“翻轉(zhuǎn)課堂”與實驗項目模塊設(shè)計在儀器分析實驗教學(xué)中的應(yīng)用Δ

王 存，陳紹成，熊政委，王 躍，樸健榮（重慶第二師范學(xué)院重慶市功能性食品協(xié)同創(chuàng)新中心，重慶 400067）

·藥學(xué)教育·

“翻轉(zhuǎn)課堂”與實驗項目模塊設(shè)計在儀器分析實驗教學(xué)中的應(yīng)用Δ

王 存＊，陳紹成，熊政委，王 躍，樸健榮#（重慶第二師范學(xué)院重慶市功能性食品協(xié)同創(chuàng)新中心，重慶 400067）

目的：提高實驗教學(xué)有效性和學(xué)生實踐自主動手能力。方法：結(jié)合我校新建本科院校的實際情況、儀器分析實驗教學(xué)特點及藥學(xué)專業(yè)學(xué)生特點，將“翻轉(zhuǎn)課堂”與實驗項目模塊設(shè)計共同應(yīng)用于儀器分析實驗教學(xué)，從課程內(nèi)容設(shè)計、教學(xué)實施和課程考核三個方面對儀器分析實驗教學(xué)進行改革。結(jié)果與結(jié)論：學(xué)生借助視頻和音頻資料，在課下完成知識的學(xué)習(xí)，在課堂上完成知識的吸收與掌握，有效提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，加強了師生之間、學(xué)生之間互動學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)的能力。將“翻轉(zhuǎn)課堂”和實驗項目模塊設(shè)計共同應(yīng)用于儀器分析實驗教學(xué)改革是可行的，該方法可為儀器分析實驗教學(xué)改革提供一定的參考和借鑒。

教學(xué)改革；儀器分析實驗；實驗項目模塊設(shè)計；翻轉(zhuǎn)課堂；藥學(xué)專業(yè)

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010－2020年）》在人才培養(yǎng)體制改革中明確提出：“注重知行統(tǒng)一。堅持教育教學(xué)與生產(chǎn)勞動、社會實踐相結(jié)合。開發(fā)實踐課程和活動課程，增強學(xué)生科學(xué)實驗、生產(chǎn)實習(xí)和技能實訓(xùn)的成效”[1]。我校2012年改制升本以后，立足自身優(yōu)勢，重新制定人才培養(yǎng)方案，同時結(jié)合學(xué)校當(dāng)前實際條件，加強教學(xué)，提高學(xué)生實踐動手能力，為培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)應(yīng)用型人才打下堅實基礎(chǔ)，最終達到向社會輸送應(yīng)用型人才，服務(wù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的目的。

儀器分析實驗是一門重要的實踐課程，注重培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)實踐技能的訓(xùn)練和創(chuàng)新意識，強調(diào)規(guī)范化的基本操作，是一門課程技術(shù)含量非常高的應(yīng)用型學(xué)科，對培養(yǎng)符合產(chǎn)業(yè)界和社會需要的各類專門人才起著非常重要的作用[2]。翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped classroom）又稱反轉(zhuǎn)課堂（Inverted classroom）或顛倒課堂，即由教師創(chuàng)建視頻，學(xué)生在家中或課外觀看視頻中教師的講解，隨后，學(xué)生根據(jù)教學(xué)視頻自主完成在線測試，對新知識進行吸收內(nèi)化之后再帶著學(xué)習(xí)過程中的疑問去課堂上參與師生、學(xué)生之間的互動交流、合作、共享與討論，實現(xiàn)其對新知識的完全理解和熟練掌握，從而完成學(xué)習(xí)的過程[3]。通過借鑒前期儀器分析實驗教學(xué)改革成果[4-5]，基于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式被引入到儀器分析實驗教學(xué)中，新的“課前自主學(xué)習(xí)-課堂深度互動-課后交流互動”教學(xué)模式打破了傳統(tǒng)的“灌注式”“保姆式”實驗教學(xué)模式[6]，能夠讓學(xué)生獲得更加真實有效的實驗實踐學(xué)習(xí)。實驗項目模塊設(shè)計是指將實驗內(nèi)容進行重新編排整理，以改變傳統(tǒng)儀器分析實驗內(nèi)容單調(diào)、缺乏新意的現(xiàn)狀。具體來講，就是實驗項目在安排上由易到難，從基礎(chǔ)模塊著手，循序漸進增加實驗難度，直至最后的綜合設(shè)計性實驗，以逐步達到培養(yǎng)學(xué)生自主實驗、自覺動手和主動創(chuàng)新的目的。

