翻轉(zhuǎn)課堂在“儀器分析”教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐

夏莉，董萌，雷存喜

摘 要：“儀器分析”是化學(xué)類專業(yè)的核心專業(yè)課程之一。在“儀器分析”的課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，結(jié)合視頻學(xué)習(xí)、隨堂測試、課堂討論、重點(diǎn)講解等教學(xué)方法和手段，對傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行優(yōu)化和改革。實(shí)際應(yīng)用效果表明，翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施可提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，取得了良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：儀器分析；翻轉(zhuǎn)課堂；教學(xué)視頻；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）21-0131-03

Abstract： Instrumental analysis is one of the core courses in chemistry. In order to optimize and reform the traditional teaching model， the flipped classroom teaching model is introduced in the classroom teaching and experimental teaching of the instrumental analysis， and it is combined with video learning， classroom testing， classroom discussions and key-points explanation. The application results show that the flipped classroom can improve the teaching quality and teaching efficiency， help to improve the enthusiasm and initiative of students， and then get a good teaching effect.

Keywords： instrumental analysis； flipped classroom； teaching video； experimental teaching

引言

“儀器分析”是應(yīng)用化學(xué)、分析化學(xué)、化學(xué)工程與工藝、環(huán)境工程等化學(xué)類專業(yè)的核心專業(yè)課程之一，它是分析化學(xué)的重要分支[1]。作為現(xiàn)代的分析測試手段，儀器分析日益廣泛地為化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境等學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的科研和生產(chǎn)提供大量的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及狀態(tài)等方面的信息，成為高等學(xué)校中許多專業(yè)的重要課程之一。課程的核心任務(wù)是依據(jù)物質(zhì)的物理及化學(xué)性質(zhì)，采用比較復(fù)雜和特殊的儀器設(shè)備獲取分析數(shù)據(jù)，鑒定物質(zhì)的化學(xué)組成、測定有關(guān)成分的含量。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握常用儀器分析方法和設(shè)備，并初步具有運(yùn)用所學(xué)方法和工具解決相應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際和科學(xué)研究問題的能力。“儀器分析”課程的教學(xué)內(nèi)容包括光譜分析法中的原子吸收光譜法、紫外可見分光光度法、紅外吸收光譜法、核磁共振光譜法和質(zhì)譜法，色譜分析法中的高效液相色譜法和氣相色譜法，電化學(xué)分析中的電位分析法等?！皟x器分析”課程的理論性與實(shí)踐性均較強(qiáng)，一方面學(xué)生需要掌握常用分析儀器的基本原理和構(gòu)造，另一方面還需要熟悉常用儀器的操作和使用。本課程旨在讓學(xué)生加深對各類儀器分析方法的基礎(chǔ)理論和工作原理的理解，正確和熟練把握儀器分析方法的操作，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用儀器分析解決實(shí)際問題的能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)及科研工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為了更好地開展“儀器分析”課程的教學(xué)工作，微課、慕課等新型教學(xué)方法和教學(xué)手段已得以應(yīng)用[2，3]。

翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom或Inverted Classroom）是一種重新調(diào)整課堂內(nèi)外的教學(xué)時(shí)間，將學(xué)習(xí)主動(dòng)權(quán)和決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移到學(xué)生的教學(xué)模式。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，主要是以教師講授知識為主，而在翻轉(zhuǎn)課堂中，學(xué)生的知識學(xué)習(xí)主要是在課后自主完成，在課堂中教師采用問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并對重難點(diǎn)進(jìn)行剖析，促使學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。為了更好地開展“儀器分析”課程的教學(xué)工作，在“儀器分析”課程和課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，引入了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，取得了良好的效果。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下，在寶貴的課內(nèi)時(shí)間中，學(xué)生可以深入理解和掌握所學(xué)知識，教師不再占用大量的課堂時(shí)間來講授教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)了師生之間的交流，培養(yǎng)和提升了學(xué)生自學(xué)能力和學(xué)習(xí)參與度。翻轉(zhuǎn)課堂已在現(xiàn)代教育教學(xué)中得到較為廣泛的應(yīng)用并取得了很好的效果，在“儀器分析”課程中引入翻轉(zhuǎn)課堂，對于提升教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效果和教學(xué)效率具有重要意義。

