“無機及分析化學實驗”混合式教學改革與實踐

俞遠志 劉赫揚 張立慶

[摘 要] 為培養具有自主學習能力、知識拓展能力的高素質專業技術人才，順應“互聯網+”時代下的教育發展大潮，從課程學時少、課程資源不適應碎片化學習等制約浙江科技學院“無機及分析化學實驗”教學效果提升的主要問題著手，對各個實驗項目中共性關鍵實驗技術進行提煉。引入了“微課+翻轉課堂”的教學模式，并進一步優化課程評價，實施了線上線下混合式教學改革與實踐，為今后進一步研究和完善該課程的教學方法，并提高教學質量提供參考依據和經驗。

[關鍵詞] 無機及分析化學實驗;線上線下混合式教學;教學改革

[基金項目] 2018年度浙江省高等教育“十三五”第一批教學改革項目“聚焦‘復雜工程問題’解決能力培養，構建‘翻轉課堂+BOPPPS教學設計’融合的‘高分子化學’課程教學體系”（jg20180213）;2018年度浙江科技學院課堂教學改革項目“高分子化學”（2018-kj11）

[作者簡介] 俞遠志（1976—），女，浙江桐鄉人，碩士，浙江科技學院生物與化學工程學院工程師，主要從事基礎化學實驗研究;劉赫揚（1979—），男，江蘇蘇州人，博士，浙江科技學院生物與化學工程學院、環境與資源學院副教授，主要從事化學工程與技術領域研究;張立慶（1963—），男，浙江杭州人，學士，浙江科技學院生物與化學工程學院教授，主要從事基礎化學理論及實驗研究。

[中圖分類號] G640 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）01-0046-04 [收稿日期] 2021-07-06

引言

“無機及分析化學實驗”是無機及分析化學教學的重要組成部分，也是高等學校化學工程、生物工程、輕化工程和環境工程等化學近源專業的一門必修基礎實驗課。該課程通常面向相關專業一年級新生開設，是學生進入大學后接觸到的第一門關于基礎化學實驗方法和實驗技能訓練的課程，其重要性不言而喻。因此，“無機及分析化學實驗”的教學研究一直受到各個高校和廣大師生的高度關注。隨著信息化和互聯網技術的高速發展，微課、MOOC、SPOC等線上教學模式不斷涌現，為傳統的課程教學注入了新的活力。線上線下相結合的混合式教學模式，正在被越來越多地應用到各類理論與實驗教學中。浙江科技學院“無機及分析化學實驗”教學團隊在浙江省精品在線開放課程建設項目，以及浙江省高等教育“十三五”教學改革項目等的支持下，通過實踐，探索構建基于微課和翻轉課堂的“無機及分析化學實驗”線上線下混合式教學新模式，在“無機及分析化學實驗”教學質量提升方面取得了一定的成果與經驗。

一、“無機及分析化學實驗”課程現狀分析

“無機及分析化學實驗”是由無機化學實驗和分析化學實驗兩門基礎實驗課程整合而成，但其授課學時通常低于上述兩門課程的授課學時。浙江科技學院自2000年開設“無機及分析化學實驗”課程以來，伴隨著近年來高校教學體系改革，許多高校的基礎學科總體授課學時不斷壓縮，筆者所在院校的“無機及分析化學”實驗課程學時也在不斷減少。目前本校“無機及分析化學”實驗課程學時僅有48學時，教學內容上偏重于分析化學實驗，且與“無機及分析化學”理論課程（64學時）的學時數比為0.75∶1，遠低于1∶1～1.2∶1這一化學基礎實驗課與理論課學時數比例的一般要求。這就導致了一些重要的實驗操作往往只能出現在某一個實驗項目中。例如，無機制備操作僅在“硫酸亞鐵銨的制備”這一個實驗項目中涉及，基本上屬于“一遍過”，學生學完就忘，更別提能規范操作了。此外，在課堂教學方面，由于考慮到該課程的授課對象是實驗技能基本為零的一年級本科新生，因此，主要采取先由指導教師詳細講解實驗原理、操作步驟和注意事項，并對實驗過程進行演示，再由學生獨立完成實驗的方式進行，導致實驗課時間總體較長，還常常會出現超過預計時間的情況（例如3學時的實驗需要花4～5小時的時間才能完成），嚴重影響了學生的學習積極性。因此，如何在學時少的情況下，將無機化學實驗與分析化學實驗兩門課所涉及的實驗方法與技能，更高效地教授給零起點的一年級本科生，是“無機及分析化學實驗”的教學重點和難點。

