分析化學(xué)混合式教學(xué)模式的探索與實踐

任聰，崔麗偉，劉志景，劉俊桃，耿廣威，徐軍

(河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院 理學(xué)部，河南 鄭州 450011)

0 引言

創(chuàng)新是發(fā)展的第一動力，人才是創(chuàng)新的第一資源，人才競爭首先是人才培養(yǎng)的競爭。2018年教育部全面推進(jìn)“四新”建設(shè)，旨在培養(yǎng)高水平的應(yīng)用型創(chuàng)新人才[1]。課程是人才培養(yǎng)的核心要素，是體現(xiàn)“以學(xué)生發(fā)展為中心”理念的“最后一公里”[2]。習(xí)近平總書記指出，基礎(chǔ)研究是整個科學(xué)體系的源頭，是所有技術(shù)問題的總機(jī)關(guān)。基礎(chǔ)課程也是專業(yè)課程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)[3]。在大學(xué)一年級開設(shè)的分析化學(xué)課程是應(yīng)用型本科院校新工科專業(yè)課程，如食品專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，開設(shè)在大一第二學(xué)期。課程以定量分析為重點(diǎn)，注重應(yīng)用，實踐性強(qiáng)，其教學(xué)質(zhì)量直接影響后續(xù)專業(yè)課程的開展和未來食品人才的培養(yǎng)[4]。從知識傳授層面，本課程的知識目標(biāo)為掌握分析化學(xué)的基礎(chǔ)理論及常用的定性、定量分析方法，銜接學(xué)生前期中學(xué)知識與后續(xù)專業(yè)知識；從能力培養(yǎng)層面，本課程培養(yǎng)學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程所需的科學(xué)思維、科學(xué)素養(yǎng)以及實驗技能；從價值塑造層面，本課程培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、責(zé)任感、使命感以及家國情懷。大學(xué)一年級的學(xué)生正處于人生觀、價值觀、世界觀形成的關(guān)鍵時期，必須充分發(fā)掘化學(xué)課程所蘊(yùn)含的思政元素，讓思政育人與化學(xué)教學(xué)同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)，達(dá)到全方位育人的目的。因此，本課程教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響到學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程的信心和能力。

目前分析化學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀及主要問題體現(xiàn)在以下方面：(1)教學(xué)模式仍待改進(jìn)。傳統(tǒng)教師為主體的教學(xué)模式難以有效提升學(xué)生參與度和興趣度，較難形成師生學(xué)習(xí)共同體。即便是對那些能夠全程投入的學(xué)生而言，在被動學(xué)習(xí)過程中他們也僅僅只是接受了知識的傳授，而能力培養(yǎng)和價值塑造比較困難。(2)育人功能仍待完善。在能力層面：由于教學(xué)模式仍是以教師為中心的知識傳授為主，學(xué)生被動接受知識，但卻無法被動獲得能力。只有那些經(jīng)主動理解吸收并在實踐中得到反饋的知識，才能最終內(nèi)化為能力；在價值層面：目前在教學(xué)中雖然涉及課程思政，但總體表現(xiàn)為“干巴巴說教”，未充分挖掘、梳理與課程知識相關(guān)的思政元素，未有效融入課堂教學(xué)，未形成一個以課程知識為主線的多元化、可持續(xù)的課程思政體系。

自進(jìn)入信息時代以來，以互聯(lián)網(wǎng)為核心的信息技術(shù)改變了人類社會的生產(chǎn)方式和生活方式。疫情期間，全世界教師為應(yīng)對危機(jī)大規(guī)模開展在線教學(xué),這些經(jīng)實踐得來的寶貴經(jīng)驗與成果也促使傳統(tǒng)的課堂教學(xué)與融入信息技術(shù)的在線教學(xué)深度融合。教育部高等教育司司長吳巖認(rèn)為：“我們再也不可能、也不應(yīng)該退回到疫情發(fā)生之前的教與學(xué)狀態(tài)，因為融合了‘互聯(lián)網(wǎng)+’‘智能+’技術(shù)的在線教學(xué)已經(jīng)成為中國高等教育和世界高等教育的重要發(fā)展方向。”混合式教學(xué)是一種將“線上”教學(xué)與“線下”教學(xué)優(yōu)勢互補(bǔ)、有機(jī)結(jié)合的教學(xué)新模式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式、個性化學(xué)習(xí)，從單純的知識傳遞向知識、能力、素質(zhì)的全面培養(yǎng)轉(zhuǎn)變[5]?；旌鲜浇虒W(xué)勢必將成為今后高校教學(xué)的新常態(tài)。

