微課課程及半開放性實驗教學在 海水分析化學實驗教學體系中的探索

金詩迪，張平萍，劉穎，王玉紅，孫瑜霞(浙江大學海洋學院，浙江 舟山 316021)

0 引言

海水分析化學屬于海洋學與化學相結(jié)合的交叉學科，該課程所涉及內(nèi)容是海洋科學類專業(yè)學生應具備的專業(yè)知識之一，它與海洋生物學、海洋地質(zhì)學和海洋物理學等有密切關系，其內(nèi)容廣泛而復雜，是一門注重實踐與實用的課程，是每一個海洋科學相關專業(yè)的學生所必須掌握的基本實驗課程[1-2]。

海水分析化學實驗課程是在分析化學實驗的基礎上發(fā)展出來海洋科學實驗課程，其傳統(tǒng)課程的教學內(nèi)容多以基礎性、驗證性實驗為主。實驗內(nèi)容結(jié)構(gòu)缺乏連貫性與系統(tǒng)性，缺少科學問題導向。實驗課程過程主要為老師講授實驗目的、實驗意義、實驗步驟及注意事項后，學生按照講授內(nèi)容進行實驗操作，最后以實驗報告的形式完成課程[3-4]。這種教學模式對于需要扎實打下實驗操作基礎的低年級學生來說是大有裨益的，因為規(guī)范的操作是可靠數(shù)據(jù)的前提。然而由于海水分析化學實驗主要以大三年級本科生為主要授課對象，學生們經(jīng)過兩年大學化學實驗已基本掌握大部分復雜的實驗技能[5]，作為專業(yè)基礎課程的海水分析化學實驗課程則更應該注重以提高學生專業(yè)素養(yǎng)和培養(yǎng)自主學習能力為目標，利用多樣化的教學手段拓寬學生們的視野。隨著近幾年相關領域內(nèi)新儀器、新技術的涌現(xiàn)，如何將學科前沿與實驗教學課堂有機結(jié)合，將實驗實踐學習與實際科學研究緊密連接，在有限的實驗學時中培養(yǎng)學生自主學習能力以及創(chuàng)新能力是我們關注的重點[6]。

隨著浙江大學正式啟動“智慧海洋匯聚研究計劃”以來，以海洋環(huán)境感知為主攻方向之一，突破海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境保護和災害應對的核心共性關鍵技術，帶動學院科研、教學領域全面發(fā)展，對培養(yǎng)海洋科學領域高端人才提出更高的要求已成為當前主要發(fā)展趨勢。海水分析化學實驗課程在經(jīng)驗積累和改革中探索前行，教學組打破傳統(tǒng)教師講授學生操作的實驗教學模式，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的手段構(gòu)建微課課程，引入半開放性實驗教學模式，加深學生對自我專業(yè)的認識，將模塊化學習的知識點及實驗技能串聯(lián)在一起，從而培養(yǎng)學生獨立的思考能力和科學研究素養(yǎng)[7]。

1 微課建設

微課課程是一種利用信息化手段提供固定學時以外的數(shù)字教學資源的課程，學生們通過微課的學習可以獲取到更加豐富及前沿的內(nèi)容[8]。通過與實驗室、分析測試中心、省重點實驗室等聯(lián)合教學，與學院圖書館合作跟蹤拍攝學院師生參與的出海航次等一系列拓展資料的補充，以彌補實驗資源不足的劣勢，使教學與科研有機結(jié)合，釋放學生的想象力，進一步激發(fā)學生學習的興趣，如表1所示。

表1 微課課程內(nèi)容設置

2 半開放性實驗

半開放性實驗模式是指在有限的學時下以傳統(tǒng)實驗教學內(nèi)容的知識點為基礎，借鑒開放性實驗教學模式中以科學問題為導向的模式。它將原本相互獨立開展的實驗串聯(lián)為整體，獲得一系列數(shù)據(jù)并從各角度對研究對象進行完整分析[9]。學生自行組隊并設計實驗流程，引導學生將所學的內(nèi)容與自己的專業(yè)相結(jié)合，從而逐步內(nèi)化成自身的知識結(jié)構(gòu)，增強學生的適應能力和競爭力。如圖1所示，為半開放性實驗的操作流程示意圖。

圖1 開放性實驗的操作流程示

由于課程學時和實驗教學中心現(xiàn)場條件的限制，每個課題都由教師預先設計好多個可行的實驗作為“標準答案”，具體課題的實施方案可視學生提交的實驗方案情況而定，由此亦是實驗方案討論環(huán)節(jié)評分的依據(jù)之一。學生自行選擇組員進行分組討論并確定小組的課題。在此過程中，教師會根據(jù)學生組隊情況進行微調(diào)，確保每位學生都能在組內(nèi)發(fā)揮作用，學有所得。學生們根據(jù)自己選擇的課題在組內(nèi)進行分工，搜集資料、制定實驗方案、制作課題展示課件等。上課時，學生根據(jù)自主設計的方案，自行選擇展示方式，教師應當注意對學生展示過程中存在的科學性錯誤的及時糾正、講解和補充，并積極引導學生們進行分析和探討，從而形成科學可行的實驗方案，為實際實驗操作做準備。形成可行的實驗方案以后，學生向?qū)嶒灲虒W中心提交一份所需的物資和耗材清單，由教學實驗中心統(tǒng)一采購，同時提供合適的實驗場地供學生做實驗。實驗過程中，教師既對學生的實驗操作進行了評價，也會將其計入實驗成績。此外，實驗完成后，學生還需按照教師給定的格式形成實驗報告，由教師批閱評價，計入實驗成績。

