翻轉課堂在“儀器分析”教學中的應用實踐

夏莉，董萌，雷存喜

摘 要：“儀器分析”是化學類專業的核心專業課程之一。在“儀器分析”的課堂教學和實驗教學中引入翻轉課堂教學模式，結合視頻學習、隨堂測試、課堂討論、重點講解等教學方法和手段，對傳統教學模式進行優化和改革。實際應用效果表明，翻轉課堂的實施可提升教學質量和教學效率，有助于提高學生的學習積極性和主動性，取得了良好的應用效果。

關鍵詞：儀器分析；翻轉課堂；教學視頻；實驗教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）21-0131-03

Abstract： Instrumental analysis is one of the core courses in chemistry. In order to optimize and reform the traditional teaching model， the flipped classroom teaching model is introduced in the classroom teaching and experimental teaching of the instrumental analysis， and it is combined with video learning， classroom testing， classroom discussions and key-points explanation. The application results show that the flipped classroom can improve the teaching quality and teaching efficiency， help to improve the enthusiasm and initiative of students， and then get a good teaching effect.

Keywords： instrumental analysis； flipped classroom； teaching video； experimental teaching

引言

“儀器分析”是應用化學、分析化學、化學工程與工藝、環境工程等化學類專業的核心專業課程之一，它是分析化學的重要分支[1]。作為現代的分析測試手段，儀器分析日益廣泛地為化學、生物、醫學、環境等學科領域內的科研和生產提供大量的物質組成、結構及狀態等方面的信息，成為高等學校中許多專業的重要課程之一。課程的核心任務是依據物質的物理及化學性質，采用比較復雜和特殊的儀器設備獲取分析數據，鑒定物質的化學組成、測定有關成分的含量。通過本課程的學習，學生能夠掌握常用儀器分析方法和設備，并初步具有運用所學方法和工具解決相應生產實際和科學研究問題的能力?！皟x器分析”課程的教學內容包括光譜分析法中的原子吸收光譜法、紫外可見分光光度法、紅外吸收光譜法、核磁共振光譜法和質譜法，色譜分析法中的高效液相色譜法和氣相色譜法，電化學分析中的電位分析法等?！皟x器分析”課程的理論性與實踐性均較強，一方面學生需要掌握常用分析儀器的基本原理和構造，另一方面還需要熟悉常用儀器的操作和使用。本課程旨在讓學生加深對各類儀器分析方法的基礎理論和工作原理的理解，正確和熟練把握儀器分析方法的操作，培養學生運用儀器分析解決實際問題的能力，為后續學習及科研工作打下堅實的基礎。為了更好地開展“儀器分析”課程的教學工作，微課、慕課等新型教學方法和教學手段已得以應用[2，3]。

翻轉課堂（Flipped Classroom或Inverted Classroom）是一種重新調整課堂內外的教學時間，將學習主動權和決定權從教師轉移到學生的教學模式。在傳統的課堂教學中，主要是以教師講授知識為主，而在翻轉課堂中，學生的知識學習主要是在課后自主完成，在課堂中教師采用問題驅動教學檢驗學生的學習效果并對重難點進行剖析，促使學生主動參與教學，提高學生的學習主動性和積極性。為了更好地開展“儀器分析”課程的教學工作，在“儀器分析”課程和課堂教學和實驗教學中，引入了翻轉課堂教學模式，取得了良好的效果。在翻轉課堂教學模式下，在寶貴的課內時間中，學生可以深入理解和掌握所學知識，教師不再占用大量的課堂時間來講授教學內容，促進了師生之間的交流，培養和提升了學生自學能力和學習參與度。翻轉課堂已在現代教育教學中得到較為廣泛的應用并取得了很好的效果，在“儀器分析”課程中引入翻轉課堂，對于提升教學質量、教學效果和教學效率具有重要意義。

一、在課堂教學環節引入翻轉課堂教學模式

“儀器分析”課程涉及十幾種大型儀器的原理及實驗，而各種大型儀器的分析方法的原理各不相同，導致各章節內容相對獨立，章節之間關聯性不強，是化學類學科中一門難度較大的課程。大部分學生反映這門課程的知識理論很難理解，且對實驗技術也很難掌握，學生考試的通過率偏低。學生在理論課上的知識還未消化，在實驗課堂上對儀器的構造和原理理解起來相對困難，但課后又沒有辦法靈活選擇時間再次學習，這為教學工作帶來一定的困難?，F在的儀器分析教學方法還是傳統的教師講授為主，學生在學習儀器原理、儀器構造等知識點時感到枯燥、乏味，導致無法激發學習積極性，從而對整個課程產生厭倦。部分學生對儀器的內部結構及工作原理依然停留在“紙上談兵”的水平上，對儀器結構性能的認識比較膚淺[4]。為此，需要引入更好的教學方法來改進和完善教師的教學模式和學生的學習模式，而翻轉課堂的引入有助于更好地開展“儀器分析”課程的教學工作，既可以在課堂教學環節引入翻轉課堂教學模式，還可以在實驗教學環節廣泛采用翻轉課堂教學模式。

