目標(biāo)導(dǎo)向的《儀器分析》在線教學(xué)設(shè)計(jì)

何 文，高 燕，馬業(yè)菲

(齊魯理工學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250200)

2020年2月23日習(xí)近平總書記在統(tǒng)籌推進(jìn)新冠肺炎疫情防控和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展工作部署會(huì)議上的講話中指出：新冠肺炎疫情，是新中國(guó)成立以來在我國(guó)發(fā)生的傳播速度最快、感染范圍最廣、防控難度最大的一次重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件。對(duì)我們來說，這是一次危機(jī)，也是一次大考[1]。面對(duì)疫情“大考”，高校教師躬身入局，直面挑戰(zhàn)，以提升教學(xué)質(zhì)量，保證在線教學(xué)與線下課堂教學(xué)質(zhì)量實(shí)質(zhì)等效[2]為目標(biāo)，將信息技術(shù)與教學(xué)深度融合，積極開展在線教學(xué)。

《儀器分析》是采用比較復(fù)雜或特殊的儀器設(shè)備，通過測(cè)量物質(zhì)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)來獲取物質(zhì)組成、含量及結(jié)構(gòu)等信息的分析方法，是繼化學(xué)分析后，學(xué)生必須掌握的現(xiàn)代分析技術(shù)。根據(jù)在線教學(xué)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出能吸引學(xué)生的教學(xué)方法，并且能準(zhǔn)確獲取學(xué)生反饋是實(shí)現(xiàn)“實(shí)質(zhì)等效”的必由之路[3]。因此本課程采用直播課與在線課有機(jī)結(jié)合的方式進(jìn)行在線教學(xué)。首先課程組根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱，細(xì)化課程的教學(xué)目標(biāo)；然后圍繞教學(xué)目標(biāo)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行"碎、動(dòng)、減"的教學(xué)設(shè)計(jì)(表1)，每次提前一周將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)視頻、課件、講義、章節(jié)測(cè)驗(yàn)、作業(yè)和其他輔助教學(xué)資源上傳至超星學(xué)習(xí)通在線平臺(tái)(圖1)；接著采用“QQ群課堂+分享屏幕”的方式進(jìn)行直播授課，同時(shí)結(jié)合在線平臺(tái)進(jìn)行提問、搶答、測(cè)驗(yàn)和討論等教學(xué)活動(dòng)，記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡；最后是在教學(xué)實(shí)踐中保持反思和改進(jìn)。

1 《儀器分析》課程目標(biāo)

立足學(xué)校辦學(xué)定位的應(yīng)用型特色，培養(yǎng)利用新思路和新方法推動(dòng)儀器分析技術(shù)變革與創(chuàng)新的分析測(cè)試領(lǐng)域的應(yīng)用型人才。課程教學(xué)目標(biāo)：形成系統(tǒng)的儀器分析方法理論框架，掌握四大類儀器分析技術(shù)，發(fā)現(xiàn)和提出學(xué)習(xí)中存在的問題，進(jìn)行明確界定和綜合分析，用理論闡釋問題產(chǎn)生的原因，用技術(shù)提出問題解決的方案，形成創(chuàng)新意識(shí)和應(yīng)用能力。

教學(xué)目標(biāo)的具體要求：(1)建立起準(zhǔn)確的"定性"及"定量"的概念并掌握與此相關(guān)的基本理論、測(cè)定原理及實(shí)驗(yàn)技術(shù)，理解儀器分析方法的內(nèi)在邏輯和前沿理論；(2)可以依據(jù)待測(cè)混合物各組分的物理性質(zhì)的差異，選擇合適的儀器分析方法進(jìn)行分離、定性分析、定量分析及結(jié)構(gòu)分析；(3)運(yùn)用信息技術(shù)開展深度學(xué)習(xí)，提升問題解決與創(chuàng)新能力。

表1 “碎、動(dòng)、減”教學(xué)設(shè)計(jì)理念

圖1 超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)《儀器分析》在線課程

2 《儀器分析》課程教學(xué)設(shè)計(jì)

基于目標(biāo)導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，儀器分析課程采用以下在線教學(xué)模式(圖2)，通過師生互動(dòng)與學(xué)生反饋保證在線教學(xué)與線下課堂教學(xué)質(zhì)量實(shí)質(zhì)等效。