3 實驗教學支撐

半開放性實驗課題和微課課程的開展使得教師的工作量加大，實驗教學中心負擔加重，如若不能有足夠的支撐，實驗教學質(zhì)量反而難以保證。因此，做好相關支撐工作非常重要。

3.1 微課素材積累

(1)依托海洋科學分析測試中心定期開展的培訓系列講座，將內(nèi)容整理后以PPT的形式在課程網(wǎng)站上發(fā)布。分析測試中心的培訓內(nèi)容主要是大型分析儀器的使用培訓、分析測試方法的探討和總結(jié)，這兩部分內(nèi)容恰好是本課程研究對象的延伸，為微課課程提供了充足的素材。

(2)學院每年參與海洋航次的師生眾多，用影音形式來記錄海上實際作業(yè)場景，以在一定程度上彌補海洋學科本科生缺乏實戰(zhàn)機會的現(xiàn)狀。例如南北極科考、大洋科考航次、海洋環(huán)境調(diào)查等等。從第一現(xiàn)場采集的影音資料更能拉近學生與海洋科考的距離，了解實際科考現(xiàn)場中海水分析化學是如何開展的。

(3)實驗課中總會有幾個實驗的操作是較難把握的，這時教師組自行拍攝的實驗操作影音記錄就能發(fā)揮很好的作用了，再輔以現(xiàn)場演示及指導，實驗數(shù)據(jù)就能更準確。

(4)結(jié)合半開放性實驗，搜集一些相對較為重要的文字資料，或展示一些關于實驗思考的文獻，從而引導學生深入思考，切實掌握分析方法。

3.2 半開放性實驗教學教案的準備

首先，教學組根據(jù)本學院主流研究方向選擇與海洋化學相關的課題作為半開放性實驗選題。選題依據(jù)主要有：(1)以海洋典型現(xiàn)象為主，海洋典型現(xiàn)象網(wǎng)上資料較全面，與本學院的研究方向有相關性；(2)需要涉及本科兩年中已學過的實驗操作，或通過查閱相關文獻資料可以掌握的知識點；(3)相關實驗分析手段較為完整，并可以在實驗室通過實驗測定的內(nèi)容為主。例如在國家五水共治的背景下，對陸源入?？谒|(zhì)進行評價、校園內(nèi)湖泊呈季節(jié)性富營養(yǎng)化原因的探索、海邊不同深度的潮間帶水質(zhì)情況變化等等。

其次，課題中囊括的實驗應盡可能按照實際野外采樣及測定流程設計，并配合微課視頻，相得益彰。實驗難度上限應控制在學生通過資料及影音資料的查閱后可初步了解，通過教師實驗課上的指導能夠掌握的實驗操作水平。萬事開頭難，采樣地點的選擇決定了半開放性實驗課題順利開展。本著找尋有明確研究對象、方便一群學生前往、樣品容易獲得等目標，進行實地采樣點踩點工作，遴選出適合的采樣點。

3.3 選用研究生實驗助教

研究生助教的加入則很大程度上能夠緩解實驗教學壓力，彌補實驗教學人員的不足，減輕教師負擔，提高實驗準備工作的效率。實驗助教的工作主要分成三個部分：(1)實驗前準備工作，包括實驗課題的學習、準備試劑及設備、參與預實驗的操作，熟練掌握實驗；(2)實驗指導工作，具體為協(xié)助教師指導學生實驗操作，解答實驗過程中學生的疑問，確保實驗安全；(3)實驗結(jié)束后整理實驗室。以上涉及過程要求助教具備良好的相關專業(yè)基礎及溝通能力。由于研究生自身科研任務繁重，對助教工作缺乏重視，再加上研究生專業(yè)基礎各不相同，則直接影響實驗教學質(zhì)量。因此，需對研究生助教進行篩選和培訓，充分發(fā)揮作用。

4 結(jié)語

通過搭建微課課程和半開放性實驗教學模式的探索，緊跟科學前沿和實際作業(yè)情景，將領域內(nèi)日益發(fā)展的新技術、新儀器及新理念引入到課程中，從而全方位培養(yǎng)學生的自主學習能力和科學研究素養(yǎng)。微課課程與半開放性實驗教學互相補充，使得教學方式得以生動靈活、互動性增強，能激發(fā)學生的學習興趣，增強學生邏輯思維能力。同時，因為課程具有一定的前瞻性，也能夠激勵教師不斷充實自己，設計合理的教學內(nèi)容和方法，對教師教學水平及課堂掌控能力提出了更高要求。