新工科背景下“儀器分析”混合式教學改革與實踐

路艷珍，周啟花，李 娜，陳 宇，祈語欣，唐 敏，王賢彬

(1.合肥師范學院 化學與制藥工程學院，安徽 合肥 230601；2.中觸媒新材料股份有限公司，遼寧 大連 116308)

從2015年到2022年，教育部等部門相繼發布了《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》 《關于開展新工科研究與實踐的通知》 《未來技術學院建設指南(試行)》[1-3]。從這一系列舉措看出，國家對新時代下工科專業技術性人才的需求，意在推動地方高校將人才培養的目標切實轉化到服務于社會經濟發展上來，強力培養高素質的創新復合型技術人才。全國各高校積極把握建設新工科的機遇，以動態的、發展的思維深入開展課程教學改革[4-5]。以互聯網技術為基礎的“互聯網+教育”教學模式革新，成為現階段新工科高等教育教學改革中的重要探索方向[6-7]。眾多新模式下的國家級一流本科課程被培育建設，其中線上線下混合式課程融合了線上教學學習的便利性和線下面授教師言傳身教的優勢，成為新主流。本文以化學工程與工藝專業本科生的儀器分析課程為例，提出基于“超星學習通+傳統課堂”的線上線下混合式教學方法，致力于實現網絡教學和傳統課堂教學優勢互補，助力新工科背景下儀器分析課程的革新。

1 儀器分析課程線上線下混合式教學的必要性和可行性

儀器分析課程章節多、知識點內容繁雜，涉及光學分析、電化學分析、色譜分離分析等[8]，但開課前，絕大部分學生對分析儀器缺乏了解，因此對課程不感興趣，在學習過程中處于被動狀態，學習效率極低。此外，該課程具備多專業交叉性，包含物理、化學、電子、數學等多學科領域的知識，教師常需花大量的時間講解，基礎知識薄弱的學生面對高強度知識輸出往往應接不暇，在短暫的課堂上很難實現對知識點的充分理解和把握。若課后再無有效的整理復習，很可能導致對后續內容更難理解，從而失去學好儀器分析的信心和動力，更談不上學以致用。因此為實現新工科背景下創新應用型化工人才的培養，亟需對該課程的教學模式進行革新。

線上線下混合式教學方法的產生，給傳統儀器分析課程教學帶來了全新的思考，它把傳統的線下課堂教學方式與線上網絡平臺教學有機結合，實現了教學在網絡虛擬空間與傳統課堂的同步開展，秉承了以學生為主體的教學核心理念，力求將其滿足不同學生的個性化學習需求、尊重學生的個體學習差異[9]。授課前，教師充分整合互聯網教學資源，制作課程相關動畫和視頻，建設在線課程，學生可利用線上課程提前進行課前預習和自檢；課堂上，教師根據學生線上課程的學習反饋調整課堂教學內容，通過系統化的講解碎片化的教學資源，突出教學重點與難點，有效縮短教學時長，留出更多的時間給學生交流討論，增加學生的課堂參與性；下課后，學生還可以利用線上課程鞏固課堂教學內容，同時還能滿足學生的個體差異，學生可根據自己的學習情況自行決定是否反復學習課程內容，提高自主學習能力。隨著現代信息化技術水平的提高，線上資源的收集與制作、教學平臺的建設也更加便利，學生在任何時間地點都可通過線上教學平臺進行自主學習，學習方式更加靈活。因此，在儀器分析課程中開展實施“線上教學平臺+傳統的課堂教學”的教學模式不僅非常必要，而且切實可行。

2 儀器分析課程教學現狀及存在的問題

儀器分析是面向化學工程、制藥工程等多個學科的專業核心課程，不同專業因教學計劃不同，教學內容和課時也有所不同。以合肥師范學院化學工程與工藝專業為例，在該專業的教學計劃中，儀器分析課程共計48學時，本文探討其教學現狀及存在的問題。

2.1 傳統課堂教學方法不能滿足創新型人才的培養

在傳統的課堂教學中，采用以教師為中心、教師講授和學生聽課為主的單一課堂講授方式。由于課時有限、課程教學內容較多，儀器基本理論知識抽象、儀器構造復雜，教師往往需在限定的課時內輸出大量教學內容，學生被動接受，缺乏學習的積極性和動力，學習結果不夠理想。這種單調的教學和學習方式往往限制了學生的創新能力培養。為了破解這一問題，我們提出了“線上教學平臺+傳統的課堂教學”的線上線下混合式教學方法，如表1所示。在新的教學方法下，教師的教學時長和學生的學習方式都與傳統課堂教學有較大的差異，其增大了學生自主學習的機會，更加凸顯了學生的主體地位，更加注重學生自主學習、創新能力的培養。

