線上線下混合式儀器分析實驗金課探索與實踐

王軍鋒，饒永莉，梁 攀，肖正鳳，李颯英，吳永娟

（1.陜西學(xué)前師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，西安 710010；2.陜西省石油化工學(xué)校，西安 710010）

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020 年）》明確指出：“信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”。要繼續(xù)推動高校開展依托互聯(lián)網(wǎng)+的網(wǎng)上網(wǎng)下融合，課堂和虛擬、課上和課下相互融合的教學(xué)改革；繼續(xù)發(fā)揮高校理論研究前瞻、信息接受快速的優(yōu)勢，推動高校為制高點將創(chuàng)新性教育研究成果向社會開放，推動高等教育信息化發(fā)展，高校師生員工責(zé)無旁貸、任重而道遠。事實上，高等教育信息化發(fā)展，也經(jīng)歷了從起步階段的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，到以業(yè)務(wù)系統(tǒng)為核心的數(shù)字校園建設(shè)，如今已發(fā)展到以深度融合和創(chuàng)新驅(qū)動為特征的智慧校園建設(shè)階段。但其核心和重點從來就沒有改變，始終聚焦在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對教學(xué)改革的推動、重塑和創(chuàng)新上。伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展、大數(shù)據(jù)/業(yè)務(wù)平臺一體化、知識社區(qū)和智慧課室建設(shè)的提速，以線上線下混合式教學(xué)為主題的教學(xué)信息化迎來了又一個快速發(fā)展時期。突如其來的COVID-19 新冠肺炎疫情更是給教學(xué)信息化帶來了一個“大考”和“實戰(zhàn)”的機遇，使線上線下混合式教學(xué)獲得了內(nèi)生的驅(qū)動力，必將給未來教育教學(xué)模式帶來革命性的影響。

一、線上線下混合式儀器分析實驗金課探索的前期實踐

根據(jù)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020 年）》的規(guī)劃，依據(jù)應(yīng)用型本科院校實用型人才發(fā)展的要求，線上線下混合式金課的探索和打造，必將在這場信息化教育革命中占據(jù)重要位置。什么是“金課”? 按照教育部高等教育司司長吳巖的定義，就是具有“高階性，創(chuàng)新性，挑戰(zhàn)度”的課程。因此，線上線下混合式“金課”就是線上線下有機結(jié)合的具有“兩性一度”的精品課程。其簡捷高效打造的路徑就是充分利用線上“金課”進行本體化改造，探索線上“金課”的多種應(yīng)用模式，與線下適合本校學(xué)生的特點和培養(yǎng)需要充分的融合，在模式上不斷摸索，實際教學(xué)中不斷歷練。

儀器分析實驗課程是化學(xué)類專業(yè)的一門重要實踐課程，隨著科學(xué)技術(shù)的廣泛發(fā)展和應(yīng)用，現(xiàn)代分析測試手段已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于化學(xué)與化工、生物與醫(yī)學(xué)、食品與安全和生態(tài)與環(huán)境等領(lǐng)域?qū)I(yè)研究和生產(chǎn)實踐中。熟悉儀器分析的方法原理、掌握各種分析儀器尤其是生產(chǎn)實踐中廣泛應(yīng)用的大型儀器，是打造實用型人才、提升實用型人才培養(yǎng)內(nèi)涵的核心。

以打造線上線下儀器分析實驗金課為抓手，通過對實訓(xùn)內(nèi)容、模式和方法的創(chuàng)新設(shè)計，把儀器分析實驗課打造成實用型人才培養(yǎng)的理想平臺。近兩年我們緊緊依托化學(xué)實驗教學(xué)示范中心（省級），全面開展信息化教學(xué)，特別是利用線上資源及虛擬仿真平臺開展各種實踐教學(xué)改革和創(chuàng)新研究，積累了很多成功的經(jīng)驗。新冠肺炎疫情及其常態(tài)化的趨勢，倒逼我們加快了這一探索的進程，并堅定了深入研究的信心。想當(dāng)初，當(dāng)面臨疫情危機使學(xué)生不能返校，正常實驗教學(xué)不能開啟的情況，確實帶來了一系列問題，但倒逼化學(xué)實驗中心實踐教學(xué)改革和線上信息化教學(xué)刻不容緩。這是一場危機，也是一次外界環(huán)境壓力下快速發(fā)展的歷史機遇。加快創(chuàng)新實驗教學(xué)模式研究，實施信息化實驗教學(xué)管理，以更加開放多元的方式開展實踐教學(xué)是落實實踐教學(xué)“停課不停教”的關(guān)鍵，利用虛擬仿真模擬實驗平臺、線上直播交互式教學(xué)、線下學(xué)習(xí)群落的輔導(dǎo)是當(dāng)時解決問題的著力點。

