疫情防控時期分析化學(xué)線上線下實驗教學(xué)模式研究

紀(jì)萬里，楊志鈞，王小芬，陸 葉，賈冬玲，張宜凡

上海健康醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院， 上海 201318

自2020年新冠肺炎疫情暴發(fā)以來，人們的工作、生活發(fā)生了較大的轉(zhuǎn)變，已經(jīng)造成全球經(jīng)濟(jì)萎靡不振。當(dāng)前，疫情反復(fù)肆虐，給高校的實驗教學(xué)帶來了前所未有的影響和挑戰(zhàn)，也為高校信息化教學(xué)提供了發(fā)展的空間[1-2]。根據(jù)教育部“停課不停學(xué)”的要求，各高校線上教學(xué)普遍展開[3]。其中，實驗教學(xué)不同于理論教學(xué)，理論教學(xué)線上授課平穩(wěn)有序，然而實驗教學(xué)涉及儀器、場地、操作等方面，在疫情反復(fù)出現(xiàn)的情況下，如何保證實驗課教學(xué)的質(zhì)量，是當(dāng)前面臨的主要難題[4-6]。分析化學(xué)是醫(yī)藥類專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程，是研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成和結(jié)構(gòu)形態(tài)的一門科學(xué)，也是貫穿于多個學(xué)科的重要分析技術(shù)[7]，其內(nèi)容涉及化學(xué)分析法、儀器分析法等定性、定量分析方法，相關(guān)的理論和實驗方法，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)起到鋪墊作用[8]。按照教學(xué)目標(biāo)要求，實驗課和理論課學(xué)時相當(dāng)，學(xué)生實驗操作的水平直接關(guān)系到后續(xù)專業(yè)課的實驗學(xué)習(xí)。基于此，筆者嘗試在疫情防控時期背景下，從分析化學(xué)實驗教學(xué)的實際出發(fā)，將線上線下混合式教學(xué)法應(yīng)用于分析化學(xué)實驗教學(xué)中，以期在疫情防控時期更好地培養(yǎng)學(xué)生實驗操作能力。

1 分析化學(xué)實驗課程開展線上線下教學(xué)模式的研究背景

分析化學(xué)實驗是分析化學(xué)重要的組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實驗操作動手能力的重要途徑。隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、信息時代的到來，信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用于線上教學(xué)，多種形式的線上與互聯(lián)網(wǎng)共享學(xué)習(xí)資源相結(jié)合的模式?jīng)_擊著傳統(tǒng)課堂教學(xué)[9]。為順應(yīng)時代發(fā)展，更好地服務(wù)于教學(xué)，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，傳統(tǒng)課堂教學(xué)必須進(jìn)行一定的改革[10]。因此，線上線下混合式教學(xué)模式便在各個高校應(yīng)運而生，該教學(xué)模式較好地結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和傳統(tǒng)課堂教學(xué)面對面的方式[11]。有文獻(xiàn)報道顯示，線上線下混合式教學(xué)法在分析化學(xué)課程的應(yīng)用為培養(yǎng)專業(yè)性人才奠定了良好的基礎(chǔ)[12]。在混合式教學(xué)模式中，已構(gòu)建的分析化學(xué)精品資源為共享課程，可實現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的目的，以及線上教育與傳統(tǒng)課堂教育的深度融合。分析化學(xué)實驗包含化學(xué)分析法和儀器分析法，其中儀器分析法對設(shè)備要求較高，不能單純地依賴線上教學(xué)，還須保留傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式。通過線上講授相關(guān)的實驗原理、知識點，構(gòu)建線上線下混合式的教學(xué)新模式，不斷地解決實驗課受限問題，學(xué)生既可以通過線上精品課程學(xué)習(xí)實驗操作技能，又可以通過線下自己動手操作儀器，更好地實現(xiàn)藥學(xué)本科專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，這也是分析化學(xué)現(xiàn)代化教學(xué)改革的方向[13]。

2 線上線下混合式教學(xué)模式設(shè)計

2.1 線上資源平臺建設(shè)