一、在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

“儀器分析”課程涉及十幾種大型儀器的原理及實(shí)驗(yàn)，而各種大型儀器的分析方法的原理各不相同，導(dǎo)致各章節(jié)內(nèi)容相對獨(dú)立，章節(jié)之間關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，是化學(xué)類學(xué)科中一門難度較大的課程。大部分學(xué)生反映這門課程的知識理論很難理解，且對實(shí)驗(yàn)技術(shù)也很難掌握，學(xué)生考試的通過率偏低。學(xué)生在理論課上的知識還未消化，在實(shí)驗(yàn)課堂上對儀器的構(gòu)造和原理理解起來相對困難，但課后又沒有辦法靈活選擇時(shí)間再次學(xué)習(xí)，這為教學(xué)工作帶來一定的困難。現(xiàn)在的儀器分析教學(xué)方法還是傳統(tǒng)的教師講授為主，學(xué)生在學(xué)習(xí)儀器原理、儀器構(gòu)造等知識點(diǎn)時(shí)感到枯燥、乏味，導(dǎo)致無法激發(fā)學(xué)習(xí)積極性，從而對整個(gè)課程產(chǎn)生厭倦。部分學(xué)生對儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理依然停留在“紙上談兵”的水平上，對儀器結(jié)構(gòu)性能的認(rèn)識比較膚淺[4]。為此，需要引入更好的教學(xué)方法來改進(jìn)和完善教師的教學(xué)模式和學(xué)生的學(xué)習(xí)模式，而翻轉(zhuǎn)課堂的引入有助于更好地開展“儀器分析”課程的教學(xué)工作，既可以在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，還可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)廣泛采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。

在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，基于“以學(xué)生為中心，以教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，我們設(shè)計(jì)了如圖1所示的課堂教學(xué)流程。

在圖1中可以看出，在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下，課堂教學(xué)是學(xué)生課前學(xué)習(xí)的延伸和拓展，學(xué)生在課前通過教師提供的學(xué)習(xí)資源（主要是教學(xué)視頻）自主學(xué)習(xí)，課上在老師的組織和引導(dǎo)下，完成知識的鞏固和延伸并進(jìn)一步解決在視頻學(xué)習(xí)中遺留的問題。在此模式下，要求學(xué)生在課前先觀看教師教學(xué)視頻，視頻有三個(gè)主要來源，一部分視頻自行錄制，另一部分視頻收集和整理自互聯(lián)網(wǎng)，還有一部分視頻來源于儀器制造商，可從儀器制造商官網(wǎng)等下載獲取得到。為了保證視頻學(xué)習(xí)效果，主要以小視頻為主，每段視頻的時(shí)間盡量控制在20分鐘以內(nèi)，一般每一段視頻對應(yīng)一個(gè)知識點(diǎn)的講解，圍繞一個(gè)特定的問題或主題，利于控制學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力。視頻學(xué)習(xí)的最大優(yōu)點(diǎn)之一在于可以反復(fù)觀看，彌補(bǔ)傳統(tǒng)一次性教學(xué)的缺陷，學(xué)生對于所學(xué)內(nèi)容可以多次重復(fù)觀看。今后將基于已有的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，在每一個(gè)視頻后增加一些練習(xí)題，隨時(shí)檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，更好地監(jiān)督學(xué)生學(xué)習(xí)過程。

為了更好地檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，保證學(xué)習(xí)效果。在課堂教學(xué)中，采用問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)和隨堂測試的形式，要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識解決一些具體問題，并通過隨堂測驗(yàn)和提問的形式檢查學(xué)生學(xué)習(xí)情況。例如，在講解分子吸收光譜時(shí)要求學(xué)生思考為什么很多溶液會(huì)呈現(xiàn)不同的顏色，例如高錳酸鉀溶液呈現(xiàn)紫紅色，硫酸銅溶液呈現(xiàn)藍(lán)色等。學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識，對該問題開展討論，并對討論結(jié)果進(jìn)行分析，進(jìn)一步講解物質(zhì)與光的相互作用，包括光的反射和光的吸收。在隨堂測試中，通過一些具體的題目，例如填空題或者選擇題來檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，每次隨堂測試時(shí)間控制在10-15分鐘左右，隨堂測試的成績可作為課程平時(shí)成績和形成性評價(jià)的重要組成部分。

