面向創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的儀器分析四輪融合教學(xué)創(chuàng)新

李振華，蘇瓊，孫初鋒，劉娟麗，向曉明，哈斯其美格，于京，龐少峰，魏小紅，盧永娟

1 西北民族大學(xué)化工學(xué)院，蘭州 730030

2 甘肅省高校環(huán)境友好復(fù)合材料及生物質(zhì)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730030

儀器分析是利用分析儀器進(jìn)行物質(zhì)結(jié)構(gòu)和含量分析的一種手段，是科學(xué)研究的眼睛，是透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)的基礎(chǔ)和階梯[1]，在化工相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。儀器分析是我?；ぁh(huán)工和高分子專業(yè)的一門學(xué)科平臺(tái)必修課(54學(xué)時(shí)，3學(xué)分)，也是化學(xué)類研究生入學(xué)考試的必考課程。課程主要包括各種分析儀器的基本原理、儀器構(gòu)造及分析應(yīng)用等方面的內(nèi)容。學(xué)好本門課程將為后繼專業(yè)課程和實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也是達(dá)成畢業(yè)要求的重要支撐，將對(duì)學(xué)生綜合創(chuàng)新實(shí)踐能力的塑造起到至關(guān)重要的作用。基于課程的重要性，課程組始終堅(jiān)持創(chuàng)新改革，本校儀器分析課程經(jīng)過(guò)校級(jí)精品課程、校級(jí)精品資源共享課、校級(jí)線上線下混合式一流課程的建設(shè)，2022年被認(rèn)定為甘肅省首批創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育混合式示范課程。

1 四輪融合教學(xué)模式創(chuàng)新改革及實(shí)踐

多年的教學(xué)實(shí)踐證明，儀器分析課程教學(xué)主要面臨四個(gè)問(wèn)題：(1) 教學(xué)內(nèi)容顯性知識(shí)不精不新不準(zhǔn)、缺乏隱性價(jià)值觀融入，課程沒(méi)有溫度；(2) 傳統(tǒng)的教學(xué)方式不能滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求；(3) 學(xué)生接受信息的方式單一，難以達(dá)成對(duì)知識(shí)點(diǎn)的高階認(rèn)知；(4) 理論和實(shí)踐相脫節(jié)，學(xué)生不能學(xué)以致用，更無(wú)法創(chuàng)新實(shí)踐[2]?；诖?，我校儀器分析課程組堅(jiān)持“以生為本、立德樹(shù)人、思創(chuàng)融合、知行合一”的教學(xué)理念，重構(gòu)了以學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力塑造為導(dǎo)向的教學(xué)目標(biāo)和課程評(píng)價(jià)體系，采用顯性知識(shí)與隱性價(jià)值觀相融合、線上與線下相融合、問(wèn)題驅(qū)動(dòng)與可視化教學(xué)相融合、理論學(xué)習(xí)與研究實(shí)踐相融合的四輪融合教學(xué)模式進(jìn)行課程教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐(圖1)，以期突破課程痛點(diǎn)、激勵(lì)學(xué)生自主探究和創(chuàng)新實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)知識(shí)獲取、能力提升和情感滋養(yǎng)的全面融合。

圖1 四輪融合教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1.1 四輪融合教學(xué)模式組織及實(shí)施

1.1.1 顯性知識(shí)與隱性價(jià)值觀相融合

教學(xué)內(nèi)容作為課程的“脊梁”，既要反映課程的基本理論、知識(shí)和技能，又要反映科技發(fā)展最新成果，有一定的學(xué)術(shù)性和先進(jìn)性；更加重要的是課程內(nèi)容應(yīng)注重“思政元素”教學(xué)設(shè)計(jì)，將價(jià)值塑造、知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)融為一體[3,4]。基于此，課程組采用顯性知識(shí)和隱性價(jià)值觀相融合的手段進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐。

(1) 顯性知識(shí)優(yōu)化。

參考目前國(guó)內(nèi)外名校儀器分析課程的主流教材和學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)，突破原有課程框架的束縛，整合和更新儀器分析課程的基本內(nèi)容和側(cè)重點(diǎn)，做到教學(xué)內(nèi)容的“精、新、準(zhǔn)”(圖2)。