自2000年“無機及分析化學實驗”獨立設課以來，浙江科技學院無機及分析化學教學團隊開展了一系列課程建設工作，并于2004年被評為浙江省精品課程。建設豐富的課外學習資源以充分支持不同層次、不同知識結構的學生開展自主學習是課程建設的重點之一。同時，考慮到實驗是以實踐為主的課程，書本自主學習往往比不上視頻演示更直觀、有效，2008年起，教學團隊將“無機及分析化學實驗”課程各個實驗項目的基本原理和具體操作步驟都錄制成了學習視頻，并將其納入了基于Blackboard平臺的“無機及分析化學”網絡課程中，為“無機及分析化學實驗”教學提供了有效的支撐。然而，隨著學生學習習慣的不斷變化，原有的“無機及分析化學實驗”網絡學習視頻單個文件時間過長（30分鐘左右），不利于學生開展碎片化學習，因而越來越不適應于當前的“移動互聯網+”教學形勢，學習視頻的實際利用率也不斷下降，并進一步影響到課外預習環節的質量，乃至整個實驗教學的質量。另外，由于原有學習視頻是基于各個實驗項目錄制的，缺少對各個實驗項目中共性關鍵實驗技術的提煉，且僅側重于展示正確的實驗操作規范，而缺少對錯誤實驗操作的整理歸納與分析。從而導致許多學生常常會在關鍵實驗技術上犯了錯誤還不自知，對后續其他專業實驗、畢業論文，以及課外科技創新活動與學科競賽等教學環節的開展產生了較大的影響。此外，浙江省實施新高考改革后，進入近化類專業學習的大一新生中有10%～20%的學生高中時未選考化學，化學理論與實驗基礎相對薄弱，這一因素也給實驗教學帶來更多的不確定性。

二、基于微課和翻轉課堂的線上線下混合式教學新模式的構建

微課是以微型教學視頻為載體，針對某教學知識單元或教學知識點而設計錄制的一種時長為5～10分鐘、支持多種學習方式的視頻片段，具有時間短、內容精、主題突出等特點。微課與移動互聯網的契合性好，也更契合人的視頻學習有效時長。借助微課的新型教學手段，建立“微課+翻轉課堂”的線上線下混合式教學模式，有助于解決我校“無機及分析化學實驗”課程中存在的問題。

（一）微課的設計與制作

在探索構建“微課+翻轉課堂”的實驗教學模式過程中，微課的設計與制作是關鍵一環，直接影響學生學習的積極性，乃至整個教學過程的教學效果。

首先是對微課視頻內容進行篩選。教學團隊根據“無機及分析化學實驗”大綱和教學目標，從不同的實驗項目中提煉出一系列經典技術模塊，如洗滌、干燥、過濾、離心、稱量、滴定、移液、定容、pH值測定等，以及若干常見易錯操作，如試劑取用、溶液配制等，將它們選為微課視頻內容的關注點。同時，為避免以往因視頻時間過長帶來的枯燥學習體驗，對某些信息量較大的技術進行二級分解，如將稱量操作分解為增量法和減量法，將滴定操作分解為酸式和堿式滴定管操作等，同一系列既相互聯系又能獨立學習。每個視頻時長定為5～10分鐘，一個視頻只負責講透某一種基本操作，這樣分配給每個實驗技術的時長就比較充足。一方面能把以往因時長問題一筆帶過的重要細節進行詳細講解（例如，在講授稱量技術時，對“電子天平使用前如不處于水平狀態該如何調節”的問題），讓學生通過學習能明白如何才是真正會用儀器，碰到問題如何自行處理，從而減少實驗誤差;另一方面，可以將該實驗技術的常見錯誤操作也加入微視頻，在幽默詼諧的畫面中令學生看到平時出現在他們身上的各種問題，從而加深印象。

