基于“互聯(lián)網(wǎng)+”背景的儀器分析類課程MTSAE教學(xué)模式構(gòu)建

代冬梅，陳佳，沈昊宇,＊，龍能兵，干寧,＊

1寧波大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，浙江 寧波 315211

2浙大寧波理工學(xué)院，浙江 寧波 315100

2017年9月，三部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于公布世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)高校及建設(shè)學(xué)科名單的通知》，自此“雙一流”建設(shè)真正進(jìn)入了全面啟動(dòng)和實(shí)施階段，而伴隨著“雙一流”建設(shè)的高等教育國(guó)際化戰(zhàn)略也進(jìn)入全面攻堅(jiān)階段。在此戰(zhàn)略背景下，要求我們?cè)诮逃龑?shí)踐中注重以國(guó)家重大戰(zhàn)略性需求為導(dǎo)向，培養(yǎng)具有合作精神、工程實(shí)踐能力和國(guó)際化視野的創(chuàng)新性人才[1]。眾多高校也積極貫徹與實(shí)施這一理念，開展相關(guān)課程教學(xué)的改革與實(shí)踐[2-5]。同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)科在實(shí)踐中探索適合的國(guó)際化對(duì)策[2]，夏遼源等[3]提出了“內(nèi)涵式”發(fā)展已成為新時(shí)期我國(guó)高等教育國(guó)際化的主要任務(wù)，主要是樹立國(guó)際化的教育理念與意識(shí)、確定國(guó)際化的培養(yǎng)目標(biāo)、推進(jìn)師資隊(duì)伍國(guó)際化、實(shí)現(xiàn)研究領(lǐng)域國(guó)際化、強(qiáng)化國(guó)際化交流與合作研究等多項(xiàng)舉措。北京科技大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院建立了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的生物化學(xué)新教學(xué)模式[4]，即包涵傳統(tǒng)教學(xué)(TCTM)、小規(guī)模限制性在線課堂(SPOC)和翻轉(zhuǎn)課堂(FCM)的混合教學(xué)新模式，該模式取得了較為滿意的教學(xué)效果。Dai等[5]組織中國(guó)學(xué)生參加跨國(guó)高等教育項(xiàng)目跨中澳兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，跨文化交流開闊了學(xué)生的國(guó)際化視野，豐富了其學(xué)習(xí)經(jīng)歷和體驗(yàn)。

儀器分析類課程是化學(xué)類專業(yè)本科及研究生階段重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是分析化學(xué)的重要分支。主要研究物質(zhì)化學(xué)成分鑒定、組分含量測(cè)定、物質(zhì)結(jié)構(gòu)和形態(tài)等化學(xué)信息的有關(guān)原理及分析技術(shù)，是理論和技術(shù)含量很高的應(yīng)用性學(xué)科，具有多學(xué)科交叉性、發(fā)展性和前沿性，也是眾多領(lǐng)域培養(yǎng)復(fù)合型高層次專業(yè)人才必不可少的學(xué)習(xí)課程。而目前該類課程的教學(xué)多為傳統(tǒng)課程教學(xué)加課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行，在理論和實(shí)踐教學(xué)中還存在一些共性問題亟待解決[6,7]。在理論教學(xué)方面，在相對(duì)封閉的課堂內(nèi)和有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，多以教師填鴨式講授為主，學(xué)生缺乏自主創(chuàng)新能力。加之現(xiàn)代儀器更新快、教學(xué)內(nèi)容多，理論較抽象，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣度不高，缺少自主課外學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)和意愿，教學(xué)質(zhì)量難以提高。在實(shí)踐教學(xué)方面，受大型儀器數(shù)量的限制，每個(gè)學(xué)生個(gè)體實(shí)際上機(jī)操作的時(shí)間仍然偏少，動(dòng)手能力提高有限。評(píng)價(jià)方法也基本是結(jié)果性評(píng)價(jià)，缺乏全面反映學(xué)生主體的過程評(píng)價(jià)指標(biāo)。此外，實(shí)時(shí)了解和掌握儀器分析相關(guān)技術(shù)的革新和發(fā)展，吸收和消化儀器分析最新研究成果，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)尤為重要。而時(shí)下很多高校對(duì)該類課程的教學(xué)存在著前沿性不顯著、教學(xué)方法缺乏多樣性、學(xué)生工程實(shí)踐水平低、攻關(guān)和團(tuán)隊(duì)合作能力匱乏等突出問題，嚴(yán)重制約了他們的自主創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)。當(dāng)今大學(xué)生多是伴隨著互聯(lián)網(wǎng)+成長(zhǎng)起來的 90后和 00后，他們普遍思維活躍、知識(shí)面寬、自學(xué)能力強(qiáng)、樂于接受互聯(lián)網(wǎng)和國(guó)際新事物，因勢(shì)利導(dǎo)，培養(yǎng)其創(chuàng)新性思維和綜合實(shí)踐能力，可為拔尖人才脫穎而出提供機(jī)會(huì)。因此，在高校開展儀器分析類課程的教學(xué)模式改革具有重要意義。