表1 儀器分析課程安排情況

2.2 理論與實踐的脫節不利于應用型人才的培養

儀器分析理論課程中涉及大量的基本原理、儀器構造、單元操作等，具有很強的實踐性，需要更多的時間去學習和實際操作。儀器分析實驗課程往往開設于第五學期，學生不能及時的通過實驗操作來加以鞏固理解，更談不上轉化成自身的能力在實際生活、工業上學以致用，可能會出現理論知識很足但實踐能力很差的情況。通過增加線上教學平臺，教師提前準備相關分析儀器的構造、實際操作、在日常生活中的應用實例、文獻報道等供學生課下自主學習，使晦澀難懂的理論知識與一線企業生產管理和實踐接軌，從而培養學生達到實踐產業管理所需要的基本素質與能力。

3 儀器分析課程線上線下混合式教學的設計思路與實踐

我們分析該課程在新工科背景下化工專業人才培養目標中的作用，確定教學目標，堅持以學生為中心，通過線上課程的制作與設置、傳統課堂的開展及線上線下混合式教學的動態優化三個方面來設計教學方式，建立“線上教學平臺+傳統的課堂教學”的線上線下混合式教學法。

線上課程平臺從章節中所包含的名人小故事、日常生活中存在的實用事例等出發，引出教學內容，調動學生學習的興趣；在課前設置并要求學生完成線上課程的知識回顧、基本概念及發展歷程等，以達到基礎知識不占用課堂時間的目的。而傳統課堂采用搶答、小測驗等方法提高學生的參與度，當堂根據課堂表現給出評價，并安排學生進行分組討論匯報某種儀器分析方法在實際生活中應用的案例。這種方式既調動學生的參與興趣，又能檢驗學生對先前所學理論知識的理解掌握能力，引導學生學以致用，培養學生解決實際問題的能力。最后，對這種教學方法進行多維度評價，除了傳統已有的教師評價打分之外，引入學生自評和學生互評，激發學生的學習斗志，同時也讓學生最終形成了如圖1所示的一個中心(以學生為中心)、兩個循環(線上學習和線下學習相循環，學習結果和學習評價相循環)、四個過程(學習開始、學習過程、學習結果以及學習評價)的混合式教學模式。

圖1 線上線下混合式教學模式

3.1 線上課程的制作與設置

線上課程的制作與設置主要發生在學習開始階段。2018到2022年，學校組織骨干教師修訂儀器分析課程標準，確定線上課程的授課內容，共設置12個學時，涵蓋4大章節，包括光學分析法、電化學分析法、色譜分析法及其他分析法等。參考資料包括高等教育出版社華中師范大學等主編的第4版《分析化學》下冊[8]、武漢大學主編的第五版《分析化學》下冊[10]，以及Analytical Chemistry、Analytical Methods等經典外文期刊。其次，教師收集并建設線上課程，對課程內容進行分割，將儀器發展歷史、基本原理、基本概念及儀器構造等內容轉變成適宜碎片化學習的小知識點，通過ppt、動態圖片、及微視頻等方式展示，激發學生的學習熱情。最后，將課程素材和測驗通過學習通線上平臺運行，在傳統課堂教學開始前，在學習通平臺布置學習任務，要求學生在規定的時間內完成學習內容及知識點測驗，便于學生和教師掌握學生的學習進度及成果，為后續學習過程階段的開展奠定基礎。

以原子光譜法的教學設計為例。首先，創設情境、圖片案例引入。從2019年為慶祝中華人民共和國成立70周年燃放煙花，到2020年的熱播電視劇“三十而已”的煙花爆炸案等出發，引發學生思考為什么煙花可以呈現不同的顏色，進而引出微課教學內容--原子發射光譜。引例與教學主題內容相契合，背景簡單生動有趣，易于理解。其次，結合先前所學知識金屬鈉、鉀的焰色反應，其燃燒發光原理就是基于原子發射光譜法，進而介紹原子發射光譜的基本概念、過程、特點等。這些內容較簡單，可以通過線上課程完成。最后，通過課后測驗，檢驗學生的自學成效和學習過程中的難點。測驗結果顯示，學生對原子發射光譜的發展歷史、特點等內容掌握的較好，對其基本原理掌握的相對較差一些。