其次是對每堂微課的素材進行整合，從如何能吸引學生觀看著手：（1）提出應用實例、引出實驗技術;（2）技術原理講解、正確操作演示;（3）課程內容小結;（4）錯誤操作示范;（5）預留思考題等五個部分進行微視頻腳本制作。因為實驗視頻所涉及的物品和對象較多，所以腳本制作時需要充分考慮拍攝場景布置、儀器藥品準備、拍攝流程、人物與物品的位置、實驗細節的正確展示、內容切換等各個方面，在實驗細節展示時可采用動畫方式以增加趣味性。

最后是按腳本進行視頻拍攝和制作。視頻拍攝主要采用攝像機完成，錄制得到源文件后用愛剪輯等軟件進行修剪和合成，在初步剪輯的基礎上，經過反復糾錯、字幕與視頻匹配的修改、核對和動畫植入，最后進行配音、配樂，視頻制作才算完成。

（二）線上線下混合式教學模式的實施

課前，教師通過移動教學App或浙江省精品課程在線開放課程共享平臺發布微課視頻。前者適用于小班教學，教師可隨時查看學生學習情況，并能及時與學生交流;后者受眾較廣，便于各年級學生學習觀看，可以得到更客觀的反饋信息，但在互動及時性上略差。教師要求學生在課前完成實驗項目視頻及實驗技術微課視頻的自主學習，在規定時間內上交預習報告，并回答預習思考題，教師通過批閱報告收集學生在預習過程中遇到的疑問和想法，了解學生的自主學習情況，并依此調整課堂講授內容。課中，教師以實驗項目原理和步驟為講授重點，對實驗技術僅根據預習情況做少量演示，將主要課時留給學生動手進行實驗。學生完成實驗項目后通過移動教學App當場提交實驗數據，教師可就實驗結果中出現的問題與學生進行即時交流和討論，引導學生對整個實驗過程和實驗操作進行思考，內化所學知識，完成課堂翻轉。課后，學生完善并提交實驗報告，教師對總體完成情況進行點評。

以“混合堿液成分分析”（3學時）實驗為例，課前要求學生預習實驗內容、完成移液操作（微課）學習、復習酸式滴定管操作（微課），布置課前思考題：描述測定過程的實驗現象，并對將會顯著影響結果精密度的操作環節進行預測。學生線上提交預習報告，教師根據學生完成情況打分（微課學習占30%，預習報告質量和思考題完成情況占70%）。課堂上，教師用15～20分鐘完成講解，對極易產生誤差的步驟進行重點演示。學生獨立開展實驗（2小時），完成后線上提交原始數據，教師利用事先編輯好的Excel表格陸續對上交的數據進行快速處理，與理論含量進行比對并計算結果的相對平均偏差，當有近1/3的學生提交完數據后，教師開始與學生就準確度和精密度之間的關系問題進行討論，并引導學生再次思考如何減少操作中的誤差以提高準確度和精密度（30分鐘）。課后，學生完善并上交實驗報告，教師統計所有學生的實驗結果和成績分布，對該次實驗的總體完成情況進行反饋。

在這一教學模式中，為達到預期的教學效果，有效的課前自主學習是關鍵。為此，在課前，教師應清楚具體地發布預習任務，預習思考題應著眼于將實驗項目與實驗技術充分結合，訓練學生對實驗現象和實驗結果進行預測，引導學生對可能出現的錯誤操作及其結果進行分析。在課中，教師著重講解學生在預習后仍然模糊或把握不了的關鍵操作步驟，而不是重復微課視頻中已有詳細講解的實驗技術，逐步培養學生的自主學習能力和創新思維能力。課程評分體系方面，對所有的預習內容進行量化考核，并大大提升預習環節在課程總評成績中的占比（增至40%），促使學生充分認識到課前自主學習的重要性，也提升學生的學習積極性。

（三）學習效果調查

教學團隊已制作微課視頻11個，分別為：洗滌、減壓過濾、增量法稱量、減量法稱量、容量瓶操作、移液、酸式滴定管、堿式滴定管操作、酸度計使用、分光光度計使用和溶液配制，并已對兩個年級5個近化類專業自然班開展線上線下混合式教學改革與實踐。經問卷調查，95%的學生對這一教學模式感興趣;67%的學生對微課視頻感興趣;在“提高學習效率”“加快實驗速度”和“促進對基礎實驗知識和技能的快速掌握”三個問卷項目上全部學生都給出了90分以上的評分，在“激發學習興趣”“培養學習方法”和“提高自主學習的意愿”這三個問卷項目上也都給出了80～89分的評分。這充分說明基于微課和翻轉課堂的線上線下混合教學對提升“無機及分析化學實驗”學習效果有明顯的促進作用。

