高校“儀器分析”實驗課線上+線下混合教學(xué)模式探究

薛麗貞 費旭 李曉佩

摘要近兩年，混合式教學(xué)成了高等教育變革和創(chuàng)新的熱點問題，傳統(tǒng)的實驗課教學(xué)模式已經(jīng)不適用于當(dāng)今的教育教學(xué)環(huán)境。對高校實驗課進(jìn)行教學(xué)改革，不僅能保障良好的教育教學(xué)質(zhì)量，也能滿足人才培養(yǎng)需求，提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。文章主要探究了高校“儀器分析”實驗課教改模式，立足于實驗課堂，提出了實驗課“線上+線下”混合教學(xué)模式的建設(shè)方案及思考。

關(guān)鍵詞 高校；混合教學(xué)模式；儀器分析；實驗課

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.13.031

1高校教育教學(xué)現(xiàn)狀

近年來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，“線下+線上”混合教學(xué)模式以其靈活的組織形式、多元化的教學(xué)資源和先進(jìn)的教學(xué)理念等諸多優(yōu)勢成為各高校主流的教學(xué)模式[1]?；旌鲜浇虒W(xué)是傳統(tǒng)課堂教學(xué)與在線學(xué)習(xí)的結(jié)合，是真實教室環(huán)境與虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的混合，更便于師生溝通[2]?；旌鲜浇虒W(xué)的目標(biāo)是讓學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，利用多元化的教學(xué)手段提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率[3]。

從目前的研究進(jìn)展來看，“線上+線下”混合教學(xué)模式與教學(xué)改革創(chuàng)新探究的維度不全面，雙線教學(xué)銜接、教學(xué)質(zhì)量保障、教師隊伍建設(shè)等課題的探究也不夠深入。另外，學(xué)生對混合式教學(xué)模式的適應(yīng)程度也沒有具體的數(shù)據(jù)支撐?；旌鲜浇虒W(xué)模式從“線下”轉(zhuǎn)為“線上”的過渡方式也需要在實踐中不斷探索和研究。

“儀器分析”是一門綜合實驗課，大連工業(yè)大學(xué)開設(shè)的“儀器分析”實驗課包含XRD衍射分析、紫外光譜分析、紅外光譜分析和掃描電子顯微分析。在傳統(tǒng)教學(xué)中，實驗教學(xué)內(nèi)容更新慢，實驗項目設(shè)置多年沒有變化，儀器分析理論課程和實驗課程不同步，也沒有對分析方法的社會應(yīng)用和發(fā)展方向進(jìn)行設(shè)計，學(xué)生只知其然而不知其所以然。另一方面，傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法程序化形式突出，沒有設(shè)置課前預(yù)習(xí)，學(xué)生在對實驗課程一無所知的情況下來到實驗室，教師在課上講解實驗原理、實驗方法、實驗內(nèi)容后進(jìn)行操作示范，最后學(xué)生分組將教師的實驗仿照重復(fù)一遍，做驗證性實驗。這種傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式重結(jié)果、輕過程，沒有設(shè)計實驗方案和論證優(yōu)化實驗方法環(huán)節(jié)，沒有激發(fā)學(xué)生對實驗的興趣，忽視了學(xué)生的主體性和主動性[4]。除此之外，傳統(tǒng)實驗教學(xué)考核機制單一，只注重對學(xué)生實驗結(jié)果的評價，實驗報告是考核學(xué)生實驗成績的唯一憑證，不能體現(xiàn)學(xué)生的實驗素養(yǎng)、實踐動手能力和理論結(jié)合實踐的能力。這種傳統(tǒng)的實驗教學(xué)限制了學(xué)生對理論知識的理解和掌握，也不能提升學(xué)生對實驗室規(guī)章制度和實驗室安全的認(rèn)識，更限制了學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)揮。

2實驗課混合式教學(xué)模式探索

2.1“儀器分析”實驗課授課方式改革

實驗課與專業(yè)理論課不同，離不開實踐操作，也離不開儀器和實驗場地，實現(xiàn)實驗課“線上”授課具有較大的難度。為了配合理論課的授課進(jìn)度，提升學(xué)生應(yīng)用理論知識的能力，大連工業(yè)大學(xué)實驗儀器中心對實驗課從時間安排、內(nèi)容設(shè)計、教授模式等方面進(jìn)行了改革和探索，構(gòu)建了一套完整的實驗課“線上+線下”混合教學(xué)體系。實驗課混合式教學(xué)模式構(gòu)建如圖1所示。