根據(jù)分析化學(xué)章節(jié)實驗教學(xué)培養(yǎng)方案，采用超星學(xué)習(xí)通平臺(以下簡稱“學(xué)習(xí)通”)構(gòu)建線上學(xué)習(xí)資源，包括課程公告、課程章節(jié)內(nèi)容、教師授課課件、微課、視頻資料、國家精品課程鏈接網(wǎng)址等。學(xué)生通過線上學(xué)習(xí)資源進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，所設(shè)置任務(wù)點對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行監(jiān)督。通過課前的預(yù)習(xí)，學(xué)生對所學(xué)章節(jié)內(nèi)容有所了解，并帶著問題到線上、線下課程中，從而提高學(xué)習(xí)效率。

以章節(jié)實驗“酸堿滴定練習(xí)”為例，在學(xué)習(xí)通上構(gòu)建線上資源，包括分析天平的稱量方法(差減稱量法)、滴定管、移液管和容量瓶的使用操作視頻資料，氫氧化鈉和鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定的實驗操作視頻，鏈接大學(xué)生慕課酸堿滴定分析法的視頻資料。學(xué)生課前觀看學(xué)習(xí)，充分了解酸堿滴定的基本操作，幫助學(xué)生更好地理解和掌握實驗相關(guān)的理論、設(shè)計思路以及注意事項等。在線上進(jìn)行實驗授課時，教師根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況和反饋的實驗問題，歸納總結(jié)進(jìn)行授課，從而提高實驗教學(xué)效率。運用騰訊會議線上授課時，可采用課堂互動、討論、隨堂練習(xí)等教學(xué)手段。例如，在觀看相關(guān)酸堿滴定分析法的視頻時，邊播放、邊講解實驗操作要點；可采用隨時簽到、增加一些知識點的搶答等方式避免學(xué)生“溜號”行為。此外，在線上可進(jìn)行實驗分組，以小組討論的形式進(jìn)行實驗匯報，內(nèi)容包括實驗?zāi)康摹嶒炘怼x器和試劑、實驗步驟、實驗結(jié)果、結(jié)論以及實驗心得體會，進(jìn)一步調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生實驗學(xué)習(xí)的興趣。蘇格拉底的至理名言“教育是點燃火焰”，充分說明教育本質(zhì)就是讓學(xué)生喜歡學(xué)習(xí)，雖說線上教學(xué)不如線下教學(xué)的互動性好，但一樣可以點燃學(xué)生實驗學(xué)習(xí)的興趣之火，即使是在疫情時期，亦是如此。

2.2 構(gòu)建虛擬仿真實驗平臺

實驗教學(xué)不同于理論教學(xué)，實驗教學(xué)要求學(xué)生充分發(fā)揮動手實操能力，才能體會到實驗操作的每一步的細(xì)節(jié)。在疫情防控時期，虛擬仿真實驗在各大高校普遍開展。虛擬仿真是基于信息平臺的系統(tǒng)化軟件，可將復(fù)雜的實驗操作及原理可視化，具有強(qiáng)大的自主性、交互性、開放性的特點[14]。虛擬仿真最初應(yīng)用在各種游戲中，其身臨其境的3D虛擬環(huán)境，讓游戲愛好者流連忘返。目前，虛擬仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、教育等多個領(lǐng)域，在高校實驗教學(xué)中呈現(xiàn)多元化的應(yīng)用[15]。上海健康醫(yī)學(xué)院以北京歐倍爾作為軟件平臺，構(gòu)建虛擬仿真資源。以酸堿滴定分析法為例，該虛擬仿真實驗資源建立了電子分析天平的使用、滴定操作練習(xí)、鹽酸和氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定等虛擬仿真軟件(如圖1所示)。在線上授課時，教師發(fā)布虛擬仿真平臺云課堂網(wǎng)址、軟件安裝方法、運行環(huán)境等，學(xué)生可提前進(jìn)行安裝、調(diào)試及操作演示。在線上授課時，教師以演示授課的方式對虛擬仿真實驗進(jìn)行講解，即運行虛擬仿真軟件，通過每一步的實驗?zāi)M操作演示，讓學(xué)生充分掌握滴定操作要領(lǐng)，如天平的使用、滴定管潤洗、排氣泡、逐滴的滴定、半滴的操作、終點顏色的判斷、滴定管的讀數(shù)、數(shù)據(jù)的記錄及處理、實驗報告的書寫等。教師演示后，學(xué)生自己操作練習(xí)。實驗完成后，系統(tǒng)平臺進(jìn)行評分，對學(xué)生實驗情況進(jìn)行評價。學(xué)生可以先通過演示模式學(xué)習(xí)，熟練掌握后再進(jìn)行考核模式，以考察其對實驗操作技能的掌握情況。虛擬平臺將實驗步驟設(shè)置成操作模式，結(jié)合3D的虛擬實驗場景，從而增強(qiáng)實驗的趣味性，并提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

