基于翻轉(zhuǎn)課堂思維提升分析化學(xué)實驗?zāi)芰Φ慕虒W(xué)模式探索

＊許光明 袁志鷹 賀衛(wèi)和 裴剛

（湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 湖南 410208）

2000年，美國邁阿密大學(xué)Maureen Lage在論文中介紹了教授“經(jīng)濟學(xué)入門”時采用“翻轉(zhuǎn)教學(xué)”的模式[1]，2007年，美國科羅拉多州林地公園高中的兩名化學(xué)老師最早實施了“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)。隨后，翻轉(zhuǎn)課堂受到了世界各國眾多教育研究者的關(guān)注。

翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)模式，學(xué)生在課前或課外觀看教師的視頻講解，自主學(xué)習(xí)，教師不再占用課堂時間來講授知識，課堂變成了老師學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動的場所，包括答疑解惑、合作探究、完成學(xué)業(yè)等，從而達到更好的教育效果。翻轉(zhuǎn)課堂具備如下特點：教學(xué)視頻短小精悍、教學(xué)信息清晰明確、重新建構(gòu)學(xué)習(xí)流程、復(fù)習(xí)檢測方便快捷。但是翻轉(zhuǎn)課堂也有不容忽視的問題：學(xué)生課前看視頻效果如何把握，國內(nèi)學(xué)生不擅于提問和主動性不強，視頻內(nèi)容的可學(xué)習(xí)性能高低考驗老師能力，翻轉(zhuǎn)課堂降低老師上課作用的問題等。不少的老師將翻轉(zhuǎn)課堂的理念也延伸到了實驗教學(xué)，取得了較好的效果[2-5]。

分析化學(xué)，特別是儀器分析實驗教學(xué)，由于分析實驗要求緊密度高、準(zhǔn)確性好，加上操作過程相對復(fù)雜，一個實驗使用一種儀器，這些儀器都有自身的特點和操作要求，在日常教學(xué)過程，雖然有教師演示，但除了動手能力強、十分認(rèn)真的學(xué)生步履蹣跚地把實驗完成，在短短的實驗課堂時間內(nèi)，很大一部分學(xué)生很難順利完成自己的實驗。有的甚至整個學(xué)期下來基本沒動手操作過，實驗教學(xué)效果很難達到預(yù)期值。因此，改變教學(xué)模式，探索合適的教學(xué)方法顯得十分必要。

本文根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂思維，多年來試行分析化學(xué)實驗教學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂模式，該模式可操控性強，顯著提升了學(xué)生的實驗?zāi)芰退仞B(yǎng)，也可為類似課程的學(xué)生實驗教學(xué)提供有價值的參考。

1.每個實驗過程拍攝實驗思路十分清晰的視頻

本校開設(shè)化學(xué)分析實驗5項：滴定基本操作視頻，草酸含量測定，明礬中硫酸鋁鉀測定等。儀器分析8項：紫外可見光譜定量分析藥品種鐵離子含量（標(biāo)曲法）、原子吸收光譜法定量分析藥品種銅離子含量（標(biāo)曲法）、熒光法測定土酶素含量等。這些視頻時長10-25min，將實驗的每個步驟、操作要點、關(guān)節(jié)點等，按“第一步……”“第二步……”等方式做成簡潔的字幕，圖1為其中的草酸滴定實驗的10個主要操作步驟截圖。每個實驗視頻均以此形式完成，后不贅述。

圖1 草酸滴定分析實驗步驟視頻截圖（圖A-J分別為實驗10個主要操作步驟圖）

同時，考慮到分析實驗要求精準(zhǔn)度高，任何小的差錯和不規(guī)范操作都可導(dǎo)致實驗失敗。同時為提升視頻內(nèi)容的可操作性、條理性等，實驗視頻將規(guī)范操作相關(guān)細(xì)節(jié)、要點、注意點等配以字幕，便于學(xué)生較好掌握。如圖2為部分滴定操作要點字幕截圖。

圖2 部分滴定操作要點截圖

2.制定措施保證每個學(xué)生實驗課前都認(rèn)真觀看教學(xué)視頻

在實驗前，通過騰訊課堂、智慧樹等網(wǎng)絡(luò)措施，或直接拷貝視頻進學(xué)生宿舍，布置學(xué)生觀看實驗視頻。為督促每個學(xué)生都看完、看懂這些視頻，需要結(jié)合使用兩個方面的措施：（1）教師通過網(wǎng)絡(luò)端自動記錄、判斷學(xué)生觀看情況。（2）制定“倒逼”措施是有效的方法，設(shè)計只有認(rèn)真觀看視頻后才能完成的書面預(yù)習(xí)報告，完成“實驗基本要點”“實驗基本流程圖”，同時在流程圖上標(biāo)注注意事項等。前者監(jiān)督方式最大的漏洞是非可視性，不自覺的學(xué)生可能會采取“空放”等應(yīng)付手段；后者最大的漏洞是互相抄襲。因此，將兩者結(jié)合起來方可起到預(yù)期效果。當(dāng)然，視頻內(nèi)容質(zhì)量是重中之重，只有具備科學(xué)性、實踐性強的條理清晰、層次分明的教學(xué)視頻才能較好地吸引學(xué)生觀看學(xué)習(xí)、思考問題。為翻轉(zhuǎn)課堂上提出問題、解決問題提供基礎(chǔ)。

