翻轉課堂模式下儀器分析實驗教學改革探析

饒通德，梁麗嬌

(重慶三峽學院 環境與化學工程學院，重慶 404100)

儀器分析課程作為一門理論、實踐和技術含量很高的應用性學科，是我校環境科學、化學工程與工藝、化學(師范)等專業的重要基礎課程，具有十分重要的地位。依據所測定物質物理性質的不同，將儀器分析分為：光譜分析、電化學分析、色譜分析、熱分析和質譜分析等方法。儀器分析課程具有分析方法眾多、匯集了多學科最新理論知識和最新研究成果、儀器組成結構及工作原理復雜等特性，對學生的理性思維、邏輯推理及綜合應用等能力具有較高要求。儀器分析實驗作為儀器分析課程的重要組成部分，能加深學生對儀器分析理論知識的理解，掌握不同物質的分析方法和各種儀器的結構、性能和使用方法，熟悉儀器分析的實驗操作技能，養成及時記錄和處理實驗數據的良好實驗素養，培養學生嚴謹及實事求是的科研態度，強化學生進行探索創新實驗的能力，有利于更好地適應社會發展和人才培養的需求[1]。

1 儀器分析實驗教學現狀

現階段，由于各高校師資、大型儀器數量和學時等實驗條件的限制，儀器分析實驗教學還存在比較突出的問題，主要表現在以下幾個方面[2]：(1)儀器分析課程的理論性較強，原理較為抽象，涉及的知識面廣，有些內容特別是光譜分析還涉及量子化學等艱深的理論知識，理論晦澀難懂，難于理解，實驗中很難將理論知識和實驗技術聯系在一起，教學效果差。(2)儀器分析實驗課教學多以“教師演示，學生觀摩”為主的授課方式，學生直接操作儀器機會偏少，實驗結束后學生并未真正掌握相應的實驗知識點和操作技能。(3)由于實驗課時和大型儀器設備數量有限，開設的實驗中以驗證性為主，缺少綜合性、設計性和專業特色性實驗，實驗中學生只會“照方抓藥”式的操作，缺乏獨立思考、協作和創新，嚴重阻礙了學生學習的積極性。(4)實驗預習時大部分學生只是簡單照書抄寫實驗目的、原理和實驗步驟，達不到預習的目的。在實驗數據處理過程中，生搬硬套公式甚至存在同學之間抄襲現象，實驗報告千篇一律，缺乏對儀器的熟悉程度，沒有達到儀器分析實驗課程教學目的。

2 翻轉課堂教學模式在儀器分析實驗教學中應用的可行性

翻轉課堂也稱之為“顛倒課堂”，學生在課前利用教師在網絡教學平臺上發布的音視頻教材等電子材料自主進行學習，然后在課堂上參與互動活動并完成練習和作業的一種全新教學模式[1]。它打破傳統教學過程中知識傳授和知識內化兩個主要階段，重組了傳統課堂的教學流程與結構，轉變了教師的角色，讓學生自主控制時間，學生從被動學習轉變為積極主動地學習，其自主學習能力和學習意識得到了培養，體現了“以學生為中心”和“因材施教”的教育理念。課前，學生通過閱讀教學資料、觀看教學視頻、與老師或同學進行在線交流等方式完成知識的學習過程；課中，教師給予學生更多的時間自主學習和思考，組織小組活動、交流互動、解答問題、指導學生完成作業等，幫助學生完成知識的內化過程[3]。翻轉課堂通過“課前觀看視頻學習知識，課上知識內化”的方式實現了對傳統課堂教學的革新。這種全新的教學模式在激發學生學習興趣，提高學習效率和教學質量、提升教師工作滿意度等方面均具有較好的促進作用，現已逐漸成為各級各界教育工作者的研究熱點。

目前，我校為教師和學生提供了便捷的網絡服務和優質的超星泛雅(學習通)網絡教學平臺，為學生進行自主學習提供了便捷的途徑，同時也為教師制作網絡學習資料提供了豐富的素材，這為翻轉課堂的開展提供了物質保障。同時，我校已建成大型儀器仿真實驗平臺，其中包含氣相色譜分析、原子吸收光譜分析、傅里葉變換紅外光譜分析等多個實驗項目，學生可提前進入該平臺，自主學習實驗原理和實驗過程、熟悉儀器設備的使用，為課堂實驗教學做好前期準備。網絡平臺提供的豐富教學資源和虛擬仿真實驗環境，為儀器分析實驗教學開展翻轉課堂教學模式提供了基礎和資源保障。

