盧曉云

摘 要：在信息技術與高等教育不斷深度融合的今天，教學已經能夠突破教材、教室等資源和時空限制。但如何充分激發(fā)學生內在的求知動力和探索世界的熱情，如何尊重學生在學習中的主體地位，使其成為掌握科學認知方法的自主學習者;教師又如何從一個知識的講授者，轉變成培養(yǎng)學生敏銳的獨立思考能力、有效拓展知識遷移能力和靈活開放的創(chuàng)新意識的引導者，是高校教師面臨的新挑戰(zhàn)。本文介紹了建設和實施“知識傳遞—能力培養(yǎng)—思維提升—價值塑造”四維度一體化課程的經驗。

關鍵詞：以學生為中心;學習能力提升;混合式教學;教學改革

2014年我們建設了“分子生物學”國家精品在線開放課程。五年來，我們從形式翻轉做起，將教學工作的重點從以教師為中心的知識傳遞過程轉變?yōu)橐詫W生為中心的知識獲取、整合的過程，并通過不斷優(yōu)化教學設計，逐漸引導學生掌握科學的學習方法、培養(yǎng)高效的學習能力、構建底層思維模式、樹立積極正面的價值取向，架構起了“知識傳遞—能力培養(yǎng)—思維提升—價值塑造”四維一體的教學過程。

一、教學內容組織和教學目標層級化設計

我們針對翻轉課堂混合式教學的需求，首先對教學內容進行了分級和細化，系統(tǒng)組織經典基礎知識，優(yōu)化完善前沿性內容，并針對能力培養(yǎng)和思維提升設計了不同層次的思考討論題，使知識、能力、素質有機融合，形成由基礎到高階的系統(tǒng)性課程內容。

1.教學內容組織

我們兼顧知識點拆分和課程內容系統(tǒng)性的需求，把圍繞一個問題的相關知識點整合為一個小節(jié)進行學習。同時，由于生命科學是一門實驗性學科，我們在組織教學內容時也兼顧理論性知識和實驗及技術性知識，使相關的理論和實驗技術原理相輔相成，促進學生由理解知識向應用能力的轉化。例如，在介紹體內DNA聚合酶和DNA復制過程的基礎上，我們對傳統(tǒng)的DNA測序技術、目前廣泛應用的二代測序技術、新興的三代測序技術進行簡要介紹，使學生在理解掌握基本知識和技術的基礎上，更好地了解學科領域的前沿進展。

2.思維能力訓練

每輪課程最初開展翻轉的時候，學生往往會拘泥于課本和視頻中的知識點，缺少自己主動發(fā)現問題、思考問題的意識和能力。針對這一問題，我們結合每節(jié)知識都設計了相關的問題。最初通過教師拋出問題，引導學生在對知識死記硬背的基礎上深入思考。這個階段老師的提問不僅僅是為提問而提問，而是為給學生演示遇到類似問題如何思考[1]。通過提問和思考的“演示”，給學生梳理出一些思考問題的常用思維模式，進而鼓勵學生用類似的方式嘗試自己提出問題。我們主要訓練的幾種思維方式列舉如下。

（1）類比及抽象思維：能夠迅速通過與已有的本學科或其他學科知識的類比，對新知識產生更深入的認知和理解。同時，通過將所學知識與本領域不同學科或不同領域知識的對比分析，抽象提煉出底層共性特征，形成個人思維方式的意識。

（2）聯(lián)想及整合思維：能夠將知識與本領域其他學科知識進行關聯(lián)，通過建立新知識與相關知識的聯(lián)系，在深入理解基礎上整合、完善個人的知識體系和思維框架，進而全局性理解生命科學研究的內涵。

（3）拓展及發(fā)散思維：能夠結合已學知識對其相關機理及應用問題拓展思考，通過“What/Why/How/What if”等形式，提出與課程內容相關的延伸性問題并加以思考。

（4）批判及創(chuàng)新思維：本課程相關內容涉及的領域仍是快速發(fā)展的科學前沿，引導學生能夠通過“If not”等形式的問題，對現有假說的缺陷進行思考，并大膽提出可能性。

3.價值觀引導

我們通過與課程相關知識傳遞為載體，讓學生感知生命過程的精準與神奇，了解生命世界的復雜性和生命科學的博大，喚醒學生對探索生命世界的好奇和熱愛，激發(fā)學生熱愛生命、珍惜生命的意識。例如，我們結合真核細胞線性染色體末端復制過程中端粒酶的發(fā)現和端粒長度調控的問題，激發(fā)學生對于端粒到底多長才是真的好的興趣，讓大家思考端粒的長短和端粒酶活性的高低與腫瘤和長壽之間的辯證關系。