我校將“翻轉(zhuǎn)課堂”與實驗項目模塊設(shè)計共同應(yīng)用于儀器分析實驗教學(xué)中，本文即從課程設(shè)計、教學(xué)實施和課程考核等方面對此次儀器分析實驗教學(xué)改革進行闡述。

1 教學(xué)體系介紹

“翻轉(zhuǎn)課堂”與實驗項目模塊設(shè)計共同應(yīng)用于儀器分析實驗教學(xué)體系構(gòu)建見圖1。

圖1 “翻轉(zhuǎn)課堂”與實驗項目模塊設(shè)計應(yīng)用于儀器分析實驗教學(xué)體系構(gòu)建Fig 1 Construction of instrumental analytical experiment teaching system by combination of the“flipped classroom”and experimental project modular design

2 實驗項目模塊設(shè)計

傳統(tǒng)的實驗項目存在安排不合理、開設(shè)不全面等問題，僅能做最基本的基礎(chǔ)性實驗和驗證性實驗。學(xué)生缺乏實驗興趣，按部就班，沒有主動分析問題、解決問題的能力，特別是實驗中一旦出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)就直接棄之不用，重新開始。因此，傳統(tǒng)實驗項目安排不利于學(xué)生應(yīng)用能力和綜合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)儀器分析實驗項目見表1（表中GC為氣相色譜；HPLC為高效液相色譜；UV為紫外-可見分光光度法，下同）。

表1 傳統(tǒng)儀器分析實驗項目Tab 1 Traditional instrumental analytical chemistry experimental project

針對新建本科院校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)，筆者結(jié)合化學(xué)類專業(yè)的特點及后期專業(yè)課程的實驗技能要求，對傳統(tǒng)的實驗項目針對性地進行了設(shè)計和重新編排?？紤]到授課對象是上過一定理論課的藥學(xué)專業(yè)大二學(xué)生，實驗項目安排順序上主要以學(xué)生實驗技能的培養(yǎng)、提高和創(chuàng)新發(fā)展的順序為主線，將儀器分析實驗項目分為三大模塊：（1）以培養(yǎng)與訓(xùn)練基本技能為主的基礎(chǔ)模塊；（2）以提升實驗技能為主、鞏固基礎(chǔ)為輔的提高模塊；（3）以培養(yǎng)學(xué)生綜合實驗實訓(xùn)能力與開發(fā)學(xué)生綜合應(yīng)用能力為主的綜合設(shè)計模塊。三個模塊相輔相成，既有利于學(xué)生基本實驗技能的培養(yǎng)和強化訓(xùn)練，又可讓學(xué)生在已經(jīng)掌握一定實驗技能的基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計綜合實驗的能力。具體來說，基礎(chǔ)模塊主要是讓學(xué)生掌握實驗基本理論（包括常用大型儀器的構(gòu)造組成、溶液的配制、實驗誤差分析及估算、數(shù)據(jù)處理方法等）、基本實驗方法與操作和基本儀器使用等；提高模塊則是在基礎(chǔ)模塊完成后進行的后續(xù)學(xué)習(xí)，主要是教師提供完整的實驗方案，學(xué)生預(yù)習(xí)實驗并根據(jù)教師準(zhǔn)備的儀器及藥品/試劑完成操作；綜合設(shè)計模塊是在學(xué)生完成基礎(chǔ)模塊和提高模塊的基礎(chǔ)上進行，根據(jù)給定的實驗題目，學(xué)生通過課本及網(wǎng)上搜集資料，自行設(shè)計實驗方案，組織過程和準(zhǔn)備藥品/試劑，獨立完成操作并得出結(jié)果。其中，綜合設(shè)計實驗項目的選擇主要遵循以下原則：既要涉及學(xué)生已經(jīng)掌握的相關(guān)基礎(chǔ)知識和基本操作技能，又要盡可能運用一門課程或多門課程的綜合知識，能夠?qū)W(xué)生實驗技能進行綜合訓(xùn)練，同時能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新意識。實踐證明，這種模塊化設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容不但可以加深學(xué)生對所學(xué)理論知識的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生理解和熟練掌握兩種以上實驗技術(shù)的綜合應(yīng)用能力及多個儀器分析化學(xué)物質(zhì)的融會貫通能力，而且有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