圖2 《儀器分析》在線教學(xué)模式

2.1 課前預(yù)習(xí)發(fā)展學(xué)生的自我管理能力

課前發(fā)布教學(xué)單元任務(wù)書(圖3)，讓學(xué)生清楚學(xué)習(xí)目標(biāo)，通過觀看在線平臺(tái)發(fā)布的教學(xué)視頻和章節(jié)測(cè)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單知識(shí)點(diǎn)的自學(xué)與自查；學(xué)生再次觀看視頻；最后針對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)梳理自主學(xué)習(xí)過程中的問題和困惑，準(zhǔn)備直播課時(shí)深入學(xué)習(xí)。經(jīng)過線上教學(xué)，在確保自主學(xué)習(xí)有效進(jìn)行的情況下，培養(yǎng)了學(xué)生的自我管理能力。另外教師布置教學(xué)單元任務(wù)書的時(shí)候也要注意學(xué)習(xí)資料與資料題更多的應(yīng)該是激發(fā)學(xué)生思考，而不僅僅是在資料中找答案。

圖3 教學(xué)單元任務(wù)書和學(xué)生課前視頻觀看情況統(tǒng)計(jì)

2.2 課中互動(dòng)提升學(xué)生的問題解決能力

直播精講時(shí)，老師要深刻分析知識(shí)點(diǎn)的難度與學(xué)生可能遇到的問題，從學(xué)生接受知識(shí)的角度設(shè)計(jì)講授方法與互動(dòng)活動(dòng)，一方面滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，一方面讓學(xué)生在課堂上“動(dòng)起來”。具體來說：每次課提前10分鐘發(fā)布簽到通知，組織學(xué)生進(jìn)入直播課。上課后首先利用3～5min反饋學(xué)生的預(yù)習(xí)結(jié)果與測(cè)驗(yàn)解析(圖4)，將預(yù)習(xí)過程中和上節(jié)課遺留的問題一一解答。然后開始講授重難點(diǎn)內(nèi)容，結(jié)合1983年美國(guó)佛羅里達(dá)州立大學(xué)John M Keller教授提出的激發(fā)學(xué)生動(dòng)機(jī)的ARCS模型，通過問題導(dǎo)入、舉例子、講故事、游戲或者角色扮演等方式喚醒學(xué)生關(guān)注；再次告知學(xué)生本次課的學(xué)習(xí)目標(biāo)，解決什么問題，為什么要學(xué)？講授過程中以知識(shí)點(diǎn)的串聯(lián)講解為主，重點(diǎn)講解儀器分析原理與方法中易錯(cuò)易混淆難理解的地方，同時(shí)設(shè)置適當(dāng)難度的隨堂練習(xí)和層層遞進(jìn)的問題，一方面讓學(xué)生踮踮腳就能完成，獲得知識(shí)學(xué)習(xí)的滿足感，另一方面讓學(xué)生通過問題的解決與思考進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。本課程的應(yīng)用性較強(qiáng)，所以直播課的重要環(huán)節(jié)是案例分析，在一個(gè)系統(tǒng)的知識(shí)點(diǎn)講授完成以后，結(jié)合生活實(shí)例，讓學(xué)生進(jìn)行小組討論，不僅檢驗(yàn)了本次課的教學(xué)效果，而且培養(yǎng)了學(xué)生解決實(shí)際問題的高階思維。以離子選擇性電極的工作機(jī)制為例，在老師提供汽車排氣管內(nèi)氧傳感器結(jié)構(gòu)圖的前提下，請(qǐng)學(xué)生解釋二氧化鋯氧傳感器的工作原理(圖4)。在學(xué)生討論、回答結(jié)束以后，老師不僅在線即時(shí)總結(jié)，給出答案，還會(huì)發(fā)布相應(yīng)話題，供大家課后繼續(xù)討論分析。

圖4 直播課章節(jié)測(cè)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)與氧傳感器工作原理圖

2.3 課后作業(yè)促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)遷移能力

合理有效的教學(xué)設(shè)計(jì)必須是一個(gè)閉環(huán)的過程。學(xué)生上課進(jìn)行學(xué)習(xí)輸入，之后通過完成作業(yè)進(jìn)行知識(shí)的練習(xí)，也就是輸出，然后老師批改作業(yè)是給予學(xué)生反饋，測(cè)試結(jié)果是對(duì)學(xué)生這一階段的學(xué)習(xí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。最后學(xué)生帶著反饋繼續(xù)接受新知識(shí)的輸入，以此循環(huán)往復(fù)。

