基于線上線下混合式教學的“儀器分析”課程教學模式創新研究

葛媛 王登武 張翠紅 霍小平

[摘 要] 《儀器分析》是應用化學專業一門重要的專業核心課程。結合信息化技術，利用雨課堂和虛擬仿真實驗室，構建了線上線下混合式教學模式，將課前預習、課堂教學、課后拓展有機的結合在一起，增強師生溝通，提高教學效率。同時也對教師的信息化水平和線上資源整合提出了更高的要求。

[關鍵詞] 儀器分析;線上線下;混合式教學

[基金項目] 陜西省教育廳專項科學研究計劃（19JK0909）;西京學院2019年度本科教學改革研究一般項目（JGYB1924）

[作者簡介] 葛 媛（1986—），女，陜西西安人，博士，西京學院理學院副教授（通信作者），主要從事環境化學研究;王登武（1977—），男，陜西漢中人，博士，西京學院理學院教授，主要從事納米材料研究;張翠紅（1986—），女，山東蓬萊人，博士，西京學院理學院副教授，主要從事光電材料研究。

[中圖分類號] G642 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）43-0173-04 ? ?[收稿日期] 2020-03-13

近年來，各級教育主管部門都在不斷強調教育信息化的重要性。2010年頒發的《教育信息化十年發展規劃（2011—2020）年》中提到“到2020年，基本實現教育現代化，基本形成學習型社會，進入人力資源強國行列”[1]，要完成這一目標，必須要實現教育信息化的全面提升。2019年的《關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》中也進一步強調實施國家級和省級一流課程建設“雙萬計劃”，著力打造一大批具有高階性、創新性和挑戰性的線下、線上、線上線下混合、虛擬仿真和社會實踐“金課”[2]。積極發展“互聯網+教育”、探索智能教育新形態，推動課堂教學革命。特別是隨著5G技術的發展，移動互聯網可以更加便捷的實現在線學習，線上線下混合式教學。本著“以學生為主體—教師為主導”的教育理念，各大高校利用各種互聯網平臺積極開展信息技術與高等教育的互融互通，保留傳統教育方式的優勢，同時又利用互聯網技術，將手機、平板電腦等移動終端引入到課堂教學中，活躍了刻板的傳統課堂，提高學生的學習興趣，增強學生的學習信心[3]。本研究以應用化學專業《儀器分析》課程為例，利用雨課堂與虛擬仿真實驗室構建線上線下混合式教學新模式。

一、《儀器分析》課程現狀分析

《儀器分析》是應用化學專業一門重要的學科基礎與專業核心課程。本校應用化學的就業方向之一為分析檢測方向，《儀器分析》課程是該方向的核心部分，為后續精細化學品分析與檢測、食品分析、環境分析等方向奠定堅實的基礎。該課程主要介紹現代儀器分析的理論和基本方法，以及在化學物質分析、農業化學、生物化學、環境保護、作物營養診斷和生命科學方面的應用，是培養分析檢測方向應用型人才的必修課程。

《儀器分析》課程開設于應用化學專業大二第二學期，共80學時，其中理論教學48學時，實驗教學32學時。主要內容包括原子發射光譜法、原子吸收光譜法、分子發光分析法、紫外—可見吸收光譜法、紅外吸收光譜法、核磁共振波譜法、質譜分析法、電位分析及離子選擇性電極分析法、極譜與伏安分析法、氣相色譜法、液相色譜法的、透射電鏡等重要的現代儀器分析方法。

在長期的授課過程中，傳統的授課方式也存在以下一些問題：1.理論課中講解的內容過多，且涉及到儀器分析機理部分的內容較難且缺乏趣味性，且傳統的授課方式過于單一，通過老師“滿堂灌”的方式，忽略了學生的個性化差異和需求，學生囫圇吞棗，很難完全理解，進一步對課程失去興趣，滋生了厭學情緒，抑制了學生的創新思維和自主學習性。課程內容不能及時更新，部分畢業學生反映課堂知識與實際職業崗位的需求不一致，實用性和針對性不足;2.《儀器分析》實驗課時為32學時，且實驗時間比較固定，一些儀器分析實驗往往需要較長的時間才能完成，為了課程更好地進行，實驗的前期工作均由老師來完成，學生僅進行簡單的樣品處理和分析檢測，無法更好地學習儀器的操作過程;部分大型儀器價格昂貴，且操作方法比較復雜，針對大量的本科生來說，無法一一進行操作實驗，只能觀摩老師操作教學;課程實驗很難做到針對教學內容所需模塊進行及時的教學和實踐，更談不上分階段、分模塊操作等;3.當前考核方式單一，主要由出勤情況、課堂表現、課后作業以及期末考試按比例給出學生的課程成績，這種方式無法全面評價學生的課程掌握情況，且缺乏與學生的溝通和交流，不能及時獲得相應的教學反思。

