基于項目主題的“理虛實(shí)”一體化教學(xué)模式的應(yīng)用研究
——以《儀器分析》課程教學(xué)為例

吳瑞香

(汕頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東汕頭 515078)

《儀器分析》是高等職業(yè)教育食品檢驗(yàn)檢測技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測技術(shù)、化妝品技術(shù)、分析檢驗(yàn)技術(shù)等專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，是一門理論性和實(shí)踐性極強(qiáng)的學(xué)科，是專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的重要課程之一。該研究基于項目主題的教學(xué)理念，在《儀器分析》課程各章節(jié)教學(xué)中，利用企業(yè)真實(shí)的工作項目引入章節(jié)知識，將完成項目所需任務(wù)進(jìn)行分解，在完成任務(wù)的過程中掌握知識并突破重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容[1]，在實(shí)施教學(xué)過程中將理論知識教學(xué)、虛擬仿真教學(xué)和實(shí)踐操作教學(xué)一體化，即“理虛實(shí)”一體化教學(xué)模式。

基于項目主題的“理虛實(shí)”一體化教學(xué)模式[2]，在情境中引出新知，通過進(jìn)階式任務(wù)讓學(xué)生運(yùn)用知識解決問題，使學(xué)生所學(xué)知識與企業(yè)的真實(shí)檢測崗位實(shí)現(xiàn)零距離對接，充分發(fā)揮了精品在線開放課程資源與虛擬仿真技術(shù)的作用，實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做”的合一，強(qiáng)化了學(xué)生的動手能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到了知識內(nèi)化、能力提升，思政融合的教學(xué)目標(biāo),培養(yǎng)了學(xué)生的職業(yè)能力，有效提高了教學(xué)質(zhì)量。

1 《儀器分析》課程的教學(xué)現(xiàn)狀

目前，《儀器分析》課程的教學(xué)模式大多數(shù)是教師先講授理論知識，再示范儀器操作方法，最后再讓學(xué)生按預(yù)先設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案完成實(shí)踐操作。在整門課的教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中，教師占據(jù)了課堂的主體地位，教師向?qū)W生傳授信息，學(xué)生只是被動的接受者，學(xué)生的主體地位沒有得到充分體現(xiàn)，且目前高職學(xué)生是文理混合，基礎(chǔ)參差不齊，主動學(xué)習(xí)意識不強(qiáng)，所以學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不濃，學(xué)習(xí)積極性不高。另一方面，大型貴重儀器設(shè)備是人多機(jī)少，學(xué)生一般以小組為單位，相互協(xié)作完成實(shí)訓(xùn)，學(xué)生反復(fù)進(jìn)行儀器操作練習(xí)的機(jī)會很少，只是觀看教師示范操作過程，聽老師講解操作要點(diǎn)，學(xué)生很難掌握技能要點(diǎn)，技能水平得不到明顯提升，畢業(yè)后不能快速地將學(xué)過的知識內(nèi)容應(yīng)用到實(shí)踐中去，職業(yè)院校很難培養(yǎng)出滿足企業(yè)崗位需求的技術(shù)技能型人才。

2 基于項目主題的“理虛實(shí)”一體化教學(xué)模式構(gòu)建

構(gòu)建基于項目主題的“理虛實(shí)”一體化教學(xué)模式的主要途徑如下。

在各章節(jié)的教學(xué)過程中，首先，以“項目引領(lǐng)”教學(xué)內(nèi)容，選取企業(yè)真實(shí)典型的工作項目為載體來引領(lǐng)章節(jié)內(nèi)容[3]，項目圍繞一定的教學(xué)內(nèi)容，包括理論知識和操作技能，且符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，經(jīng)過設(shè)計加工后，均可以滿足該課程的教學(xué)需要。該課程主要設(shè)計了自來水中微量鐵含量的測定、乳粉中鋅含量的測定、飲料pH 值的測定、水中苯系物的檢測、防腐劑苯甲酸鈉的測定這5 個真實(shí)檢測項目。其次，設(shè)計完成每個項目所需執(zhí)行的任務(wù)，以“任務(wù)驅(qū)動”來完成知識的學(xué)習(xí)[4]，并突破重點(diǎn)、難點(diǎn)，構(gòu)建“理虛實(shí)”一體化的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)體系，以理論知識、虛擬仿真和實(shí)踐操作為時間順序主線[5]，線上線下混合式教學(xué)，實(shí)現(xiàn)“理虛實(shí)”一體化教學(xué)的銜接貫通。