疫情期間通過篩選專業(yè)的化學(xué)實驗仿真模擬平臺，輔助在線的直播及課下微信平臺的互動等多種形式，建立了在疫情期間開展化學(xué)實驗教學(xué)的創(chuàng)新、開發(fā)及便捷的實踐教學(xué)新模式，該模式經(jīng)過近兩個學(xué)年的實踐，證明具有一定的實用性，收到良好的效果（如圖1 和圖2所示）。

圖1 線上線下儀器分析實踐教學(xué)的組織和實施界面截圖

圖2 線上線下混合式儀器分析實驗教學(xué)探究界面截圖

二、線上線下混合式實驗類金課打造的緊迫性

經(jīng)過疫情的歷練，在混合式實驗教學(xué)研究和實踐中，我們?nèi)〉昧艘欢ǔ尚В卜e累了一些經(jīng)驗。但高質(zhì)量線上線下混合式實踐教學(xué)金課的打造也還在摸索階段，尤其是模式探討、系統(tǒng)高效教學(xué)方法的構(gòu)建和科學(xué)評價方法的探究尚需深入；結(jié)合教學(xué)示范中心的現(xiàn)狀，如何利用線上線下混合式金課，打造的契機來改變制約中心快速發(fā)展的一些瓶頸問題，包括由于資金有限，絕大多數(shù)大型分析儀器只有一臺，但招生規(guī)模卻在不斷擴大，生均儀器占比還很低；以及受限于實驗室空間，很多儀器分析實驗操作的安全性還不達標；而離近幾年提倡的智慧實驗室、綠色環(huán)保實驗室的要求還有很大的差距的問題。

如何利用互聯(lián)網(wǎng)+實驗?zāi)Ｊ健⒔虒W(xué)信息化的機遇，最大化發(fā)揮、盤活現(xiàn)有的資源，提高高端儀器的利用率；有效克服實驗室空間緊張、經(jīng)費短缺的問題；積極應(yīng)對儀器數(shù)量仍然偏少，但招生規(guī)模不斷增加的挑戰(zhàn)，還需要更加創(chuàng)新的實驗運行模式，更加高效的解決方案。以融合線上資源，研究線上線下混合儀器分析實驗金課及其相關(guān)模式作為解決問題的抓手，未雨綢繆地進行線上線下混合式開放實驗?zāi)Ｊ窖芯亢蛯嵺`是十分有必要而且緊迫的。

三、線上線下混合式儀器分析實驗金課的構(gòu)建

具體實踐中，我們以儀器分析實驗課程為例進行了模式設(shè)計、規(guī)劃和運行，經(jīng)過精心規(guī)劃，首先在第一學(xué)年遴選1/3 的項目進行試運行，積累經(jīng)驗并及時總結(jié)梳理；在我們感覺基本能掌控混合式實驗教學(xué)的流程后在第二學(xué)年增加線上線下融合式儀器分析實驗教學(xué)項目比例。迄今經(jīng)過兩個學(xué)年的摸索，發(fā)展和建構(gòu)了基本成熟的“線上線下混合式實驗金課教學(xué)模式”（如圖3 所示），同時也將該模式通過化學(xué)實驗教學(xué)示范中心在其他實驗課程教學(xué)中推廣和應(yīng)用，并不斷驗證和完善。

圖3 線上線下混合式實踐教學(xué)模式

（一）線上線下混合式儀器分析實驗金課教學(xué)模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

本研究著力于實驗教學(xué)金課模式的構(gòu)建，重點從四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行探究、豐富和完善，將線上線下融合模式各項優(yōu)勢和效能發(fā)揮出來，并期待收到統(tǒng)合綜效的結(jié)果。這個四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)分別為：實驗前教師資料準備（線下）；實驗前學(xué)生自主學(xué)習(xí)（線上）；實驗技能實操訓(xùn)練（線下）及持續(xù)的評價和反饋（線上線下）。這四個環(huán)節(jié)，邏輯統(tǒng)一，線上線下相互融合、相互依存，層層遞進，構(gòu)建線上線下融合實驗金課的核心。

（1）實驗前教師資料準備（線下）：教師作為主體，在線下為學(xué)生準備充分的學(xué)習(xí)資料，供學(xué)生在實驗前自主學(xué)習(xí)。資料的形式多種多樣，主要包括網(wǎng)絡(luò)微課、教師制作的小視頻、公共視頻材料和MOOC 資源；教師備課的文本材料（PPT、教學(xué)活動設(shè)計及實驗預(yù)習(xí)效果自測題）；尤其要清晰發(fā)布實驗學(xué)習(xí)任務(wù)書。有鑒于這階段的學(xué)習(xí)生態(tài)及老師對學(xué)生的實際掌控度，在這個環(huán)節(jié)派發(fā)給學(xué)生的資料要圍繞教學(xué)目標精心遴選，少而精并充分考慮形式多樣和有趣味性。既要實現(xiàn)教學(xué)目標還要重在激發(fā)學(xué)生參與。