圖1 分析化學(xué)虛擬仿真操作環(huán)境

2.3 線下實驗教學(xué)設(shè)計

根據(jù)線上授課及學(xué)生反饋情況，增加學(xué)生自主觀察項目以及師生互動；對于課堂教學(xué)，引入小組討論方式和翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生充分簡述實驗內(nèi)容；教師結(jié)合學(xué)生的PPT講解、實驗儀器演示，對學(xué)生的匯報情況進(jìn)行總結(jié)和提煉，注重引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗。例如，如何選擇合適濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定、滴定管和移液管等。學(xué)生通過前期的線上學(xué)習(xí)、虛擬仿真實驗的練習(xí)，自主進(jìn)行實操訓(xùn)練，期間學(xué)生可在小組長的帶領(lǐng)下組織討論和翻轉(zhuǎn)課堂，從而提高分析問題、解決問題及團(tuán)隊合作的能力；教師可通過巡視和答疑，課后在學(xué)習(xí)通發(fā)布相關(guān)的測試題，從而對學(xué)生線上線下學(xué)習(xí)進(jìn)行有效的評估。從線上教學(xué)到虛擬仿真實驗，最后到線下課堂教學(xué)，形成了比較完善的教學(xué)體系，對于分析化學(xué)實驗也是一種嘗試和探索，分析化學(xué)實驗線上線下混合式教學(xué)模式如圖2所示。

圖2 分析化學(xué)實驗線上線下混合式教學(xué)模式圖

3 建立混合式教學(xué)學(xué)習(xí)評價機(jī)制

在原有的分析化學(xué)實驗考核評價的基礎(chǔ)上，根據(jù)線上線下教學(xué)模式的特點，設(shè)置相應(yīng)的考核評價方式，包括線上資源的任務(wù)點考核、課堂互動情況、小組匯報情況、虛擬仿真實驗成績以及線下提交實驗報告成績(如圖3所示)。學(xué)生在完成虛擬仿真實驗操作后，線上提交實驗報告，交由教師進(jìn)行批閱評價。在做虛擬仿真實驗時，為合理地評價學(xué)生的實驗操作情況，在實驗報告中附有虛擬仿真實驗的截圖和視頻素材。在線下實驗操作中，小組討論匯報成績由教師進(jìn)行評價，學(xué)生完成線下實驗報告，實驗報告應(yīng)附有滴定終點的截圖，主要考核學(xué)生滴定終點判斷是否準(zhǔn)確，提交原始數(shù)據(jù)記錄，完成后交由教師進(jìn)行批改，給出實驗報告成績。教師根據(jù)線上線下實驗情況進(jìn)行匯總評價，確定學(xué)生此次實驗課的最終成績。

