翻轉課堂下的儀器分析實驗教學改革范文
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摘要：儀器分析是普通高等學校生物、環境、食品、制藥等專業的一門專業基礎課程，專業性與實踐性均較強。目前國內普遍高校該課程理論講授與實驗教學分離，此傳統教學模式已逐漸跟不上時代的潮流。文章重點從實驗教學環節出發，探索了將傳統模式與現代化技術結合，基于多媒體的實驗教學課件配有大量圖片、動畫和演示視頻，尤其基于翻轉課堂理念，采用雨課堂的新型教學模式，利用智能手機的優勢，改變學生在實驗課堂上使用手機的目的，實驗課前推送課件、推送實驗儀器演示視頻等、學習任務，進行課堂翻轉，旨在提高實驗課教學效果和學生學習興趣。
一概述
從20世紀60年代以來，隨著物理學、電子學的發展，分析化學從以溶液化學分析為主的經典分析化學逐漸過渡到以儀器分析為主的現代分析化學新階段，儀器分析技術已成為分析化學的重要研究內容[1]。因而儀器分析是目前普通高等學校生物、環境、食品、制藥等專業的一門專業基礎課程，專業性與實踐性均較強[2]。由于儀器分析課程是多學科的知識交叉，在上述理工科相關課程中起著十分重要的基礎作用，因此，培養高素質理工科應用型人才就必然要學生學習和掌握儀器分析技術[3]。然而，傳統“儀器分析”理論與實踐分離的課堂教學難以完全達到很好的教學效果，而基于翻轉課堂的新型教學手段具有在線學習、激發學生學習積極性等優勢，因此，儀器分析實驗教學開展翻轉式課堂教學極有必要，是提高實踐教學效果的有效途徑，相關教學改革非常有意義。
二儀器分析實驗課程傳統教學模式的主要弊端
儀器分析課程重點講解幾類重要分析儀器的理論基礎、儀器的基本結構、重要分析條件的選擇、主要的分析方法、數據處理、結果表達。傳統教學模式為理論講授與實驗教學結合，安排適當的實驗，使學生對儀器分析有一個較全面的認識，通過實驗教學使得學生在理論課堂的學習基礎上進一步掌握儀器的基本原理、不同物質的分析方法以及各種儀器的結構、性能和使用方法，培養學生正確的實驗操作技能、細致的觀察及深入思考的能力，養成及時記錄和處理實驗數據的良好習慣，同時學會如何正確分析討論實驗結果結論，從而完成完整、簡明、邏輯性強的分析實驗報告，尤其應培養學生實事求是的科學態度以及嚴謹的作風，全面提高學生的儀器分析素質，為后繼課程的學習和今后工作打下堅實的基礎，并且使得學生初步了解和熟悉在生物、環境、食品、藥品科研及生產中常用的現代化分析檢測手段。但是，目前普遍高校設置儀器分析的實驗課程時，與理論課相關的實驗課程通常無法在該理論課結束后立即開設，此理論與實驗無法緊密結合的現象會導致實驗教學的困難，這是由于部分學生理論課堂的學習本就吸收率不高，理論課后既無系統復習，實驗課前亦無預習，導致實驗課程實踐過程中操作混亂，對實驗課程所學一無所知。另外，由于實驗報告的較強可復制性，這些導致的直接后果就是部分學生對實驗課缺乏重視，實驗課失去了強調動手、強調應用的目的和意義。
三儀器分析實驗教學改革——基于翻轉課堂