圖2 顯性知識(shí)創(chuàng)新

(2) 隱性價(jià)值觀融入。

在隱性價(jià)值觀維度中，課程組深挖思政元素，通過(guò)“史、時(shí)、實(shí)、詩(shī)”四個(gè)“shi”將“科創(chuàng)精神”“家國(guó)情懷”“職業(yè)操守”“人文素養(yǎng)”等思政要素融入到課堂教學(xué)中，落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)(表1)。

表1 儀器分析隱性價(jià)值觀融入(以色譜分析為例)

1.1.2 線上與線下相融合

依托自建儀器分析超星-學(xué)習(xí)通線上SPOC平臺(tái)開(kāi)展線上線下混合式教學(xué)。首先科學(xué)分配線上線下學(xué)習(xí)內(nèi)容，線上內(nèi)容學(xué)習(xí)采用微課視頻任務(wù)點(diǎn)+自評(píng)測(cè)試的方式進(jìn)行，這種方式在有效減少教師的重復(fù)性教學(xué)的同時(shí)，解決了學(xué)生個(gè)體化能力差異的問(wèn)題，既滿足了學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，也有利于學(xué)生對(duì)內(nèi)容的深度學(xué)習(xí)。

另外注重在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中的師生互動(dòng)和生生互動(dòng)，以及時(shí)獲取學(xué)生的反饋，調(diào)整教學(xué)計(jì)劃，精準(zhǔn)施教?；?dòng)方式除了線下課堂主陣地之外，還通過(guò)學(xué)習(xí)通、QQ、電話以及每周1-2次的空中自習(xí)室進(jìn)行交流互動(dòng)，將課堂同步爆發(fā)式學(xué)習(xí)變?yōu)楫惒絺€(gè)性化學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)線上線下的深度融合。

1.1.3 問(wèn)題驅(qū)動(dòng)與可視化教學(xué)相融合

為了能夠引導(dǎo)學(xué)生深度融入課堂，在線下課堂的講授過(guò)程中堅(jiān)持以問(wèn)題為導(dǎo)向，系列問(wèn)題設(shè)計(jì)層層遞進(jìn)，由淺入深激發(fā)學(xué)生帶著問(wèn)題、帶著思考、帶著質(zhì)疑進(jìn)行學(xué)習(xí)，培養(yǎng)發(fā)散思維能力和質(zhì)疑精神。

另外，為了解決教學(xué)內(nèi)容枯燥、抽象、學(xué)習(xí)難度大的問(wèn)題，通過(guò)引入大量的圖片、視頻、動(dòng)畫、思維導(dǎo)圖以及情景化的游戲設(shè)計(jì)，讓學(xué)生能夠從聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)全方位的沉浸式接受信息。最后問(wèn)題的答案也不是老師告知的，而是學(xué)生經(jīng)過(guò)思考、分析、總結(jié)，評(píng)價(jià)自己獲取并且表達(dá)出來(lái)的。學(xué)生對(duì)于問(wèn)題的理解不僅僅是停留在簡(jiǎn)單的認(rèn)知、理解而是達(dá)到了評(píng)價(jià)、分析和創(chuàng)造的高階創(chuàng)新。實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)內(nèi)容聽(tīng)得到、看的見(jiàn)，摸得著還有趣味。

1.1.4 理論學(xué)習(xí)與研究實(shí)踐相融合

采用南開(kāi)大學(xué)張偉剛教授教研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立的P-MASE (Problem-Method-Analysis-Solution-Evaluation)研究性教學(xué)模型實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與研究實(shí)踐相融合[5](圖3)。并將課題選擇、方案撰寫、翻轉(zhuǎn)課堂匯報(bào)及小組協(xié)作的情況作為個(gè)性化成績(jī)的來(lái)源。P-MASE模型很好地將知識(shí)的理論性、實(shí)踐性、拓展性、探究性、趣味性有機(jī)結(jié)合了起來(lái)，提高了課程的挑戰(zhàn)度，讓學(xué)生真正忙了起來(lái)，在理論知識(shí)實(shí)現(xiàn)內(nèi)化的同時(shí)訓(xùn)練了學(xué)生的高階思辨能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)“思創(chuàng)融合，知行合一”。

