《儀器分析實驗》線上線下混合式教學(xué)的探討*

王 蕓，胡曉熙，張艷軍，王愛榮

(北部灣大學(xué)石油與化工學(xué)院，廣西 欽州 535011)

《儀器分析實驗》是化學(xué)、化工、材料類等專業(yè)開設(shè)的專業(yè)實驗課，該課程旨在促進(jìn)學(xué)生對各種分析儀器設(shè)備尤其是大型分析儀器的認(rèn)識、了解、掌握及應(yīng)用。課程內(nèi)容涵蓋熱、電、光譜、色譜、質(zhì)譜等幾大類儀器的實驗原理、操作，內(nèi)容多、涉及面廣，并且與實際聯(lián)系緊密，最能培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

線上線下混合式教學(xué)是“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下現(xiàn)代信息化教學(xué)和傳統(tǒng)面對面授課的綜合應(yīng)用，結(jié)合了線上學(xué)習(xí)個性化和線下學(xué)習(xí)教師主導(dǎo)與監(jiān)管的優(yōu)勢[1-3]。對于《儀器分析實驗》這門課程，應(yīng)用線上線下混合式教學(xué)一方面可以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力以及學(xué)習(xí)興趣，使課堂由“老師滿堂灌”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生主動學(xué)”；另一方面可以促進(jìn)實驗教學(xué)改革走深、走實，有效延伸實驗教學(xué)的時間維度和空間縱深，彌補教學(xué)時數(shù)少、儀器設(shè)備少的不足，解決學(xué)時學(xué)分、分組教學(xué)的矛盾。

1 《儀器分析實驗》教學(xué)的現(xiàn)實困境

在現(xiàn)實教學(xué)過程中，《儀器分析實驗》主要存在學(xué)時學(xué)分不足、理論與實驗脫節(jié)、儀器臺套數(shù)不夠等困境[4-6]。

(1)人才培養(yǎng)方案的制定過程中，既要保證公共基礎(chǔ)課，如政治、英語、體育、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)以及就業(yè)等課程的學(xué)時學(xué)分，又要保證專業(yè)課學(xué)時學(xué)分不能缺少，特別是不能缺學(xué)時。因此兩者之間要達(dá)到一個平衡，這或多或少會犧牲一部分專業(yè)課的學(xué)時和學(xué)分，一些專業(yè)課的學(xué)時學(xué)分很難充分滿足教學(xué)的要求。對于《儀器分析實驗》這門課，涵蓋的內(nèi)容多，但是學(xué)時學(xué)分都比較有限。因此在實驗教學(xué)中，實驗教學(xué)項目不能全部開設(shè)，只能選擇一些典型實驗及應(yīng)用進(jìn)行教學(xué)。但是在就業(yè)過程中，不少學(xué)生都選擇了檢測檢驗行業(yè)，這要求他們對各種儀器都要有所了解，而目前的課堂教學(xué)很難滿足這一點。

(2)理論課與實驗課脫節(jié)。理論課教學(xué)主要是從方法原理與特點、儀器基本結(jié)構(gòu)、重要分析條件及應(yīng)用等幾個方面來展開的，內(nèi)容比較枯燥無味，難以引起學(xué)生的興趣。而實驗課更多在于儀器的操作及實驗過程，基本原理部分限于時間的關(guān)系，不會過多地去介紹。因此理論課和實驗課之間沒有形成有機(jī)地聯(lián)系，不能用理論課來直接指導(dǎo)實驗課。

(3)《儀器分析實驗》課程所用到的儀器，一般都是價格昂貴的精密儀器，因此臺套數(shù)不會太多，不能滿足同時教學(xué)的要求，很難保證每個學(xué)生都得到充足的操作時間。

