“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下“儀器分析”在線輔助教學模式的探索

袁鷹，陳亞運，劉竺云

（泰州職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 泰州 225300）

“儀器分析”是藥學院藥品生產(chǎn)技術(shù)、藥品安全與管理、藥物制劑技術(shù)等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，由30個理論學時和42 個實踐學時構(gòu)成，實踐性非常強。2020 年春季學期新冠肺炎疫情防控期間，“儀器分析”教學面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，在學生暫時不能返校上課的特殊情況下，“儀器分析”課程組與實驗室中心采取有效措施，把課程內(nèi)容分解成一個個具體實踐項目，采用項目化的授課方式，把理論有機融合在實驗中，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的優(yōu)勢，創(chuàng)新在線輔助教學模式，切實把“停課不停教，停課不停學”的要求落到了實處[1]。

藥學院實驗室中心依托國家級GMP實訓車間來開展實驗教學工作，“儀器分析”對藥物制備過程及成品進行質(zhì)量監(jiān)控。疫情防控期間，課題組和實驗室中心考慮到“儀器分析”課程特點，及時調(diào)整了教學計劃，形成了切實可行的在線教學方案，利用前期建設(shè)的泛雅MOOC平臺在線開放課程、項目化教學資料、虛擬仿真實驗教學項目和中國大學MOOC 等其他優(yōu)質(zhì)教學資源開展在線輔助教學，很好地完成了學期教學任務(wù)。

1 基于線上“泛雅MOOC平臺”開展實驗室安全準入教育和“儀器分析”，及時開展在線輔助教學

“儀器分析”課程中會使用到大型的儀器設(shè)備、化學試劑及用水用電用火等，存在安全隱患[2]。實驗安全知識是學生進入實驗室必須掌握的，開展實驗室安全準入教育是“儀器分析”課程的第一課。但實驗室安全知識點分散、復雜、多樣[3]，即使“儀器分析”每個具體項目中都強調(diào)安全性，也很難開展全面系統(tǒng)的實驗室安全知識教育。

針對這一特點，2017 年藥學院實驗室中心和各實驗任課教師包括“儀器分析”課題組開始建設(shè)在線開放課程（Massive Open Online Course，縮寫為 MOOC）“實驗室安全準入教育”，內(nèi)容包括實驗室用水安全、個體安全防護、消防安全、事故急救與應急處理、化學化工類實驗室安全及實驗室常見危險化學品防護等，共38 個任務(wù)點，6個章節(jié)測試題。到2019年底，該課程共完成了6期次的線上教學（每學期完成1期次教學），并不斷優(yōu)化完善。

2020年春季學期疫情防控期間，“實驗室安全準入教育”泛雅MOOC 平臺正常投入使用，在線學習人數(shù)達750位在校學生。為避免網(wǎng)絡(luò)擁擠，學生可自由安排線上學習時間，學生由被動學習轉(zhuǎn)化為線上的主動學習。線上設(shè)置討論區(qū)，分為老師答疑區(qū)、課堂交流區(qū)和綜合討論區(qū)，線上學習氛圍濃厚，學生積極參與交流討論。每學期發(fā)布近40 個主題供同學們交流討論，這些主題都是課程的重要知識點、實驗室安全知識的應用、發(fā)生事故應急處理、實驗室防護等方面內(nèi)容。“儀器分析實驗室安全隱患”主題發(fā)布后，學生積極討論，有200條回復信息?！盎瘜W防護手套的正確使用”主題發(fā)布后，有500人次瀏覽，回復472 條?！皩嶒炇野踩珳嗜虢逃痹O(shè)置在線考試，考試合格后才允許進入實驗室。

“儀器分析”泛雅課程平臺包括課程要求、課件、測驗與作業(yè)、考試、討論區(qū)等。在線教學前，在平臺發(fā)布課件、實驗操作視頻、學習資料和作業(yè)。騰訊直播授課之前布置任務(wù)，要求學生了解本課程要求：課前預習，學完視頻，有疑問可在討論區(qū)留言，完成預習報告撰寫；按時聽課，講課時教師采用“以問代講”式的課堂教學模式，每次課堂設(shè)置十幾個問題，通過騰訊課堂在線教室與學生進行廣泛互動，學生參與度高，課間積極回答設(shè)置的問題，在線教學效果良好；課后完成本章節(jié)測驗與作業(yè)，如“蔬菜中有機磷類農(nóng)藥殘留的檢測”教學項目中，需要進行定性分析，指出有哪些有機磷類農(nóng)藥，是甲拌磷、樂果、甲基對硫磷、甲基異柳磷還是丙溴磷，采用外標法進行定量分析。課后完成“甲苯的氣相色譜分析-內(nèi)標法定量”和“丙酮中微量水分的測定-標準加入法定量”實驗的方案設(shè)計，及時鞏固所學知識，積極在課堂交流區(qū)和綜合討論區(qū)交流討論。后期學生再進入實驗室根據(jù)方案完成線下實驗，通過線上線下兩種教學方法，學生掌握了定性和多種定量分析方法。