針對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，教師可以對重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行深入的剖析和講解，讓學(xué)生加深對所學(xué)知識的理解和掌握。對于一些相對比較簡單的知識，基本上可以由學(xué)生在課前的自學(xué)中完成，而不需要占用課堂教學(xué)時(shí)間，將寶貴的課程教學(xué)時(shí)間留給對重要知識和重難點(diǎn)的講解，提高課堂教學(xué)的效率。這種結(jié)合學(xué)生自學(xué)和教師講解的教學(xué)模式，極大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，讓教學(xué)和學(xué)習(xí)過程更加靈活、自由。

在課堂教學(xué)的最后，教師可對所學(xué)知識進(jìn)行歸納和總結(jié)，并在課后再布置幾道小練習(xí)題，檢驗(yàn)學(xué)生的最終學(xué)習(xí)效果，并布置新的學(xué)習(xí)任務(wù)，明確下一個(gè)學(xué)習(xí)單元的內(nèi)容和目標(biāo)。

在“儀器分析”課程的課堂教學(xué)中采用翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式，其核心要點(diǎn)包括以下兩個(gè)方面：

（1）精心錄制教學(xué)視頻。每一部視頻雖然時(shí)間很短，但是需要精心準(zhǔn)備。視頻內(nèi)容盡量短小精煉，可以選取教學(xué)環(huán)節(jié)能夠有效解決教與學(xué)過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題。例如在紅外吸收光譜分析法中介紹紅外光譜圖的特征時(shí)，分子的振動(dòng)形式就可以通過視頻表現(xiàn)。以“自動(dòng)電位滴定終點(diǎn)的判斷方法”為例，通過視頻引導(dǎo)學(xué)生與他們熟悉的化學(xué)滴定法的異同比較，喚起學(xué)生的求知欲。“氣相色譜儀的構(gòu)造”、“六通閥的工作原理”、“紅外光譜的壓片方法”等都可以作為儀器分析微視頻制作的選題。每一個(gè)視頻都針對一個(gè)特定的小問題，視頻長度控制在20分鐘以內(nèi)，在視頻制作過程中，為了壓縮視頻的總時(shí)長，部分視頻在后期處理時(shí)采用了快進(jìn)模式，壓縮了部分實(shí)驗(yàn)的等待時(shí)間。例如在“高效液相色（High performance liquid chromatography， HPLC）”的教學(xué)視頻中，我們介紹了當(dāng)前國內(nèi)外主要的HPLC儀器生產(chǎn)廠商，介紹了儀器的結(jié)構(gòu)和基本操作方法，讓學(xué)生對HPLC有一個(gè)全面直觀的了解。在視頻中還對HPLC的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了介紹，學(xué)生可以了解在實(shí)際工作中哪些情況下可以使用HPLC，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

（2）及時(shí)檢驗(yàn)教學(xué)效果。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實(shí)施中，學(xué)生需要結(jié)合視頻自主開展學(xué)習(xí)，如何監(jiān)控學(xué)習(xí)過程并及時(shí)檢驗(yàn)教學(xué)效果是翻轉(zhuǎn)課堂中必須考慮和解決的一個(gè)重要問題。在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，可以引入一些小問題檢查學(xué)生學(xué)習(xí)情況，這需要一個(gè)完整的學(xué)習(xí)平臺的支持，而不僅僅是觀看視頻。學(xué)生可以通過對這些小問題的解答來檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，如果學(xué)習(xí)效果不佳，可以重新開展視頻學(xué)習(xí)。教師可以通過在線學(xué)習(xí)和分析平臺對學(xué)生的整理學(xué)習(xí)情況進(jìn)行分析和匯總，幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，合理安排和調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)內(nèi)容。如果沒有在線學(xué)習(xí)和分析平臺的支持，教師可以在課前通過發(fā)放隨堂測驗(yàn)小試卷的形式來檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，該方法效率相對較低，數(shù)據(jù)收集和分析難度大。但是該方法數(shù)據(jù)更為真實(shí)可靠，可以如實(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，難以造假。同時(shí)，一定要讓學(xué)生重視課前學(xué)習(xí)，加強(qiáng)對過程性評價(jià)的控制和平時(shí)成績在課程總成績中所占比例，記錄好學(xué)生的平時(shí)測驗(yàn)成績，將教學(xué)檢驗(yàn)和評價(jià)貫穿課前和課后的學(xué)習(xí)，客觀、公正地對學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)情況進(jìn)行考核和評分。