從內(nèi)容上看，改革后的實驗僅比傳統(tǒng)實驗增加了一個新的項目——“熒光法測定維生素B2片中核黃素的含量”；但從實驗順序的安排上看，改革后的實驗項目設(shè)計更加注重理論知識與實踐的銜接，注重實驗項目的連貫性和漸進性，三大模塊環(huán)環(huán)相扣，層層遞進。其中最為顯著的一點，就是在保留基礎(chǔ)實驗和驗證實驗的前提下，增加了綜合設(shè)計實驗。從三類實驗的比例上看，改革后，基礎(chǔ)實驗由38%增加到46%，驗證性實驗由62%壓縮到31%，探究性實驗由0增加到23%。改革后儀器分析實驗項目見表2。

表2 改革后儀器分析實驗項目Tab 2 Instrumental analytical chemistry experimental project after reform

3 “翻轉(zhuǎn)課堂”過程設(shè)計與初步嘗試

傳統(tǒng)儀器分析實驗課堂教學(xué)過程一般按照一定比例（一般是1∶2∶1）將課堂時間劃分為教師講解、學(xué)生實踐、課后討論三大主要部分。課程的一般課堂教學(xué)流程為：教師布置實驗任務(wù)→課堂教師講解實驗原理、內(nèi)容及演示儀器的使用方法→學(xué)生學(xué)習(xí)實驗技能及儀器的使用方法→學(xué)生完成實驗任務(wù)→教師講評實驗結(jié)果及就實驗過程中出現(xiàn)的問題進行討論[7]。將“翻轉(zhuǎn)課堂”引入儀器分析實驗課堂教學(xué)改革后，課堂教學(xué)時間比例由傳統(tǒng)“講、做與討論”的1∶2∶1變?yōu)楝F(xiàn)在“做與討論總結(jié)”的3∶1，降低了教師課堂講解時間，增加了學(xué)生實踐操作時間，充分培養(yǎng)了學(xué)生實驗動手能力，為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)創(chuàng)造了條件。

根據(jù)實驗項目模塊設(shè)計的內(nèi)容，通過網(wǎng)上“翻轉(zhuǎn)課堂”，學(xué)生按照相應(yīng)順序，依次自主學(xué)習(xí)基礎(chǔ)模塊、提高模塊和綜合設(shè)計模塊中實驗項目內(nèi)容。本文以綜合設(shè)計模塊中“HPLC法測定三七中3種皂苷的含量”為例來講述“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式在儀器分析實驗中的應(yīng)用過程，詳見圖2。

圖2 “翻轉(zhuǎn)課堂”實驗教學(xué)實施過程Fig 2 Implementation process of experimental teaching in“flipped classroom”

3.1 課前實驗準(zhǔn)備工作

首先，教師根據(jù)綜合設(shè)計模塊中實驗內(nèi)容制作幻燈片（PPT）、講義，錄制微視頻和布置學(xué)習(xí)任務(wù)單，并將上述內(nèi)容制作成學(xué)習(xí)資源包上傳至“翻轉(zhuǎn)課堂”平臺，學(xué)習(xí)任務(wù)單內(nèi)容見表3；其次，學(xué)生利用課余時間通過“翻轉(zhuǎn)課堂”平臺下載學(xué)習(xí)資源包進行學(xué)習(xí)，獨立完成實驗預(yù)習(xí)報告。同時，教師通過“翻轉(zhuǎn)課堂”交流平臺（課程論壇、微信群、QQ群等）對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程及實驗進展進行監(jiān)控，及時解決學(xué)生在實驗預(yù)習(xí)過程中遇到的各類問題，并提出指導(dǎo)性意見，幫助學(xué)生制訂綜合設(shè)計實驗方案；最后，學(xué)生通過“翻轉(zhuǎn)課堂”交流平臺討論該方案的可行性，教師在課前對學(xué)生綜合設(shè)計實驗方案進行最后審核。簡而言之，就是學(xué)生根據(jù)理論課堂所學(xué)的知識，教師提供的學(xué)習(xí)資源包及網(wǎng)上查詢的課外資料進行自行學(xué)習(xí)，在課下完成實驗預(yù)習(xí)及方案設(shè)計。

