翻轉(zhuǎn)課堂模式下儀器分析實驗教學(xué)改革探析

饒通德，梁麗嬌

(重慶三峽學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，重慶 404100)

儀器分析課程作為一門理論、實踐和技術(shù)含量很高的應(yīng)用性學(xué)科，是我校環(huán)境科學(xué)、化學(xué)工程與工藝、化學(xué)(師范)等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，具有十分重要的地位。依據(jù)所測定物質(zhì)物理性質(zhì)的不同，將儀器分析分為：光譜分析、電化學(xué)分析、色譜分析、熱分析和質(zhì)譜分析等方法。儀器分析課程具有分析方法眾多、匯集了多學(xué)科最新理論知識和最新研究成果、儀器組成結(jié)構(gòu)及工作原理復(fù)雜等特性，對學(xué)生的理性思維、邏輯推理及綜合應(yīng)用等能力具有較高要求。儀器分析實驗作為儀器分析課程的重要組成部分，能加深學(xué)生對儀器分析理論知識的理解，掌握不同物質(zhì)的分析方法和各種儀器的結(jié)構(gòu)、性能和使用方法，熟悉儀器分析的實驗操作技能，養(yǎng)成及時記錄和處理實驗數(shù)據(jù)的良好實驗素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)及實事求是的科研態(tài)度，強(qiáng)化學(xué)生進(jìn)行探索創(chuàng)新實驗的能力，有利于更好地適應(yīng)社會發(fā)展和人才培養(yǎng)的需求[1]。

1 儀器分析實驗教學(xué)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，由于各高校師資、大型儀器數(shù)量和學(xué)時等實驗條件的限制，儀器分析實驗教學(xué)還存在比較突出的問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面[2]：(1)儀器分析課程的理論性較強(qiáng)，原理較為抽象，涉及的知識面廣，有些內(nèi)容特別是光譜分析還涉及量子化學(xué)等艱深的理論知識，理論晦澀難懂，難于理解，實驗中很難將理論知識和實驗技術(shù)聯(lián)系在一起，教學(xué)效果差。(2)儀器分析實驗課教學(xué)多以“教師演示，學(xué)生觀摩”為主的授課方式，學(xué)生直接操作儀器機(jī)會偏少，實驗結(jié)束后學(xué)生并未真正掌握相應(yīng)的實驗知識點(diǎn)和操作技能。(3)由于實驗課時和大型儀器設(shè)備數(shù)量有限，開設(shè)的實驗中以驗證性為主，缺少綜合性、設(shè)計性和專業(yè)特色性實驗，實驗中學(xué)生只會“照方抓藥”式的操作，缺乏獨(dú)立思考、協(xié)作和創(chuàng)新，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。(4)實驗預(yù)習(xí)時大部分學(xué)生只是簡單照書抄寫實驗?zāi)康摹⒃砗蛯嶒灢襟E，達(dá)不到預(yù)習(xí)的目的。在實驗數(shù)據(jù)處理過程中，生搬硬套公式甚至存在同學(xué)之間抄襲現(xiàn)象，實驗報告千篇一律，缺乏對儀器的熟悉程度，沒有達(dá)到儀器分析實驗課程教學(xué)目的。

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在儀器分析實驗教學(xué)中應(yīng)用的可行性

翻轉(zhuǎn)課堂也稱之為“顛倒課堂”，學(xué)生在課前利用教師在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上發(fā)布的音視頻教材等電子材料自主進(jìn)行學(xué)習(xí)，然后在課堂上參與互動活動并完成練習(xí)和作業(yè)的一種全新教學(xué)模式[1]。它打破傳統(tǒng)教學(xué)過程中知識傳授和知識內(nèi)化兩個主要階段，重組了傳統(tǒng)課堂的教學(xué)流程與結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變了教師的角色，讓學(xué)生自主控制時間，學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動地學(xué)習(xí)，其自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)意識得到了培養(yǎng)，體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”和“因材施教”的教育理念。課前，學(xué)生通過閱讀教學(xué)資料、觀看教學(xué)視頻、與老師或同學(xué)進(jìn)行在線交流等方式完成知識的學(xué)習(xí)過程；課中，教師給予學(xué)生更多的時間自主學(xué)習(xí)和思考，組織小組活動、交流互動、解答問題、指導(dǎo)學(xué)生完成作業(yè)等，幫助學(xué)生完成知識的內(nèi)化過程[3]。翻轉(zhuǎn)課堂通過“課前觀看視頻學(xué)習(xí)知識，課上知識內(nèi)化”的方式實現(xiàn)了對傳統(tǒng)課堂教學(xué)的革新。這種全新的教學(xué)模式在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率和教學(xué)質(zhì)量、提升教師工作滿意度等方面均具有較好的促進(jìn)作用，現(xiàn)已逐漸成為各級各界教育工作者的研究熱點(diǎn)。

目前，我校為教師和學(xué)生提供了便捷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和優(yōu)質(zhì)的超星泛雅(學(xué)習(xí)通)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，為學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)提供了便捷的途徑，同時也為教師制作網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資料提供了豐富的素材，這為翻轉(zhuǎn)課堂的開展提供了物質(zhì)保障。同時，我校已建成大型儀器仿真實驗平臺，其中包含氣相色譜分析、原子吸收光譜分析、傅里葉變換紅外光譜分析等多個實驗項目，學(xué)生可提前進(jìn)入該平臺，自主學(xué)習(xí)實驗原理和實驗過程、熟悉儀器設(shè)備的使用，為課堂實驗教學(xué)做好前期準(zhǔn)備。網(wǎng)絡(luò)平臺提供的豐富教學(xué)資源和虛擬仿真實驗環(huán)境，為儀器分析實驗教學(xué)開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式提供了基礎(chǔ)和資源保障。

