规模化持续反馈：在大规模物理化学实验课程中闭合教学—回应—反馈回路

《Journal of Chemical Education》：Continuous Feedback at Scale: Closing the Instruction–Response–Feedback Loop in a Large Physical Chemistry Laboratory Course

　　

摘要

物理化学实验课程的传统结构往往依赖延迟的、基于报告的评价方式，这可能阻碍概念理解与学生参与，尤其是在大班教学中。本研究报道了一门本科物理化学实验课程的重新设计，旨在通过系统实施持续且结构化的反馈机制，闭合教学—回应—反馈（I–R–F）回路。该课程面向两个各约50名学生的队列开设，一个为日间班，一个为晚间班，从而得以评估该方法在不同课堂情境下的可行性与稳健性。关键要素包括在实验课期间完成的简短实验后测评、每周集体讨论环节，以及以过程导向指南形式组织的引导式实验报告。研究人员在两个队列中均实施了课程前与课程后的自我评估调查。统计结果显示，两个队列的大多数调查项目均出现显著改善。自信回答的比例在日间队列中从46%上升至81%，在晚间队列中从36%上升至76%，且两队在课程结束时均收敛至相当水平。这些结果表明，在大班实验课程中可规模化地闭合I–R–F回路，并且该做法与实验物理化学课程中学生参与度和感知学习效果的提升相关。

**大规模持续反馈：在大班物理化学实验课程中闭合教学—回应—反馈回路的课程重构研究**

**一、研究背景与问题**

物理化学实验课程在化学教育中占据核心地位，其目标不仅在于培养学生的操作技能，更在于促进概念理解、批判性思维以及将实验结果置于物理化学框架中进行解释的能力。然而，传统实验课程的结构存在显著弊端。课程通常依赖延迟的、基于书面报告的评价方式，学生在完成实验后提交报告，教师往往在数天或数周后才进行批改和反馈，这严重限制了评语的教学效果。有效的反馈必须及时，使学生能够在仍投入于学习任务时进行自我修正和学习调节，否则误解可能贯穿多个实验而得不到纠正。此外，近年来自动化文本生成工具的普及进一步削弱了传统实验报告作为学生理解水平可靠指标的有效性——人工智能系统能够产出符合科学规范但缺乏真实实验细节或深度数据分析的报告。在大规模实验课堂中，这些挑战被进一步放大：由于学生人数众多，教学力量被迫从认知参与转向后勤管理，有意义的师生互动难以规模化，导致教学往往依赖强调效率而非形成性价值的终结性评价。学生因而可能将实验课程体验为一系列彼此割裂的任务，而非连贯的学习经历。与此同时，学生的情感参与和对实验体验的感知构成了化学教育的重要维度——学生倾向于重视能够提供及时反馈和讨论反思机会的实验教学。

针对上述问题，教学—回应—反馈（Instruction–Response–Feedback, I–R–F）框架提供了有用的教育学视角。该框架中，教学确立学习目标和预期，学生回应通过实验工作和评价体现其参与，反馈则引导反思、纠正与概念巩固。然而，尽管I–R–F循环在教育理论中已被广泛认可，其在大规模实验课程中的系统化操作却远非易事。已有研究曾在个别物理化学实验模块中成功实施引导式探究与结构化反馈的结合，或验证了结构化实验后讨论环节对学生感知的积极作用，但这些尝试通常仅涉及实验体验的个别组成部分，或在入门课程情境中开展，尚未有研究将I–R–F循环作为整个大规模物理化学实验课程的明确组织原则。

**二、研究设计与核心贡献**

针对上述空白，研究人员在圣保罗大学（University of S?o Paulo）对一门本科物理化学实验课程进行了重新设计，明确以闭合I–R–F循环为目标。该课程为化学本科课程的必修环节，传统模式下学生按预定义脚本每两周完成一次实验，评价依赖延迟2至4周的书面报告，由于每班约50名学生，提供及时的个性化反馈不切实际。重新设计后的课程保留了核心实验内容，但重构了教学、评价与反馈的组织方式：教学阶段明确阐述实验目标与概念框架，并将实验指南精简以给予学生一定的操作自由度；学生回应阶段涵盖实验执行与实验后即时测评，学生需在实验情境仍新鲜时完成聚焦实验条件、操作选择和结果即时解释的简短测评；反馈环节则是整个设计的核心，通过每周面向全班的集体讨论环节实现，该环节专门用于回顾学生在实验内测评中表现出的常见困难、误解和推理模式。支撑反馈讨论的主要工具是以过程为导向的引导式实验报告，该报告以引导式探究原则为基础，通过循序渐进的设问促使学生逐步阐明中间结论，将推理过程外显化。引导式报告的每一步骤均在课上与教师和助教集体讨论，并在结束时进行总结性讨论，从而使其成为I–R–F循环中的反馈中介工具。

该研究面向两个独立队列实施，日间班和晚间班各约50名学生，采用完全相同的教学结构、内容和反馈时间表。教师的精力集中于队列层面的模式分析与针对性的集体反馈，而非个性化书面评语，这使得该方法的可持续性得以保证——每周反馈准备时间被限定在2至3小时内，与等规模班级中开放式的个人书面报告批改负担形成对比。作为顶点活动，学生还需以小组形式为最终实验项目编写实验脚本，进一步将反馈中心结构延伸至个别实验环节之外。