2 《儀器分析實驗》線上線下混合式教學(xué)的改革

(1)教學(xué)大綱的制定：按照線上線下混合式教學(xué)模式編寫。線下實驗教學(xué)部分以知識點形式出現(xiàn)，抓住實驗教學(xué)過程中的關(guān)鍵點，以點帶動整個實驗項目知識的學(xué)習(xí)。線上部分以學(xué)生預(yù)習(xí)與自學(xué)要求為主，主要以微課的形式和要求來編寫教學(xué)大綱。對于一些條件不能滿足的實驗或者限于課時要求不能在實驗室完成的實驗，主要以線上微課形式或開發(fā)虛擬仿真實驗，讓學(xué)生自己選擇學(xué)習(xí)。例如線下實驗教學(xué)主要選擇色譜、電化學(xué)、光譜、熱分析等幾大類中的8個實驗進(jìn)行教學(xué)，其中色譜法2個實驗(氣相色譜法和液相色譜法)，電化學(xué)1個實驗(循環(huán)伏安法)，光譜法4個實驗(原子光譜法、紅外光譜法、紫外可見分光光度法、熒光光譜法)，熱分析1個實驗(差熱與熱重分析)。這幾個實驗的教學(xué)大綱需要將實驗的方法原理、儀器結(jié)構(gòu)與原理和具體的實驗技術(shù)以及操作易失誤的環(huán)節(jié)等介紹清楚。同時開發(fā)這幾個實驗的微課讓學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，微課內(nèi)容包括所用的儀器，具體的操作過程等，并輔以簡單的測試題來檢驗學(xué)生的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)效果。而對于如電化學(xué)中的陽極溶出伏安法、線性掃描伏安法、電位滴定法等以及核磁共振波譜法、X射線衍射法、原子熒光法等在線下不進(jìn)行的實驗可以借助微課或者虛擬仿真實驗，讓學(xué)生課外學(xué)習(xí)。

(2)實驗內(nèi)容的確定：首先強(qiáng)化理論課與實驗課的聯(lián)系。理論課介紹到某一章內(nèi)容時，學(xué)生可利用線上微課的模式，進(jìn)行實驗內(nèi)容的學(xué)習(xí)，這樣不會出現(xiàn)理論課與實驗課的脫節(jié)。同時緊密聯(lián)系當(dāng)?shù)貙嶋H及本學(xué)院的研究方向，開展實驗項目。如本地區(qū)以石油化工為主，擁有大型的國家石化產(chǎn)業(yè)園，因此可利用儀器分析設(shè)備開展石油化工產(chǎn)品的相關(guān)檢測。如利用氣相色譜法檢測石油化工氣體及雜質(zhì)，分析汽油餾分等。如可開發(fā)高效液相色譜對石油化工產(chǎn)品的分析，可利用高效液相色譜進(jìn)行柴油組分的監(jiān)測以及對石油組成成分的分離。坭興陶是本地區(qū)的特色產(chǎn)業(yè)。在坭興陶的生產(chǎn)過程中，加熱過程是比較關(guān)鍵的，直接關(guān)系到坭興陶的質(zhì)量，而坭興陶的組成成分在其中起著關(guān)鍵作用。因此可以開發(fā)相關(guān)的熱分析實驗，利用差熱分析、熱重分析法等熱分析法研究坭興陶的組成成分對坭興陶加工成型的影響。本地區(qū)是臨海的，大蠔等養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展比較好。這些海產(chǎn)品中重金屬的含量直接影響著人能否食用，所以需要對海產(chǎn)品中的重金屬含量進(jìn)行檢測和監(jiān)測。因此可開發(fā)原子發(fā)射光譜法測定大蠔中的重金屬的實驗。

(3)教學(xué)方式的改革：加強(qiáng)慕課和微課的建設(shè)，使線上線下教學(xué)相結(jié)合。針對每一個實驗項目，開發(fā)相應(yīng)的微課，微課內(nèi)容包括實驗原理、實驗儀器、實驗操作過程等。上課之前，老師布置學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生用微課進(jìn)行預(yù)習(xí)，對實驗原理、實驗儀器等有所了解，老師著重介紹實驗過程中的關(guān)鍵步驟及易錯點，實驗完成后，實驗報告除了實驗原理、實驗儀器、實驗操作過程、實驗結(jié)果等一般內(nèi)容外，需要學(xué)生對實驗過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行反思和探討。這些微課再組成慕課上線運行。同時可開發(fā)或引進(jìn)虛擬仿真實驗，使學(xué)生對一些實驗可在線上完成。