為了解決儀器分析類課程教學(xué)上存在的上述問題，在互聯(lián)網(wǎng)+和高等教育國(guó)際化的背景下，圍繞培養(yǎng)“外向型和國(guó)際型”人才的目標(biāo)，我們近年在儀器分析類課程教學(xué)中進(jìn)行了積極探索和實(shí)踐[8,9]，構(gòu)建了“慕課 MOOCs +團(tuán)隊(duì)作業(yè) Teamproject +學(xué)術(shù)研討 Seminar +國(guó)外-國(guó)內(nèi)課堂互通 Abroadhomeclassroom +全方位評(píng)價(jià)Evaluation in all dimensions的課程教學(xué)模式(簡(jiǎn)稱MTSAE，即上述五種教學(xué)途徑的首字母進(jìn)行組合)”。該模式通過采用MOOCs網(wǎng)絡(luò)教學(xué)(M)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作(T)、學(xué)術(shù)研討(S)，國(guó)際-國(guó)內(nèi)課堂互通(A)和全方位評(píng)價(jià)(E)等方式來引導(dǎo)學(xué)生積極參與到問題導(dǎo)向式(PBL)和案例化(CBL)教學(xué)活動(dòng)中；由此充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，擴(kuò)充前沿知識(shí)儲(chǔ)備，增強(qiáng)自我管理意識(shí)，從而提高其工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作精神、國(guó)際化視野與綜合素質(zhì)。該模式可以打破時(shí)空限制，互動(dòng)+虛擬，足不出戶就能跨國(guó)交流學(xué)習(xí)，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，提升了學(xué)生的國(guó)際視野和學(xué)術(shù)交流能力，實(shí)現(xiàn)了一場(chǎng)“要我學(xué)”到“我要學(xué)”的變革。

1 圍繞學(xué)生工程實(shí)踐能力和國(guó)際化水平培養(yǎng)，構(gòu)建MTSAE教學(xué)新模式

以培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力為目標(biāo)，我們?cè)诟叩确治龌瘜W(xué)課程(寧波大學(xué)研究生課程)和儀器分析雙語課程(浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院本科生課程)的教學(xué)實(shí)踐中，通過搭建“國(guó)內(nèi)外互通課堂”的框架體系和全方位的課程評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建了與國(guó)際接軌的MTSAE課程教學(xué)模式(如圖1所示)。該模式采用開放式教學(xué)，通過在線課程與線下課堂相補(bǔ)充、虛擬仿真與真題真做相結(jié)合、理論教學(xué)與實(shí)踐科研相融合，在教學(xué)過程中注重學(xué)生全程參與及多元評(píng)價(jià)。

