基于ICD模型的无机化学混合式教学实践

邰玉蕾,赖文华,金大智,何思颖,杨珺*

1杭州医学院检验医学院 (杭州 310063);2浙江省生物标志物与体外诊断转化重点实验室 (杭州 310063);3温州大学教师教育学院 (温州 325000)

为了满足民众多层次健康的需求、适应新一代科技革命和产业革命的快速变革的“健康中国2030”蓝图[1],医学教育坚持“学生中心、结果导向、持续改进”的“新医科”教育改革。目前,随着信息化技术在高等教育领域应用的逐渐深化,未来的医学高等教育需要创建新型的学习组织形式,搭建智慧的学习场景,构建服务学生自主学习的“未来学习中心”[2],培养学生深层学习和终身学习的能力。同时,在大思政背景下,医学高等教育需要构建科学合理的课程思政教学体系,要坚持以学生为中心,不断提升学生的课程学习体验、学习效果并结合专业特点设立不同的课程思政目标[3]。

无机化学课程是面向大药学专业第一学期开设的专业基础课,理论课48学时,实验课16学时,学生人数在300人以上。目前该课程主要采用以“教材为中心、教师为中心、教室为中心”的“传统三中心”教学模式[5],学习组织形式不够多样,教学活动不够丰富,教学内容同质化,与专业结合不够紧密,课程思政浮于表面[6],不利于满足深层学习、终身学习及隐性课程思政的高等教育新要求,课程实施效果不能较好地匹配专业认证的需求,难以有效地培养符合国家新战略需求的新型人才。

笔者从课程整体设计出发,坚持“以学生为中心”理念,以药学类专业基础课无机化学为试点进行课程改革探索。基于美国著名课程设计师L.Dee.Fink[7]提出的整合性课程设计模型(ICD),将深层学习能力培养与认知、情感和态度等三维发展目标的培养进行整合,从情景因素、学习目标、教学活动、学习活动以及反馈与评估等几方面对无机化学课程进行了整体课程设计,采用有效教学模型(BOPPPS)进行单元教学设计,通过决策导向评价模型(CIPP)分析该方法对促进深层学习、终身学习和隐性思政等有效性,以期为同类型课程的教学改革提供思路。

1 整合性课程设计模型(ICD)

课程设计专家L.Dee.Fink[7]在设计整合性课程设计模型(ICD)时指出,所有的教授都喜欢学生在课堂前能进行预习,学习动机能被激发,以达到高质量学习的目的。这不仅仅是为了后续课程的学习,更是为了未来个人能尽快地融入社会,在职业生涯中游刃有余,是一种终身学习能力经验的培养。为了促进这种深层学习,L.Dee.Fink提出了设计整合性课程设计模型(ICD)。ICD模型的基本想法不仅仅是将课程设计为一系列主题,还给学生提供每个主题的丰富信息并进行整合。以学习作为教学设计的中心,通过课程设计使得学生能进行有意义的学习(Significant Learning),该模型包含六个维度的学习：基础知识(Foundational Knowledge)、应用技能(Application)、整合能力(Integration)、人文知识(Human dimension)、关心(Caring)、学习如何学习(Learning how to learn)。且上述六种学习活动是相互影响相互促进的[8]。该模型与布鲁姆认知分层模型的不同之处在于,六个学习目标整合在一起进行课程设计,这对促进学生的“Significant Learning”将非常有帮助[9]。此外,值得注意的是模型中的人文认知目标与关心的课程目标与课程思政的需求相符,而基础知识、应用技能、整合能力以及如何学习的课程目标又与深层学习和终身学习的目标一致[9]。因此,教学团队选用ICD模型对无机化学进行课程设计,以促进有意义的学习。

2 基于ICD模型的无机化学课程设计与实践

本研究采用ICD模型,按分析情景因素、确定学习目标、设计反馈和评估、选择教与学活动四步进行课程设计[7],最后笔者进行检查以确保四个组成部分精准设计并互相支持,然后将它们系统性整合为一个课程设计。