吸光光度法這部分內(nèi)容是儀器分析法的開篇，與學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程如儀器分析、食品分析、食品理化檢驗等課程有直接、緊密的聯(lián)系，因此掌握其原理具有重要意義。本文選取“吸光光度法的基本原理”這一重要知識點(diǎn)作為混合式教學(xué)設(shè)計案例，從教學(xué)設(shè)計、教學(xué)過程、教學(xué)反思的角度進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 教學(xué)設(shè)計

1.1 教學(xué)理念

本節(jié)課始終圍繞學(xué)生為中心，通過專業(yè)和生活中的問題激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，通過層層遞進(jìn)的教學(xué)環(huán)節(jié)引導(dǎo)他們主動思考、突破重難點(diǎn)；在教學(xué)中，以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，以實際應(yīng)用為載體，與專業(yè)知識有機(jī)結(jié)合，并融入思政元素，既夯實未來食品行業(yè)工作者的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)，又培育未來食品行業(yè)工作者的社會責(zé)任感和職業(yè)道德，最終實現(xiàn)知識、能力、情感價值的三重目標(biāo)。

1.2 學(xué)情分析

其前期課程主要是高中化學(xué)知識，但由于高中化學(xué)部分知識為選修，存在學(xué)習(xí)程度不一致的問題，故要充分了解學(xué)情，以便及時調(diào)整授課內(nèi)容和方式，必要時可分層次、分梯度開展教學(xué)，力求照顧到每位學(xué)生。同時，部分學(xué)生還未意識到基礎(chǔ)課程的重要性，比如食品專業(yè)的儀器分析、食品分析、食品化學(xué)等專業(yè)核心課均需要分析化學(xué)課程的基礎(chǔ)。所以，在授課中要多結(jié)合專業(yè)知識，讓學(xué)生切實感受到本門課程的重要性，提高學(xué)習(xí)動力。此外，因化學(xué)理論性較強(qiáng)導(dǎo)致學(xué)生興趣不足，所以教師在課堂中加入動畫人物和動畫演示來化難為簡，并增加趣味性。

具體到本節(jié)課，學(xué)生通過高中階段的學(xué)習(xí)和生活知識的積累，已經(jīng)掌握了一些光的基本性質(zhì)如：波長、頻率、速度、能量、顏色等，這是學(xué)習(xí)本次課程的知識基礎(chǔ)。此外，通過前面“四大滴定”的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)初步擁有嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度和具備一定分析解決問題的能力，這是學(xué)習(xí)本次課的能力基礎(chǔ)。由于本次課程概念多、知識點(diǎn)瑣碎、原理部分內(nèi)容較多，學(xué)生在學(xué)習(xí)理解時可能存在困難。

1.3 教學(xué)目標(biāo)

知識目標(biāo)包括：(1)能夠理解物質(zhì)的顏色源于物質(zhì)對可見光的選擇性吸收；(2)能夠利用光吸收曲線的形狀和λmax對物質(zhì)進(jìn)行定性分析；(3)能夠利用朗伯-比爾定律對物質(zhì)進(jìn)行定量分析；(4)知曉朗伯-比爾定律成立的條件和偏離朗伯-比爾定律的原因。

能力目標(biāo)包括：(1)通過吸光光度法知識點(diǎn)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)和層層遞進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理和歸納總結(jié)的能力；(2)通過吸光光度法在食品專業(yè)中的相關(guān)應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。