同時，我們以分子生物學發(fā)展歷程中的里程碑事件和著名科學家研究經歷的故事為線索，觸動學生內心對于探索創(chuàng)新的追求。例如結合DNA測序的環(huán)節(jié)，我們給同學們介紹了曾兩次獲得諾貝爾獎的著名科學家、蛋白質測序和DNA測序技術的建立者弗雷德里克·桑格先生的故事，以及開創(chuàng)了合成生物學領域的克雷格·文特爾的故事，幫助學生強化正直、積極、堅毅等品質，引導學生能夠用歷史的、發(fā)展的眼光看待問題。

二、教學過程的設計及實施策略

在對教學內容與教學目標分級梳理基礎上，我們制作了配合雨課堂使用的全套雨課件，并在雨課堂平臺的支撐下開展了課前、課上和課后環(huán)節(jié)的一系列教學活動。

（1）課前：資源推送、預習問題反饋。我們以MOOC資源和教材作為學生學習的支撐，對每一小節(jié)內容設計了學習的導入性問題，將慕課視頻直接插入制作的預習課件，通過手機平臺課前推送給學生。預習課件中視頻前后輔以導入性問題和相應知識的重點提示，幫助學生開展自主學習。到課程教學的中期，我們逐步要求學生課前自主學習后就繪制出基本內容的知識導圖框架，逐漸培養(yǎng)學生的自主學習能力。

（2）課上：學生串講、練習發(fā)布、討論提問，選人答題、發(fā)表見解。為了幫助學生準確深入地理解教學內容中的難點或者易混淆的知識點，我們每節(jié)課都會分小組，讓學生輪流把這節(jié)課要討論的相關內容進行串講，要求學生用簡潔精煉同時又科學嚴謹的語言對知識進行精講（由于本課程為雙語課程，鼓勵學生用英文講解）。通過以教促學的費曼式輸出方式，幫助講的學生和聽的學生再次鞏固相關知識點。這一過程也是對學生表達演講能力的鍛煉。

講解后，隨即進入答疑解惑環(huán)節(jié)。學生可以就學習過程中產生的問題提出質疑，尋求同伴或老師的解答。這有利于學生加深對一些疑難知識點的理解，也培養(yǎng)了學生思考問題的能力。學生除了通過雨課堂接收題目答題之外，也可以通過投稿或彈幕方式，隨時將自己的收獲、疑問或不同見解與大家交流分享。在此基礎上，進一步由老師抽象提煉相關內容所延伸的共性問題，或與其他課程、領域問題的關系，引導學生建立基本的思維框架，搭建開放性、全局性的思維模式。

（3）課后：鞏固練習、思考作業(yè)、導圖提交、輔導答疑、鼓勵督促。針對混合式教學過程非常靈活、發(fā)散性強，而學生對知識體系把握不足的情況，我們要求學生進一步對課程知識進行思維導圖的梳理，引導學生把某一章節(jié)導圖和不同章節(jié)導圖間的聯(lián)系建立起來，完善個人的知識系統(tǒng)性框架。此外，我們鼓勵學生針對個人感興趣的問題查閱文獻，深入學習（這部分是因人而異的）。這些課后的拓展學習使學生將課程學習和學科發(fā)展更緊密地聯(lián)系起來，增強了學生對學科的熱愛和興趣。

教師在課后可以通過雨課堂，全面回顧課堂投稿、彈幕和審閱導圖、批改作業(yè)。除了可以及時給學生反饋學習中存在的問題之外，還可以及時對學生表現出色的方面給予肯定，對存在問題的學生給予及時的鼓勵和幫助。

三、教學環(huán)節(jié)設計和教學方法應用

我們根據認知神經科學的一般規(guī)律，在知識獲?。ㄐ畔⒕幋a輸入大腦）—鞏固記憶（信息強化理解）—知識輸出（有針對性的信息檢索）—遷移轉化（由具象的細節(jié)知識抽象出共性規(guī)律和底層思維模式）過程中，通過教師的引導和演示，幫助學生高效地掌握基本知識，有意識地訓練和改進自己的學習方法，加強和提升自己的多方面能力。

