翻轉課堂在儀器分析實驗教學中的應用

陳毅挺 黃 露 李艷霞 林 棋

(閩江學院化學與化學工程系，福州350108)

翻轉課堂在儀器分析實驗教學中的應用

陳毅挺*黃 露 李艷霞 林 棋

(閩江學院化學與化學工程系，福州350108)

將翻轉課堂這一新型教學模式應用于儀器分析實驗的教學過程中，從材料獲取、課前引導、課堂授課和實施結果等方面提出一些認識，以期為儀器分析實驗教學改革提供借鑒。

翻轉課堂；儀器分析實驗；教學模式

翻轉課堂譯自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”，一般被稱為“翻轉課堂式教學模式”[1,2]。與傳統的課堂教學模式不同，學生課前完成知識的學習，而課堂變成了教師與學生之間和學生與學生之間互動的場所，包括答疑解惑、知識的運用等，從而達到更好的教學效果。隨著互聯網的普及和實時通訊技術在教育領域的應用，使“翻轉課堂”教學模式變得可行和現實[3]。

對于應用型化工人才的培養而言，著力的重點應該是對學生自學能力、創新能力、協作能力的訓練[4]。從這個角度出發，翻轉課堂不失為一種非常有效的方法，已經運用于大學化學相關課程的教學[2,3]。學生可以在課前完成一些基礎知識的學習，在課上可以重點進行知識運用訓練和項目實例解析等，這將解決大學教學中課程越來越多、單門課程的課時越來越少的問題，可以在有限的課堂教學時段給予學生更深層次的引導。儀器分析實驗課程操作性強、儀器結構較抽象、知識點多而瑣碎，因此一直被學生反映學習難度大[5]。而將翻轉課堂這一理念融入儀器分析實驗課程的教學過程，有可能改變遇到的這些問題。

1 教學材料的獲取、整理與篩選

翻轉課堂首先須有一套完整的教學視頻體系和在線學習系統，學生能夠通過它來滿足自己的知識獲取需求。教學視頻的創建首先應該明確學生的學習目標，以及視頻最終需要表現的內容。因此，我們結合翻轉課堂的特點，獲取并整理了一系列教學視頻。與傳統的教學錄像不同，這里的視頻應短小精悍，以保證學生學習的積極性。而視頻或者動畫的獲取有兩個渠道，一是通過教師自行制作，一是通過網絡收集。對于當前翻轉課堂在高校中的發展現狀而言，可能教師自行制作比較合適(特別是設備操作類的教學視頻)，這樣可以充分結合本校的特點，實現針對性教學。當然，因為大量教學視頻的制作將耗費教師很多時間和精力，因此對于某些基本原理和概念的教學視頻，特別是一些儀器的型號差異不影響儀器操作的實驗，如722分光光度計的使用、酸度計的電位功能的使用等，可以直接通過網絡收集的方式獲取。我們在教學中使用的視頻等材料如表1所示。值得指出的是，對于有條件的實驗，應盡可能提供一些仿真操作軟件和設備模擬動畫等，這樣可以為學生提供模擬環境以進行仿真操作，從而使學生可以檢驗自身預習的效果，加深對儀器結構和實驗操作的理解。

表1 教學材料列表

2 課前學生學習的引導

翻轉課堂將布魯姆的認知層次清晰地分開，簡單的記憶、理解、運用被放在課下，而高層次的綜合運用和創新則可以在課上發生[6]。如何引導和監督學生在課前能充分利用教學視頻等材料進行課前學習，成為翻轉課堂是否可以成功進行的重要一環。由于目前高校學生日常活動豐富多彩，也在一定程度上占用了學生的課前學習時間，據調查，學生在實驗開展前進行預習的比例并不高，因此如果在學生沒有充分開展課前學習的情況下貿然進行翻轉課堂教學，其教學效果可想而知。為了更好地引導學生開展實驗教學前的學習，我們設置了“半被動式”和“主動式”相結合的方式。

除了視頻材料外，不少教師以往的習慣是直接將教學課件置于網絡教學平臺上供學生下載，這大大方便了學生的預習和復習。但是我們在開展翻轉課堂的教學嘗試中發現，還是有部分學生不會主動去下載預習，或者他們僅下載了課件卻沒有進行預習。針對這個現象，我們借助學校的網絡教學平臺，對教學素材的網上部分進行了設置，學生不可下載課件，但是可以在線觀看。學生在線學習的同時，我們可以通過教學平臺，查看每位學生學習的項目和時間。這個舉措解決了翻轉課堂現階段遇到的一個主要問題，即如何直觀量化地了解學生的課前預習情況。

