体系.三是按照学习阶段和难度对线上资源进行归类入库.可划分为认知型资源、应用型资源、创新型资源这三类，以便引导不同层次的学生进行力所能及的拓展阅读和实践探索.四是对线上资源进行统筹整合.可将多种实验、仪器、方法的相关理论通过网络空间进行统筹整合，可推动校际联合、校企联合，从而打破资源孤岛、构建学习“地图”，促进不同实验课程的资源共建与共享.

3.3 形式设计有心

教师应想方设法提高线上资源的吸引力.一是对碎片化知识点的分割与链接.学生保持高度注意力的时间比较有限，因此要在模块化的基础上编制课程“脚本”[8].每段微课视频的时长一般为4—8分钟，彼此相对独立.需要注意的是，尽管知识点碎片化需要对实验原理进行“断章取义”，但被分割出来的知识元素，在独立成章时一定要留有“入口”和“出口”，使学生在观看时清楚它在实验原理这条主链中的位置和作用.以机械设计课的带传动实验为例，知识点碎片化处理后的微课内容目录如表3所示.

表3 带传动实验微课视频目录

二是设置循序渐进的闯关式学习路径.为使学习进程具有挑战性，可将各个学习单元中的任务点设置成闯关模式.只有完成了初级任务模块的学习者，才有资格打开下一任务点.即便在同一任务点内部，也可将一段微视频分为不同小节，在小节之间嵌入自动弹出的思考题.还可在一些特定的生产和工艺操作实验中，人为地设置“故障”，学生只有设法排除“故障”后，才能进阶到下一学习阶段.闯关模式将单向讲授转变成包含学习观看、反馈检验的双向交流，通过任务难度的层层递进，引导学生逐渐地从浅层学习转变为深入思考.学习者也能体验到闯关成功的成就感，激发出持久学习的动机.

三是用交互式设计技巧增强趣味性.提倡教师多上传学生喜闻乐见的动画、录像、现场采访等学习资源，多引用案例性、启发性素材，多启动“在线投票”“弹幕评论”功能，多开展“抢答”“头脑风暴”“作品互评”等互动活动，多设计全景式、立体动态的仿真实验室环境.教师可让学生扮演设备操作工、生产班组长、车间主任等不同的岗位角色，让学习者随机组成战队，开展组间竞赛，激发竞争意识，使线上学习不枯燥.

3.4 督学方式有效

教师须对线上资源学习进行及时追踪和适当形式的考核.一是利用信息技术手段做好线上督学.教师应关注平台定期推送的实验出错率、实验熟练度、项目实施难易度、实验过程中的共性问题等教学反馈信息，有针对性地开展线上督学.教师可借助人脸识别、随机生成试卷等功能防范作弊，开展线上查重以杜绝拷贝作业、抄袭论文等不诚信行为.

二是转变考核理念，构建个性化考核机制.不仅记录和关注课件浏览、观看视频、线上签到等学习足迹，也关注发言质量、实验报告质量等体现能力水平的考核方式(见表4).为避免机械化地照搬照抄教材，不同组别的实验内容可以有不同的实验样品和作业要求，如侧重实验效果的项目可要求提交照片、视频资料，侧重探寻规律的项目要求增加实验报告中文字分析的比重.

表4 现代企业决策与仿真线上资源学习积分说明

3.5 教师引领有方

教师应深入了解学生的心理需求，引领学生开展研究性学习.一是要启发创新思维.在组织开展设计型、研究型实验时，教师应避免平铺直叙，可以先明确实验思想，再描述实验仪器和条件，采取设问、推理的方式，循循善诱地帮助学生自主提出实验设计思路(见图2).

二是教师要注重以自身的人格魅力感召学生.教师须首先树立起终身学习理念，使用教师“气场”传递进取有为、力争上游的正能量心态，营造学习型实验室的活跃学术氛围，使学生受到感召，愿意追随教师的步伐，走上不断汲取新知的道路.

三是要营造“竞争中有合作，合作中讲竞争”的良好学习氛围.恰当的竞争机制可激发学习者的好胜心.教师可对学生的学习积分进行量化排名，不定期以学习达人、讨论达人、活跃达人、粉丝达人的形式予以公布.当然，为避免一些学习者产生挫败感，教师还应积极创建合作式在线学习社群，发布协作性学习任务，使学习过程既充满竞争与活力，又不失友好与温暖.