1.促進高效的知識獲取和內化

在知識獲取環(huán)節(jié)，我們通過導入性問題牽引，使學生知曉本節(jié)知識的主要內容、與前后知識的關系、對特定知識了解的意義。除了形象地介紹新知識，我們還將新知識與學生已有知識進行關聯(lián)，幫助學生提高學習效率。例如我們在講解基因轉錄調控時，將轉錄因子與特定基因啟動子結合的環(huán)節(jié)，與細胞生物學課程中細胞信號轉導通路對轉錄因子的激活過程相聯(lián)系，使學生能夠形成對生命過程系統(tǒng)性、全局性的完整理解，幫助學生將新知識高效地整合入自己知識體系中。

無論是自主學習，還是聽講、討論，一個個新知識點都要整合形成一個學科領域系統(tǒng)的知識樹，從而豐富學生的知識結構。針對MOOC視頻知識點碎片化和混合式教學過程靈活的特點，我們鼓勵學生采用不斷迭代完善思維導圖的方式，對本節(jié)、本章乃至整個課程的重點內容進行梳理。這個過程其實是一個重要的思維訓練過程，能夠有效地幫助學生把握重要的學科主干知識脈絡[2]。

2.通過科學的練習測試促進學習效能

伴隨混合式學習過程，課前、課上和課后各個環(huán)節(jié)練習題目的應用是檢測和提升學生學習效果的重要途徑。結合認知神經科學的基本原理，我們對練習測試的題目和應用策略進行了相應的設計和探索。

我們將配合課程設計的練習題目分為A、B、C、D四個檔次。A檔題目是對最基本的、單一的概念、原理、過程、機制等進行考查。B檔題目把涉及不同章節(jié)的相關、相似或容易混淆的一些概念、過程混雜在一起，要求學生能準確知曉其聯(lián)系或差別。C檔題目要求學生運用一些不相關的知識點解決同一個問題，考查學生在分析問題時是否能夠思考全面、分析全面。D檔題目通過給出一些研究案例，讓學生設計研究方案，或通過給出一些實驗現象或者研究數據，讓學生給出解釋或分析得出結論等。我們通過四個檔次的題目，建立了課程內容學習的閉環(huán)過程。A檔題目一般配合課前自主學習過程，供學生學習后自我檢測，在課堂上也抽取個別重點概念進行檢測，讓學生反復強化。課堂的練習測試、討論主要涉及具有多個知識點的題目（B、C檔題目）。在課程的中間階段，隨著學生學習內容的豐富、學習能力的提高，教師在課堂上會逐步采用部分D檔題目。不同層次題目可以通過雨課堂的單選、多選、投票、主觀題等形式進行發(fā)布，也可以采用口頭提問、彈幕投稿或隨機選人的方式讓學生作答，充分拓展課堂形式的多樣化，調動學生參與的積極性。

另外，我們對于練習題發(fā)布時間也在不斷進行嘗試和改進，這主要是基于認知科學中對于穿插性、間歇性練習有效性的研究進行的。在課程前期，基本上是學習完一節(jié)內容后，教師立即發(fā)布與本節(jié)內容相關的練習題。但在近期的教學過程中，我們嘗試將不同章節(jié)內容的習題穿插、間歇發(fā)布，即在當天課程學習后發(fā)布的練習題中可能只有一部分是與當天學習內容密切相關的，還有一部分是前面課程內容相關的練習，甚至還有一些是下一節(jié)課要預習內容相關的基本題目。當然，要考慮結合學習的不同周期，推送合適層次的題目。

3.通過豐富的課堂學習活動提升學習思維能力

采用混合式教學的一個重要目的是通過翻轉課堂學習活動，提高學生學習能力。在教學過程中，我們通過引導學生思考自主學習中可能還沒有想到的問題，給學生演示遇到類似問題如何思考，進而鼓勵學生提出能夠想到的問題，并通過同伴討論、課后查閱更多資料等方式嘗試解決問題的一系列教學活動，培養(yǎng)學生發(fā)現問題、分析問題、解決問題的能力。我們發(fā)現，部分學生在課程中后期就可以自主想到教師設計的部分問題，有的學生還可以想到更深入、更有趣的學科前沿性問題。在課程的中后期階段，我們還通過教師科研中的具體研究案例，引導學生將所學的知識整合起來，以研究項目為驅動，綜合全面地提出研究方案，解讀研究結果，從而真正使所學的知識轉化為分析問題、解決問題的能力。

在演示提問、啟發(fā)思考過程中，教師也會提取抽象出分析和思考問題的共性思維模式，并有意識地進行知識遷移、思維拓展的演示，引導學生提升自己的類比—抽象、聯(lián)想—整合、拓展—發(fā)散、批判—創(chuàng)新等一系列思維能力。此外，動態(tài)性、平衡性、魯棒性等生命活動特點也是可以借鑒應用于其他領域的共性思維模式，我們結合課程相關內容在不同環(huán)節(jié)均給學生一定的引導，以此啟發(fā)學生學習提取具體知識背后的共性規(guī)律，從而在未來面對新問題時能夠基于一些共性規(guī)律，找到分析和解決具體問題的突破點。