當然，翻轉課堂的主旨是變“教為中心”為“學為中心”，因此單靠監督學生在線學習情況是不夠的，要引導學生進行“主動式”學習。一方面可以通過網絡教學平臺，發布每個學習階段要完成的內容，并提出一些結合實驗的案例思考，以有效刺激學生的好奇心，提升學生主動學習的動力。比如，在學生進行“離子選擇性電極法測定水中微量氟”實驗預習前，將有關氟的測定標準(如HJ 488—2009、GBT5009.18—2003等)提供給學生，并提出一些問題，包括“為什么標準曲線法在那么多國家標準、實驗講義中出現？”、“測定微量氟有沒有其他方法？”、“同樣用氟離子電極，除了用標準曲線法，我們還能怎么定量？”等。學生要將這些思考寫入實驗預習報告中。另一方面，我們在實驗前，設置了一些問題，這些問題往往涉及實驗具體操作、儀器使用注意事項等。在學生進入實驗室時，由教師隨機提問，做到每人1—2題，學生答題效果的好壞作為該實驗成績的一個重要部分，只有杜絕學生的僥幸心理，才能切實加強實驗教學前的學習。

3 課堂教學方式的改進

教學預計可以在幾個層次上開展。第一層次，教師通過實驗教學前的一些簡單提問來考查學生對基本原理、儀器結構、操作流程、定量方法的掌握情況。第二層次，在實驗進行間隙，教師可結合正在進行的實驗，對某種國家或行業標準中的分析方法進行剖析，將該儀器分析方法的原理、儀器、可能存在的干擾等穿插其中，這樣可以加深學生對所學知識運用于生產實踐有具體和感性的認識。第三層次，教師可以通過提出某些物質的檢測要求，要求學生開展課堂討論或者是作為實驗報告的一部分內容，提出檢測方案和注意事項等。

由于實驗教學的特點，在傳統的教學過程中，往往是教師先介紹儀器原理、儀器主要結構、操作流程、數據處理方式等，然后學生再開始進行實驗。這種方式帶來了一些問題，比如開展相同實驗的次數多，教師重復講解工作量大，集中講解效果差，實驗過程忽視學生內化知識等[7]。使用翻轉課堂的教學模式后，教師可以將重點集中在展示儀器實體結構以及操作注意事項上，至于儀器原理、數據處理方式等都不再涉及，從而節約了實驗教學的時間，可以把更多的時間留給學生進行操作，或者是“創造性操作”。“創造性操作”指的是學生沒有完全依據實驗講義，而是對實驗操作流程進行改動，甚至自行設計并開展一些講義上未曾介紹的操作，這是任課教師必須大力支持與提倡的。如上面提到的“離子選擇性電極法測定水中微量氟”實驗中“同樣用氟離子電極，除了用標準曲線法，我們還能怎么定量？”的問題，曾經有的學生不但回答了問題，還設計了相應使用標準加入法進行測定的實驗步驟，我們也因此改進了實驗講義。

同時，在學生開展實驗的過程中，教師要實時監督學生操作的情況，出現問題要及時糾正，并要針對每位學生的實驗操作給出一個操作成績(可以是具體分數或者是等級)，這也是激勵學生上課前充分學習的重要一環。同時，在學生操作或者是等待儀器給出數據的間隙，教師可以“見縫插針”，與學生進行廣泛的交流，此時教師提出的問題就可以更加廣泛，如可以結合實驗的內容，通過提出某些物質的檢測要求，與學生開展課堂討論，結合課前學習的知識，提出大致的分析操作方案和注意事項等。

4 實施效果與啟發

翻轉課堂教學模式的引入，給儀器分析實驗教學帶來了很大影響。對于課程而言，可以改善學生不重視實驗預習的情況，提升學生的學習興趣。陸續有學生在實驗報告中提出對實驗進行改進的建議，比如，在“離子選擇性電極法測定水中微量氟”的實驗報告中，學生提出能否增加基于標準加入法的測定步驟，然后將標準曲線法和標準加入法的實驗結果進行對比，以增強對這兩種方法的理解；實驗中能否直接使用塑料容量瓶，以簡化實驗步驟(我們最初的實驗步驟是利用玻璃容量瓶配制氟標準溶液和待測溶液后，再裝入塑料容器內保存)。這些思路的提出，表明學生真正理解了實驗原理和步驟，并對實驗產生了一定的興趣。針對這些意見，我們將原有的玻璃容量瓶和塑料試劑瓶統一更換為塑料容量瓶，方便了學生的操作；同時將標準加入法的步驟加入實驗指導書中，引導學生對標準加入法和標準曲線法進行對比。又比如學生在“紫外吸收光譜測定蒽醌試樣中蒽醌的含量和摩爾吸收系數”實驗中發現，原來步驟中是先檢測蒽醌和干擾物的紫外可見光譜，然后選擇合適波長后再制作蒽醌的標準曲線。他們提出是否可以將蒽醌和干擾物的紫外可見光譜測定順序顛倒，即先測干擾物再測蒽醌的紫外光譜，再直接用這份蒽醌的標準溶液先做標準曲線中的一個點。這么做的目的是可以減少一次比色皿的清洗，這貌似學生的“偷懶”之舉，但其實體現了學生對實驗步驟的預習和理解到位，并且進行了一定的思考。對于教師而言，由于翻轉課堂教學模式的嘗試，原來每次實驗前20—30 min的實驗講解，可以縮短到10—15 min。授課教師可以從以往實驗教學忙于灌輸常規知識點的模式中解脫出來，能與學生進行深層次的交流，同時可以擴大同一時間段指導人數的規模，可以同時指導多個實驗，變以往的“循環式實驗”為“平行式實驗”，提高教學工作效率。對于學生而言，通過一學期的實驗，不少學生對儀器分析實驗產生了濃厚的興趣，申報各級大學生創新實驗項目時，涉及儀器分析領域的項目越來越多。而且從近幾年的申報書來看，通過翻轉課堂的嘗試，學生信息化檢索能力大幅提高，完成申報書時思路更加清晰，路線也更加合理。近3年來，2011—2013級應用化學專業的學生累計獲得國家級大學生創新項目8項、省級6項，其中由曾承擔儀器分析實驗的教師指導的學生團隊就分別取得了國家級5項、省級5項的好成績。如“摻雜氟的二氧化錫導電玻璃在染料電化學降解中的應用研究”、“手性量子點的合成及其在藥物對映體手性拆分方面的應用”等都已經順利結題。由于儀器分析實驗與儀器分析理論課程是密不可分的，因此通過翻轉課堂教學模式對學生自主學習習慣的培養，又提高了儀器分析理論課程的學習效果。以2011和2012級應用化學專業學生為例，使用新教學模式后，儀器分析的不及格率平均比2010級下降了27.65%。