2.1 融合信息技術(shù)，以“理”優(yōu)化整合教學(xué)資源

《儀器分析》作為該校精品在線開放課程，已在智慧職教平臺成功開課，已有微課、電子教案、PPT課件、試題庫、項目案例等教學(xué)資源，授課內(nèi)容已與企業(yè)實(shí)際工作項目對接。儀器分析的理論教學(xué)內(nèi)容圍繞各類儀器分析方法的工作原理、儀器構(gòu)造、工作過程、定性定量分析方法等內(nèi)容展開。因此，可借助智慧職教平臺《儀器分析》精品在線開放課程資源，開展線上線下混合式教學(xué)。線上教學(xué)活動，可將學(xué)生的學(xué)習(xí)行為前移，根據(jù)學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況，可以做得到精準(zhǔn)的學(xué)情分析，為線下教學(xué)做準(zhǔn)備，有效實(shí)現(xiàn)了線上線下混合式教學(xué)，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性。

2.2 融合虛擬仿真技術(shù)，以“虛”改革創(chuàng)新實(shí)踐模式

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對象，學(xué)生在虛擬環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn)[6]，可以查詢學(xué)生的預(yù)習(xí)過程，記錄學(xué)生仿真實(shí)驗(yàn)的過程，并實(shí)時記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)報告[7]，記錄正確率及學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)達(dá)成情況，便于教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。在儀器分析課程教學(xué)中，大型精密儀器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴且易損壞、學(xué)生學(xué)習(xí)難度大、對操作人員的要求較高。因此，在實(shí)踐操作前，可先進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，掌握儀器的基本操作方法和實(shí)驗(yàn)的基本步驟，再進(jìn)行大型精密儀器的實(shí)操訓(xùn)練。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以使抽象的內(nèi)容具體化，學(xué)生可以隨時進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的自主能力，提高了學(xué)習(xí)的效率。同時，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)還可以解決職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)室普遍存在的大型精密儀器設(shè)備人多機(jī)少的問題[6]。

2.3 融線上線下，以“實(shí)”鞏固升華課堂實(shí)踐

基于智慧職教平臺《儀器分析》精品在線開放課程、東方仿真3D 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真教學(xué)軟件等教學(xué)資源，打破了線上教學(xué)和線下教學(xué)的時空界限，將理論知識教學(xué)、虛擬仿真教學(xué)、實(shí)訓(xùn)操作教學(xué)三者有效結(jié)合，有助于學(xué)生更好地掌握理論基礎(chǔ)知識和提高專業(yè)技能。（1）在線教學(xué)。主要使學(xué)生通過線上資源學(xué)習(xí)理論知識，完成在線測試，以檢測學(xué)生的線上學(xué)習(xí)情況，并使學(xué)生對3D 虛擬仿真軟件進(jìn)行線上自主學(xué)習(xí)和練習(xí)。（2）線下教學(xué)。首先，教師對理論知識的重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行講解、答疑；其次，教師在機(jī)房對3D虛擬仿真軟件的使用方法、操作要點(diǎn)進(jìn)行講解和示范，學(xué)生按要求反復(fù)進(jìn)行練習(xí)，直到掌握儀器的操作規(guī)程和項目實(shí)訓(xùn)的基本步驟；最后，在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行真實(shí)樣品的檢測及真實(shí)大型精密儀器的操作。由此可見，以“理—虛—實(shí)”為時間順序主線的一體化教學(xué)模式各教學(xué)環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)，融合了線上線下教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識、理解與轉(zhuǎn)化。

3 基于項目主題的“理虛實(shí)”一體化教學(xué)模式的實(shí)踐

基于項目主題的“理虛實(shí)”一體化教學(xué)實(shí)施包含教學(xué)目標(biāo)的確定、項目設(shè)計與任務(wù)分解、教學(xué)實(shí)施過程設(shè)計這3 個主要方面，該文以《儀器分析》教程第六章氣相色譜法為例,詳細(xì)介紹該教學(xué)模式的實(shí)踐過程。

3.1 教學(xué)目標(biāo)的確定

根據(jù)《儀器分析》課程標(biāo)準(zhǔn)，確定該章的教學(xué)目標(biāo)，知識目標(biāo)為理解氣相色譜分析方法的檢測原理；掌握氣相色譜儀的基本結(jié)構(gòu)和操作流程、氣相色譜法的定性和定量方法、氣相色譜法的實(shí)驗(yàn)技術(shù)；了解氣相色譜法在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用。能夠正確利用氣相色譜法對樣品進(jìn)行定性和定量測定，正確、規(guī)范地記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、計算實(shí)驗(yàn)結(jié)果，正確填寫檢驗(yàn)報告，并熟悉氣相色譜儀的日常維護(hù)與保養(yǎng)。