图2 基于线上资源的研究性实验教学机理

3.6 平台支撑有力

硬件系统特别是服务器及共享存储的升级扩容，将为线上资源学习提供响应速度快、稳定性好和可靠性高的硬件环境，持续优化师生的使用体验[9-10].应尽快建立功能齐备的教学资源中心，打造集资源整理、使用和共享功能于一体的在线平台，设置便捷的学习导航和课程、资源界面，添加在线沟通工具，支持各种类型电子资源的上传入库，支持优质资源的统筹整合和广泛共享，支持教师以学科、专业为线索进行资源的个性化定制.

4 教改前后线上资源利用情况对比

4.1 分组情况

2020年秋季学期和2021年春季学期，我们在河南工业大学环境工程专业大学二年级的两个平行班中开展了此次实验教学改革实践.对照组(B班)以线上资源为辅助学习资料，在2020年秋季学期完成28学时的环境工程原理实验课.在随后到来的寒假，我们对线上学习资源的内容体系和教学方法进行了系统整改，在2021年春季学期，实验组(A班)完成了同样为期一周的环境工程原理实验课，并以改良后的线上资源进行辅助教学.两个班的任课教师和授课内容是相同的.两班学生的基本特征相仿，不具备显著的组间差异.学生的平均年龄20岁，其中包括29名男生和27名女生.在每组学生结束课程学习后，立即进行问卷调查，调查内容主要包括对线上资源的使用满意度、预习用时、在线资源平台体验评价等方面.

4.2 问卷调查与访谈结果

第一步：在线时长、资源阅读量的对比.当线上资源中加入更多的动画、音频、闯关测试，开通弹幕评论功能、实行反馈信息的在线实时推送后，实验组学生的学习情绪明显高涨，在线时长、应用型资源和创新型资源阅读量均显著高于对照组(见表5).上述组间差异均通过了统计显著性检验(p<0.001).

表5 在线时长和资源阅读量的组间对比

第二步：测试成绩比较.当学生完成线上资源学习后，随即接受一次时长45分钟的考核.考核内容分为认知类知识考核(共30题，60分)与创新能力考核(共10题，40分).测试结果表明，实验组学生获取了相对多的知识量，在创新能力方面也表现得更好.具体来看，实验组学生的整体通过率(>60分)为100%，高于对照组的87.9%.实验组学生的知识考核部分平均获得52.3分，高于对照组的47.8分.实验组学生的创新能力考核部分平均获得33.6分，高于对照组的21.3分.上述组间差异均通过了统计显著性检验(p<0.001).

第三步：问卷调查.实验组学生在完成线上资源学习和考核后，须填写一份调查问卷，主要描述自身在学习线上资源时的主观感受.问卷采用李克特七点制量表，数字1和7分别代表完全不同意和完全同意.表6报告了32份有效问卷的统计分析结果.可见，经

表6 学生主观感受问卷调查结果

过精心设计规划后，线上资源学习过程中的主观体验得以改善，难度感知和压力感知明显降低，知识获取能力显著提升.

第四步：教师访谈.访谈结果表明，对线上资源库的改革和重建，不仅使广大学生群体受益，也深刻影响着实验教学方式，使教师的教学能力得以提升.一是教师在微课录制、编辑方面的制作水平明显提升.二是教师能够更有效地利用学情大数据开展教学管理.系统自动推送的学情信息，帮助教师及时获知学生的预习下载、在线评测及交流讨论情况，为后续授课环节的时间安排提供数据支持.三是师生互动明显增多.主动探究的学生人数上升，师生之间、生生之间出现了更频繁、更深入的沟通，学生的提问量、问题质量同步提升，个性化学习蔚然成风.

5 结语

线上学习资源为实验室的线下动手操作提供了必要的知识储备，拓展了实验课堂的广度和深度，成为连接基础理论和创新实践的重要桥梁.如何使线上资源更好地发挥这一桥梁作用，应该是我们努力探索的方向.为此，高校实验课教师应积极适应个性化、智能化、泛在化的实验教学模式改革方向，进一步转变教学观念，对线上资源进行科学设计，激发和维持学生的学习动机.从问卷调查和师生访谈的结果来看，我们关于实验教学线上资源的改革思路和系列举措是科学、有效、可行的，不仅有助于改善学生的课程满意度和参与度，更于潜移默化中培养了学生的问题洞察能力和自主学习能力，推动学生向创新性学习的方向积极迈进.