三、思考與改進

實驗課堂本身具有交互式教學的特點，容易進行課堂翻轉，但因受學時數的限制和學生學情的影響，傳統課堂在教授實驗技術、學生獨立完成實驗項目后已無余力進行更多的實驗能力提升訓練。建立基于微課和翻轉課堂的線上線下混合式教學模式，通過“微課學習+預習報告”“課堂重點講解+實驗+數據現場提交+討論”“實驗報告提交+課后點評”等環節，能有效地解決制約教學效果提升的時間和空間問題。

經過兩個學期的實踐，在實驗課上，可以明顯感受到學生學習熱情的提高，而且許多學生還能將自主學習習慣延伸到后續的實驗課程中。但也有一些學生會選擇觀看其他教學網站上的視頻資源，說明微課視頻在內容和形式更新方面還有很多提升空間。只有內容和形式俱佳的微課視頻才能滿足學生的學習需求、充分調動學生的學習積極性。此外，由于課前自主學習的約束力相對較弱，學生的學習能力也各不相同。因此，教師需要不斷總結經驗并進行持續改進，還需要對自學能力較弱的學生進行針對性輔導。

最后，采用新穎的教學方法改革傳統課堂教學以提高教學質量，是教育工作者的使命之一。慕課、微課、SPOC課都是隨著信息技術的發展快速發展起來的新型教學方法，但在利用這些教學手段改變傳統課堂教學的過程中，也要按教學規律合理使用，在實踐中找到信息技術與教學的契合點，不要顧此失彼，不要急功近利，這樣才能讓線上線下混合式教學的優勢發揮得更好，為培養高質量專業人才做出貢獻。

參考文獻

[1]李海霞，劉辰鵬，韓貴來，等.互聯網+實驗混合教學模式探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2019，38（4）：169-172.

[2]于永麗，徐燁，劉梅英，等.線上線下相結合的分析化學實驗教學改革與實踐[J].實驗室科學，2018，21（6）：141-144.

[3]張立慶，李菊清，俞遠志，等.基于SPOC的無機及分析化學課堂教學改革[J].浙江科技學院學報，2018（3）：258-262.

[4]張艷萍，張立慶，俞遠志.無機及分析化學綜合設計性實驗教學探討[J].浙江科技學院學報，2014（1）：72-76.

[5]俞遠志，張立慶，傅曉航.開放性實驗教學模式的實踐與思考[J].實驗室研究與探索，2013（3）：153-155.

[6]Mc Grew LeRoy A. A60-second course in organic chemistry[J]. Journal of Chemical Education，1993，70（7）：543-544.

[7]謝貴蘭.慕課、翻轉課堂、微課及微視頻的五大關系辨析[J].教育科學，2015，31（5）：43-46.

Reform and Practice of Mixed Teaching of Experiment of Inorganic and Analytical Chemistry

YU Yuan-zhia， LIU He-yanga， b， ZHANG Li-qinga

（a. School of Biological and Chemical Engineering， b. School of Environmental and Natural Resources， Zhejiang University of Science and Technology， Hangzhou， Zhejiang 310023， China）

Abstract： In order to cultivate high-quality professional and technical talents with independent learning ability and knowledge expansion ability， we should comply with the main trend of educational development in the era of “Internet +”， refine the common key experimental technologies of each experimental project， and improve the teaching effect of Experiment of Inorganic and Analytical Chemistry from Zhejiang University of Science and Technology， which is limited by less time of courses and curriculum resources. The teaching mode of “micro class + flipped class” was introduced， the curriculum evaluation was further optimized， and the online and offline mixed teaching reform and practice were implemented， which provides reference and experience for further research and improves the teaching methods of this course and the teaching quality in the future.

Key words： Experiment of Inorganic and Analytical Chemistry; online-offline mixed teaching; teaching reform