二、線上線下混合式教學模式

傳統的教學模式主要是通過學生課前預習，教師課堂授課，學生課后完成作業構成，但是由于課前預習與課后作業是脫離教師進行的，因此教師無法掌握學生的情況。而當前，教師可以借助互聯網、PC、手機、平板電腦等移動終端等信息化技術構建起在線學習平臺，將傳統教學模式中的課前預習與課后作業搬到線上，老師可以更好地掌握學生的學習情況，學生也可以及時地與老師溝通請教[4]。

本課程主要依賴的線上工具包括雨課堂與虛擬仿真實驗室。雨課堂是一款線上線下相結合的移動教學助手，目前我校已普及雨課堂的應用。雨課堂平臺是模塊化設計，教師在課前可以通過平臺向學生推送預習內容、小測驗等，同時平臺會將學生的預習情況進行統計，方便老師考核[5]。課堂教學過程中，利用雨課堂平臺，老師可以進行隨機點名、趣味問答、投票、課堂測驗等，與傳統的課堂相比，利用雨課堂授課，學生的參與度大大提高。由于傳統的點名式提問，部分學生即使知道答案也羞于在同學面前表現，而雨課堂的引入，使得每個學生都能夠參與到課堂互動中來。同時，雨課堂還能夠進行分小組討論、頭腦風暴等，學生的所有學習過程都在線上有所體現，教師課后根據學生的課堂表現給出相應的成績。課后作業由學生在線下完成，再拍照上傳，教師在線批改并給出正確答案，學生如有疑問可以在線與老師討論[6]。課前、課中、課后三個環節相互交融，有效的提高學生的學習效率。當前，我校具備良好的網絡基礎設施，同時有普及雨課堂平臺的應用，為我們開展線上線下混合式教學工作提供了充分的工作條件。

此外，為了讓學生更好地學習大型儀器的實際操作，學校建立了虛擬仿真實驗室，學生通過互聯網登錄虛擬仿真實驗室，可以在線進行實驗操作，包括：1.Flash動畫展示，能使學生全面深入地了解儀器工作原理;2.課件模塊：主要介紹實驗內容、操作規程、理論知識、注意事項等內容，使學生全面了解實驗方面的信息;3.軟件的仿真現場模塊，它主要用于實驗操作中對現場設備的操作仿真，包括粉末樣品制備、樣品桿加載與卸載操作、加液氮操作、真空面板操作、開關機光闌操作等子模塊;4.工作站模塊，它可實現實驗條件設置、圖像采集、圖像調節、能譜采集、譜圖分析等功能。相比傳統的教學模式，虛擬仿真項目可大大提高學生學習的積極性，對學生的實踐動手能力和創新能力起到了很好的促進作用[7]。

三、構建《儀器分析》課程線上線下教學模式

針對當前課程現狀，以及對學生學習情況的了解，構建應用化學專業《儀器分析》課程線上線下混合式教學模式（如圖1所示），包括課前預習、課堂教學、課后拓展三部分，充分體現了“以學生為核心，教師為主導”的教學理念。

（一）課前預習，線上學習

教師在課前依托雨課堂在線平臺上傳預習資料，包括相關PPT課件，微課視頻，課堂上需要講解的題目、案例等等，根據預習內容設置一些小測驗的題目，考察學生的預習效果。教師可以通過雨課堂向學生推送在線教學資源，比如學堂在線上的一些經典的慕課課程，讓學生除了本校的學習之外還能夠學習其他高校的優質學習資源。針對部分需要小組完成的討論活動，在雨課堂上進行分組和分工。學生通過自主預習，將學習中的一些問題和建議發布至討論區，有助于教師提前了解學生的學習痛點，同時可以及時與學生進行溝通。同時，針對沒有完成預習的同學，教師應當及時提醒其按時完成預習任務。

（二）課堂教學，線下互動

首先，課前利用雨課堂進行簽到，數據準確且用時較少，不足一分鐘便可完成全班的簽到，大大節省課堂時間。其次，教師通過雨課堂平臺提供的學生預習數據，可以明確學生的學習困惑，教師的教學活動針對性更強，而學生帶著問題來聽課，效率也更高。課堂上教師可以利用雨課堂來進行隨機提問，學生通過積極答題可以獲得相應的學習積分，提高了學生的課堂參與積極性。課堂中，教師結合學生的學習情況和教學內容，采用小組討論、頭腦風暴的模式來激發學生進行自主探究學習。小組討論的成果通過翻轉課堂來呈現，學生討論實驗方案，確定實驗步驟，制作課件，錄制視頻，在課堂上進行講解，與同學交流互動，分享學習心得，教師對學生的學習活動進行點評，并依據分組分工給出相應的分數[8]。利用雨課堂平臺，還可以進行隨堂測驗，實時了解學生的學習狀態。同時雨課堂的彈幕功能也能夠有效地拉近教師與學生的關系，每講完一個知識點，教師可以開通彈幕功能來了解學生對這部分內容的掌握程度，及時調整授課的方式。