在現(xiàn)有的“儀器分析”教學平臺上，水分子測定儀、紫外-可見分光光度計、傅里葉變換紅外吸收光譜儀、原子吸收分光光度計、氣相色譜儀、高效液相色譜儀、離子色譜儀、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀儀器設(shè)備用于儀器分析教學。儀器分析設(shè)備自動化程度高，設(shè)備體型大，價格昂貴，購置臺（套）數(shù)有限，內(nèi)部結(jié)構(gòu)大都封閉[4]。囿于實際教學學時限制，學生在每一個短短的教學單元內(nèi)很難做到熟練操作儀器并深刻理解儀器的工作原理。更有一些高成本的大型儀器（如液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、電感耦合等離子體光譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀等）目前尚不能用于開設(shè)教學實驗。因此分院、實訓中心和課題組教師采取可能的途徑對資源進行錄播，一是網(wǎng)絡(luò)上資源，二是兄弟院校資源借鑒?？傊?，通過多種途徑找齊大型儀器設(shè)備相關(guān)資源，構(gòu)建一個虛擬的儀器分析教學環(huán)境。同時，在虛擬空間對儀器設(shè)備進行拆解式教學，加深學生對儀器設(shè)備工作原理深刻的理解。這些優(yōu)質(zhì)教學資源確保了疫情防控期間的在線教學成為可能，更是線下儀器分析實驗內(nèi)容的重要拓展和補充。

2 利用大型分析儀器仿真軟件開展教學

“儀器分析”主要包括電位分析法、紫外-可見分光光度法、紅外吸收光譜法、原子吸收光譜法、氣相色譜法、高效液相色譜法等教學內(nèi)容，和教學內(nèi)容相匹配的有紅外分光光度計Nicolet380、紫外分光光度計TU1901、原子吸收AA6300、氣相色譜GC14C、氣質(zhì)聯(lián)用GCMSQP2010、液相色譜LC10AT、液相色譜LC20AT 等仿真軟件。每個仿真培訓工藝都是以項目化的形式出現(xiàn)，每個項目包括實驗總覽、理論知識、理論測試、實驗幫助等內(nèi)容，教師還可以檢測學生的學習效果，設(shè)計仿真試卷等?，F(xiàn)以“紅外分光光度計Nicolet380”為例來進行說明，培訓項目是紅外分光光度計定性測定（苯甲酸），啟動項目，進入仿真操作界面，先點擊實驗總覽，指導學生了解紅外定性分析實驗步驟：基本原理學習-制備樣品（壓片法）-啟動紅外光譜儀-啟動工作站-分析譜圖-關(guān)閉儀器、電腦，讓學生對紅外吸收光譜法的內(nèi)容有個整體把握，再引導學生了解苯甲酸實驗，從而使學生對實驗中涉及到的理論和實踐知識點保持濃厚的興趣，激發(fā)學生學習的自主性，提高學習效果。學生進行仿真實訓操作過程中，教師通過騰訊課堂等形式穿插紅外吸收光譜法概述和原理，介紹紅外光譜儀組成及在使用過程中的注意事項，這種將仿真操作和實驗原理融為一體的教法極大提高了學生的學習興趣，也收到了良好的學習效果，絕大部分學生都能順利地完成實訓，通過評分系統(tǒng)也可以看出學生操作能取得較好的分數(shù)，最后利用仿真在線測試題目檢驗學生理論知識掌握的情況。2020年春季學期疫情防控期間通過大型儀器仿真軟件，很好地完成了有機化合物紫外吸收曲線的繪制和應用、紫外吸收光譜法測定蒽醌試樣中蒽醌含量、紫外分光光度法-有機物的定性和定量分析、苯甲酸的紅外吸收光譜測定（壓片法）、正丁醇-環(huán)己烷溶液中正丁醇含量的測定、原子吸收法測定藥品中重金屬鉛的含量、自來水中鈣鎂含量的測定、氣相色譜法測定藥品中有機物含量、甲苯的氣相色譜分析-內(nèi)標法定量、高效液相色譜法測定甲硝唑含量等項目，使學院在疫情期間很好地開展了儀器分析的教學。

