線上線下深度融合的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式探索
——以“維生素C飲料中抗壞血酸含量的測定”為例

張?zhí)忑?，馮婷，湯宏勝,＊，李延 ,＊，李華 ,2

1西北大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，西安 710127

2西安石油大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，西安 710065

1 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀剖析

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程與分析化學(xué)理論課程緊密配合，是化學(xué)、化工、生命科學(xué)和地質(zhì)工程等專業(yè)的基礎(chǔ)課程。該課程對于發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新思維，實(shí)現(xiàn)新時代創(chuàng)新型人才培養(yǎng)具有重要的意義。通過教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在一些缺陷[1]。(1) 隨著新高考改革逐步推行，導(dǎo)致學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)知識參差不齊，教師對學(xué)生學(xué)情難以準(zhǔn)確掌握，無暇顧及學(xué)生的個體差異和個性化需求；(2) 以教師為主體的傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生自主發(fā)揮的空間較少，缺乏主動學(xué)習(xí)的動力，忙于機(jī)械照搬，無暇進(jìn)行思考探究，不利于學(xué)生創(chuàng)造思維的養(yǎng)成；(3) 有些分析設(shè)備價格昂貴，教師只是課堂上空洞地講解基本理論及應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生理解困難，不能透徹掌握相關(guān)知識；(4) 教師過于專注知識方面的傳授，忽視了人才的培養(yǎng)目標(biāo)。這些問題不僅嚴(yán)重影響了學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)和運(yùn)用，還限制了學(xué)生的自主性和創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。

近年來，隨著信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為教學(xué)方式改革提供了新手段、新途徑，視頻微課、MOOC、在線課堂、教學(xué)平臺、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺等工具得到了廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了各種教學(xué)資源管理、簽到、在線作業(yè)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、在線考試、在線答疑及教學(xué)評估等教學(xué)任務(wù)的在線處理，突破了傳統(tǒng)教學(xué)模式的時間、地點(diǎn)限制，使學(xué)生能夠自主學(xué)習(xí)、時時學(xué)習(xí)和個性化學(xué)習(xí)，同時可以記錄教學(xué)和學(xué)習(xí)過程。如“微課”“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”等作為教學(xué)輔助措施，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)程度，選擇重復(fù)多次學(xué)習(xí)，直到掌握相關(guān)知識，滿足了學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需求，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。因此，在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課上積極開展線上線下深度融合教學(xué)模式，通過優(yōu)化整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程及課程成績評價辦法，可以提高課堂效率，提高學(xué)生的學(xué)業(yè)水平和科研綜合能力。

2 基于線上線下深度融合的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

以生命科學(xué)類的學(xué)生為例，該課程涉及到6個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，共計(jì)36個學(xué)時。實(shí)驗(yàn)樣本的選擇均貼近生活，比如食用醋、自來水、飲料(維生素C)和Fe等，要求學(xué)生運(yùn)用化學(xué)理論知識解決實(shí)際問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和主動性。針對傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，我們采取線上線下深度融合教學(xué)模式，主要對傳統(tǒng)的教學(xué)過程及成績評價進(jìn)行優(yōu)化，提高教學(xué)效果。圖1是基于線上線下深度融合教學(xué)模式的具體實(shí)施步驟。圖2是超星學(xué)習(xí)通線上教學(xué)平臺頁面，它可以實(shí)現(xiàn)各種教學(xué)資源上傳、發(fā)布通知、簽到、題庫練習(xí)、在線作業(yè)、在線考試、在線討論及統(tǒng)計(jì)(班級、資源、課程)等教學(xué)任務(wù)的在線處理，可以用于服務(wù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生擁有自己的學(xué)習(xí)賬戶，可以自主學(xué)習(xí)完成教師布置的各項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)，記錄學(xué)習(xí)過程，查看任務(wù)安排、學(xué)習(xí)時長、習(xí)題測試和在線討論和錯題復(fù)習(xí)等?；诰€上線下深度融合教學(xué)模式，我們現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排分為三個部分(課前預(yù)習(xí)、課中導(dǎo)習(xí)、課后跟蹤)。以維生素C的測定為例(如表1所示)，該教學(xué)模式學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)主要包含在線學(xué)習(xí)內(nèi)容和課堂教學(xué)內(nèi)容，能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。