2.1 基于ICD模型的无机化学课程设计

教学团队首先从课程的痛点和难点、学生已有知识和经验、学生对课程的期望、学校专业培养方案中对课程的期望以及与其他课程体系的关系、本行业和社会的需求等方面分析情景因素,再结合学校办学特色和地方产业结构、服务于专业培养目标的课程知识体系、国家一流专业建设要求、学生已有知识和经验、学生个人期望和未来职业规划及医学类专业课程思政要求,确定学习目标。设计教育性的反馈与评估,主要包括多元的过程性考核、学生的自我评估和前瞻性评估,教学团队设定清晰的课程评价标准并告知学生,设计高频的、及时的、有鉴别的反馈,以便让教学活动更有针对性和成效。再根据学习目标、情景因素以及反馈和评估设计丰富有效的教学形式和活动促进学生进行深层学习。最后,教学团队通过真实课堂教学情况,将上述四个部分进行整合以实施“有意义的学习”。在整个课程实施过程中,信息技术起到了非常大的作用。教学团队采用了线上-线下混合式教学、智慧学习等多样化教学活动,构建高效的数字化教学组织、实施、分析和评价的智慧教学生态。在“雨课堂、钉钉、问卷星”信息化技术辅助下实现教学全过程的评价、分析、调查、跟踪和管理等智慧教学评价体系以及全场景式课程答疑。

2.1.1 分析情景因素

目前无机化学教学多为同质化教学,未能针对不同专业背景和知识背景的学生进行课程设计,课程学习目标和教学内容未能与专业、行业、社会紧密贴合,暂未能与科技前沿发展同步,没有体现课程的高阶性;过程性考核、形成性反馈和评估不够多元化,不利于体现挑战度,也不宜于教师掌握学生学习的动态以便及时作出调整;课堂教学的信息化程度较弱,学生参与度较低,师生无法良性互动,这些都不利于学生深层学习,不利于培养学生终身学习的能力。课程思政浮于表面,存在“两张皮”现象,不利于实施隐性思政教学。

课前学生访谈表明学生中有37%未参加化学选考,且极少部分学生在高中做过实验,大多数学生缺乏实验操作经验。

在第一节授课结束后,教师通过问卷星匿名答卷的方式进行了调查。结果显示,29%的学生希望能掌握基本的化学知识,59%的学生希望通过课程的学习提升自身分析问题的能力、思维能力、动手实践能力和个人综合能力等,为后续课程的学习打好基础,从而有利于未来职业的发展;91%的学生希望教师的授课方法能具有较高活跃度和互动性,能将专业知识进行通俗性讲授,同时希望加大课程难度,并加入拓展性的高阶知识内容,但也有9%的学生未对此发表看法。

问卷调查表明学生一致认可雨课堂混合教学授课形式,认为互动性好,有益于课后复习。92.5%的学生认识到无机化学课程与后续专业课程的紧密联系。11%的学生认为课后拓展题稍微拓展了专业知识,7.5%的学生认为未拓展,81.5%的学生一致认为课后拓展题有利于拓展自己的专业知识。学生具有积极主动学习的潜在内驱力,高阶性课程内容有利于激发学生进行有意义的学习。

由上可见,学生已有知识掌握的层次是多样性的,已有学习经验使得他们乐于接受多样化的混合教学模式,学生对课程知识的需求是多维度的,既有提升自身个人能力的意识,也有对未来职业发展的想法。因此学习目标和课程内容的设计需要贴合专业,让学生建立该课程与后续知识发展和未来职业发展的联系。

药学专业为国家一流专业,培养目标中的知识目标中明确提出培养学生掌握必需的化学基础理论知识,即能阐述并归纳四大化学平衡的特点并能对其加以运用;培养学生具有较强的自学能力和一定的创新能力,具有团队协作精神和良好的沟通能力;培养学生的专业使命感和专业责任感,增强学生医德教育,树立科技报国信念。

药学专业主要培养能够在药物研发、生产、检验、流通、使用和管理领域工作的人才,而无机化学所涵盖的基础知识是实现这一目标的最初基石。

从药学专业培养方案的课程体系中可以看出,无机化学既能为后续的三大基础化学(有机化学、分析化学、物理化学)提供必备的理论基础知识,进而构建四大化学的坚实化学知识体系,又能够为后续许多专业课程,诸如生物化学、药物化学、药物分析等课程的学习提供重要的支撑。

2.1.2 确定学习目标

学习目标的设计主要是结合专业背景、专业后续知识体系需求建立专门的学习目标、关注多层次学生的多样化需求设计个性化学习目标,以促进学生积极学习和有效学习,围绕着低阶目标中的基础知识,高阶目标中的综合运用知识,教师在教学组织实施的过程中为两种目标搭建桥梁,让学习目标匹配学生期望、专业要求、行业需求、国家发展,为终身学习能力的培养提供锻炼。