表3 學(xué)習(xí)任務(wù)單內(nèi)容Tab 3 Contents of learning task list

3.2 課堂上學(xué)生自主實驗

學(xué)生根據(jù)“HPLC法測定三七中3種皂苷的含量”實驗項目內(nèi)容要求，自主準(zhǔn)備實驗藥品/試劑和儀器，自行配制溶液，自主進行實驗，整個實驗過程中學(xué)生起主導(dǎo)作用，教師輔助學(xué)生完成實驗，只在學(xué)生遇到難以解決問題時施以幫助。

3.3 課后學(xué)生互助完善實驗并撰寫實驗報告

課后學(xué)生再次通過“翻轉(zhuǎn)課堂”平臺反復(fù)觀看視頻，以求徹底理解“HPLC法測定三七中3種皂苷的含量”的方法，深知不同測試方法之間的聯(lián)系和區(qū)別，并掌握其計算方法。同時，通過“翻轉(zhuǎn)課堂”交流平臺與其他學(xué)生或老師進行交流互動，分享自己學(xué)習(xí)過程中的收獲及存在的問題，最后動手完成實驗報告。經(jīng)過這一過程，學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的各類問題普遍得到解答。

綜上所述，相比一般的以教師為主導(dǎo)的傳統(tǒng)教學(xué)模式，改革后的儀器分析實驗教學(xué)過程有了明顯的變化，可概括為：教師布置實驗任務(wù)制作學(xué)習(xí)資源包→學(xué)生在課余時間通過“翻轉(zhuǎn)課堂”下載學(xué)習(xí)資源包進行自主學(xué)習(xí)→師生互動，學(xué)生互動完成實驗預(yù)習(xí)任務(wù)→學(xué)生課堂自主完成實驗，教師對學(xué)生進行過程輔助與答疑→學(xué)生完成實驗任務(wù)，課堂交流學(xué)習(xí)互動→課后通過“翻轉(zhuǎn)課堂”交流平臺師生互動、學(xué)生互動、學(xué)生自主完成實驗報告。整個過程中占用課堂時間最多的教師講解和學(xué)生學(xué)習(xí)實驗方法和技能環(huán)節(jié)被替換為“做與討論總結(jié)”，因此，節(jié)省了大量的集中授課時間。更重要的是，學(xué)生可以更好地熟悉并掌握本次實驗內(nèi)容，提高了實驗動手能力，為進行后續(xù)更高層次的綜合設(shè)計實驗打下了良好的基礎(chǔ)。因此，這種教學(xué)改革，在一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意識，提高了學(xué)生動手實踐的興趣和能力，為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供了可靠保障。

4 課程考核改革

改革之前，我校儀器分析實驗課程成績通常采用平時考核[包括課堂出勤率（5%）、課堂回答問題（5%）、平時實驗規(guī)范過程（20%）和實驗預(yù)習(xí)報告（10%），共計40%]和期末考核[通常只包括實驗報告成績（60%）]相結(jié)合的方式。作為一門以實踐能力培養(yǎng)為主的實驗課程，上述考核方式并不能全部真實反映學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的能力，因此有必要進行調(diào)整。新的考核方式主要從以下三個方面同時進行：（1）課前實驗項目學(xué)習(xí)考核，包括資源包學(xué)習(xí)（5%）、實驗預(yù)習(xí)報告（10%）、實驗態(tài)度與課堂出勤率（5%），主要考察學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力；（2）課中項目過程考核，主要包括實驗內(nèi)容設(shè)計[實驗總體方案、技術(shù)路線和實驗實施設(shè)計等（15%）]、實驗藥品及設(shè)備的自主準(zhǔn)備（15%）、實驗操作過程實施（25%）、實驗結(jié)束后的總結(jié)及討論（5%），主要考察學(xué)生的實驗設(shè)計及實際動手能力；（3）課后項目考核，包括實驗報告（10%）和實驗考試筆試成績（10%）。此外，凡發(fā)現(xiàn)實驗中有臆造、抄襲者，一律以0分計。新的考核方式改變了以往重結(jié)果不重過程的評價方式，促進了實驗教學(xué)模式從傳統(tǒng)的以教師“教”為中心向以學(xué)生“學(xué)”為中心的轉(zhuǎn)變；實驗評價內(nèi)容則從學(xué)生掌握知識數(shù)量多少的單一指標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)橐栽u價學(xué)生自主學(xué)習(xí)、應(yīng)用知識的能力，自主實驗和課后合作學(xué)習(xí)的精神等綜合性指標(biāo)。顯然，新的考核方式能更加科學(xué)、客觀地評定學(xué)生的實驗成績，更能引導(dǎo)學(xué)生知識、能力和素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展。