在課堂教學環節中，基于“以學生為中心，以教師為主導”的教學理念，我們設計了如圖1所示的課堂教學流程。

在圖1中可以看出，在翻轉課堂教學模式下，課堂教學是學生課前學習的延伸和拓展，學生在課前通過教師提供的學習資源（主要是教學視頻）自主學習，課上在老師的組織和引導下，完成知識的鞏固和延伸并進一步解決在視頻學習中遺留的問題。在此模式下，要求學生在課前先觀看教師教學視頻，視頻有三個主要來源，一部分視頻自行錄制，另一部分視頻收集和整理自互聯網，還有一部分視頻來源于儀器制造商，可從儀器制造商官網等下載獲取得到。為了保證視頻學習效果，主要以小視頻為主，每段視頻的時間盡量控制在20分鐘以內，一般每一段視頻對應一個知識點的講解，圍繞一個特定的問題或主題，利于控制學生的學習注意力。視頻學習的最大優點之一在于可以反復觀看，彌補傳統一次性教學的缺陷，學生對于所學內容可以多次重復觀看。今后將基于已有的網絡教學平臺，在每一個視頻后增加一些練習題，隨時檢驗學生學習效果，更好地監督學生學習過程。

為了更好地檢驗學生的學習效果，監控學生的學習過程，保證學習效果。在課堂教學中，采用問題驅動教學和隨堂測試的形式，要求學生結合所學知識解決一些具體問題，并通過隨堂測驗和提問的形式檢查學生學習情況。例如，在講解分子吸收光譜時要求學生思考為什么很多溶液會呈現不同的顏色，例如高錳酸鉀溶液呈現紫紅色，硫酸銅溶液呈現藍色等。學生結合所學知識，對該問題開展討論，并對討論結果進行分析，進一步講解物質與光的相互作用，包括光的反射和光的吸收。在隨堂測試中，通過一些具體的題目，例如填空題或者選擇題來檢驗學生的學習效果，每次隨堂測試時間控制在10-15分鐘左右，隨堂測試的成績可作為課程平時成績和形成性評價的重要組成部分。

針對學生在學習過程中遇到的問題，教師可以對重點和難點進行深入的剖析和講解，讓學生加深對所學知識的理解和掌握。對于一些相對比較簡單的知識，基本上可以由學生在課前的自學中完成，而不需要占用課堂教學時間，將寶貴的課程教學時間留給對重要知識和重難點的講解，提高課堂教學的效率。這種結合學生自學和教師講解的教學模式，極大提高了學生的學習主動性和積極性，讓教學和學習過程更加靈活、自由。

在課堂教學的最后，教師可對所學知識進行歸納和總結，并在課后再布置幾道小練習題，檢驗學生的最終學習效果，并布置新的學習任務，明確下一個學習單元的內容和目標。

在“儀器分析”課程的課堂教學中采用翻轉教學模式，其核心要點包括以下兩個方面：

（1）精心錄制教學視頻。每一部視頻雖然時間很短，但是需要精心準備。視頻內容盡量短小精煉，可以選取教學環節能夠有效解決教與學過程中的重點、難點問題。例如在紅外吸收光譜分析法中介紹紅外光譜圖的特征時，分子的振動形式就可以通過視頻表現。以“自動電位滴定終點的判斷方法”為例，通過視頻引導學生與他們熟悉的化學滴定法的異同比較，喚起學生的求知欲。“氣相色譜儀的構造”、“六通閥的工作原理”、“紅外光譜的壓片方法”等都可以作為儀器分析微視頻制作的選題。每一個視頻都針對一個特定的小問題，視頻長度控制在20分鐘以內，在視頻制作過程中，為了壓縮視頻的總時長，部分視頻在后期處理時采用了快進模式，壓縮了部分實驗的等待時間。例如在“高效液相色（High performance liquid chromatography， HPLC）”的教學視頻中，我們介紹了當前國內外主要的HPLC儀器生產廠商，介紹了儀器的結構和基本操作方法，讓學生對HPLC有一個全面直觀的了解。在視頻中還對HPLC的實際應用領域進行了介紹，學生可以了解在實際工作中哪些情況下可以使用HPLC，激發了學生的學習興趣，提高學習的積極性和主動性。

（2）及時檢驗教學效果。在翻轉課堂教學模式的實施中，學生需要結合視頻自主開展學習，如何監控學習過程并及時檢驗教學效果是翻轉課堂中必須考慮和解決的一個重要問題。在學生學習過程中，可以引入一些小問題檢查學生學習情況，這需要一個完整的學習平臺的支持，而不僅僅是觀看視頻。學生可以通過對這些小問題的解答來檢驗學習效果，如果學習效果不佳，可以重新開展視頻學習。教師可以通過在線學習和分析平臺對學生的整理學習情況進行分析和匯總，幫助教師了解學生的學習情況，合理安排和調整教學進度和教學內容。如果沒有在線學習和分析平臺的支持，教師可以在課前通過發放隨堂測驗小試卷的形式來檢驗學生的學習效果，該方法效率相對較低，數據收集和分析難度大。但是該方法數據更為真實可靠，可以如實反映學生的學習情況，難以造假。同時，一定要讓學生重視課前學習，加強對過程性評價的控制和平時成績在課程總成績中所占比例，記錄好學生的平時測驗成績，將教學檢驗和評價貫穿課前和課后的學習，客觀、公正地對學生平時學習情況進行考核和評分。