3.2 項目設(shè)計與任務(wù)分解

氣相色譜法這一章專業(yè)術(shù)語多，對于初學(xué)者來說內(nèi)容比較抽象、生僻，教師設(shè)計了水中苯系物的檢測這一項目來引領(lǐng)教學(xué)，按照完成項目的任務(wù)要求，將各任務(wù)分解、細(xì)化，并將知識點(diǎn)融入具體任務(wù)中，圍繞如何完成水中苯系物的檢測項目，逐一完成任務(wù)，進(jìn)而掌握融入其中的知識點(diǎn)，通過完成項目來達(dá)到學(xué)習(xí)該章節(jié)知識的目的[8]。

“水中苯系物的檢測”項目設(shè)計了6 個任務(wù)。任務(wù)一，查詢資料，了解苯的毒性及水質(zhì)中苯的限量標(biāo)準(zhǔn)；任務(wù)二，學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)知識；任務(wù)三，分組查詢資料設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案；任務(wù)四，3D 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真教學(xué)軟件演練；任務(wù)五，完成實(shí)訓(xùn)項目；任務(wù)六，評價反饋。設(shè)計各任務(wù)內(nèi)容所涉及的知識由淺入深、由易到難、由簡單到綜合、由注重知識和技能的掌握朝著注重創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

3.3 教學(xué)實(shí)施過程

3.3.1 線上線下混合式講授理論知識

在線上教學(xué)中，首先，教師在課程平臺上傳短視頻介紹水中苯超標(biāo)的毒害進(jìn)而引出項目。教師將該項目進(jìn)任務(wù)分解、形成任務(wù)書并將每個任務(wù)所設(shè)計知識點(diǎn)羅列出來推送給學(xué)生，學(xué)生自學(xué)知識點(diǎn)有關(guān)的教學(xué)課件，完成在線測試，并將學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)的問題和不足之處記錄下來，在線下的課堂中重點(diǎn)學(xué)習(xí)。其次，根據(jù)“水中苯系物的檢測”項目任務(wù)書要求，分析氣相色譜分析方法的檢測原理，氣相色譜儀的基本構(gòu)造和操作流程，氣相色譜法的定性和定量方法、氣相色譜法的實(shí)驗(yàn)技術(shù)等知識，并按小組查閱國家標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)資料，設(shè)計出項目的實(shí)驗(yàn)方案，并上傳課程平臺。教師根據(jù)學(xué)生在線學(xué)習(xí)反饋，及時調(diào)整線下課堂教學(xué)的教學(xué)策略[9]。

在線下教學(xué)中，教師根據(jù)學(xué)生的在線學(xué)習(xí)及測試情況，對該章節(jié)的重點(diǎn)、難點(diǎn)及測試錯誤率較高的題目所涉及的知識點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講授，主要針對對氣相色譜分析方法的檢測原理、氣相色譜儀的基本結(jié)構(gòu)和操作流程、氣相色譜法的定性和定量方法、氣相色譜法的實(shí)驗(yàn)技術(shù)等重難點(diǎn)知識進(jìn)行強(qiáng)化教學(xué)，學(xué)生根據(jù)教師的講授進(jìn)行查漏補(bǔ)缺。隨機(jī)抽取小組分享設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案，其他小組同學(xué)圍繞該實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行可行性分析，老師進(jìn)行總結(jié)，指導(dǎo)修改方案，制訂出切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案，為實(shí)訓(xùn)操作做好準(zhǔn)備。

3.3.2 虛擬仿真軟件演練

在理解和掌握了氣相色譜分析法的檢測原理、氣相色譜儀的基本結(jié)構(gòu)和操作流程、氣相色譜法的定性和定量方法、氣相色譜法的實(shí)驗(yàn)技術(shù)等知識后，利用3D虛擬現(xiàn)實(shí)仿真教學(xué)軟件模擬實(shí)訓(xùn)過程。課前，教師將3D虛擬仿真軟件學(xué)習(xí)賬號推送給學(xué)生，學(xué)生自學(xué)虛擬仿真軟件的基本操作方法，教師根據(jù)軟件記錄的學(xué)生操作情況，適時調(diào)整虛擬仿真軟件教學(xué)安排。

線下虛擬仿真教學(xué)在機(jī)房進(jìn)行，教師借助虛擬仿真軟件講授學(xué)習(xí)氣相色譜儀的基本構(gòu)造及操作方法，學(xué)生根據(jù)設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，教師在線實(shí)時監(jiān)控學(xué)生的操作情況，并不斷地進(jìn)行課堂巡查，發(fā)現(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)載氣鋼瓶的壓力、參數(shù)設(shè)置方法、創(chuàng)建校準(zhǔn)曲線的方法等操作步驟，學(xué)生操作正確，出錯率較高，教師會及時進(jìn)行講解和示范，學(xué)生可對出錯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，直至熟練掌握操作方法，為后期實(shí)訓(xùn)操作做好準(zhǔn)備[10]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)完成后，教師會邀請完成的快、出錯率低的同學(xué)進(jìn)行演示和分享，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并學(xué)會如何解決問題。