（2）實驗前學(xué)生自主學(xué)習(xí)（線上）：學(xué)生作為主體，以老師線上資源為引領(lǐng)，做好實驗前準備，熟悉實驗原理、方法、步驟并清晰實驗課學(xué)習(xí)目標。如有條件，鼓勵學(xué)生在虛擬平臺完成操作模擬練習(xí)。考慮到學(xué)生課外學(xué)習(xí)環(huán)境比較寬松，為保證課前自主學(xué)習(xí)的有效性，教師通過網(wǎng)絡(luò)平臺互動交流非常有必要。在互動中跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)，對學(xué)習(xí)過程進行必要的線上指導(dǎo)和監(jiān)督。

（3）實驗技能實操訓(xùn)練（線下）：教師引導(dǎo)，學(xué)生為主體，在實驗室進行系統(tǒng)操作技能訓(xùn)練。基于此前兩個環(huán)節(jié)，線上線下融合實驗課堂不再是傳統(tǒng)的教師講授為主，學(xué)生被動接收，而是形式多樣的協(xié)作探究、小組討論和組間競賽等。通過教師的引導(dǎo)、學(xué)生主導(dǎo)，伙伴之間互動。以目標導(dǎo)向、過程監(jiān)控和評估、指導(dǎo)和反饋等手段，全面培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動手能力，以及分析問題、解決問題的能力。

（4）持續(xù)的評價和反饋（線上線下）：教師和學(xué)生協(xié)同，充分利用線上平臺優(yōu)勢，進行重點、難點分析討論和技能測試；將面對面的訪談和線上問卷調(diào)研相結(jié)合，多角度、全方位對學(xué)習(xí)過程進行精進，對學(xué)習(xí)效果進行評價。通過反饋與評價，教師能掌握學(xué)生是否適應(yīng)這種教學(xué)模式、對這種模式還有什么期待，在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)問題、不斷調(diào)整，對線上和線下混合實驗教學(xué)模式進行修正和完善。

（二）以線上線下混合式實驗教學(xué)模式對儀器分析實驗項目進行重塑

以2021 版人才培養(yǎng)方案為指引，按照儀器分析實驗教學(xué)大綱的要求，盤點線下實驗室的儀器分析設(shè)備現(xiàn)狀、結(jié)合中心資源現(xiàn)況及實驗室現(xiàn)實環(huán)境，有針對性地引進和重點篩選線上MOOC 資源、虛擬仿真實驗平臺及自主開發(fā)儀器分析實驗的微課小視頻，豐富完善儀器分析實驗項目，提升儀器分析實驗金課的內(nèi)涵。

對照本科班現(xiàn)行儀器分析實驗實訓(xùn)項目，可以看到采納線上線下混合式教學(xué)模式后，能有效填補許多儀器分析實驗項目的空白，包括電化學(xué)分析電位滴定、庫倫滴定及極譜分析；光學(xué)光譜分析中原子發(fā)射光譜分析、原子吸收石墨爐原子化分析；系統(tǒng)完整地強化其他項目的實訓(xùn)；并有效解決實驗室儀器短缺，緩解實驗室空間不足等困擾化學(xué)實驗示范中心持續(xù)發(fā)展的問題（見表1）。

表1 線上線下混合式儀器分析實驗教學(xué)項目

四、線上線下混合式儀器分析實驗教學(xué)策略和自動化管理方案

線上線下混合式教學(xué)模式中，可以充分利用線上超強的后臺管理軟件，記錄和監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，促進實驗管理的自動化。以我們在疫情期間采用微瑞科技化學(xué)虛擬仿真實驗平臺為例，系統(tǒng)詳細地記錄了學(xué)生學(xué)習(xí)完成的過程，包括針對某個實驗?zāi)M時間、模擬次數(shù)和實驗成績；學(xué)生可利用系統(tǒng)平臺進行實驗報告的撰寫和提交；教師可以利用平臺評分和批改。系統(tǒng)提供實驗考試管理和實驗考試模塊，并總體對實驗成績進行匯總，實現(xiàn)實驗教學(xué)的閉環(huán)管理。這為科學(xué)、系統(tǒng)地進行過程和結(jié)果管理提升教學(xué)成果提供了數(shù)據(jù)支撐，如圖4 所示。通過對已有線上教學(xué)管理積累的經(jīng)驗的總結(jié)，研究線下線上混合式儀器分析實驗教學(xué)管理模式，充分利用軟件優(yōu)勢、自動數(shù)據(jù)采集優(yōu)勢和自動分析優(yōu)勢，融合線下評估數(shù)據(jù)，提出系統(tǒng)、完整的實驗教學(xué)自動化管理方案。