2.1.1課前預(yù)期

在授課之前，實驗課教師需要根據(jù)理論課上課時間，做好實驗教學(xué)計劃。教師在課前布置預(yù)習(xí)任務(wù)和提出思考問題，旨在督促學(xué)生主動學(xué)習(xí)，善于思考，在規(guī)定時間內(nèi)完成任課教師布置的課前任務(wù)[5]。由于是線上發(fā)布的通知，學(xué)生會由于時間、地點和網(wǎng)絡(luò)等因素接收不到單次信息，因此線上發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)采用“5―3―1”的方式，也就是說在完成規(guī)定預(yù)習(xí)時間的前5天、3天和1天，分別通過不同的聯(lián)絡(luò)方式在班級群里發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)提醒。為了保證預(yù)習(xí)效果，要求學(xué)生在預(yù)習(xí)任務(wù)完成后及時在群里發(fā)起預(yù)習(xí)完成接龍，保證預(yù)習(xí)任務(wù)下達(dá)到每位同學(xué)。另外，除了利用網(wǎng)絡(luò)信息平臺外，還可以結(jié)合學(xué)校資源，充分保證線上資源的豐富和飽滿。大連工業(yè)大學(xué)實驗儀器中心有一套完善的大型儀器共享平臺系統(tǒng)，平臺可以上傳公共學(xué)習(xí)課件。根據(jù)學(xué)生專業(yè)的不同，上傳儀器分析在其相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的實際應(yīng)用案例、實驗設(shè)備說明書和實驗教學(xué)視頻。針對專業(yè)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在學(xué)生完成視頻學(xué)習(xí)后教師發(fā)起調(diào)查問卷，設(shè)置2―3個小問題考查學(xué)生的預(yù)習(xí)效果和在預(yù)習(xí)后對實驗過程的掌握情況，并在調(diào)查問卷最后設(shè)置提問，授課教師可以針對學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中的疑問重點備課。

2.1.2實驗室授課

在實驗室授課階段，要求實驗教師與理論課教師充分溝通，保障線上預(yù)習(xí)階段與理論課授課進(jìn)度一致，滿足理論與實踐結(jié)合的教學(xué)要求。由于線上資源中已經(jīng)包含實驗演示內(nèi)容，因此，在線下課程講解時，理論知識內(nèi)容要少而精。教師開展教學(xué)前，需統(tǒng)計線上學(xué)生預(yù)習(xí)效果和提出的疑問及難點，在實驗室線下重點講解，讓學(xué)生更深入、更細(xì)致地理解實驗重點和細(xì)節(jié)。教師演示結(jié)束后，安排學(xué)生分組進(jìn)行實驗，此時需要考查學(xué)生的實驗素養(yǎng)、團隊合作意識及動手能力。教師在旁進(jìn)行觀察并記錄學(xué)生在實驗操作過程中的表現(xiàn)，進(jìn)行實時打分，作為考核評價的標(biāo)準(zhǔn)之一。

下面以“紅外光譜分析”實驗為例介紹教學(xué)改革內(nèi)容，將傳統(tǒng)的紅外光譜分析實驗課內(nèi)容根據(jù)專業(yè)不同做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。傳統(tǒng)的紅外光譜分析實驗課通常設(shè)置兩個實驗，一是以碳酸鈣作為代表學(xué)習(xí)固體粉末樣品的制備流程和譜圖解析；二是以丙三醇為例學(xué)習(xí)液體樣品的制備方法和譜圖解析。但是專業(yè)不同，學(xué)生接觸的樣品也是不同的，用這兩個傳統(tǒng)實驗做視頻講解，再讓學(xué)生重復(fù)做此類實驗不利于培養(yǎng)學(xué)生的實驗探索精神，無法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，在實驗內(nèi)容設(shè)置上，將傳統(tǒng)的碳酸鈣驗證性實驗改為不同固體樣品的實驗，固體樣品包含碳酸鈷、碳酸鋅、碳酸錳等，學(xué)生將實驗結(jié)果與老師演示樣品進(jìn)行對比，然后進(jìn)行譜圖解析。如圖2所示，圖2（a）是教師演示的實驗結(jié)果，教師把碳酸根的振動峰位標(biāo)出，圖2（b）是學(xué)生實際測試的一個實驗結(jié)果，學(xué)生通過對比分析未知樣品含有哪些官能團或者化學(xué)鍵，讓學(xué)生真正理解紅外光譜測試的應(yīng)用，認(rèn)識紅外光譜儀的使用范圍，將實驗室學(xué)到的實驗檢測手段與自己的專業(yè)有機結(jié)合起來，做到學(xué)以致用。最后，教師根據(jù)實驗結(jié)果，布置各個小組的實驗報告要求，分小組設(shè)置不同的實驗和作業(yè)，學(xué)生根據(jù)自己的實驗結(jié)果分析譜圖開展集體討論，做到生生交互，提高學(xué)習(xí)熱情。另外，不同的實驗設(shè)置相比于單一的實驗設(shè)置而言，學(xué)生不僅可以接觸到更多的樣品譜圖，擴展知識面，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生自主分析實驗結(jié)果的能力。