二、在實驗教學環節引入翻轉課堂教學模式

實驗環節是“儀器分析”課程的重要組成部分，可以幫助學生將學到的理論知識運用于實踐，讓學生加深對所學知識的理解，訓練學生的實驗動手技能，提升學生的自學能力和創新能力。儀器分析實驗教學多為驗證性實驗，開設的實驗內容較簡單，學生獨立操作機會少、設計性和創新性實驗相對較少，而且大型儀器自動化程度高，學生在進行實驗操作時通常只需要簡單的取樣檢測，有些儀器甚至不需要設定實驗條件，只需要進行一些簡單的操作即可，這導致很多學生學完后并不能真正的掌握的操作及使用，更不能應用到實際的科研或生產項目中。

此外，在傳統的實驗教學中，實驗教師需要在學生動手實驗之前花很多時間講解實驗安排、實驗內容等，由于受到實驗場地和實驗設備數量的限制，在“儀器分析”的實驗教學環節，大部分實驗需要分組進行，很多時間都是在重復講解相同的內容，教師的教學效果欠佳。

為此，在“儀器分析”實驗教學中，我們采用了如圖2所示的實驗教學流程。

在圖2中，引入翻轉課堂教學模式，通過錄制實驗預習視頻，讓原本較為枯燥的實驗課變得更加生動形象，也有助于提升學生的動手操作能力和實驗技能。

在“儀器分析”實驗教學中，針對分光光度計的使用、極譜儀的操作、電位滴定儀的操作、紫外可見光光度計的使用、熒光光譜儀的使用、氣相色譜的構造和使用流程、高效液相色譜的原理和操作等實驗，我們引入了視頻教學模式。將實驗步驟錄制成視頻，并在視頻中重點講解實驗的一些要點和關鍵環節，對結合實驗講解儀器的原理與構成，將理論學習和實踐操作相結合，有助于學生更好地掌握所學知識。同時還避免了實驗教師重復講解實驗，提高了實驗教學的效率，學生通過多次觀看實驗教學視頻，加深了對實驗原理的理解并熟悉實驗操作步驟[5]。

在實驗教學中通過采用翻轉課堂教學模式，教師可以將實驗講解的重點放到儀器本身的操作和重點步驟上，而不需要花太多時間介紹儀器的原理、基本操作、進樣、數據處理等基本知識，節省了實驗講解時間，將更多時間留給學生實踐動手操作和討論。

與課堂教學類似，在實驗課上，教師可以在學生正式開始實驗之前隨堂檢查學生的預習情況，針對學生存在的問題進行集中總結和演示，對于實驗操作中的一些關鍵步驟和要點，再通過現場演示的形式進行細致講解。為了更好地督促學生在實驗課之前學習相應的教學視頻，將隨堂檢查也作為實驗課成績的一個組成部分，要求學生在實驗報告中對實驗教學視頻的學習進行總結，教師可以及時發現視頻中存在的問題和不足，在后續可以進一步改善。

三、結束語

“儀器分析”是化學類專業的核心專業課程之一，其知識點繁多且難度較大。在“儀器分析”的課堂教學和實驗教學中，引入基于微課視頻和即時測驗的翻轉課堂教學模式，有助于加深學生對“儀器分析”課程學習內容的理解，提高學生的學習興趣和積極性。實際應用效果表明，在引入翻轉課堂教學模式后，可以讓學生主動參與教學工作，提高了課堂教學和實驗教學的效率，并極大提高了學生自覺性和主動性，提升學習能力。在今后將構建一套完整的“儀器分析”網絡教學平臺，集視頻學習、在線測評、學習痕跡記錄、交流討論等功能于一體，以便更好地將翻轉課堂教學模式融入日常教學工作。

參考文獻：

[1]朱明華，胡坪.儀器分析（第4版）[M].北京：高等教育出版社， 2009.

[2]馮彩霞，胡學風，王巖，等.“儀器分析”微課程資源建設初探[J]. 廣州化工，2015（20）：216-217.

[3]石乃恩.慕課時代的儀器分析理論課堂教學改革與實踐[J].科技視界，2016（1）：22.

[4]李衛華.儀器分析課程教學模式改革研究[J].高教學刊，2015（1）：37.

[5]陳毅挺，黃露，李艷霞，等.翻轉課堂在儀器分析實驗教學中的應用[J].大學化學，2016，31（12）：26-30.

[6]趙東宇.儀器分析課程教學方法的創新與實踐[J].高教學刊，2017（04）：64-65.