隨著智能手機的普及和90后、00后新一代大學生進入校園，傳統授課模式需要與時俱進，這便給大學教育帶來了新的挑戰和機遇，教師無法一味地要求學生在課堂上“抬起頭”不使用手機。將傳統教學方式與現代信息技術相結合，基于傳統的課堂講授、點名提問、布置作業、考試（期中、期末）等教學方法，現引入多媒體教學、討論、辯論、演講、研究訓練等新的現代教學方法與理念；教學課件配有大量圖片、動畫和視頻，通過多種教學媒體的同步建設和綜合使用建立動態教學體系，增加了課堂教學的信息量，加強師生互動，有效地培養學生的創新思維與工程實踐能力。尤其是采用學堂在線與清華大學在線教育研發的“雨課堂”的新興教學模式[4]，利用當今社會智能手機的優勢，從而改變大學生在課堂上“玩”手機的目的。“雨課堂”是基于PowerPoint的一款插件，將復雜的信息技術手段簡單化，僅依靠PowerPoint和微信操作簡單，在教師的課堂教學與學生的課外預習之間建立橋梁，從而使得課堂互動永遠在線[5]。此項技術顛覆了教師在課堂上單純地不允許學生使用手機的舊觀念，相反地讓學生拿出手機，并使用手機的微信功能關注“雨課堂”的公眾號來進行課堂互動。這不僅可以使得師生聯系的更加緊密和方便，實現實時互動，讓師生關系變得更加融洽，此外，雨課堂技術亦可覆蓋每個教學環節，使得教學環節更方便、簡潔。
1.課前——教師提供豐富線上教學資源及學生課前隨時隨地自主學習傳統的儀器分析實驗課主要講授實驗原理、實驗儀器的構造及使用、實驗的操作與流程、實驗結果的分析與討論等。實驗課程的安排和理論課相對應的實驗通常無法緊密銜接導致的理論與實踐孤立分離，導致有些學生在實驗課進行時相應的理論部分記憶模糊，實驗課無法達到預期效果。傳統的實驗教學模式受到挑戰，若使用“雨課堂”，教師在實驗課前可將相關的預習課件，包括實驗原理、實驗步驟、實驗儀器操作的演示視頻推送到學生手機，以便于學生提前預習，進行課堂翻轉，明確上課的重點內容。并且在視頻中可以設置思考題目，讓學生隨時隨地自主學習的過程中，可以發現問題、解決問題，帶著問題去做實驗。另一方面，學生可以在提前線上學習的時候集中問題反饋，提前預習的過程中遇到不理解的問題可以在學習平臺上進行反饋，教師可以根據反饋進行實驗課中教學重難點及節奏快慢的調整。另外，在課前可展示課堂二維碼，讓學生掃碼進行簽到，即使是較多人的實驗課也不用浪費時間進行點名，進入課堂后可利用雨課堂隨機滾動名單進行點名。
2.課中——教師與學生互動線下教學實驗課上，教師可以在實驗課堂教學過程中利用雨課堂的彈幕功能設置提問與回答，面對于現在大學生主動舉手回答問題的積極性較弱或者學生較為靦腆，雨課堂的彈幕回答問題可以很好地解決，一方面彈幕比較符合潮流，另一方面彈幕的使用即使回答錯誤，學生也不用擔心面子問題；同時，學生在實驗過程中遇到不理解的環節亦可以隨時通過發送彈幕提問或者在該頁幻燈片上點“不懂”標記；每次實驗結束后可以通過雨課堂設置練習題的功能（包括單項選擇題、多項選擇題、填空題，甚至還可以設置主觀題），讓參與本次實驗學習的同學于限定時間內完成實時答題，從而“趁熱打鐵”鞏固該次實驗課所學知識，答題結束后根據教師設置的答案可以立刻得到答題成績，省去了閱卷的時間，方便快捷。另外，由于學生在課前已經進行線上預習，可以根據實驗儀器視頻進行實驗操作，鼓勵學生小組討論，課前教師可以提前通過雨課堂推送給每個小組學習任務，課堂上可以隨機抽取小組或成員進行學習任務的解決，最后可以通過雨課堂的投票功能，讓所有學生作為評委為不同的小組進行打分，凸顯學生學習的主導地位，旨在提高學生的學習積極性與主動性。
3.課后——教師可對學生實驗課堂表現進行統計總結、跟蹤及反饋實驗課后針對雨課堂給出的課堂數據如表1，包括學生的簽到情況、彈幕參與情況、測驗情況等。通過學生實驗課程的隨堂測驗成績以及被標記為“不懂”的課件，針對測驗分數較低和“不懂”的知識點以及相應知識學習較為薄弱的學生進行線上線下的課后輔導；通過實驗課程加深對儀器原理、儀器構造及使用方法的印象，提高學生的實際動手能力；通過雨課堂布置難度較高的作業，可使用主觀題模式，學生可通過拍照上傳作業，可以針對不同的食品、藥品、生物學研究對象和分析目標物選擇合適的分析方法，并解決分析過程出現的各種問題，以提升學生的實際應用能力。綜上，基于雨課堂新型教學手段的翻轉課堂儀器分析實驗教學改革的框架結構如圖1所示。
