生物实验课堂（清华大学在线教育中心）

元认知是我们理解自己思考和学习的过程，一直是本科教育中被经常讨论的教学要素之一。在全球新冠疫情之初，线下教学被迫向线上转变，对有实践环节的课程特别具有挑战性。目前，教学设计开始更多强调以学生为中心。

生物学实验课程通常以学生为中心进行教学设计，主张学生主动学习，这是一种非常有效的方法，精心设计的线上教学实验室可以非常成功地在医学实验、物理实验、微生物学和化学实验等的虚拟教学中传授技能、素养和知识，甚至胜过线下教学。之前每个学生所做的无差别的“饼干切割”实验，被基于探究的实验所取代，学生自己设计并完成已有既定结果的实验，基于科学研究或本科课程进行体验学习，从而获得新知识。

本文的研究目的是确定学生在线上学习中喜欢哪些教学环节、他们希望在回归线下教学后哪些内容依然坚持线上形式。

该项研究是在一个大班型、探索式的生物学入门实验课程中进行的，该课程通过微生物学和生态学两个模块来教授学生如何从科学家的角度进行思考和行动。这门为期一学期的实验课程是为生物科学专业学生所开设的，教学目标包括科学素养与知识和技术两个方面。

该课程每周有两次教学：一次是实验，时长3小时；一次是讲授，时长50分钟。课程的最大课容量为432人（可有24个实验单元供选择，每个单元最大容量为18人）。在线下教学中，50分钟讲授采用了多种主动学习设计，如思考-结对-分享的练习、案例研究、讨论和使用基于网络的反应系统来调动听课者互动参与。实验部分侧重培养学生的实验动手能力、科学写作中的同行评议、统计推理和科学过程，重点是培养学生的批判性思维、解决问题的能力和可转移技能。

线上教学时，面向所有学生的线上授课包括实时讲授的第一讲和第二讲，以及预先录制的第三至十一讲。所有的24个实验单元都使用Zoom等视频会议软件在线上实时开展了12周，每个虚拟的实验室中最多有18名学生，与此前线下教学一样，由实验室导师和本科教学助理授课。预先录制的授课部分应用了基于网络的反应系统开展测评，实验部分通过思考-结对-分享和分组讨论等方法促使学生主动学习。

在疫情之前的两个线下教学的学期（2019春和秋）和疫情期间的两个线上教学的学期（2020秋和2021春），选课学生都会在最后一节实验课结束前参与课程的匿名调查。该调查使用Qualtrics在线调查工具，学生自愿参加且无偿。在2019年春季和秋季这两个线下教学的学期，选课的学生参与调查的比例分别为96%（364/378名学生）和94%（368/392名学生）。调查问卷主要基于教学目标，请选课学生对上课前后的科学知识和技能水平进行对比，每题的分数设置从“精通（5分）”到“一无所知（0分）”。

由于当时推测该课程有可能在下一个授课学期（2021年秋）回归线下教学，所以在2021春季学期的调查中还增加了学生对下学期课程的各个组成部分的教学形式的期待。本研究也将学生按照“只有在线学习经历”和“既有在线也有线下学习经历”分成两个组，分析他们对于2021秋季学期学习形式的偏好。研究使用R统计软件，在将无效假设预设为两种学习形式的环境无明显差异的前提下，对两个学生组的偏好数据进行了卡方检验。

评估学习成果和达成学习目标

学生在期末通过调查问卷回顾性地评估他们在学习课程前后的技能和知识差别时，参加线下教学学期的学生学习收获数据和线上教学学期的学生学习收获数据见表1。两组学生的问卷得分都很高，表明他们都已经很好地达成了学习目标。春季线上授课学期结束时学生问卷得分的中位数为97.17（n=307），春季线下授课学期结束时学生问卷得分的中位数为96.11（n=376）。

表1 线上/线下教学学期的学生学习收获数据

在2021年线上春季授课学期，问卷还增加了对学生就课程的各个环节采用线上授课或线下授课偏好的调查，以及他们在两种不同授课形式下学习环境的体验。在回答者（N=239）中，74%是大一学生，18%是大二学生，5%是大三学生，只有2%是大四学生。班上的大多数学生（77%）在本学期之前没有过在大学研究性实验室的学习经历，大多数学生（78.15%）有着线上学习和线下学习的双重经验，只有21.85%的学生仅有线上学习的经验且全部都是大一学生。

授课环节

学生对授课环节的问卷，针对主动安排线下学习形式和嵌入问题设置的线上录制授课视频形式进行了偏好选择，67.87%的学生（X2 [1,N=239] =59.0,P<0.01）更喜欢线上观看提前录制的授课视频。关于授课的互动环节，67.66%的学生更喜欢使用线上聊天工具提问，而不是在授课现场举手(X2 [1,N=235] =57.2,P<0.01)。

实验环节

调查问卷结果显示（图1），82.85%的学生更倾向于在线下进行实验环节的学习（X2 [1,N=239] =203.6,P<0.01）。相对于线上，学生也更喜欢“与同学进行面对面的研究小组会议”（61.34%）(X2 [1,N=238] =23.6,P<0.01)。对于小组报告的形式，喜欢线下形式的学生占53.36%，与对线上有偏好的学生数量差不多。把学习经验引入之后再去分析学生对小组报告形式的偏好时会发现，61.54%的只有线上学习经历的学生更喜欢线下的小组展示（X2[1,N=52]=4.6538，P=0.0309），同时有着线上和线下学习经历的群体在小组报告环节中没有明显的偏好（X2 [1,N=186] =0.01,P=0.9170）。