圖3 線上線下混合式教學(xué)模式評價機(jī)制

4 實踐教學(xué)效果評價

4.1 實驗考試成績對比分析

此次線上線下混合式教學(xué)模式應(yīng)用于該校藥學(xué)本科1班的實驗教學(xué)。學(xué)期結(jié)束后，分別對線上資源、實驗考核方式、實驗教學(xué)方式等進(jìn)行全過程的評價。對于線上資源，學(xué)習(xí)通根據(jù)學(xué)生章節(jié)測驗、視頻、課件等資源的完成情況進(jìn)行評分。實驗考核方式包括小組匯報和實驗操作考試，線上考試以虛擬仿真實驗計算成績，最后綜合評價學(xué)生的成績。經(jīng)過線上線下教學(xué)以及考核方式的實踐教學(xué)后，學(xué)生成績大幅提升，參與該模式試點的學(xué)生平均成績達(dá)到90分，明顯高于傳統(tǒng)實驗教學(xué)的學(xué)生成績(85分)。這說明在疫情防控時期，采用線上線下混合式教學(xué)方式對于分析化學(xué)實驗教學(xué)的效果是顯著的。

4.2 學(xué)生對混合式教學(xué)滿意度調(diào)查分析

針對此次線上線下混合式教學(xué)模式的評價，參與的學(xué)生在學(xué)習(xí)通填寫教學(xué)效果評價表，調(diào)查結(jié)果顯示，有82%以上的學(xué)生對該教學(xué)模式表示贊同和認(rèn)可，認(rèn)為線上學(xué)習(xí)資源有利于其實驗內(nèi)容的學(xué)習(xí)，更好地理解實驗操作的細(xì)節(jié)和注意事項，對于其實驗學(xué)習(xí)幫助很大。此外，有87%的學(xué)生認(rèn)為通過此次教學(xué)模式的學(xué)習(xí)，更好地促進(jìn)其自主學(xué)習(xí)的能力，提高學(xué)習(xí)的積極性。此外，通過該學(xué)期的實驗教學(xué)，學(xué)生實驗成績普遍有所提高，明顯高于采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的教學(xué)班。

5 討論

5.1 開展線上線下混合式教學(xué)模式的優(yōu)勢和發(fā)展

分析化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài)等化學(xué)信息及技術(shù)的學(xué)科，具有很強(qiáng)的實踐性。因此，分析化學(xué)實驗在教學(xué)中尤為重要。然而，受到時間、場地和儀器的影響，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)已經(jīng)很難滿足實訓(xùn)要求。特別是在疫情防控時期，不確定的因素很多，有必要開展線上教學(xué)，借助互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)課程、學(xué)習(xí)資料、虛擬仿真實驗可提供較好的平臺，且不受學(xué)習(xí)時間、場地及儀器的限制，可提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性；在平臺中，學(xué)生可及時反饋教學(xué)過程中的問題及學(xué)習(xí)效果，從而實現(xiàn)教學(xué)相長。因此，此研究采用線上線下混合式教學(xué)模式并將其應(yīng)用于實踐教學(xué)中，取得了較好的教學(xué)效果。在此次研究中，通過課前、課中、課后全過程的線上線下教學(xué)密切配合，教學(xué)效果顯著：在課前，學(xué)生積極完成教師發(fā)布的任務(wù)，教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)情及時調(diào)整線下教學(xué)方案，使得教學(xué)更有針對性；在課中，通過線上簽到、互動、測驗等教學(xué)環(huán)節(jié)，對線下教學(xué)活動有所呼應(yīng)，更好地提高教學(xué)效果；在課后，學(xué)生對線上課堂復(fù)習(xí)總結(jié)，從而更好地鞏固教學(xué)效果：總之，線上線下混合教學(xué)模式是對傳統(tǒng)課堂教學(xué)的一種更好的補(bǔ)充，是應(yīng)對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的探索與實踐。

5.2 混合式教學(xué)效果的總體評價

該研究顯示，通過線上線下混合式教學(xué)，更好地滿足教師進(jìn)行分層次教學(xué)和學(xué)生“個性化”學(xué)習(xí)，對于教師和學(xué)生都有較好地促進(jìn)作用。