5 討論

“翻轉(zhuǎn)課堂”將學(xué)生從課堂引向了課下，提高了課堂效率，實驗項目模塊設(shè)計使實驗內(nèi)容更加科學(xué)合理，在遵循由易到難的原則上，能較好地提高學(xué)生掌握實驗技能的教學(xué)效果。因此，“翻轉(zhuǎn)課堂”與實驗項目模塊設(shè)計一起引入儀器分析實驗教學(xué)改革中，有效地提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)實驗項目內(nèi)容的能力，同時更加強了師生之間、學(xué)生之間互動學(xué)習(xí)以及合作學(xué)習(xí)的能力，從而達到增強學(xué)生實際操作能力的目的。該模式改變了傳統(tǒng)的單一實驗教學(xué)模式，是一個集個性化、多元化、開放化和綜合化于一體的新的實驗教學(xué)模式。有助于學(xué)生在校期間能夠積累更多的實際動手經(jīng)驗，進而提高其就業(yè)競爭能力。然而，在當(dāng)前新建本科院校的實際教學(xué)環(huán)境中，將“翻轉(zhuǎn)課堂”融入儀器分析實驗教學(xué)的改革仍存在不少困難和挑戰(zhàn)，如：（1）教師對項目的把控能力和學(xué)習(xí)資源包的設(shè)計水平直接關(guān)系到學(xué)生課下學(xué)習(xí)動機和熱情，這對教師提出了很大的挑戰(zhàn)；（2）學(xué)生往往局限于學(xué)習(xí)任務(wù)單上的內(nèi)容，不會主動去收集學(xué)習(xí)資源，在一定程度上思維受到禁錮，不利于學(xué)生的自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)；（3）由于實驗組數(shù)較多，教師精力有限，無法與每一個同學(xué)面對面進行深入交流；（4）大型儀器分析設(shè)備有限，不能做到人手一臺，一定程度上削弱了實驗教學(xué)的有效性。因此，盡管“翻轉(zhuǎn)課堂”與實驗項目模塊設(shè)計共同應(yīng)用于儀器分析實驗教學(xué)上取得了較好地成效，然而積極探索其他更加有效的新教學(xué)方法并付諸實施，仍是一項長期、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

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Application of“Flipped Classroom”and Experiment Project Modular Design in the Instrumental Analytical Experiment Teaching

WANG Cun，CHEN Shaocheng，XIONG Zhengwei，WANG Yue，PIAO Jianrong（Chongqing Functional Food Collaborative Innovation Center，Second Chongqing University of Education，Chongqing 400067，China）

OBJECTIVE：To improve the effectiveness of experimental teaching and independent hands-on ability of the students.METHODS：Combined with teaching characteristics of newly established universities，the characteristics of instrumental analytical experiment teaching and the characteristics of pharmaceutical students，“flipped classroom”and project modular design were applied to instrumental analytical experiment teaching together.The instrumental analytical experiment teaching was expounded and integrated in respects of curriculum content design，teaching implementation and curriculum assessment.RESULTS&CONCLUSIONS：The students achieve the knowledge learning after classroom，and complete the knowledge absorption and mastering in class with the help of video and audio information.It also improved independent learning ability of the students，strengthened the ability of interactive learning and cooperative learing between teachers and students and among students.It is feasible to apply the“flipped classroom”and the experimental project modular design in the instrument analytical chemistry experiment teaching reform. This method also can provide some references for the reform of instrument analytical chemistry experiment teaching.

Teaching reform；Instrumental analytical experiment；Experimental project modularu design；Flipped classroom；Pharmacy major

G424

A

1001-0408（2017）24-3441-04

2016-10-07

2016-12-21）

（編輯：張 靜）

重慶市工程技術(shù)研究中心建設(shè)項目（No.cstc2015yfpt_gcjsyjzx0027）；重慶市科委前沿與應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目（No. cstc2013jcyjA1652）

＊講師。研究方向：分析化學(xué)。電話：023-86388609。E-mail：wangcun5224@126.com

#通信作者：教授，韓國科學(xué)技術(shù)翰林院院士。研究方向：食品科學(xué)。E-mail：kunypark@pusan.ac.kr.

DOI10.6039/j.issn.1001-0408.2017.24.37