需要注意的是，混合式教學或者翻轉課堂的開展不是一蹴而就的，學生能力的提升同樣需要注重循序漸進的培養(yǎng)和深化過程。在開展翻轉課堂的最初階段，重點培養(yǎng)的是學生能夠自主學習課程知識，比較準確地理解其意義。隨著學生對自主學習的適應，要逐步引導學生思維能力的提升。主要表現在，教師的問題逐漸由考查知識掌握變?yōu)閱l(fā)如何思考，教師不僅提問題，還要對怎么提出有價值的問題做出示范和引導。當學生自己能夠圍繞課程內容提出有深度的問題后，教師可以進一步提高課程要求，一方面將課程考查檢測的重點轉移到對知識整合效果的層面來，另一方面可以引導學生對課程內容與其他課程或其他學科領域知識的關聯(lián)性進行思考，促進學生知識遷移能力的建立。當學生有了一定的拓展性思維意識后，可以進一步通過具體研究問題，引導學生將相關知識整合運用。當然，這幾個階段并非完全割裂開進行，教師可以有選擇地加以應用。

4.采用多環(huán)節(jié)綜合性標準，加強過程性綜合考核評價

除了根據學校要求進行課程的期中期末考試外，我們特別加強了學習過程的管理和考核。在課程之初，我們就會告知學生在線上需要開展的學習活動，包括按時完成視頻學習、課堂練習、單元測試、提交作業(yè)，鼓勵學生積極上傳階段性和綜合性思維導圖，并給教師推送預習思考的問題;在線下，包括課堂上的學習匯報質量、課堂參與互動程度（包括彈幕、投稿等提問和發(fā)表見解）等方面。所有學習活動都在雨課堂平臺有所記錄，也都作為過程考核的依據。我們根據學生完成的頻率和質量，給出各類學習活動的過程評價成績，具體構成為：線上進行的視頻資源學習10%、練習作業(yè)10%、測驗活動10%，線下期末考試卷面成績50%，課程學習過程考核成績20%（出勤5%，課堂參與度15%，包括課堂練習、彈幕提問、投稿答題、答疑討論等）。

四、提升學生學習體驗的教學行為設計

混合式教學的目標之一是激發(fā)學生學習的主動性。毫無疑問，主動學習的主體是學生。無論課程設計多么完美，教師多么投入，真正要做到以學生為中心的教與學，讓學生在翻轉教學中真正做到主動學習、真正受益、真正成長，學生的學習體驗是一個不能不考慮的問題。在這個方面，我們需要借鑒認知神經科學、行為設計學及心理學的部分理念，從提高學生學習體驗的角度進一步完善教學過程。

人們行為習慣養(yǎng)成的神經生物學基礎依賴于神經系統(tǒng)的獎勵回路，即trigger—behavior—feel good，當某一行為產生良好的體驗時就會加強這一回路[3]。當我們根據教學目標開展教學活動（trigger），學生根據教學活動要求開展學習（behavior）后，如果在體驗環(huán)節(jié)能夠獲得及時、良好的反饋，如獲得知識后的成就感，其學習的主動行為就會得到強化。在傳統(tǒng)教學模式下，教師往往容易忽略學生的學習體驗，產生“這么簡單的問題，學生應該都明白”的錯覺，而學生不論是在課堂上，還是在作業(yè)中，往往也會因為一些細節(jié)問題產生疑惑，潛意識地將責任推給老師，認為老師沒有講清楚。老師和學生彼此陷入一種不良體驗的負反饋循環(huán)中。因此，在混合式教學中，教師更要刻意加強對學生學習行為的積極

反饋。

根據行為設計學的一些觀點，我們在課堂教學中對學生學習體驗的環(huán)節(jié)進行了強化，主要針對學生可能產生心理波動的一些關鍵時間和事件給予積極的反饋，簡要總結為圖1。

參考文獻：

[1] 彼得·布朗. 認知天性[M]. 北京：中信出版社，2018.

[2] 喬?！ぞS茨金. 學習之道[M]. 北京：中國青年出版社，2007：339.

[3] 奇普·希思，丹·希思. 行為設計學：打造峰值體驗[M]. 北京：中信出版社，2018.

[責任編輯：夏魯惠]