同時，翻轉課堂這一新型教學模式，也給我們帶來了一系列的思考。首先，在翻轉課堂中，教師的角色其實不是被淡化了，而是從另一個側面有所加強。教師從主動變為被動，從主導變為引導，這對其職業素質有著更高的要求[8]。因此，對教師進行引導與幫助，提高教師的業務能力，理順教學思路，使其盡快適應翻轉課堂的教學模式，是完善翻轉課堂教學的重要一環。同時，教師可以根據實驗教學過程中暴露出來的問題，進行批判性反思，優化實驗方案，補充教學資源，實現課程、教師、學生協同發展[9]。而對于學生而言，要充分激發其主動學習的興趣，除了必要的課前引導，學習考評的方式摸索也是尤為重要的。如果還是僅以期末的操作或考試來評測教學效果和個人能力，那翻轉課堂勢必流于形式，因此，合理的考評方式是翻轉課堂的收官一環。對學生學習的評價應從學習態度、基本技能和綜合能力測試三個維度展開，建議成績應該包括多個方面，從學生課前學習的時間(10%，通過網絡教學平臺統計)、效果(10%，通過實驗課開始階段的簡單提問)，到實驗的操作過程(30%，通過學生實驗操作的情況)、再到實驗報告的撰寫(30%，通過實驗報告中數據處理、分析討論)、最后到期末考試成績(20%，期末實驗操作考試的情況)，從而多維度地給出學生總評成績。

以上是筆者在儀器分析實驗教學過程中初步使用翻轉課堂這一新型教學模式的一些體會及探索。總之，搞好儀器分析實驗課程的教學不是一朝一夕的事，需要教師站在時代前沿，不斷吸收新的教學理念，綜合運用各種教學方法和教學手段，積極改革，深入研究。

[1]張金磊,王 穎,張寶輝.遠程教育雜志,2013,No.4,46．

[2]王彥沙,劉松艷.大學化學,2016,31(4),17．

[3]蔡佳璐,黃熒倩,葉偉東,沈永淼.大學化學,2015,30(6),7．

[4]張福全.合肥學院學報(自然科學版),2010,20(4),53.

[5]胡萬群,張漢昌.大學化學,2011,26(5),30.

[6]劉利枚,周鮮成,石 彪.中國電力教育,2014,No.12,71.

[7]吳 峰,朱錫芳,鄒 全,相入喜.現代教育技術,2015,25(5),91.

[8]王 蕊.黑龍江科學,2014,5(10),209.

[9]王 紅,曾秀瓊,劉秋平,梁秋霞,強根榮.實驗室技術與管理,2015,32(5),196.

Application of the Flipped Classroom in the Teaching of Instrumental Analysis Laboratory

CHEN Yi-Ting*HUANG Lu LI Yan-Xia LIN Qi
(Department of Chemistry and Chemical Engineering,Minjiang University,Fuzhou 350108,P.R.China)

The flipped classroom was applied in the teaching process of instrument analysis laboratory. Some knowledges envolved in materials preparing,pre-class guidance,class-teaching and implementing results were presented in order to provide guidance for teachers on teaching reformation.

Flipped classroom;Instrumental analysis laboratory;Teaching mode

G64；O6

10.3866/PKU.DXHX201604013

*通訊作者，Email:fjcyt@foxmail.com

國家級大學生創新創業訓練計劃項目(201610395009)；閩江學院精品課程建設項目(MJW201233108)；閩江學院教學研究與改革項目(MJUB2013021，MJU2014B010)

www.dxhx.pku.edu.cn