四課程評價及考核的改革
由于儀器分析這門課程實踐性較強，常規筆試的考核方式實際無法全面反映出學生的真實學習水平、能力和教學效果，筆試僅能考察學生對理論知識如基本概念、理論和實驗操作步驟的記憶情況，且可能產生作弊現象。儀器分析課程重在培養學生檢測分析的實踐能力，比如根據生產中樣品的某種組分及存在條件從而選擇適合的前處理及分析方法，從樣品采集、處理、選擇儀器、分析測定、數據處理、出具簡明的測試報告，這些環節需要對學生進行全面綜合培養，從而全面提高學生儀器分析的綜合檢測水平和能力。此外，我們的最終目標是培養學生嚴謹、認真的科學態度和實事求是的科學作風，學生必須具備所學專業的科研和生產所需的儀器分析基本素質。筆試無法考核學生的實驗能力和學習能力，故無法達到課程的教學目的，因此我們還需要改革課程考試和成績評價的方法。故重點應加強對實驗部分的評價，在保留每次實驗后上交實驗報告，以雨課堂給出的實驗出勤、彈幕參與度、隨堂測驗數據以及實驗報告成績作為平時成績的基礎上，可以利用約4個學時進行實驗室考核即儀器分析儀器應用的考核。所考核的實驗應為綜合性實驗，比如包括食品、藥品等樣品的采集、制備與前處理、標準溶液的配制，以及分析儀器的基本操作步驟，以及數據處理包括標準曲線的繪制、含量等的計算等，該實驗技能考核學生應獨立操作、自行完成，當場上交實驗報告、監考教師當場判定成績，而成績評判的標準應包括：實驗原理的掌握、操作步驟是否正確、實驗中是否仔細觀察、對實驗現象的產生是否進行深入思考、對于數據的記錄及處理是否合理、是否可以得出正確的實驗結果和結論、是否能夠完成完整、簡明、邏輯性強的實驗報告。每項均有具體分數占比及評分標準。此種實驗考核方式，可以杜絕傳統筆試的作弊現象，更注重學生實踐能力的培養，從而提高綜合素質及應用能力[6]。
五結語
“雨課堂”線上線下結合的新型實驗教學模式，使得高校理工科專業的專業基礎課——《儀器分析》課程的學習不再局限于實驗室，學生課后可以自主安排學習時間與地點，同時我們可以借助雨課堂強大的數據統計功能，對學生進行更為客觀準確的評價，尤其是過程評價。這不僅可以顯著提高教師的實驗教學效果，亦可以培養學生對實驗課程的自主學習能力及動手能力，從真正意義上實現了儀器分析實驗課程的人才培養目標。
參考文獻
[1]趙春超,劉雯燕,邵建華,等.儀器分析課程實驗教學改革探討[J].現代農業科技,2019(01):253-254.
[2]李承勇,何蕾,廖艷,等.環境類專業儀器分析教學探索與研究[J].輕工科技,2019(06):155-156.
[3]郭明,夏琪涵,周建鐘,等.混合式教學在“儀器分析”課堂教學中的應用探討[J].化學教育(中英文),2019,40(06):30-35.
[4]多依麗,付曉巖,海軍.“雨課堂”與傳統教學模式的比較研究[J].大學教育,2017:153-155.
[5]張寧,張廣文.雨課堂教學應用的混合式教學實踐——以食品分析課程為例[J].輕工科技,2019(06):189-191.
[6]張玲,吳景梅,郭春燕.《儀器分析》實驗教學改革與實踐[J].長江大學學報(自科版),2013,10(34):105-106.
作者：王穎 李榮 姜子濤 單位：天津商業大學生物技術與食品科學學院