情感價值目標(biāo)包括：(1)通過介紹吸光光度法在食品專業(yè)中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生熱愛和學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情；(2)通過介紹吸光光度法在食品添加劑測定中的應(yīng)用，鼓勵各位“食品人”要有更多的社會責(zé)任感和職業(yè)道德；(3)通過對物理學(xué)家牛頓的簡介，學(xué)習(xí)牛頓的好奇心、求知欲，并勇于實踐。

1.4 教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)為光吸收曲線用于定性、定量分析。解決方法：通過動畫演示的形式，以高錳酸鉀為例，繪制其光吸收曲線。通過對比四種常見物質(zhì)的光吸收曲線，啟發(fā)學(xué)生不同物質(zhì)光吸收曲線的形狀和λmax不同，因此可利用光吸收曲線的形狀和λmax對物質(zhì)進(jìn)行定性分析。接著比較不同濃度高錳酸鉀溶液的光吸收曲線。首先不同曲線的形狀和λmax基本相同，這就印證了確實可利用光吸收曲線的形狀和λmax對物質(zhì)進(jìn)行定性分析；其次濃度越大，吸光度越大。于是，引出描述濃度與吸光度關(guān)系的朗伯-比爾定律用于定量分析。

教學(xué)難點(diǎn)為物質(zhì)顏色與光的關(guān)系。解決方法：首先通過日常生活中色彩繽紛的飲料入手提出問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；其次介紹光的概念(單色光、復(fù)合光、白光、互補(bǔ)色光)，在介紹過程中聯(lián)系生活常識激發(fā)學(xué)生舊知；再次通過動畫演示的形式，以無色、黑色、紫色、藍(lán)色溶液為例，啟發(fā)引導(dǎo)同學(xué)們進(jìn)行小結(jié)——物質(zhì)的顏色源于物質(zhì)對可見光的選擇性吸收；最后通過練習(xí)來鞏固認(rèn)知。

1.5 教學(xué)方法

本部分內(nèi)容主要采用BOPPPS教學(xué)法：包括案例導(dǎo)入→聚焦目標(biāo)→前測→參與式學(xué)習(xí)→后測→歸納總結(jié)的六步閉環(huán)教學(xué)活動，并將問題引導(dǎo)法、講授法、演示法等有機(jī)進(jìn)行結(jié)合。課堂上通過環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)的問題，調(diào)動學(xué)生探索知識形成規(guī)律的內(nèi)在動機(jī)，并輔以動畫及圖片、豐富教學(xué)信息，幫助學(xué)生更好地理解重難點(diǎn)內(nèi)容。

2 教學(xué)過程

2.1 導(dǎo)入新課

導(dǎo)入的功能是在教學(xué)活動中提高學(xué)生的注意力并凸顯出課程內(nèi)容與學(xué)生之間的關(guān)聯(lián)，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動機(jī)，從而幫助學(xué)生專注于接下來的課程內(nèi)容中。針對食品專業(yè)的學(xué)生，在設(shè)計時選取與專業(yè)和生活中相關(guān)的實際問題出發(fā)，比如色彩繽紛的飲料是由于添加了色素，為了增進(jìn)食品的感官和品質(zhì)，在生產(chǎn)加工時會加入食品添加劑，比如色素，而添加劑的使用需要嚴(yán)格符合國家標(biāo)準(zhǔn)，因此對其進(jìn)行測定意義重大。接下來向?qū)W生展示常見添加劑在飲料中的最大限制使用量，繼續(xù)拋出問題“這些物質(zhì)能用滴定分析法來測定嗎”。由于這些物質(zhì)的含量低于1%，因此運(yùn)用滴定分析法無法進(jìn)行準(zhǔn)確測定，從而引出儀器分析法。

2.2 確定目標(biāo)

教師向?qū)W生展示思維導(dǎo)圖，明確本次內(nèi)容在本門課程以及本章中的位置和地位，并依據(jù)課程內(nèi)容制定可衡量、可評價的教學(xué)目標(biāo)：(1)能夠理解物質(zhì)的顏色基于物質(zhì)對可見光的選擇性吸收；(2)能夠利用光吸收曲線的形狀和λmax對物質(zhì)進(jìn)行定性分析；(3)能夠利用朗伯-比爾定律對物質(zhì)進(jìn)行定量分析；(4)知曉朗伯-比爾定律成立的條件和偏離朗伯-比爾定律的原因。