圖1 基于線上線下深度融合教學(xué)模式的具體實(shí)施步驟

圖2 超星學(xué)習(xí)通線上教學(xué)平臺展示

表1 基于線上線下深度融合教學(xué)模式學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)

2.1 課前預(yù)習(xí)

由于學(xué)生個體差異性，有效利用線上教學(xué)輔助學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。在正式授課前一周，教師通過線上教學(xué)平臺，發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)(觀看實(shí)驗(yàn)相關(guān)視頻資源，完成在線作業(yè))，引導(dǎo)學(xué)生多思考提問，完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)任務(wù)，還可開展網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)，并約定時間開展在線討論，解疑答惑，考查學(xué)生課前預(yù)習(xí)情況，便于對課堂教學(xué)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。學(xué)生根據(jù)自己時間，自主進(jìn)行線上課前預(yù)習(xí)，根據(jù)自己的學(xué)業(yè)水平，可重復(fù)多次學(xué)習(xí)，并查閱相關(guān)資源，補(bǔ)充自己基礎(chǔ)的不足，并方便和教師進(jìn)行線上互動，快速解決該實(shí)驗(yàn)相關(guān)的知識問題。此外，教師應(yīng)堅(jiān)持預(yù)做實(shí)驗(yàn)，可以明確實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案、檢驗(yàn)公用試劑、提供評分標(biāo)準(zhǔn)、開展教學(xué)研究等[2]。還可以錄制實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)視頻，作為線上平臺的預(yù)習(xí)資料，方便學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)。線上平臺還能記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，便于后期進(jìn)行總結(jié)回顧及成績評價。

以維生素C的測定為例，教師通過線上平臺發(fā)布作業(yè)任務(wù)，要求學(xué)生查閱維生素C相關(guān)的資料，發(fā)布相關(guān)視頻，要求學(xué)生觀看并完成設(shè)定的題目。學(xué)生領(lǐng)取任務(wù)后，圍繞任務(wù)完成預(yù)習(xí)，通過上網(wǎng)查找資料了解維生素C的功能，了解哪些物質(zhì)中含有維生素C。針對“如何測定飲料中維生素C含量”這個實(shí)際問題展開學(xué)習(xí)。學(xué)生通過線上平臺觀看錄制的視頻，預(yù)習(xí)直接碘量法測定維生素C的原理，所用儀器及試劑的選擇(試劑選擇應(yīng)盡量避免使用具有毒性的試劑，例如碘溶液的標(biāo)定選擇Na2S2O3溶液而不用As2O3)，了解直接碘量法的操作過程及注意事項(xiàng)(實(shí)驗(yàn)反應(yīng)條件，指示劑的選擇)，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。整個實(shí)驗(yàn)流程直觀、生動地呈現(xiàn)，使學(xué)生更容易理解和學(xué)習(xí)。學(xué)生可借助虛擬實(shí)驗(yàn)平臺練習(xí)溶液配制和滴定，了解K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制、I2和Na2S2O3溶液的粗配方法、I2溶液的標(biāo)定和Na2S2O3溶液的標(biāo)定等。通過教學(xué)視頻和線上虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以熟悉實(shí)驗(yàn)操作，減少了實(shí)驗(yàn)室試劑的消耗和污染物排放?；诰€上教學(xué)的課前預(yù)習(xí)可激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，理解教學(xué)內(nèi)容，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。針對每個學(xué)生的理解能力和知識水平的差異，學(xué)生可以反復(fù)觀看學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)資料，充分理解相關(guān)知識要點(diǎn)，熟悉操作技能，滿足學(xué)生個性化的學(xué)習(xí)需求，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，在線作業(yè)以及在線討論環(huán)節(jié)可引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會獨(dú)立思考，有利于培養(yǎng)和提高學(xué)生的自學(xué)能力。