3.3.3 實(shí)踐操作，強(qiáng)化實(shí)踐技能

在完成理論學(xué)習(xí)和虛擬仿真操作后，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行項目實(shí)驗(yàn)——檢測水中的苯系物及其含量，主要操作包括準(zhǔn)備項目所需試劑、配制項目所需溶液、試樣預(yù)處理、設(shè)置氣相色譜儀工作程序、進(jìn)樣測試、關(guān)機(jī)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、填寫報告單等內(nèi)容。在此過程中，以學(xué)生為主體，完成完整的實(shí)訓(xùn)任務(wù)，充分體現(xiàn)學(xué)生的自主性，培養(yǎng)其處理問題、分析問題和解決問題的能力；以教師為主導(dǎo)，不斷進(jìn)行課堂巡查，以便發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)踐操作中存在的問題，并及時給予指導(dǎo)。課后，學(xué)生及時進(jìn)行處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、檢測結(jié)果，并撰寫實(shí)驗(yàn)報告，梳理實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題及解決方法，并將實(shí)驗(yàn)報告及存在問題上傳至課程平臺。教師在課程平臺進(jìn)行評價反饋，根據(jù)學(xué)生小組互評、教師評價和虛擬仿真軟件的評價，對項目實(shí)施期間每個學(xué)生的表現(xiàn)做出綜合評價。

3.4 教學(xué)實(shí)踐效果

該教學(xué)模式已經(jīng)在筆者學(xué)校環(huán)境工程技術(shù)專業(yè)、環(huán)境監(jiān)測技術(shù)專業(yè)、食品檢測技術(shù)專業(yè)、化妝品技術(shù)專業(yè)的兩屆學(xué)生的《儀器分析》課程教學(xué)中實(shí)踐應(yīng)用。實(shí)踐表明，該教學(xué)模式呈現(xiàn)了較好的教學(xué)效果，提高了教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力有了大幅度提高，課前能積極主動完成老師布置的預(yù)習(xí)任務(wù)，課后能認(rèn)真準(zhǔn)確地完成課后作業(yè)，學(xué)習(xí)目的更加明確，學(xué)習(xí)積極性明顯提高；虛擬仿真教學(xué)使原本復(fù)雜抽象的儀器結(jié)構(gòu)直觀地呈現(xiàn)出來，使學(xué)生的學(xué)習(xí)難度降低，學(xué)習(xí)信心增強(qiáng)，激發(fā)了學(xué)習(xí)的動力，該課程的期末考試成績明顯提高，應(yīng)用該教學(xué)模式前后課程平均分和優(yōu)良率如表1 所示。學(xué)生積極參加廣東省職業(yè)院校學(xué)生專業(yè)技能大賽，并在“工業(yè)分析與檢驗(yàn)”“化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)”“農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測”等賽項中，獲得省級二等和三等獎項多項，學(xué)生參加省專業(yè)技能競賽獲獎情況如表2 所示。畢業(yè)生的理論水平、實(shí)驗(yàn)操作技能和專業(yè)素養(yǎng)都有了明顯提高，學(xué)生的創(chuàng)新能力、就業(yè)競爭能力和崗位適應(yīng)能力都有了大幅度提高，畢業(yè)生的就業(yè)率和升本率也大幅度提升，具體如表3所示。實(shí)踐表明，基于項目主題的“理虛實(shí)”一體化教學(xué)模式，使學(xué)生的專業(yè)技能和專業(yè)素養(yǎng)明顯提升，該教學(xué)模式符合職業(yè)院校培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能復(fù)合型人才的要求。

表1 2019—2022學(xué)年食品檢測技術(shù)專業(yè)學(xué)生的課程平均分和優(yōu)良率

表2 2020—2022年業(yè)學(xué)生參加廣東省職業(yè)院校學(xué)生專業(yè)技能大賽情況

表3 2020—2022年食品檢測技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)率、升本率（單位：%）

4 結(jié)語

基于項目主題的“理虛實(shí)”一體化教學(xué)模式在《儀器分析》課程中的應(yīng)用研究，在一定程度上推進(jìn)了教育教學(xué)改革，該項目的實(shí)踐應(yīng)用對實(shí)踐性較強(qiáng)的應(yīng)用學(xué)科教學(xué)模式的改革和創(chuàng)新，提供可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)和思路。