二、在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是“儀器分析”課程的重要組成部分，可以幫助學(xué)生將學(xué)到的理論知識運(yùn)用于實(shí)踐，讓學(xué)生加深對所學(xué)知識的理解，訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手技能，提升學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較簡單，學(xué)生獨(dú)立操作機(jī)會(huì)少、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)相對較少，而且大型儀器自動(dòng)化程度高，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)通常只需要簡單的取樣檢測，有些儀器甚至不需要設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件，只需要進(jìn)行一些簡單的操作即可，這導(dǎo)致很多學(xué)生學(xué)完后并不能真正的掌握的操作及使用，更不能應(yīng)用到實(shí)際的科研或生產(chǎn)項(xiàng)目中。

此外，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教師需要在學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)之前花很多時(shí)間講解實(shí)驗(yàn)安排、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等，由于受到實(shí)驗(yàn)場地和實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量的限制，在“儀器分析”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，大部分實(shí)驗(yàn)需要分組進(jìn)行，很多時(shí)間都是在重復(fù)講解相同的內(nèi)容，教師的教學(xué)效果欠佳。

為此，在“儀器分析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們采用了如圖2所示的實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程。

在圖2中，引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，通過錄制實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)視頻，讓原本較為枯燥的實(shí)驗(yàn)課變得更加生動(dòng)形象，也有助于提升學(xué)生的動(dòng)手操作能力和實(shí)驗(yàn)技能。

在“儀器分析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，針對分光光度計(jì)的使用、極譜儀的操作、電位滴定儀的操作、紫外可見光光度計(jì)的使用、熒光光譜儀的使用、氣相色譜的構(gòu)造和使用流程、高效液相色譜的原理和操作等實(shí)驗(yàn)，我們引入了視頻教學(xué)模式。將實(shí)驗(yàn)步驟錄制成視頻，并在視頻中重點(diǎn)講解實(shí)驗(yàn)的一些要點(diǎn)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對結(jié)合實(shí)驗(yàn)講解儀器的原理與構(gòu)成，將理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作相結(jié)合，有助于學(xué)生更好地掌握所學(xué)知識。同時(shí)還避免了實(shí)驗(yàn)教師重復(fù)講解實(shí)驗(yàn)，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率，學(xué)生通過多次觀看實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻，加深了對實(shí)驗(yàn)原理的理解并熟悉實(shí)驗(yàn)操作步驟[5]。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中通過采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，教師可以將實(shí)驗(yàn)講解的重點(diǎn)放到儀器本身的操作和重點(diǎn)步驟上，而不需要花太多時(shí)間介紹儀器的原理、基本操作、進(jìn)樣、數(shù)據(jù)處理等基本知識，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)講解時(shí)間，將更多時(shí)間留給學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手操作和討論。

與課堂教學(xué)類似，在實(shí)驗(yàn)課上，教師可以在學(xué)生正式開始實(shí)驗(yàn)之前隨堂檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，針對學(xué)生存在的問題進(jìn)行集中總結(jié)和演示，對于實(shí)驗(yàn)操作中的一些關(guān)鍵步驟和要點(diǎn)，再通過現(xiàn)場演示的形式進(jìn)行細(xì)致講解。為了更好地督促學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課之前學(xué)習(xí)相應(yīng)的教學(xué)視頻，將隨堂檢查也作為實(shí)驗(yàn)課成績的一個(gè)組成部分，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中對實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻的學(xué)習(xí)進(jìn)行總結(jié)，教師可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)視頻中存在的問題和不足，在后續(xù)可以進(jìn)一步改善。

三、結(jié)束語

“儀器分析”是化學(xué)類專業(yè)的核心專業(yè)課程之一，其知識點(diǎn)繁多且難度較大。在“儀器分析”的課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，引入基于微課視頻和即時(shí)測驗(yàn)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，有助于加深學(xué)生對“儀器分析”課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。實(shí)際應(yīng)用效果表明，在引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式后，可以讓學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)工作，提高了課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率，并極大提高了學(xué)生自覺性和主動(dòng)性，提升學(xué)習(xí)能力。在今后將構(gòu)建一套完整的“儀器分析”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，集視頻學(xué)習(xí)、在線測評、學(xué)習(xí)痕跡記錄、交流討論等功能于一體，以便更好地將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式融入日常教學(xué)工作。

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