（三）課后拓展，線下訓練

課后，教師通過雨課堂平臺布置作業并設置提交時間，學生在線下完成書面作業并按時拍照上傳，上傳后即可通過雨課堂平臺查閱作業的正確答案，老師在線批改，記錄學生的作業成績。學生如有疑問，可在線進行答疑。雨課堂平臺還具有隨機分組功能，可以通過小組互評，學生自評的方式來批改作業。相比與傳統課堂老師上完就走的情況，線上線下混合式教學為學生提供了一個復習回顧的機會，學生可以在線回顧教師上傳的學習資料，進一步鞏固學習效果。同時針對《儀器分析》這門課程，學生利用虛擬仿真實驗室在線平臺，學習大型儀器的基本原理和操作方法。利用這種沉浸式學習方法，幫助學生加深學習印象，有利于今后在崗位上直接操作儀器進行檢測。雨課堂在線平臺可將所有的教學過程數據化，有利于老師進行教學反思總結，優化后續課程設計。

（四）教學評價與考核

《儀器分析》課程的最終考核成績由形成性考核與終結性考核按照1：1的比例構成，形成性考核占總評成績50%，可以有效激發學生線上自主學習的積極性。雨課堂可以將課前、課中、課后的學習過程數據化，學生預習時長、答題情況、參與討論、課堂互動、隨堂測驗、課后作業等內容均在線上有所記錄，教師利用系統對學生的學習情況進行評價并給出形成性考核成績。同時通過大數據的反饋，教師能夠掌握學生的學習情況，并進行評估和總結。教師在后續課程中不斷調整課程設計，優化教學方案，真正實現“以學生為主體，教師為主導”的教學理念。

四、基于線上線下混合式教學案例

下面以《儀器分析》課程中“紫外-可見吸收光譜法”為例，詳細介紹其線上線下混合式教學的具體實施方案：

五、結語與反思

將信息技術融入到傳統教學中形成的線上線下混合式教學模式是應用型高校探索的教學創新模式。基于雨課堂與虛擬仿真實驗室的支撐，構建了《儀器分析》課程的線上線下混合式教學，這種模式利用在線平臺的交互性、信息反饋的即時性、大數據等特點，基于便攜式移動終端，將課前（線上）—課中（線下）—課后（線上）有機結合，打破了傳統教學中教室與課外的壁壘，增加了學生的學習主動性和積極性。移動終端的應用有利于教師追蹤學生的整個學習過程，同時又能夠方便學生利用課余的碎片化時間來進行學習，充分發揮了“以學生為主體，教師為主導”的教學理念。當然，在線上線下混合式教學的具體實施過程中，也存在一些亟待解決的問題，如有些章節內容比較晦澀難懂，學生預習效果不佳;對于虛擬仿真實驗室的操作學習，教師目前還無法在線追蹤，部分自主學習能力較差的同學敷衍了事;課堂上，教師如何避免學生利用手機做與課堂無關的事情。這些問題也提醒我們在今后的教學中應該不斷學習，提高自身的信息化水平，充分發掘線上的教學資源，利用中國大學mooc、學堂在線、慕課網等線上資源，開發學生的視野，提高學生的學習興趣，從而使《儀器分析》這門課程的線上線下教學模式更加完善。

參考文獻

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[2]教育部.關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見[EB/OL].-baike.sogou.com/v...-2019-10-14.

[3]黨輝，張寶善，高貴田，等.基于混合式教學的食品微生物學課程教學模式創新研究[J].安徽農業科學，2020（2）：275-277.

[4]王濤波，趙元棣，王興隆.《通用航空運行與保障》課程傳統與雨課堂混合式教學初探[J].教育教學論壇，2020（7）：258-260.

[5]李跑，李佳儀，鄭郁，等.“雨課堂”在《食品理化分析技術實驗》教學中的應用研究[J].輕工科技，2020（1）：144-145.

[6]閻敬，胡博，姜靜宜，等.混合式教學法在本科生生物化學教學中的應用[J].基礎醫學與臨床，2020（1）：124-127.

[7]劉萍萍，黃嵐，趙宏偉.虛擬儀器技術在新工科虛擬仿真實驗平臺中的應用[J].計算機教育，2019（11）：126-129.

[8]朱龍，付道明.一種提升學生問題解決能力的問題支架應用框架——基于翻轉課堂的實證研究[J].電化教育研究，2020（2）：1-7.