图1 实验课调查问卷结果

答疑和考试

在问卷中可以发现，学生倾向于将答疑、考试和作业提交的方式保持在线上。近四分之三的学生希望未来继续有在线答疑时间（X2[1,N=238]=99.8,P<0.01）。同时，学生更喜欢进行线上考试（75.85%）（X2[1,N=236]=124.0,P<0.01），即使是在线下教学学期进行学习的学生也有这样的偏好。绝大多数学生（90.30%）还喜欢“在线提交作业”（X2 [1,N=237] =304.6,P<0.01），85.65%的学生喜欢接受灵活的作业截止日期（X2 [1,N=237] =238.1,P<0.01）。

讨论

如果线上教学设计得好，可以使整体教学都进行得非常成功，但这样的课程设计可能需要几年的时间来实现。教师因新冠疫情而紧急转为线上教学，为高等教育创新捕捉到一个意想不到的发展机会。想要利用好这个机会，需要研究者和教育管理者基于师生之间的对话，确定所有利益相关者的偏好，以寻得最佳路径。

本研究发现，经历过至少一个学期的线上学习的学生，即使再次回到学校进行线下学习，也希望学校可以保留一些线上学习的环节。同时期末的分数清楚地证明学生在两种学习环境中的表现都非常好并都达成了学习目标，印证了Makransky等人在2016年证明的，虚拟实验模拟可以让学生为微生物学实验活动做好准备，与线下的实验课一样有效，另外还有其他证据表明，使用模拟物理设备或基于计算机的模拟实验室的学生表现同样出色，甚至比那些参加线下实验课的学生表现更好。

保留线上授课，回归线下实验

本研究对学生进行调查的既有授课环节也有实验环节。从问卷结果来看，学生期待恢复线下教学后依然可以保留录播视频的线上授课环节。播放预录制教学视频的优势是能够解决由数百名学生参加的大班型直播教学难于管理的问题，像Zoom这样的应用对分组讨论室的数量有限制，预录制视频就可以避免类似问题。此外这是一个“翻转”的教学设计，学生先学习再实验，获得理论知识并付诸实践。预录制视频也可以加入主动学习的成分，如嵌入基于网络的形成性评价问题，这些可以提高学生的参与度。

也有部分学生建议将实验部分恢复线下教学。77%的被调查学生还没有在实验室开展研究工作的经验，他们往往不仅关心自己的成绩，还关心如何学习以及如何在课程中拥有最大收获。

此外，长达3小时的在线实验课会产生“Zoom疲劳”。归属感对课堂上的新生特别重要，对学习动机和成绩有很大影响，学生线上学习要建立一个公平和包容的线上实验室是很困难的。这都可能导致他们更倾向于选择线下实验环节。

小组会议和汇报展示

在生物学实验课程的设计过程中，经常会发生创建团队协作的情况，小组成员们需要一起开发实验、解决问题、做汇报展示。这些小组活动往往以汇报展示作为高潮，那些学习经验中包含了线上线下两种体验的学生没有明显的偏好，但只有线上学习经验的学生明显更喜欢线下的汇报展示，很可能是因为线上的小组活动和汇报展示，会出现老师和学生“不出现”的情况，而线下的教学环境可以带给他们参与感和归属感。

考试

在紧急转变为线上教学期间，许多教师也需要紧急修改课程对学生的考核方式。参与这项研究的学生更加喜欢灵活的作业截止日期、线上考试、以电子方式提交作业。当课程回到线下学习环境时，这些偏好将促使教师重新评估形成性评价和总结性评价的开展模式。

大班型的生物实验课经常会使用形成性评价的教学设计，在线上学习环境中，有很多诸如投票软件等的形成性评估工具供教师使用，将这些方法保留到线下教学中会有积极的作用，可以为那些不想在全班面前举手发言的学生创造更公平的机会。

保留线上答疑时间

课程设置中充足的答疑时间可以提高学生学习成绩。学生希望线上答疑时间可以一直得到保留，因为学生不用花时间去寻找线下答疑的地点；同时，也使那些处于隔离状态、生病状态或行动不便的学生，有机会通过线上的方式与其他同学一样保持与教师的联系。已有研究证明，即时通讯、在线聊天或Zoom等软件，可以促进师生在线上答疑环节中的积极互动。

综上可知，当经历了疫情带来的大面积线上教学，此时再次回归线下教学的教师和课程设计者，需要考虑哪些教学内容更适合在线上进行。这可能不仅要基于学业成绩，还会受到包括以前的经历、对未来的期望看法和元认知学习策略等各种组合因素的影响。不管他们以前是只上过线上课程还是同时经历过线上和线下教学，我们发现学生都更喜欢线上授课和线下实验，线上答疑考试和线下的小组活动等的教学方式。

从以上调查结果可以推知，在新的教学设计中，保留一些线上环节是有益的，这样可以提高出勤率、扩大课容量、促进公平，并使学生获得更加灵活的学习安排。但需要注意的是，这种变化也会降低学生的归属感，使他们很难建立相对稳定的人际关系网络，这也使教学过程中学生与学生、教师与学生之间的互动更具挑战性。

线上和线下教学的良好结合、对技术和理解能力的考核方式的设立，都会给学生更好的学习环境，使他们从中获益。当大学校园恢复线下教学时，我们建议学校以学生为中心，在权衡教学成本及进行线上线下相结合的教学设计时，应充分考虑学生的偏好。

作者：邢晓丹1、曹若琪2（1为清华大学在线教育中心，2为俄罗斯国家研究型高等经济大学教育研究院）

责编：陈荣

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