圖3 理論學(xué)習(xí)與研究實(shí)踐融合教學(xué)實(shí)施方案

另外，學(xué)生提出的方案可行性好的可以直接進(jìn)入第二課堂開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)踐，在此基礎(chǔ)上，僅20級(jí)化工3班學(xué)生(40人)就獲批7項(xiàng)大創(chuàng)項(xiàng)目，4項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放項(xiàng)目。

1.2 課程評(píng)價(jià)方式

學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)是教學(xué)持續(xù)改進(jìn)閉環(huán)的關(guān)鍵，課程考核改變以往單一的試卷考核模式，構(gòu)建了以創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的三維評(píng)價(jià)體系。具體考核方式及成績(jī)比例構(gòu)成見(jiàn)圖4。

圖4 儀器分析評(píng)價(jià)方案

過(guò)程性考核(25%)：側(cè)重知識(shí)目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)，由超星-學(xué)習(xí)通平臺(tái)統(tǒng)計(jì)，全方位把控線上線下學(xué)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括學(xué)生簽到互動(dòng)、微課視頻學(xué)習(xí)、章節(jié)測(cè)試及作業(yè)成績(jī)等，大數(shù)據(jù)及時(shí)反饋學(xué)習(xí)成效，激勵(lì)學(xué)生自主矯正和探究學(xué)習(xí)。與此同時(shí)，教師根據(jù)大數(shù)據(jù)反饋，不斷調(diào)整課程設(shè)計(jì)，優(yōu)化教學(xué)方案，落實(shí)“以生為本”。

創(chuàng)新實(shí)踐考核(25%)：側(cè)重評(píng)價(jià)創(chuàng)新實(shí)踐能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)成度，考核學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐及團(tuán)隊(duì)協(xié)作成效。根據(jù)學(xué)生P-MASE模型問(wèn)題選題(20%)、方案撰寫(40%)，小組匯報(bào)(30%)及團(tuán)隊(duì)協(xié)作(10%)的情況評(píng)價(jià)，由教師、組間及組內(nèi)自評(píng)共同評(píng)價(jià)，通過(guò)引入校正因子F和個(gè)人貢獻(xiàn)率E促使學(xué)生全員深度融入創(chuàng)新實(shí)踐學(xué)習(xí)。具體評(píng)分細(xì)節(jié)見(jiàn)圖5。

圖5 創(chuàng)新實(shí)踐考核評(píng)價(jià)方法

階段性考核(50%)：期末閉卷考試全面評(píng)價(jià)三維目標(biāo)達(dá)成度。減少客觀題比例，提升期末考試的挑戰(zhàn)度，全面考查學(xué)生的基礎(chǔ)應(yīng)用和高階創(chuàng)新思辨能力。

1.3 四輪融合創(chuàng)新特色

近三年的創(chuàng)新實(shí)踐效果證明，采用四輪融合教學(xué)模式進(jìn)行儀器分析教學(xué)改革，不僅能夠突破課程痛點(diǎn)和難點(diǎn)，提高三維育人目標(biāo)達(dá)成度，還可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的系統(tǒng)性、教學(xué)內(nèi)容的時(shí)代性、教學(xué)手段的有效性和考評(píng)方式的科學(xué)性，打造有溫度、有趣味、有拓展、有挑戰(zhàn)且能有效引導(dǎo)學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)踐的混合式教學(xué)模式，進(jìn)而提升學(xué)生的高階創(chuàng)新實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，利于全方位、多維度地落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)。

2 課程建設(shè)成效

2.1 成績(jī)分析

選擇18級(jí)化工3班、19級(jí)化工3班和20級(jí)化工3班作為教學(xué)創(chuàng)新改革實(shí)驗(yàn)班級(jí)，經(jīng)過(guò)三期的教學(xué)創(chuàng)新，期末總評(píng)高分段學(xué)生比例和班級(jí)平均成績(jī)均明顯上升(平均成績(jī)由64.77升高至85.13)，與此同時(shí)，隨著改革不斷深化，認(rèn)為本門課程難學(xué)的學(xué)生比例也不斷降低(70.40%降低到了17.5%)。

2.2 學(xué)生評(píng)價(jià)