课程思政学习目标的设计主要是采用生动的真实的案例进行医学伦理价值传送,合理融入与基础知识发展密切相关的科学家的科学研究经历,将科学探索精神和令人推崇和尊敬的科学伦理融入课程教学,构建“1+N”的课程思政模型。“1”即围绕专业知识的理论基础和实际应用。“N”即围绕国家“大健康”的超级工程,聚焦医学、医药、卫生领域专业学科前沿,培养学生探索求是的创新精神,引发学生关注与课程相关的专业前沿知识,引导学生思考作为“医学、医药、卫生领域工作者”的理想和追求,建立专业认同感,建立起课程思政资源库,做到课程思政学习目标与专业课程知识能力学习目标同向同行。例如原子结构章节学习目标的设计：①原子核外电子运动的量子力学模型的学习后,学生能够从已有记忆中提取相关知识并建立新的知识链接;②通过对量子力学模型建立的科学史和能级计算公式发明人徐光宪院士故事的引入,进行有效的课程思政教育;③四个量子数描述原子核外电子运动状态的原理和方法的学习后,学生能通过四个量子数推算原子轨道的类型,或判断原子轨道对应的量子数;④多电子原子核外排布的规则与方法的学习后,学生能推断原子核外电子排布式,能归纳排布规律,能预测未知原子的核外电子排布情况;⑤教师通过对元素周期性规律的阐述,学生能解释原子的原子半径、电离能、电子亲和能与电负性的周期性规律;⑥教师介绍稀土元素在生物医药领域中的前沿应用,使学生能建构原子结构与性能应用的科学思维。

2.1.3 设计反馈与评估

设计多元的过程性考核、学生自我评估、高频且及时的反馈以及终结性评估。

多元的过程性考核包括线上章节性单元测试、课堂考核、线下作业、实验考核及综合性课程作业等。其中,综合性课程作业是与专业后续知识和本章知识密切相关的开放性思考题及章节知识图谱。实验考核中除日常实验单元考核外,还包括实验安全事故分析小组报告,教师可分析同组学生在整个学期的实验过程中所出现的实验安全隐患和小事故,寻找原因,根据海因里希安全法则进行实验安全分析。在进行交叉学科知识渗透的同时,让学生能科学、宏观、定性定量地看待实验过程中的安全问题。

设计高频的章节学习情况自我评估问卷和章节性线上-线下测试与作业、课后利用“雨课堂和钉钉课程群”进行一对一线上答疑和集中答疑给学生提供多种自我评估途径,告知学生清晰的课程评价标准和每一次教学活动中的学习进展反馈信息。这有利于学生查找自我问题并设立个性化学习目标,提升学习积极性,也可通过教师认真负责的专业态度,建立学生对教师所授知识的认同感,有利于教师及时发现真实教学问题,反向指导教学。

教学团队根据上述确立的学习目标,基于1967年由美国著名教育评价家斯塔弗尔比姆提出的可为课程决策及课程的持续改革提供有用的信息的CIPP评价模型[9],设计了课程的终结性评价量表[10]。设置背景评价(context)、输入评价(input)、过程评价(process)及结果评价(product)四个一级指标,以及针对学生期望匹配度、主动学习促进效果、师生互动效果、课程内容满意度、自主学习能力提升、终身学习能力提升、思维提升、课程思政效果等方面的二级指标[11]。

2.1.4 选择教与学活动

教与学活动的选择是ICD课程设计的重要部分,目的是开展有效的学习活动,为此笔者基于BOPPPS模型从三方面设计了教与学活动：课上-课下丰富的学习体验(Rich learning Experiences)、具有深度和内涵的反思和对话(In-Depth Reflective Dialogue)以及构建与课程内容关键信息和知识点相关的(Information and Ideas)资源库。以“原子结构”部分章节为例,为了达到有效学习的目的,采用“雨课堂+钉钉”辅助的混合式教学方式,教学活动设计分为课前、课中和课后三部分。课前教师利用线下平台,发送与课程内容重要知识点相关的学习资源(大连理工大学多电子原子结构的MOOC资源),教学日历、提供自主预习的途径。课中采用“以学生为中心”并突出互动式学习和参与式学习的BOPPPS[12-13]教学设计模型[14],在课堂教学过程中,教师通过情景案例导入(Briging-in)引起学生注意,告知学生本节课学习目标(Object),然后用药物的电子云密度和药效的关系为真实案例进行互动式、案例式、研讨式和探究式教学(参与式学习),注重融入思政元素(隐性与显性相结合),利用雨课堂进行前测、后测、总结等学习活动,评测学生已有知识和知识迁移构建的情况,通过设计拓展与反思性问题,给学生留白,通过雨课堂发弹幕、发送思考题或随机提问等方式让他们能有时间对自己的学习活动进行反思。课后,教师在雨课堂平台和钉钉平台建构与课程内容密切相关的课程资源库,如创建包括拓展性课外阅读资料、自建章节重点知识点微课、发布线上单元测试或线下课后作业、项目作业等过程性考核内容,定时进行线上答疑或答疑直播、撰写并发布形成性评价调查问卷等。