圖1 MTSAE教學(xué)模式示意圖

1.1 MOOCs教學(xué)(M)

學(xué)生在上課前通過慕課(MOOCs，含教學(xué)內(nèi)容PPT、文獻(xiàn)綜述、學(xué)術(shù)報(bào)告、真樣實(shí)做的操作視頻和國(guó)外教學(xué)課件與視頻等豐富的教學(xué)資料 http://mooc1.chaoxing.com/course/201053918.html)進(jìn)行自學(xué)(圖2)。課程內(nèi)容按難度分層次，兼顧本科生和研究生教學(xué)要求。通過文獻(xiàn)調(diào)研和對(duì)畢業(yè)生進(jìn)行回訪，將教學(xué)內(nèi)容分成三個(gè)層次進(jìn)行整合優(yōu)化(圖3)，讓學(xué)生既從理論到實(shí)際全面透徹地掌握相關(guān)知識(shí)和技能，又有機(jī)會(huì)接觸到尖端的大型儀器與分析方法的最新研究進(jìn)展，統(tǒng)籌兼顧，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力和因材施教的目的，以適應(yīng)社會(huì)對(duì)人才的實(shí)際需要。

圖2 MOOCs學(xué)習(xí)平臺(tái)

圖3 教學(xué)內(nèi)容分層次優(yōu)化示意圖

1.2 團(tuán)隊(duì)作業(yè)(T)和學(xué)術(shù)研討(S)

學(xué)生以團(tuán)隊(duì)方式完成MOOCs學(xué)習(xí)討論和真題真做的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)作業(yè)，通過翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)，進(jìn)行學(xué)術(shù)匯報(bào)和討論。具體流程包括：學(xué)生根據(jù)專題布置任務(wù)，收集資料、開展討論和整理成PPT匯報(bào)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、課堂視頻展示等(圖4)。在這些團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目中，綜合考查了學(xué)生的課題設(shè)計(jì)、動(dòng)手實(shí)踐、文獻(xiàn)綜述和論文寫作等專業(yè)能力，更重要的是考查了學(xué)生的項(xiàng)目勝任能力。例如：用6種大型分析儀器完成某化妝品的質(zhì)量檢驗(yàn)工作，并判斷是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，具體項(xiàng)目?jī)?nèi)容和實(shí)施流程如表1所示。

圖4 團(tuán)隊(duì)作業(yè)與seminar研討

表1 用6種大型分析儀器協(xié)同完成某化妝品的質(zhì)量檢驗(yàn)

1.3 國(guó)外-國(guó)內(nèi)課堂互通模式(A)

為提升學(xué)生國(guó)際視野和學(xué)術(shù)交流能力，開展了“三互”國(guó)際合作人才培養(yǎng)新方式，即“導(dǎo)師互補(bǔ)、學(xué)生互派、課堂互動(dòng)”。通過國(guó)內(nèi)外課堂互通的初步嘗試，利用寧波大學(xué)云課堂，以及Skype、Tel-Telegram等網(wǎng)絡(luò)互通 APP，建立了國(guó)內(nèi)外課堂互通模式。如我校在高等分析化學(xué)課堂教學(xué)中，直接連線芬蘭赫爾辛基大學(xué)化學(xué)系的課堂現(xiàn)場(chǎng)。大家運(yùn)用英語就“奧運(yùn)會(huì)中興奮劑的測(cè)定方法”進(jìn)行“結(jié)對(duì)討論”。達(dá)到了“不在一起上課，勝似一起上課”建設(shè)初衷，這就是當(dāng)前寧波大學(xué)研究生課堂改革的其中一面鏡子。異地學(xué)生能夠即時(shí)聆聽雙方導(dǎo)師的現(xiàn)場(chǎng)授課，異國(guó)的學(xué)子也能實(shí)時(shí)討論問題、合作開展項(xiàng)目，既鍛煉了英文應(yīng)用，又加深了友誼。國(guó)外-國(guó)內(nèi)互通課堂與舊式網(wǎng)絡(luò)課程有所區(qū)別的是，其賦予了學(xué)生與教師同學(xué)交流的權(quán)利，而不是呆板的、機(jī)械的視頻播放與接收，更充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，讓學(xué)生感受到課堂的樂趣。了國(guó)際科技前沿，近距離感受國(guó)外的學(xué)習(xí)過程，大大開闊了國(guó)際視野，鍛煉了學(xué)生的國(guó)際交流能力(圖5)。