圖4 系統(tǒng)線上線下混合式實驗教學(xué)管理模型

五、線上線下混合式實驗教學(xué)成功實施的幾個關(guān)鍵因素

線上線下融合式實驗教學(xué)作為一種極具前景的全新教學(xué)模式，正越來越引起人們的關(guān)注，各高等院校都在積極探索推廣中。但在實施過程中，可能會遇到一些困難和挑戰(zhàn)。只有深入研究前進中遇到的問題，并提出卓有成效的解決方案，才能行穩(wěn)致遠。相關(guān)研究需要深刻把握教學(xué)過程中的關(guān)鍵因素，才能打造成功的教學(xué)實踐。

（一）對教師提出更高的要求

混合教學(xué)模式的實施，不僅需要教師學(xué)會操作專業(yè)軟件，同時對教師的工作時間作出了更高的要求。要求教師適時掌握線上學(xué)生學(xué)習(xí)情況。不管是在課前、課堂中或課后，都要保證和學(xué)生的及時溝通。因此，為了促進混合教學(xué)模式的實施，提升課堂教學(xué)效果，需要建立課程團隊，團隊教師各自分工，相互協(xié)作，才能保障線上線下教學(xué)的有效實施。此外，線下的教學(xué)工作無法量化，需要教師有較強的奉獻精神，各二級學(xué)院要在制度上給實施教學(xué)改革創(chuàng)新的教師一定的獎勵，鼓勵將新生事務(wù)發(fā)展壯大，將取得的教學(xué)成果持續(xù)推廣。

（二）建立機制激發(fā)學(xué)生參與線上線下學(xué)習(xí)的積極性

混合教學(xué)模式開展初期，學(xué)生興趣還比較濃厚，但熱情會隨時間流逝逐漸消退。設(shè)計持續(xù)過程監(jiān)控和考核指標，特別是將線下大量自我學(xué)習(xí)、資料準備、上線模擬和反復(fù)強化等這些特別有價值的學(xué)習(xí)活動，但將在老師可及性之外的學(xué)習(xí)過程和成果納入考核體系，是學(xué)生保持持續(xù)的熱情和干勁的關(guān)鍵。這也許需要任課老師匠心設(shè)計考核方案，并在新模式課程學(xué)期之初就廣而告之。讓學(xué)生有并清楚自己可以掌控的部分，將學(xué)習(xí)的自主性、自覺性持續(xù)地開放和保持。簡而言之，為了保障線下課堂教學(xué)內(nèi)容的改革及混合教學(xué)模式的實施效果，促使這種教學(xué)模式順利實施，機制性的激勵措施和方案務(wù)必要具體、量化和可操作，并讓學(xué)生能夠知曉并認同。

（三）創(chuàng)新實驗教學(xué)評價多元化

為了使新的教學(xué)模式深入人心，并漸進落實，針對課程實踐教學(xué)的評價應(yīng)該做到多元、多角度，最好能實行360°考評。特別是要使評價主體實現(xiàn)多維化，包括學(xué)生評價、校內(nèi)督導(dǎo)組評價、校外專家評價甚至行業(yè)企業(yè)評價等。學(xué)生評價的重點可落腳在教學(xué)輔導(dǎo)教師的教學(xué)態(tài)度、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及其教學(xué)效果等方面；校內(nèi)教學(xué)督導(dǎo)組重點評價實踐教學(xué)輔導(dǎo)教師的課程講授效率、講授質(zhì)量、教學(xué)態(tài)度、教書育人和課程思政教學(xué)等；校外專家重點評價實踐教學(xué)教師的課程設(shè)計思想、課程設(shè)計理念、課程設(shè)計內(nèi)容、課程教學(xué)模式及其課程教學(xué)方法、師資師德和能力與水平等；邀請行業(yè)企業(yè)專家重點評價實踐教學(xué)教師的課程理念與思路、課程針對性和適用性，以及課程信息技術(shù)的應(yīng)用等。

總之，進行線上線下混合式教學(xué)研究，不但要有熱情、激情，還要積極實踐，不但要在內(nèi)容上探究在課前、課中和課后老師教什么及學(xué)生學(xué)什么，更是要研究師生在一個虛擬平臺、共享的時空中更加粘連的策略，從而在有限的時間內(nèi)完成高效“教”和“學(xué)”的過程，實現(xiàn)人才方案賦予的培養(yǎng)目標。對于這個目標，我們還在不斷地探索中。