在“雨课堂和钉钉”信息化技术平台的帮助下,教学团队构建了数字化教学资源,组织、实施、分析和评价了各类教学活动,智慧化教学生态环境为学生主动学习提供了个性化支持,提升学生课上课下的参与度,构建教师和学生互为主体的全方位多方式“去中心化”的智慧学习生态。

2.2 教学实施效果评价

通过对比控制组和实验组的课程成绩和CIPP评价结果,笔者对课程设计方法的成效进行了分析。其中,控制组(n=194)和实验组(n=59)为同一年级的学生,无机化学的课时和学分相同,控制组和实验组均采用雨课堂进行辅助教学,区别在于专业背景不同和教学设计方法不同,控制组未基于ICD课程设计模型进行教学设计,实验组基于ICD课程设计模型进行了教学设计。

2.2.1 课程成绩

笔者对学生的课程考试成绩进行了分析(图1),实验组学生考试成绩平均分稍高,标准方差略小。可见通过此教学改革,学生在考核种类多、任务重的情况下,既能很好地完成锻炼综合素质的过程性考核,也能在终结性考核中表现优异,实现了多层次背景学生间学习差距缩小的学习预期,匹配了学生的课程期望值。

图1 学生考试成绩分析

2.2.2 基于CIPP评价量表的课程终结性评价

笔者通过SPSS软件分别对控制组和实验组的CIPP评价量表数据进行信效分析,其克朗巴赫系数值为0.977和0.984,KMO值分别为0.957和0.824,巴特球形值分别为5804.396和1721.669,P均小于0.001,说明数据具有较好的信度和结构效度。笔者分别就背景评价和输入评价两个一级指标(图2)、过程评价指标(图3)、课程思政教学相关的结果评价指标(图4)进行了分析总结。

图2 基于CIPP评价量表的课堂教学效果分析

从图2结果可知,实验组在教学内容的科学态度和道德态度、蕴含价值、深度与广度等方面都表现较好,学生认为教学更符合教学目标、更能匹配其对课程的期望。此外,该结果也显示学生非常认可混合式教学的方式,实验组采用了丰富的教学手段并能维持很好的课程教学秩序。

图3 基于CIPP评价量表的过程互动教学效果评价分析

从图3可知,实验组在促进学生课程参与度方面明显优于控制组。案例教学更符合学习目标,课下拓展资源的自学和课后挑战性作业更符合深度和广度要求,师生互动活跃,探究式、案例式教学组织有效,教师课下反馈及时,布置的课下任务更能启发学生思考,引导学习。值得注意的是,在实验组引入了科学家故事、科学史、事故案例及科学前沿相关的课程思政案例之后,获得了学生高度认可,认为教学案例形象贴切,实现了课程思政的有效融入。

从图4结果可知,实验组在课程思政所要求五个维度中也表现优异,尤其是在培养学生“了解国家科技进展增强科学文化自信”“理性、批判地看待问题”及“课程培养了学生科学态度和科学道德”几方面表现明显优于控制组,说明实验组所采用的课程思政教学是卓有成效的。

图4 基于CIPP评价量表的课程思政教学效果评价分析

2.2.3 拓展成效

教学团队通过教学探索,激发了学生的科研热情,锻炼了综合能力,团队教师指导的学生先后在省大学生化学竞赛、省环境生态创新大赛及全国大学生生命科学竞赛等多项学科竞赛中获得奖项。达到了“以改促教”的效果。团队教师先后获得校、省级教学竞赛多项奖项,主讲的课程被认定为省级一流课程,主持了多项教改项目。