從學(xué)生層面來說，學(xué)生成績大幅提升，參與該模式試點的學(xué)生平均成績達(dá)到90分，明顯高于傳統(tǒng)實驗教學(xué)的學(xué)生成績(85分)；從學(xué)生問卷調(diào)查的結(jié)果來看，有82%以上的學(xué)生贊同該次混合式教學(xué)模式，認(rèn)為該模式讓學(xué)生能夠從比較細(xì)微的細(xì)節(jié)來掌握實驗基本操作，有利于掌握理論及實踐知識；通過小組匯報的方式能更好地培養(yǎng)團(tuán)隊合作能力，增強(qiáng)其分析問題、解決問題及提高語言表達(dá)能力，使每個學(xué)生都得到鍛煉的機(jī)會。

從教師層面來說，使教師的學(xué)術(shù)業(yè)務(wù)水平得到較大的提升，有利于其教學(xué)方法的改進(jìn)，教學(xué)態(tài)度有所提高，且教學(xué)效果明顯。混合式教學(xué)模式是線上線下“兩條腿”合作前進(jìn)，突破了實驗課程學(xué)習(xí)中時間和空間的限制。此外，讓學(xué)生有較大的學(xué)習(xí)主動權(quán)，給予教師及時掌握學(xué)生在課前、課中及課后的學(xué)習(xí)情況，以便更好地給予引導(dǎo)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題得以迅速解決。對于學(xué)習(xí)主動性不強(qiáng)的學(xué)生，可以實現(xiàn)差異化教學(xué)輔導(dǎo)。因此，在混合式教學(xué)中，“線上”和“線下”是其兩個主要陣地，根據(jù)各自的教學(xué)特點，科學(xué)合理設(shè)計教學(xué)方案，規(guī)劃好課前、課中及課后全過程的學(xué)習(xí)模式，不斷地完善教學(xué)過程，改進(jìn)教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考及解決實際問題的能力，從而實現(xiàn)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)要求。

5.3 線上線下混合式教學(xué)模式的思考

在疫情防控背景下，讓更多的先進(jìn)技術(shù)為教學(xué)所用，開展更深層次的教育系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性改革是教育現(xiàn)代化的需要。然而，無論時代如何發(fā)展，線下實驗課堂教學(xué)仍然是不可或缺的，即使人工智能時代的來臨，在以后的工作崗位上，仍然還是實際的儀器操作，人工智能也很難完全代替人類進(jìn)行科學(xué)研究實驗。混合式教學(xué)是一種創(chuàng)新性教學(xué)改革模式，需要教師及時轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)觀念，若不能很好地掌握新型的教學(xué)平臺，教學(xué)效果則會大打折扣。由于分析化學(xué)課程實驗理論較強(qiáng)，知識點繁多，線上視頻資源枯燥和死板，易引發(fā)學(xué)生厭學(xué)的情緒，這就要求教師不斷地優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，靈活采用多種教學(xué)方式，使得課程視頻內(nèi)容生動有趣，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，線上和線下有著各自的特點，需要進(jìn)行深度融合，相互輔助、互為補(bǔ)充，借助兩者的優(yōu)勢，更好地服務(wù)于教學(xué)，不斷地提高學(xué)生實驗學(xué)習(xí)的積極性，在線上線下互動教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊合作能力，這才是實驗教學(xué)的根本意義之所在。

總之，線上線下混合式教學(xué)模式是傳統(tǒng)課堂教育與信息技術(shù)深度融合的結(jié)果，具有較好的發(fā)展前景。教師要積極探索線上線下混合模式在教學(xué)中的應(yīng)用，及時發(fā)現(xiàn)教學(xué)模式中的欠缺并及時修訂，不斷地完善適合學(xué)生特點和培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)模式。該研究顯示，線上線下混合式模式在分析化學(xué)實驗中教學(xué)效果滿意，明顯提高學(xué)生的實驗成績，受到學(xué)生的普遍歡迎，可為后期全面開展該教學(xué)模式打下堅實的基礎(chǔ)。當(dāng)前疫情防控背景下，作為教育工作者，只有不斷地總結(jié)在線教學(xué)經(jīng)驗，順應(yīng)時代變化，積極創(chuàng)新，在新時代教育現(xiàn)代化新征程中闊步前進(jìn)，迎難而上，不斷地提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，實現(xiàn)教書育人的根本目的。