2.2 課中導(dǎo)習(xí)

有了扎實(shí)的課前預(yù)習(xí)，課堂教學(xué)活動回歸線下模式，教師需主要關(guān)注以下幾點(diǎn)：(1) 根據(jù)學(xué)生線上預(yù)習(xí)的情況展開授課(回顧實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識和實(shí)驗(yàn)流程)，突出重難點(diǎn)、易錯點(diǎn)，部分實(shí)驗(yàn)操作演示，總結(jié)線上預(yù)習(xí)情況和疑難問題。(2) 學(xué)生動手操作實(shí)驗(yàn)，教師則需要注意觀察學(xué)生的操作是否規(guī)范并及時糾正，引導(dǎo)學(xué)生規(guī)范記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表2是實(shí)驗(yàn)操作細(xì)則評分表。在實(shí)驗(yàn)過程中，可將學(xué)生錯誤實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)規(guī)范記錄情況拍照，并上傳到線上教學(xué)平臺，作為后期對學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作評分的依據(jù)，還可為以后的教學(xué)提供素材。(3) 對于實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢棄物，如鉻離子廢液，做完實(shí)驗(yàn)后需倒入規(guī)定的廢液桶，統(tǒng)一定期處理廢液，不得倒入水槽排入下水道，牢固樹立學(xué)生的安全意識[3,4]與環(huán)保意識。(4) 在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將學(xué)生每4人分為一組，根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)操作過程，留有20分鐘時間討論“導(dǎo)致維生素C濃度產(chǎn)生偏差的因素”。如若組內(nèi)不能解決，可尋求教師幫助。(5) 在數(shù)據(jù)處理與分析方面，教師需對學(xué)生有以下要求：① 對于有限的平行測定實(shí)驗(yàn)，建立剔除異常數(shù)據(jù)的意識，運(yùn)用DPS (Data Processing System)軟件進(jìn)行異常實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)與剔除，自行上網(wǎng)查閱資料探索其他異常數(shù)據(jù)的剔除方法。② 計(jì)算實(shí)驗(yàn)的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對誤差，學(xué)習(xí)使用Excel中的函數(shù)公式直接計(jì)算。③ 在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成詳細(xì)規(guī)范的數(shù)據(jù)分析。

表2 實(shí)驗(yàn)操作細(xì)則評分表

在整個實(shí)驗(yàn)過程中，引導(dǎo)學(xué)生注意容量瓶定容操作；稱量儀器(臺稱和分析天平)選擇對有效數(shù)字的影響；液體量取時量筒和移液管的選?。坏味ńK點(diǎn)時半滴的控制等，這些都是分析化學(xué)中嚴(yán)格的“量”的體現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生樹立準(zhǔn)確的“量”的理念，有助于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