作為教學(xué)設(shè)計(jì)閉環(huán)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，課后作業(yè)是檢查學(xué)生知識(shí)掌握情況最好的工具。但考慮到在線教學(xué)的特殊性，線上作業(yè)時(shí)也考慮到作業(yè)的趣味性、層次性和實(shí)效性。比如第一次課結(jié)束以后，讓學(xué)生制作3～5min視頻說出“我眼中的儀器分析”；具體到章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，針對(duì)學(xué)生的認(rèn)知差異，章節(jié)作業(yè)有基礎(chǔ)題、提高題與挑戰(zhàn)題三種類型；當(dāng)章節(jié)內(nèi)容全部學(xué)習(xí)完畢，考慮到學(xué)生的專注力時(shí)長(zhǎng)和線上教學(xué)的現(xiàn)場(chǎng)感差等特點(diǎn)，知識(shí)點(diǎn)已進(jìn)行碎片化分解，課后要求學(xué)生通過繪制知識(shí)點(diǎn)框架、章節(jié)概括、方法對(duì)比、和實(shí)驗(yàn)流程圖等內(nèi)容的思維導(dǎo)圖在知識(shí)點(diǎn)之間建立聯(lián)系與過渡(圖5)；當(dāng)一大類儀器分析方法學(xué)習(xí)結(jié)束，發(fā)布課程論文作業(yè)。當(dāng)代建構(gòu)主義認(rèn)為充分運(yùn)用遷移規(guī)律，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的有效遷移，是教學(xué)成功的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。所以作業(yè)布置還需考慮到知識(shí)的創(chuàng)新性。還是以離子選擇性電極的工作機(jī)制為例，直播課總結(jié)二氧化鋯氧傳感器的工作原理以后，課后作業(yè)設(shè)置為從經(jīng)濟(jì)成本的角度出發(fā)，請(qǐng)學(xué)生搜集資料提出二氧化鋯氧傳感器的技術(shù)改進(jìn)方案？另外課后作業(yè)還應(yīng)適當(dāng)督促，比如展示優(yōu)秀學(xué)生的作業(yè)、視頻與課堂筆記，也可以將班級(jí)作業(yè)制作成冊(cè)讓學(xué)生自己評(píng)判，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的自炫本能和競(jìng)技本能，起到內(nèi)在激勵(lì)的作用(圖6)。

圖5 色譜分析基本概念思維導(dǎo)圖

圖6 離子選擇性電極教學(xué)單元在線平臺(tái)討論話題

3 《儀器分析》課程教學(xué)效果評(píng)價(jià)

采用調(diào)查問卷的形式進(jìn)行學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況調(diào)查(圖7)，從問卷反饋結(jié)果看，對(duì)于老師講授知識(shí)的理解情況，12.5%的學(xué)生全部理解，80%的學(xué)生大部分都理解；對(duì)于自己的學(xué)習(xí)效果滿意情況，25%的學(xué)生非常滿意，67.5%的學(xué)生滿意。同時(shí)對(duì)比色譜分析方法的兩次在線考試考題正確率(圖 8)，發(fā)現(xiàn)第二次考試的考題正確率有所提高，學(xué)生在線學(xué)習(xí)處于進(jìn)步狀態(tài)，這說明本課程在線教學(xué)效果較好。

圖7 學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況調(diào)查

圖8 色譜分析在線考試考題正確率統(tǒng)計(jì)

4 《儀器分析》課程教學(xué)反思

疫情將師生物理隔離，網(wǎng)絡(luò)卻讓師生緊密相連。在線教學(xué)的直播經(jīng)歷，讓我感悟到學(xué)無止境和與時(shí)俱進(jìn)精神的引領(lǐng)性，更讓我體會(huì)到面對(duì)疫情"大考"合理有效的教學(xué)設(shè)計(jì)是提升教學(xué)質(zhì)量，確保"實(shí)質(zhì)等效"的關(guān)鍵。

在線學(xué)習(xí)是基于建構(gòu)主義，自我驅(qū)動(dòng)性的自主式學(xué)習(xí)。建構(gòu)主義認(rèn)為，知識(shí)不是通過教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境即社會(huì)文化背景下，借助其他人(包括教師和學(xué)習(xí)伙伴)的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式而獲得。所以在后續(xù)的在線教學(xué)過程中，課程組需要一方面根據(jù)教學(xué)反饋和授課效果不斷補(bǔ)充在線平臺(tái)信息，完善教學(xué)資源建設(shè)，其次還要尊重學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，經(jīng)過半學(xué)期的在線學(xué)習(xí)，目前大多數(shù)學(xué)生陷入了倦怠期，應(yīng)深入思考如何設(shè)計(jì)合理有效的教學(xué)活動(dòng)，繼續(xù)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，保證課堂教學(xué)效果；最后是借助經(jīng)典教學(xué)理論認(rèn)真研究在線教學(xué)的特點(diǎn)、方法，深入思考如何進(jìn)行更好的教學(xué)互動(dòng)，讓全部學(xué)生忙起來，動(dòng)起來，讓剩余7.5%的學(xué)生也能對(duì)自己的在線學(xué)習(xí)效果滿意。