3 翻轉課堂教學模式在儀器分析實驗教學中的設計

針對儀器分析實驗，通過將微視頻、多媒體課件等網絡教學資源和虛擬仿真實驗平臺有機結合，設計了在我校各專業的儀器分析實驗教學中開展翻轉課堂教學模式。儀器分析實驗翻轉課堂教學模式分為課前自主學習、課堂協作探究和課后拓展三個環節。

3.1 課前自主學習階段

課前自主學習是翻轉課堂的基礎，也是翻轉課堂的關鍵環節。借助網絡教學平臺，教師將課前準備好的學習目標：實驗原理、實驗步驟、實驗儀器操作的微視頻和知識點測試題推送至“學習通”網絡教學平臺，學生通過掃描課堂二維碼或輸入邀請碼進入網絡課堂進行預習，完成知識點測試題，課堂活動前學生便可知曉實驗的重點、難點內容，實驗操作時做到思路清晰。同時，要求學生進入虛擬仿真實驗平臺反復多次進行虛擬實驗操作練習，在虛擬環境下自主探究實驗的關鍵操作流程。在自主探究過程中，學生遇到問題或產生的疑惑，均可利用網絡教學平臺的討論區和教師或其他同學進行討論，教師會定期在討論區與學生共同分析探討、解決問題或疑惑。預習結束后，要求學生在規定時間內提供預習筆記。教師根據網絡教學平臺討論區的問題反饋和學生提供的預習筆記，能及時了解學生學習情況，及時調整、組織后續課堂活動。

3.2 課堂活動

課堂活動是翻轉課堂教學模式完成知識內化的過程。因為課前做了充分的資料收集、預習和虛擬實驗訓練，課堂上老師可縮短講解時間，將更多時間用于交流、討論和學生操作技能訓練。課堂上輪流讓學生講解實驗原理、實驗流程和關鍵操作流程；根據學生的預習和自學的情況及反饋的問題，老師對一些共性問題進行集中討論和釋疑；同時引導學生對實驗中涉及到的重要知識點進行梳理和強調。實驗操作中，鼓勵以小組為單位，分工協作，課前教師將每個小組的學習目標和任務通過“學習通”推送給各小組，課堂上引導學生進行組內討論和問題釋疑，教師對學生實驗操作中的錯誤及時糾正，通過小組邊操作，邊討論發現問題、解決問題，使學生能積極主動地深入探究實驗現象，分析與深化理論間的聯系，進一步內化知識[4]。實驗結束后，教師檢查學生實驗數據記錄的規范性和測試結果的科學性、合理性，并通過對實驗關鍵步驟和操作流程進行提問評價學生自學效果，對學生實驗操作過程和實驗素養等多方面進行綜合評價。

3.3 課后拓展與反饋階段

實驗課后，要求學生在規定時間內處理實驗數據、分析討論實驗結果，并形成完整的實驗報告。教師批閱實驗報告，將實驗報告中存在的問題通過“學習通”網絡教學平臺與學生進行交流，將優秀的實驗報告在網絡教學平臺進行展示。學生在處理實驗報告過程中可能會對某些知識點存在疑惑，教師在課后可借助網絡教學平臺繼續與學生進行探討交流，激勵學生獨立思考能力，創新能力，提高教學效果。教師還可在網絡教學平臺有針對性的推送儀器分析學科發展前沿的新技術、新方法，以豐富儀器分析實驗課教學內容，增強學生學習興趣，進一步強化學生對學科發展前知識和技能的了解和掌握。此外，為滿足學生自主式、個性化學習需求，我們鼓勵學生在課外進入大型儀器室室開展創新性、探究性實驗，進一步強化大型儀器操作技能，通過大型儀器開放共享平臺，學生可在大型儀器共享平臺上通過自主預約的方式進入大型儀器室開展創新性、探究性研究，進而拓展和升華儀器分析理論知識、強化分析測試操作技能。最后，依據“既重結果，更重過程和能力”的成績評定原則，對學生的實驗報告、課前自主學習效果、知識點測試、課堂討論、實驗動手能力和分析解決問題能力等多方面進行綜合考核。

4 結束語

翻轉課堂教學模式體現了“以學生為中心”和“因材施教”的教育理念。借助網絡教學平臺和虛擬仿真實驗平臺，通過課前先導學習、課堂探究實踐、課后拓展及反饋三個教學環節的儀器分析實驗翻轉課堂教學模式的實施，充分調動了學生學習興趣，學生自主學習能力、分析解決問題能力、實踐操作技能均得到明顯提升，培養了學生團隊協作能力和創新意識，顯著提高了學習效率和授課質量。