3 基于信息化資源，使疫情期間不能做的實驗教學成為可能

3.1 利用信息化手段，強化學生對實驗的理解

仿真軟件畢竟不同于實驗現(xiàn)場操作，學生利用仿真軟件對大型儀器設(shè)備了解不會很深刻，任課教師可以充分利用信息化手段強化學生對設(shè)備的理解。在實驗設(shè)備現(xiàn)場打開騰訊課堂，對著設(shè)備進行直播，把能夠拆卸的零部件拆卸下來向?qū)W生展示，對著設(shè)備講解設(shè)施的構(gòu)成、設(shè)施的使用、測定原理、注意事項等。如我們學習原子吸收測定藥品中鉛含量時，把原子吸收左邊的燈室門打開，向?qū)W生展示回轉(zhuǎn)元素燈架，可同時安裝8 只空心陰極燈，現(xiàn)場安裝，設(shè)置工作燈電流、預熱燈電流、光譜帶寬、燃燒器高度、燃氣流量燈參數(shù)。進樣器、原子化裝置、乙炔氣瓶、空氣壓縮機都是可打開的，一一展示出來。原子點火，進樣等；原子吸收軟件連接使用電腦和原子分光光度計，參數(shù)設(shè)置、標準溶液配制、標準曲線繪制、重金屬鉛樣品的測量、鉛含量的計算。通過直播，完整地向?qū)W生展示原子吸收分光光度計的操作使用方法，將原理等包含在操作過程中一一講解。同時，將一些典型的課程項目制作成教學視頻，一方面既豐富了“儀器分析”泛雅課程平臺，另一方面教師在實驗過程中規(guī)范操作，突出教學的重點和難點。所有視頻均發(fā)布在泛雅課程平臺上（學生端顯示為學習通），學生可以隨時登錄學習通學習，使教學不再受時間和空間的限制，有效拓展了“儀器分析”教學內(nèi)容的廣度和深度。

3.2 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”，遴選優(yōu)質(zhì)教學資源

中國大學MOOC 有很多免費使用的優(yōu)質(zhì)資源，“儀器分析”任課老師精心挑選資料，優(yōu)選合適內(nèi)容推薦給學生，例如，華東師范大學“儀器分析實驗”是華東師范大學精品課程，該課程原理講解深入淺出，實驗演示直觀，示范性強，既適合線上自學，又可指導線下實踐，推薦給學生作為教學內(nèi)容的有益補充；又推薦了中國藥科大學的“儀器分析”課程，一則是由長期工作在儀器分析教學第一線的經(jīng)驗豐富的骨干教師傾情講授；二則課程里的視頻案例等都是和藥劑專業(yè)相關(guān)的，和學生專業(yè)相吻合，有益于提高學生的專業(yè)認同感，也有助于后續(xù)專業(yè)課程的學習；三則課程以視頻教學為主，視頻中對學習難點和重點采用圖片、2D和3D動畫以及實驗室實景等多種現(xiàn)代教學手段展示出來，幫助學生理解，提高學生解決問題的能力。

充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”，改進授課方式，增強學生學習的主動性和積極參與的熱情。合理使用互聯(lián)網(wǎng)資料，作為本校課程的有益補充，可拓寬學生的思路，增強學生的前瞻性，在掌握“儀器分析”基礎(chǔ)理論和基本實驗技能的基礎(chǔ)上，能夠運用所學知識解決一些實際問題，同時培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實事求是的作風，使學生初步具備科學研究的綜合素質(zhì)。

4 一點思考

“儀器分析”是一門實踐性很強的課程。在疫情期間學生不能動手操作，也不能進行實驗技能訓練，教師更多的是借助“互聯(lián)網(wǎng)+”等手段，利用線上資源指導學生開展實驗前期的方案設(shè)計以及原理理解和設(shè)備認知等，為后續(xù)線下實驗做好充足的準備，因此在線實驗教學不能取代傳統(tǒng)教學，只能是線下實驗的有效輔助和促進。由于新冠肺炎疫情反復及持續(xù)性，在線教育的廣泛應用和常態(tài)化是一種必然[5]，為此,我們將繼續(xù)開展相關(guān)教學研究。立足當前實際，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，教學內(nèi)容、教學模式需要做進一步調(diào)整和改進。從“面對面實驗教學”轉(zhuǎn)為“屏對屏實驗教學”，如何有效激發(fā)學生的學習熱情，如何對線上教學效果進行實時評價，實現(xiàn)線上教學閉環(huán)管理，如何推動線上與線下實驗教學的有機融合，教學過程管理如何進一步規(guī)范化，這些都需要我們在教學中不斷總結(jié)和改進。