3.實驗課堂上指導(dǎo)督促和實時評價結(jié)合

實驗課堂前30min左右，結(jié)合課堂前的實驗視頻內(nèi)容，通過提問、抽查、討論等形式將實驗基本流程規(guī)范確定好，對可能出現(xiàn)的問題、注意事項重點提醒。如滴定實驗過程中，玻璃儀器的使用、近終點的判斷、精確控制終點的技巧等，高效液相色譜中水的選擇、過濾脫氣技巧，流動相平衡的判斷，色譜柱壓力不正常的判斷處理等，標(biāo)準(zhǔn)溶液的準(zhǔn)確稀釋等，氣相色譜方法中的載氣穩(wěn)定性與定量參數(shù)選擇，熒光方法中的熒光熄滅現(xiàn)象的把握，原子吸收的進樣體積的精準(zhǔn)操作等。

在實驗過程中，監(jiān)督學(xué)生自主完成實驗，關(guān)鍵的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)均需要手機拍照以備檢查，實驗結(jié)果精密度、準(zhǔn)確度為依據(jù)評判學(xué)生實驗成績等級。如滴定分析可以通過變色情況、滴定管和移液管讀數(shù)操作、滴定操作等的觀察或相關(guān)照片的展示進行初步判斷，現(xiàn)場指出問題所在，對不合格者適當(dāng)扣分后，根據(jù)情況可現(xiàn)場及時補做一次實驗，給學(xué)生糾正失誤的機會，促使其真正地學(xué)會、掌握。有些實驗由于時長、試劑等因素，學(xué)生無法重做，則在實驗報告中分析說明數(shù)據(jù)、結(jié)果不好的原因及解決措施，從另一個角度提升學(xué)生能力。

4.利用評價體系的“加分機制”實驗課后鼓勵學(xué)生重新學(xué)習(xí)教學(xué)視頻

由于分析化學(xué)實驗的復(fù)雜性及高要求的特點，加上學(xué)生的實驗?zāi)芰退仞B(yǎng)培養(yǎng)是一個長期的過程，實驗后進行“復(fù)盤”回憶將是十分有效的提升方法。學(xué)生在實驗課后，重新觀看實驗視頻，再結(jié)合自己實驗課堂的情況，將對實驗成功處加深認(rèn)識，失誤或完成不好的地方重新認(rèn)識，總結(jié)經(jīng)驗，從而提升自己的實驗素養(yǎng)和能力。對課后重新觀看視頻制定鼓勵的措施是：將實驗失利或?qū)嶒灲Y(jié)果精密度、準(zhǔn)確度不達要求（此時的成績一般都不及格）的技術(shù)性原因分析出來，書寫在實驗報告“分析討論”部分，將在實驗成績提加5-20分，使得由于各種因素導(dǎo)致低分成績，經(jīng)過后續(xù)努力有提分機會，盡量避免成績過低打擊學(xué)生后續(xù)實驗的信心。

5.基于翻轉(zhuǎn)課堂思維的實驗教學(xué)效果

經(jīng)過多年來的化學(xué)分析和儀器分析實驗教學(xué)，基于翻轉(zhuǎn)課堂思維的教學(xué)模式明顯提升了學(xué)生的實驗思維能力、實驗動手能力、分析問題和解決問題能力。由于基于翻轉(zhuǎn)課堂思維的實驗教學(xué)是在各班同時開展的，無法進行平行班級對照評價，但通過比對開展該模式教學(xué)5年來，與5年前的同專業(yè)的學(xué)生單次實驗的不合格率（60分以內(nèi)）明顯降低，如表1、表2；優(yōu)良率（80分以上）明顯得到提升，如圖3、圖4。每年的學(xué)生的入學(xué)錄取成績、男女比例、人數(shù)基本接近（450人數(shù)左右），雖然比較對象不完全均一和一致，但優(yōu)良率的明顯提升基本也能說明一種趨勢。

表1 化學(xué)分析翻轉(zhuǎn)課堂實施前（2011-2015年度）后（2016-2020年）5年單個實驗不合格率情況（n=5）

圖4 每學(xué)年學(xué)生儀器分析實驗優(yōu)良率對比

表2 儀器分析翻轉(zhuǎn)課堂實施前（2012-2016年度）后（2017-2021年）5年單個實驗不合格率情況（n=5）

圖3 每學(xué)年學(xué)生化學(xué)分析實驗優(yōu)良率對比 左柱為中藥班翻轉(zhuǎn)課堂前（2011-2015年度）

同時，近五年來，學(xué)生參加各級大學(xué)生實驗技能大賽基本都設(shè)計分析化學(xué)實驗，多次國家級大賽中成績及獲獎等級列第三、第四，省級實驗技能大賽更是獲獎無數(shù)，從側(cè)面也說明了該教學(xué)模式的成效較好。

5年優(yōu)良率(n=5)，右柱為翻轉(zhuǎn)課堂5年（2016-2020年度）優(yōu)良率值（n=5）。

圖中左柱為中藥班翻轉(zhuǎn)課堂前5年優(yōu)良率（n=5），右柱為翻轉(zhuǎn)課堂5年優(yōu)良率值（n=5）。圖中簡寫情況為：UV-紫外-可見光譜、Fs-熒光光譜、AAS-原子吸收光譜、IR-紅外光譜、TLC-薄層色譜、GC-氣相色譜、HPLC-高效液相色譜。