3.2 傳統課堂的開展

傳統課堂的開展包括學習過程、學習結果及學習評價等，采用的是以教師為主導人和學生為主導人的兩種授課形式。

第一，教師作為主導人。教師根據學生的線上學習情況，調整線下課堂內容，減少基礎知識的講授時間，重點放在將不同的碎片化知識串聯起來進行宏觀把控。同時，在講解過程中，布置以選擇題為主的測驗，設置選人、搶答等環節，對線上學習的實際效果進一步考核。測驗題目的選取要注重難易適度、內容全面，既不能挫傷學生學習的自信心，又不能使學生過于輕易完成驕傲自滿。在回答完畢之后，講師將抽點同學對答案的正確選擇做出說明，并對其他錯誤選項做出解析。最后，再對回答的合理與否及對答案選擇的正確判斷與理解情況分別打分，從而多維度的評估學生的平時學習效果和課堂參與程度。

第二，學生作為主導人。授人以魚，不如授人以漁。儀器分析方法眾多，我們不僅僅要傳授基本理論知識，更重要的是完成學生從學會到會學的轉變，培養學生探究性自主學習能力。主要采用以下兩種方法：其一，在傳統課堂設置研討課，發布學生小組討論，派代表發言，考察學生對所學理論知識的實際運用能力。線下課堂上共設置了三場研討課，光學分析法、電化學分析法與色譜分析法各一場。例如，在講到原子發射光譜法時，就以化妝品安全--日本某高端護膚潔面霜與凈白精華液中分別檢出了鉻、釹等高毒性金屬事件為例，引導學生對嚴格監控化妝品等商品中重金屬的含量展開研討。這種討論是基于學生對原子發射光譜法基本原理、儀器構造及使用的牢固掌握，也為學生將來的科學研究及工作打下了基礎。其二，儀器分析課程的眾多章節中，部分在形式和內容上有相似之處，教師可先講一章拋磚引玉，其他類似章節交由學生。50名學生自由組合分為10個小組，每組5人，題目提前1個月布置，由學生自行選擇，將章節內容細化分解成多個小知識點，最終進行ppt或微視頻課堂匯報，每位同學都需就某個知識點進行講解。講解結束后通過學生自評、學生互評、教師點評等多種形式進行評價，增加課程考核的維度，讓教師和學生都更加清晰的認識教學的過程和成果。

3.3 線上線下混合式教學的動態優化

為了優化線上線下混合式教學的效果，提出采用反饋機制、協助機制和調整機制相結合來解決混合式教學中出現的問題。

1)反饋機制。線上教學使教師和學生通過網絡連接，變遠的物理距離導致教師無法及時捕捉學生的表現。在線上線下混合式教學設計中，設計合理的反饋機制，及時反饋學生的表現，以便教師調整教學內容和方式來適應學生個性化的學習。例如，在線上電子資源中，設置學習次數和學習時長作為監測指標，教師可通過該指標的完成情況了解學生的學習過程和學習態度；設置知識點測驗，了解學生對知識的掌握程度。這些反饋信息均有助于教師進行教學設計的優化。

2)協助機制。學生在線上學習通平臺學習中難免會遇到困難，教師在設計混合式教學時，要考慮到學習的難度。在學習過程有可能存在困難的地方設置搭橋，使學生從困難中解脫出來繼續完成學習任務。學生可以選擇教師或者其他同學求助，也可以放棄。這樣的課程設計增加了學習的趣味性，以及學生之間、老師和學生之間的緊密程度，有利于學生獨立自主個性化能力的培養。此外，學生的求助及協助情況也能側面反映出學習過程中的難點，以及不同學生之間的掌握的差異性，增加教師對學生學習情況的把控。

3)調整機制。任何一種教學設計都不是萬能的。針對不同的學習對象，教師可將不同章節的教學內容進行適當調整，如線上教學的視頻時間長短、線上課程的開放時間等，以滿足個性化的人才培養需求。

4 結語

在積極推進新工科建設的大背景下，“學習通線上平臺+傳統的課堂教學”的儀器分析線上線下混合式教學方法改革得到了較好的探索與實施。此教學方法堅持貫徹以學生為主體，通過學習開始、學習過程、學習結果和學習評價四個階段的循環綜合評價教學效果，培養了學生自主學習、解決問題和科研創新的能力，契合新工科建設背景下對化工類復合創新型高級人才的培養的目標。