2.1.3課后總結(jié)

在傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生上完實驗課，上交實驗報告后就宣告此門課程結(jié)束，學(xué)生不知道實驗報告中數(shù)據(jù)處理部分及思考題回答得是否正確，也沒有渠道跟教師溝通實驗數(shù)據(jù)處理中存疑的知識點，學(xué)生只能得到一個最終分?jǐn)?shù)，不能及時求解未掌握的知識點并吸收消化。在課改項目中，將課后總結(jié)設(shè)置為線上環(huán)節(jié)進(jìn)行，教師利用網(wǎng)絡(luò)平臺將學(xué)生實驗操作過程中存在的問題、實驗結(jié)果分析步驟、數(shù)據(jù)處理方法及思考題答案總結(jié)發(fā)布在線上，讓學(xué)生在課后及時查看自己的知識薄弱點。另一方面，為了調(diào)動學(xué)生的積極性，教師可以將學(xué)生的實驗報告拍照上傳在微信群里，讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)投票的方式評選出實驗報告排名，給排名靠前的小組以適量加分獎勵，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

除此之外，教師還要善于關(guān)注和收集專業(yè)方面的拓展資料，在備課時要不斷更新自己的資料庫，在課后將相關(guān)實驗內(nèi)容的擴展知識推送給學(xué)生。針對不同的專業(yè)，將儀器分析在不同專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用視頻和文獻(xiàn)整理后發(fā)送到平臺上，讓學(xué)生有針對性地學(xué)習(xí)，不僅可以提高學(xué)生的自學(xué)能力，還能拓展學(xué)生對本專業(yè)知識的認(rèn)識和眼界。

教師將實驗報告總結(jié)和專業(yè)學(xué)習(xí)拓展內(nèi)容上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺之后，也要督促學(xué)生完成線上學(xué)習(xí)打卡。但是這部分內(nèi)容也不能要求過于嚴(yán)格，作為課后學(xué)習(xí)內(nèi)容，以自主學(xué)習(xí)為主。實驗報告總結(jié)部分作為必學(xué)內(nèi)容，應(yīng)讓學(xué)生清楚自己在實驗過程中存在的問題，明確實驗報告數(shù)據(jù)處理的正確方法以及簡答題的答案，要求學(xué)生學(xué)習(xí)后上傳學(xué)習(xí)心得，也作為最終考核的一部分。但是在課外拓展部分，學(xué)生可以自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，只作為選學(xué)部分，不做具體要求。這樣可以讓學(xué)生靈活安排學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和思維能力。

2.2“儀器分析”實驗課考核評價體系改革

課程改革不僅僅是對教學(xué)內(nèi)容的改革，也是對課程考核評價體系的改革。在新的混合教學(xué)模式下，傳統(tǒng)的實驗課考核評價體系已經(jīng)不適用于“線上+線下”混合教學(xué)模式的推行。這也需要教師結(jié)合課程實施的具體方式來設(shè)置考核標(biāo)準(zhǔn)，“線上+線下”混合考核模式也需要有合理的分?jǐn)?shù)分配。以紅外光譜分析實驗課為例，課程考核標(biāo)準(zhǔn)可以分為5部分：①課前預(yù)習(xí)線上答題10%；②線下實驗室實踐操作30%；③實驗報告數(shù)據(jù)處理和問答題各占20%；④課后線上填寫學(xué)習(xí)心得20%。通過這樣的分?jǐn)?shù)分配，促使“線上+線下”混合教學(xué)模式的有效實施。