3 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在儀器分析實驗教學(xué)中的設(shè)計

針對儀器分析實驗，通過將微視頻、多媒體課件等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和虛擬仿真實驗平臺有機(jī)結(jié)合，設(shè)計了在我校各專業(yè)的儀器分析實驗教學(xué)中開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。儀器分析實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式分為課前自主學(xué)習(xí)、課堂協(xié)作探究和課后拓展三個環(huán)節(jié)。

3.1 課前自主學(xué)習(xí)階段

課前自主學(xué)習(xí)是翻轉(zhuǎn)課堂的基礎(chǔ)，也是翻轉(zhuǎn)課堂的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，教師將課前準(zhǔn)備好的學(xué)習(xí)目標(biāo)：實驗原理、實驗步驟、實驗儀器操作的微視頻和知識點(diǎn)測試題推送至“學(xué)習(xí)通”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，學(xué)生通過掃描課堂二維碼或輸入邀請碼進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)課堂進(jìn)行預(yù)習(xí)，完成知識點(diǎn)測試題，課堂活動前學(xué)生便可知曉實驗的重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容，實驗操作時做到思路清晰。同時，要求學(xué)生進(jìn)入虛擬仿真實驗平臺反復(fù)多次進(jìn)行虛擬實驗操作練習(xí)，在虛擬環(huán)境下自主探究實驗的關(guān)鍵操作流程。在自主探究過程中，學(xué)生遇到問題或產(chǎn)生的疑惑，均可利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的討論區(qū)和教師或其他同學(xué)進(jìn)行討論，教師會定期在討論區(qū)與學(xué)生共同分析探討、解決問題或疑惑。預(yù)習(xí)結(jié)束后，要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)提供預(yù)習(xí)筆記。教師根據(jù)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺討論區(qū)的問題反饋和學(xué)生提供的預(yù)習(xí)筆記，能及時了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，及時調(diào)整、組織后續(xù)課堂活動。

3.2 課堂活動

課堂活動是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式完成知識內(nèi)化的過程。因為課前做了充分的資料收集、預(yù)習(xí)和虛擬實驗訓(xùn)練，課堂上老師可縮短講解時間，將更多時間用于交流、討論和學(xué)生操作技能訓(xùn)練。課堂上輪流讓學(xué)生講解實驗原理、實驗流程和關(guān)鍵操作流程；根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)和自學(xué)的情況及反饋的問題，老師對一些共性問題進(jìn)行集中討論和釋疑；同時引導(dǎo)學(xué)生對實驗中涉及到的重要知識點(diǎn)進(jìn)行梳理和強(qiáng)調(diào)。實驗操作中，鼓勵以小組為單位，分工協(xié)作，課前教師將每個小組的學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)通過“學(xué)習(xí)通”推送給各小組，課堂上引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行組內(nèi)討論和問題釋疑，教師對學(xué)生實驗操作中的錯誤及時糾正，通過小組邊操作，邊討論發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，使學(xué)生能積極主動地深入探究實驗現(xiàn)象，分析與深化理論間的聯(lián)系，進(jìn)一步內(nèi)化知識[4]。實驗結(jié)束后，教師檢查學(xué)生實驗數(shù)據(jù)記錄的規(guī)范性和測試結(jié)果的科學(xué)性、合理性，并通過對實驗關(guān)鍵步驟和操作流程進(jìn)行提問評價學(xué)生自學(xué)效果，對學(xué)生實驗操作過程和實驗素養(yǎng)等多方面進(jìn)行綜合評價。

3.3 課后拓展與反饋階段

實驗課后，要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)處理實驗數(shù)據(jù)、分析討論實驗結(jié)果，并形成完整的實驗報告。教師批閱實驗報告，將實驗報告中存在的問題通過“學(xué)習(xí)通”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺與學(xué)生進(jìn)行交流，將優(yōu)秀的實驗報告在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進(jìn)行展示。學(xué)生在處理實驗報告過程中可能會對某些知識點(diǎn)存在疑惑，教師在課后可借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺繼續(xù)與學(xué)生進(jìn)行探討交流，激勵學(xué)生獨(dú)立思考能力，創(chuàng)新能力，提高教學(xué)效果。教師還可在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺有針對性的推送儀器分析學(xué)科發(fā)展前沿的新技術(shù)、新方法，以豐富儀器分析實驗課教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對學(xué)科發(fā)展前知識和技能的了解和掌握。此外，為滿足學(xué)生自主式、個性化學(xué)習(xí)需求，我們鼓勵學(xué)生在課外進(jìn)入大型儀器室室開展創(chuàng)新性、探究性實驗，進(jìn)一步強(qiáng)化大型儀器操作技能，通過大型儀器開放共享平臺，學(xué)生可在大型儀器共享平臺上通過自主預(yù)約的方式進(jìn)入大型儀器室開展創(chuàng)新性、探究性研究，進(jìn)而拓展和升華儀器分析理論知識、強(qiáng)化分析測試操作技能。最后，依據(jù)“既重結(jié)果，更重過程和能力”的成績評定原則，對學(xué)生的實驗報告、課前自主學(xué)習(xí)效果、知識點(diǎn)測試、課堂討論、實驗動手能力和分析解決問題能力等多方面進(jìn)行綜合考核。

4 結(jié)束語

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”和“因材施教”的教育理念。借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和虛擬仿真實驗平臺，通過課前先導(dǎo)學(xué)習(xí)、課堂探究實踐、課后拓展及反饋三個教學(xué)環(huán)節(jié)的儀器分析實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實施，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、分析解決問題能力、實踐操作技能均得到明顯提升，培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作能力和創(chuàng)新意識，顯著提高了學(xué)習(xí)效率和授課質(zhì)量。