為了全面了解學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)效果，我們?cè)趯W(xué)期末對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查。相比19級(jí)化3班，20級(jí)化3班認(rèn)真聽(tīng)課學(xué)生比例由19級(jí)的81.3%升高至100%，證明我們采取的教改舉措有效提高了學(xué)生的課堂參與度。97.5%的學(xué)生認(rèn)為在課堂學(xué)習(xí)收獲大或者很大，證明學(xué)生在學(xué)習(xí)成績(jī)提升的同時(shí)學(xué)習(xí)獲得感也得到了滿足。學(xué)期結(jié)束學(xué)生反饋的詞云給出了“受益匪淺、輕松、理解、掌握、好、希望”等關(guān)鍵詞，證實(shí)了學(xué)生們對(duì)課程教學(xué)的認(rèn)可。

2.3 學(xué)生綜合能力提升

后續(xù)專業(yè)核心課程授課教師對(duì)教改三期學(xué)生的綜合能力評(píng)價(jià)逐步提升(圖6)，證明依托本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、創(chuàng)新實(shí)踐及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力均得到了很好的強(qiáng)化。另外，學(xué)生積極參與各類科學(xué)研究，發(fā)表多篇SCI及中文核心論文，獲批多項(xiàng)省級(jí)、校級(jí)大創(chuàng)項(xiàng)目，并多次在各類大賽榮獲特等獎(jiǎng)、金獎(jiǎng)、一等獎(jiǎng)等榮譽(yù)。與此同時(shí)，學(xué)生P-MASE模型選題大多傾向于食品安全、化工環(huán)境污染等關(guān)系民生安全的課題研究(圖7)，證明課程思政融入有效提升了學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和使命感；另外，學(xué)生積極參與疫情防控、校園美化、節(jié)能減排等公益活動(dòng)，證明在課程情感價(jià)值觀的滋養(yǎng)下，學(xué)生的道德品質(zhì)也得到了很好的塑造。

圖6 后續(xù)專業(yè)核心課程教師評(píng)價(jià)

圖7 部分P-MASE模型選題

2.4 教師成果

在進(jìn)行教學(xué)創(chuàng)新的過(guò)程中，課程組也獲得了豐碩的成果。獲2021年省級(jí)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)，課程被認(rèn)定為省級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育混合式示范課程，獲2022年省級(jí)教學(xué)創(chuàng)新大賽副高組二等獎(jiǎng)，第二屆“智慧樹(shù)杯”全國(guó)思政示范案例教學(xué)大賽一等獎(jiǎng)，近三年發(fā)表教改論文十余篇。自建的學(xué)習(xí)通儀器分析線上SPOC平臺(tái)千余人線上選課，累計(jì)學(xué)習(xí)次數(shù)超過(guò)75萬(wàn)次，線上教學(xué)資源除了應(yīng)用于我校儀器分析和儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)之外，還推廣應(yīng)用于我校色譜分析、光譜分析、波譜分析等課程的教學(xué)，我們創(chuàng)新的教學(xué)模式已經(jīng)被蘭州大學(xué)、中國(guó)藥科大學(xué)等同行借鑒使用，也被教務(wù)處作為疫情防控示范課堂在全校推廣。

3 結(jié)語(yǔ)

哈佛大學(xué)原校長(zhǎng)普西先生曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，創(chuàng)新實(shí)踐能力是區(qū)分一流人才和三流人才的重要標(biāo)桿，可見(jiàn)創(chuàng)新實(shí)踐能力的塑造對(duì)于培養(yǎng)一流人才至關(guān)重要。儀器分析作為科學(xué)研究的眼睛，是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，課程學(xué)習(xí)的目的就是需要學(xué)生熟練使用各種分析儀器創(chuàng)新地解決生產(chǎn)生活過(guò)程中所遇到的各種現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，可見(jiàn)本課程的學(xué)習(xí)對(duì)人才創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)具有重要作用?；诖耍n程組以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力為導(dǎo)向，在各種教學(xué)方法的基礎(chǔ)上創(chuàng)新使用四輪融合教學(xué)模式進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計(jì)，將知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和價(jià)值塑造有機(jī)結(jié)合了起來(lái)，不僅提高了課程的創(chuàng)新性、高階性和挑戰(zhàn)度，更激勵(lì)學(xué)生真正動(dòng)了起來(lái)，有效促進(jìn)了學(xué)生深度參與課堂，提高了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，既打造了一流課程，又培養(yǎng)了一流人才，一舉兩得。教學(xué)改革沒(méi)有終點(diǎn)，我們將不忘初心，始終堅(jiān)持“以學(xué)生中心”砥礪前行。