**三、主要研究方法**

该研究采用课程前后匿名自我评估调查作为核心评价工具。调查在课堂内以纸质形式实施，日间班与晚间班的课前调查回复率分别为84%和87%，课后调查回复率分别为86%和79%。调查采用三级Likert式自我评估量表，涵盖16个反映课程核心方面的项目，包括概念理解、数据解释、实验不确定度、实验课参与度以及理论与实验的联系。类别标签为：“能自信回答”（C——完整）、“有一定理解但无法完整解释”（P——部分）和“不知道或从未听说过”（N——无）。由于回应类别为有序变量而非等距数值，数据按定序数据进行分析。研究人员对每个调查项目的课前课后回应分布进行了卡方独立性检验，并采用Benjamini–Hochberg方法（α = 0.05）控制多重比较。此外，课前调查包含一个可选开放性问题（学生希望从课程中学到什么），课后调查则用开放性问题询问学生课程目标是否达成，收集的定性评论用于辅助阐释和佐证定量数据趋势。

**四、研究结果与讨论**

**（一）课程前后学生自我评估**

在定量层面，两个队列的大多数调查项目均呈现一致的正向转变，回应从较低类别向最高自我评估理解类别转移。卡方独立性检验显示，日间班16个项目中有8个、晚间班16个项目中有15个达到统计显著转变（p < 0.05）。唯一在两个队列中均未显示显著变化的项目是第14项“团队合作”，该项目在基线时即呈现显著天花板效应（约80%回应已处于“C”类别）。日间班显著项目较少与其较高的基线自信水平一致，这降低了检测进一步增益的统计效力。两个队列中“N”类回应到课程结束时几乎被完全消除（日间班从约18%降至约1%，晚间班从约21%降至约1%），而“C”类回应显著增加（日间班从46%升至81%，晚间班从36%升至76%）。值得注意的是，尽管晚间班在课程开始时自信回应比例较低，但两个队列在课程结束时收敛至相当水平。学生的定性评价与定量趋势一致：学生表示能够立即将课堂所学理论联系到实验实践，在数据处理和实验推理能力方面取得明显进步，并高度评价在实验课期间完成报告相关活动与反思、可即时获得教师和助教指导的安排。定性观察还显示出学生参与度的显著变化——由于反思和实验内测评在时间上与实验环节紧密耦合，学生不再将实验视为完成程序步骤即告结束，从而降低了优先追求速度而非理解深度、鼓励在实验情境中批判性审视数据。

**（二）课程可扩展性**

该课程以两个独立队列实施的经验表明，教师的投入集中于队列层面的模式分析与针对性集体反馈，而非个别化书面评语，使该方法在约50名学生的班级规模下具有可持续性。教师的每周反馈准备工作量（审阅实验内回应并识别队列层面模式）是集中且有界的时间投入，与同等规模班级中个人书面报告带来的开放式批改负担形成对比。

**（三）学生设计的实验脚本**

作为顶点活动，学生以小组为单位为最终实验项目设计实验脚本。脚本需包含明确定义的目标、实验方法、数据分析计划以及与理论原理的明确联系。该活动将反馈中心结构延伸至个别实验环节之外，促使学生反思实验目标和操作选择。学生在该最终实验中的理解通过课程中其他环节使用的相同实验内测评和引导式讨论环节进行评估。

**（四）局限性与教学启示**

研究人员指出，该研究的局限性包括：学习结果评价主要依赖学生自我评估而非概念掌握的直接测量；研究在单一机构情境和单一物理化学实验课程内开展，可能影响结果的普适性；学生设计的实验脚本评价基于定性教师观察而非系统化的基于量规的评估。然而，两个大规模队列间趋势的一致性以及定量与定性证据之间的吻合支持了反馈中心教学设计的价值。关键启示在于：有效的反馈不必依赖个性化评语——基于队列层面模式的集体反馈可以在大班中高效应对核心概念挑战，为以报告为中心的评价模式提供了实用替代方案；过程导向指南的结构使教师能够聚焦推理过程而非最终书面产品，使评价与学习目标更加一致。该教学原则不限于物理化学实验，还可广泛适用于化学课程体系中的各类实验课程，尤其是那些招生规模大、教学资源有限或严重依赖延迟书面报告的课程。

**五、研究结论**

本研究证明，在大规模本科物理化学实验课程中，通过持续且结构化的反馈闭合教学—回应—反馈回路是可行的，并且与提高学生参与度和提升感知学习效果相关。通过重新设计课程，将及时反馈、引导式反思和集体讨论整合起来，研究人员在日间和晚间两个各约50名学生的队列中均实现了学生参与度和感知学习效果的提升。重新设计的结构将实验学习的焦点从程序完成转向概念理解和实验推理；评价与反馈从回顾性评估转变为指导持续学习的主动教学工具。重要的是，这些增益无需大幅增加教师时间即可实现——教师的精力集中于识别队列层面模式并传递有针对性的集体反馈，而非逐份撰写个人报告评语，这一转变同时保障了形成性指导的质量与及时性。这项工作并非提出一种全新的教学策略，而是展示了如何在真实的大班课程条件下，将循证教学实践系统整合为一个连贯且可扩展的实验教学结构。研究结果表明，实验课程可以通过重新思考学生在实验室中的活动内容以及获得反馈的时间和方式来获得实质性改进。随着实验教学的持续发展，闭合教学—回应—反馈回路的反馈中心设计为支持学生在实验化学教育中的学习提供了一个稳健的框架。