(4)考試方式的改革：理論知識和實操同時考核。針對每一個實驗項目設(shè)置一份試卷，其中50%屬于理論知識，包括儀器的基本原理及儀器的基本構(gòu)成，50%分屬于實際操作，需要學(xué)生20分鐘內(nèi)動手在儀器上完成一個小實驗。一共8份試題，考試前10分鐘學(xué)生進(jìn)行抽簽，抽到哪個項目進(jìn)行哪個實驗。這要求學(xué)生對各種儀器的掌握程度都要比較高，一定程度上可以避免臨時抱佛腳的出現(xiàn)。同時使理論知識和實際操作聯(lián)合起來，進(jìn)一步加強(qiáng)了理論課和實驗課的聯(lián)系。如熒光光譜法的實驗考核包括三大題，第一題給出了熒光光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖，要求學(xué)生寫出每個部件的名稱，這考查了學(xué)生對儀器的基本結(jié)構(gòu)的掌握。第二題為填空題，包含3小題，要求學(xué)生填出熒光光譜最基本的兩種光譜的名稱，定量測定的原理，以及產(chǎn)生熒光的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征，這考查了學(xué)生對熒光光譜基本原理和特征的掌握。第三題為操作題，題目為苯酚溶液的定量測定，首先要求學(xué)生說出該實驗的具體操作過程，然后進(jìn)行開機(jī)、參數(shù)設(shè)定、測試等實際的具體操作，并詳細(xì)說明數(shù)據(jù)處理的過程，畫出最終要得到的數(shù)據(jù)處理曲線的草圖，這考查了學(xué)生對整個實驗流程，對儀器操作過程以及數(shù)據(jù)處理的掌握。上述三道題，其中第一道和第二道合占一半的分?jǐn)?shù)，操作題占一半的分?jǐn)?shù)，最終得到此次實驗課的考試成績。此外，綜合成績還要結(jié)合慕課或微課視頻的觀看、線上作業(yè)的完成以及虛擬仿真實驗的線上完成等來考慮。

(5)教學(xué)設(shè)計的改革：每節(jié)課的教學(xué)設(shè)計中要充分考慮線上教學(xué)的優(yōu)勢，課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)都要運用線上教學(xué)方式，課堂教學(xué)中根據(jù)課前預(yù)習(xí)的情況要對實驗中的每個知識點進(jìn)行梳理，并著重強(qiáng)調(diào)實驗中的重點和難點。對于每個實驗的微課視頻，教學(xué)設(shè)計中要突出實驗原理和實驗過程兩部分。其中實驗原理要與理論課中的內(nèi)容相結(jié)合，實驗過程要結(jié)合虛擬仿真和實際操作來完成。如熱分析研究CuSO4·5H2O的脫水過程這個實驗中，首先要求學(xué)生通過微課進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，內(nèi)容包括熱分析的基本原理，CuSO4·5H2O的三個脫水過程及原理，所用到的儀器設(shè)備等。教師通過公眾號或雨課堂等模式發(fā)布課前預(yù)習(xí)的測試題，使學(xué)生對所要做地實驗心中有數(shù)。上課過程中，著重介紹儀器的構(gòu)造以及實驗過程中的注意事項，如開機(jī)啟動順序，是否需要做空白實驗，坩堝應(yīng)該如何放置，程序如何設(shè)置，數(shù)據(jù)如何處理等。實驗完畢后，對照CuSO4·5H2O的三個脫水過程原理分析實驗結(jié)果。課后要求學(xué)生完成實驗報告，同時觀看該實驗的操作過程的微課進(jìn)行復(fù)習(xí)，最后發(fā)布該實驗的測試題檢驗學(xué)生對實驗的掌握情況。

3 結(jié) 語

《儀器分析實驗》由于課時數(shù)、臺套數(shù)等的影響，影響了教學(xué)實際效果，存在不少弊端。為了克服這些不足，同時緊跟“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下教學(xué)信息化發(fā)展的潮流，充分利用線上線下混合式教學(xué)，可以使整個教學(xué)過程更為緊湊，學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容更為廣泛，同時可以有效聯(lián)接理論課和實驗課，使理論課的基礎(chǔ)知識可以有效指導(dǎo)實驗課。