2.3 課后跟蹤

課后跟蹤，也是檢驗(yàn)教學(xué)效果的關(guān)鍵階段。學(xué)生課后須按時完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告(拍照上傳)，解答思考題以及完成實(shí)驗(yàn)總結(jié)，并直接線上提交，由平臺保存學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，提交時間設(shè)置為3天內(nèi)(即實(shí)驗(yàn)結(jié)束后開始算)，超過期限無法上傳。思考題包括課后習(xí)題及在線拓展性問題，教師可以通過線上教學(xué)平臺設(shè)置一些主觀題和客觀題，鞏固學(xué)生的學(xué)習(xí)。以維生素C的測定為例，可以設(shè)置如下拓展性問題：(1) 如何利用直接碘量法測定蔬菜中維生素C的含量？請查閱資料，重點(diǎn)關(guān)注樣品前處理過程，設(shè)計(jì)詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案(主要包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、所用儀器和試劑、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)、數(shù)據(jù)記錄表設(shè)計(jì))；(2) 除了直接碘量法之外，還有哪些測定維生素C的方法？測定維生素C含量的國標(biāo)法是什么？(3) 直接碘量法有哪些其他應(yīng)用(列舉三個)？學(xué)生可以在網(wǎng)絡(luò)上搜集相關(guān)信息，查閱文獻(xiàn)等，依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺完成實(shí)驗(yàn)方案探索和設(shè)計(jì)。教師可以創(chuàng)建一個線上討論區(qū)，解答學(xué)生的各種疑難問題，實(shí)現(xiàn)師生的有效互動，引導(dǎo)學(xué)生一起分析問題、解決問題，最后完成對學(xué)生拓展問題解答的評價。課后線上跟蹤能督促學(xué)生鞏固課堂知識，開拓視野，豐富學(xué)習(xí)內(nèi)容。其優(yōu)點(diǎn)是拓展性問題(如實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì))的設(shè)計(jì)可以提高學(xué)生查閱文獻(xiàn)和搜集資料的能力，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新性思維，提高學(xué)生分析解決問題的能力。

3 基于線上線下深度融合的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)成績考核方式

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)成績考核方式比較單一，主要通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告，無法及時了解遇到的問題，無法全面對學(xué)生進(jìn)行評價?；诰€上線下深度融合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，結(jié)合線上平臺記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，將考核內(nèi)容貫穿于整個教學(xué)過程，主要分為三個部分(課前預(yù)習(xí)、課中導(dǎo)習(xí)及課后跟蹤)對學(xué)生進(jìn)行綜合考評(如圖3所示)，評價依據(jù)由線下(紙質(zhì)資料及課堂討論情況)部分和線上平臺部分組成。其中，(1) 課前預(yù)習(xí)主要指在線視頻學(xué)習(xí)、在線虛擬實(shí)驗(yàn)、在線預(yù)習(xí)作業(yè)自測、在線討論、紙質(zhì)預(yù)習(xí)報(bào)告，占比為20%；(2) 課中導(dǎo)習(xí)主要包括實(shí)驗(yàn)操作技能、數(shù)據(jù)記錄及處理分析、綜合素養(yǎng)，其中數(shù)據(jù)記錄需整潔規(guī)范，特別注意有效數(shù)字位數(shù)的保留及數(shù)據(jù)單位；綜合素養(yǎng)考查學(xué)生穿著、臺面整潔、按時到課、思路清晰、不污染公用試劑及廢液回收情況，占比45%；(3) 課后跟蹤主要包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績、思考題和實(shí)驗(yàn)總結(jié)，其中思考題考查學(xué)生對基本知識的掌握情況和拓展性問題(實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)等)的完成情況，占比35%。該成績考核方法注重學(xué)生的綜合性，能夠反映學(xué)生整體學(xué)習(xí)過程和收獲，有利于考查學(xué)生對知識的掌握程度和靈活運(yùn)用能力，反映學(xué)生活躍的思維和獨(dú)立思考問題的能力，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，能促進(jìn)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)的綜合能力提升。

圖3 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)成績評定方案

4 結(jié)語

采用線上線下深度融合的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，雖然學(xué)生需花費(fèi)時間學(xué)習(xí)平臺操作技能以及可能面臨儀器設(shè)備條件差異性的問題；教師需經(jīng)常關(guān)注線上教學(xué)平臺，對學(xué)生的疑難問題進(jìn)行解答；但是與傳統(tǒng)教學(xué)相比，該教學(xué)模式通過學(xué)生課前自主預(yù)習(xí)，課中教師的個性化引導(dǎo)以及課后知識鞏固和補(bǔ)充(拓展性問題的設(shè)計(jì))，充分調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，尊重學(xué)生個體差異，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的因材施教，樹立學(xué)生的安全意識與環(huán)保意識，有助于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和一絲不茍的科學(xué)作風(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)造性和分析解決問題的能力，同時提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。該教學(xué)模式為高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)做了有益的探索。