3“儀器分析”實驗課混合式教學(xué)模式的思考

3.1課程內(nèi)容更新速度提高

對于實驗課教師來說，如何將實踐操作和理論教學(xué)聯(lián)系起來是獲得良好教學(xué)效果的關(guān)鍵因素。因此，傳統(tǒng)實驗課的課件已經(jīng)不適用于“線上+線下”混合教學(xué)模式，教師需要不斷更新教學(xué)內(nèi)容，調(diào)研儀器分析在不同專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，充實線上教學(xué)內(nèi)容，才能讓學(xué)生對實驗內(nèi)容感興趣，最終達(dá)到理想的教學(xué)效果。綜上所述，新的教學(xué)模式不僅僅是教學(xué)模式在形式和方法上的改革，也是對教師教學(xué)能力的革新。

3.2師生互動增強

在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)過程中，教師和學(xué)生的互動僅僅體現(xiàn)在實驗室上課的幾個課時，課前課后幾乎沒有互動和交流。由于實驗設(shè)備數(shù)量和實驗場地的限制，傳統(tǒng)“儀器分析”實驗一般是分組進(jìn)行，每組上機操作的只有1―2名學(xué)生，有1/3的學(xué)生沒有機會上機做實驗。但是通過本次教學(xué)改革，實現(xiàn)“線上+線下”教學(xué)相結(jié)合，學(xué)生可以利用共享平臺上的視頻反復(fù)觀看每個實驗細(xì)節(jié)。在課前的學(xué)生預(yù)習(xí)提問環(huán)節(jié)和課后復(fù)習(xí)中，教師對實驗報告的評判結(jié)果和學(xué)習(xí)心得交流，讓實驗課堂從傳統(tǒng)教學(xué)中的一次互動變成了有來有往的緊密聯(lián)系，大大增進(jìn)了學(xué)生和教師間的互動頻次。

3.3學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力提高

從學(xué)習(xí)效果來看，傳統(tǒng)“儀器分析”實驗課教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生離開實驗室，一周后提交實驗報告就意味著課程結(jié)束，80%的學(xué)生對實驗課的認(rèn)知僅僅就是提交一份實驗報告，學(xué)生對實驗課的學(xué)習(xí)熱情和自主學(xué)習(xí)的積極性幾乎為0。但是教學(xué)改革后，學(xué)生在課前可以自主選擇學(xué)習(xí)時間觀看了解與自己專業(yè)相關(guān)的檢測分析方法，通過視頻將知識點帶入教學(xué)中。課后學(xué)生的提問積極性也提高了，根據(jù)專業(yè)設(shè)置的不同教學(xué)內(nèi)容也讓學(xué)生認(rèn)識到檢測分析在其專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，很多感興趣的同學(xué)也會從網(wǎng)絡(luò)上查找相關(guān)視頻來了解大型儀器分析檢測手段。這種混合教學(xué)模式改革大大提升了學(xué)生對實驗課的學(xué)習(xí)興趣，也提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

但是，“儀器分析”實驗課教學(xué)改革才剛剛開始，仍存在一些不足和需要改進(jìn)的地方，比如線下教學(xué)時間安排受理論課時間限制，排課時間需要與學(xué)校多個部門協(xié)調(diào)。目前大連工業(yè)大學(xué)也在大力支持實驗課程教學(xué)改革，盡量將實驗課時間安排和理論課程進(jìn)度保持一致，確保學(xué)生盡快適應(yīng)新的實驗課授課模式。另外，網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定也會影響教學(xué)質(zhì)量，大多數(shù)教師會將教學(xué)過程錄制下來，在課后共享給學(xué)生，學(xué)生沒聽清楚的內(nèi)容可以通過重新觀看教學(xué)視頻來鞏固。

4結(jié)語

“儀器分析”傳統(tǒng)教學(xué)模式存在很多問題，不再適用于當(dāng)今的教育教學(xué)環(huán)境。信息技術(shù)的發(fā)展為實驗課的“線上+線下”混合教學(xué)模式的推進(jìn)提供了技術(shù)支持。實驗課“線上+線下”混合教學(xué)模式的改革對于教師和學(xué)生而言，都是當(dāng)下最優(yōu)的教學(xué)模式選擇，充分利用網(wǎng)絡(luò)共享資源，不斷更新教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，更新教學(xué)評價體系，對實驗課教學(xué)來說是一次大膽的嘗試和革新。雖然還有許多需要改進(jìn)的地方，但是這次改革的初嘗試是成功的，不足之處還需要實驗教學(xué)工作者根據(jù)形勢和教學(xué)實踐不斷更新改革。

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