圖5 國(guó)內(nèi)外課堂互通與“三互”國(guó)際交流

1.4 全方位評(píng)價(jià)體系(E)

全方位評(píng)價(jià)體系改革了傳統(tǒng)教學(xué)評(píng)價(jià)中以教師為主導(dǎo)的單向評(píng)價(jià)的不足，變?cè)瓉淼膯渭円揽拷Y(jié)果評(píng)價(jià)為全過程、精準(zhǔn)個(gè)性化評(píng)價(jià)，旨在全方位反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況(圖6)。其包括了學(xué)生和教師共同打分的八種教學(xué)評(píng)價(jià)方式。將教師單向的結(jié)果評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)榻處煂W(xué)生間的形成性評(píng)價(jià)。包括：MOOCs、在線視頻、微信QQ問答、網(wǎng)絡(luò)研討、團(tuán)隊(duì)作品、課堂測(cè)試、實(shí)驗(yàn)技能考核等。而成績(jī)的形成則由個(gè)人分?jǐn)?shù)(個(gè)人表現(xiàn))+組分(小組表現(xiàn))構(gòu)成，兩者分?jǐn)?shù)各取50%。而個(gè)人成績(jī)由組長(zhǎng)和教師共同評(píng)定，主要考查平時(shí)上課的課堂交流，項(xiàng)目參與程度以及網(wǎng)絡(luò)討論活躍程度等。組分則由團(tuán)隊(duì)作業(yè)執(zhí)行情況和學(xué)術(shù)研討匯報(bào)的成績(jī)綜合給定，具體由三部分組成：專業(yè)報(bào)告與論文(50%)，PPT制作(20%)，課堂匯報(bào)與答疑(30%)。

圖6 全方位的課程評(píng)價(jià)體系組成及其使用情況

2 實(shí)踐效果

通過MTSAE教學(xué)模式的實(shí)踐，讓學(xué)生從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，提升了學(xué)生的國(guó)際學(xué)術(shù)交流能力、自主創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、綜合實(shí)踐能力，并促進(jìn)了“教學(xué)研”一體化建設(shè)的良性循環(huán)。

2.1 開闊國(guó)際視野，提升國(guó)際學(xué)術(shù)交流能力

近五年來，浙大寧波理工學(xué)院共有25人次升入國(guó)外高校繼續(xù)深造，年均出國(guó)深造率為2.2%。涌現(xiàn)出不少優(yōu)秀學(xué)子，其中寧波大學(xué)2016屆藍(lán)同學(xué)(芬蘭赫爾辛基大學(xué)博士)、寧波大學(xué)2017屆繆同學(xué)(牛津大學(xué)博士)均表示MTSAE教學(xué)模式讓自己的潛能得到極大發(fā)揮，全面提升了科研能力。

2.2 自主創(chuàng)新能力提高，科研創(chuàng)新成果豐碩

近五年，寧波大學(xué)通過課程培養(yǎng)參加省級(jí)以上創(chuàng)新課題21項(xiàng)；第一作者發(fā)表SCI論文121篇，其中64篇為一區(qū)或TOP期刊論文；45人次獲學(xué)?；蛘邍?guó)家獎(jiǎng)學(xué)金，參加省級(jí)以上挑戰(zhàn)杯、創(chuàng)新課題17項(xiàng)；授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利26項(xiàng)；11人次獲得學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)學(xué)金。近五年，浙大寧波理工學(xué)院本科生校級(jí)科研立項(xiàng)162項(xiàng)，發(fā)表中文和SCI論文共39篇，申請(qǐng)專利8項(xiàng)。

2.3 畢業(yè)生綜合實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作能力強(qiáng)

畢業(yè)生質(zhì)量調(diào)查抽樣反饋顯示，學(xué)生對(duì)MTSAE模式的滿意度遠(yuǎn)高于其他教學(xué)模式。寧波出入境檢驗(yàn)檢疫局技術(shù)中心等用人單位認(rèn)為，該模式培養(yǎng)出的學(xué)生“實(shí)踐基礎(chǔ)扎實(shí)、團(tuán)隊(duì)意識(shí)強(qiáng)，在實(shí)踐動(dòng)手能力、職業(yè)素養(yǎng)等方面表現(xiàn)突出”。浙大寧波理工學(xué)院畢業(yè)生方同學(xué)(復(fù)旦大學(xué)副教授)開發(fā)的“微流控核酸一體機(jī)研發(fā)及在病原體診斷中的應(yīng)用”項(xiàng)目，入選上海市啟明星計(jì)劃人員名單。他反映在MTSAE教學(xué)中學(xué)會(huì)了管理和團(tuán)隊(duì)合作，學(xué)會(huì)了與人有效溝通，大大提高了自己的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)水平。

2.4 形成了“教學(xué)研”一體化建設(shè)的良性循環(huán)

指導(dǎo)教師在指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的過程中結(jié)合學(xué)生實(shí)驗(yàn)碰到的問題和新的想法又可以進(jìn)一步深化科研與技術(shù)革新的內(nèi)容，新的科研成果可以再增添到新一屆學(xué)生的教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)真正意義上的教學(xué)相長(zhǎng)與螺旋上升的良好機(jī)制。形成了“教學(xué)研”一體化建設(shè)的良性循環(huán)。

3 結(jié)語

基于互聯(lián)網(wǎng)+背景下的MTSAE教學(xué)模式不僅可以在儀器分析類課程中使用，也可以推廣到很多工程實(shí)踐類課程中。而且可以實(shí)現(xiàn)本碩打通，目前已經(jīng)推廣至浙江大學(xué)研究生院寧波教學(xué)基地、南京師范大學(xué)、浙江師范大學(xué)、聊城大學(xué)等十來所學(xué)校生物工程、材料、化工和制藥類本科和研究生教學(xué)中。在此模式下課堂突破了時(shí)空的跨越，不僅讓本校學(xué)生參與體驗(yàn)，更重要的是會(huì)與國(guó)內(nèi)外其他院校的師生實(shí)現(xiàn)共同互動(dòng)，達(dá)到了“不在一起上課，勝似一起上課”的建設(shè)初衷，由此帶來教學(xué)方式的革命，受到國(guó)內(nèi)、國(guó)外參與高校及師生的高度稱贊。經(jīng)過幾年實(shí)踐后效果明顯，學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量大幅度提高，在省內(nèi)外形成較大的影響力和示范性。

前蘇聯(lián)教育家巴班斯基指出：“教學(xué)方法的最優(yōu)化程序中一個(gè)最重要的、也是最困難的問題，是合理地選擇各種教學(xué)方法并使之達(dá)到這樣的結(jié)合，即在該條件下，在有限的時(shí)間內(nèi)獲得最好的教學(xué)效果。[10]”教師對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)都不能放松，而對(duì)于實(shí)踐性、交叉性極強(qiáng)和發(fā)展迅速的儀器分析類課程的教學(xué)更是如此。MTSAE模式引領(lǐng)課堂的嘗試將不斷完善積累經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)多地區(qū)、多校間的同步互動(dòng)，形成優(yōu)質(zhì)教育資源輻射面擴(kuò)大常態(tài)化，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源的共建、共享。