2.3 前測

教師將吸光光度法概述部分設(shè)置為課前學(xué)習(xí)通線上學(xué)習(xí)的內(nèi)容，并通過學(xué)前測對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行檢驗。

2.4 參與式學(xué)習(xí)

2.4.1 物質(zhì)對光的選擇性吸收

教師通過學(xué)生討論的結(jié)果——“目視比色法”很難對物質(zhì)的含量進(jìn)行準(zhǔn)確測定，從而引出若想準(zhǔn)確測定物質(zhì)含量需借助光譜儀器進(jìn)行分析。教師帶領(lǐng)同學(xué)回顧光的基本性質(zhì)，講解電磁波譜圖，將本章的關(guān)注點(diǎn)鎖定在可見光區(qū)。接著通過展示色彩斑斕的圖片拋出問題“為什么物質(zhì)會呈現(xiàn)不同顏色”，引發(fā)學(xué)生思考，并帶著問題進(jìn)入第一部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)：單色光、復(fù)合光、互補(bǔ)光三個重要概念。在此部分的學(xué)習(xí)中，教師通過一連串環(huán)環(huán)相扣的問題，如：生活中的復(fù)合光有哪些；太陽光有多少種顏色；為什么我們看到的太陽光通常都是白光等問題，來引導(dǎo)學(xué)生對知識一步步進(jìn)行理解，并融入牛頓發(fā)現(xiàn)七色光的時代背景介紹，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)牛頓勇于實踐的科學(xué)精神。然后教師對溶液的顏色進(jìn)行解釋，并讓學(xué)生練習(xí)，接著教師對“為什么不同物質(zhì)會吸收不同的光”進(jìn)行拓展延伸，并提供課后閱讀材料，供有興趣的同學(xué)課后繼續(xù)深入學(xué)習(xí)。

2.4.2 光吸收曲線

教師介紹透光率和吸光度的概念及公式，接著以高錳酸鉀為例，測定它對不同波長光的吸光度，講解光吸收曲線的繪制過程。讓學(xué)生將幾種不同物質(zhì)的光吸收曲線進(jìn)行對比，得出不同物質(zhì)的光吸收曲線不同的結(jié)論，更進(jìn)一步得到光吸收曲線的形狀和最大吸收波長λmax的位置不同。接著教師進(jìn)行小結(jié)：光吸收曲線體現(xiàn)了物質(zhì)的特性，可利用光吸收曲線的形狀和最大吸收波長λmax的位置對物質(zhì)進(jìn)行定性分析。

2.4.3 光吸收定律

教師介紹朗伯比爾定律A=Kbc，強(qiáng)調(diào)該定律的使用前提和范圍：(1)入射光為平行單色光且垂直照射；(2)吸光物質(zhì)為均勻非散射體系；(3)吸光質(zhì)點(diǎn)之間無相互作用；(4)輻射與物質(zhì)之間僅限于光吸收過程，無熒光和光化學(xué)現(xiàn)象發(fā)生；(5)吸光度具有加和性，溶液的總吸光度等于各吸光物質(zhì)的吸光度之和。接著教師講解吸光系數(shù)a和摩爾吸光系數(shù)ε，學(xué)生完成學(xué)習(xí)通測試題對本部分內(nèi)容進(jìn)行鞏固。

2.4.4 定量分析方法

教師講解比較法、標(biāo)準(zhǔn)曲線法這兩種利用朗伯比爾定律來進(jìn)行定量測定的方法，然后讓學(xué)生分組討論并歸納比較法、標(biāo)準(zhǔn)曲線法與比色法這三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。接著各組學(xué)生表達(dá)觀點(diǎn)，教師傾聽并給與反饋和小結(jié)。三種方法各有特點(diǎn)，沒有絕對的好或壞，需要根據(jù)具體測定條件和要求來進(jìn)行選擇。

2.4.5 專業(yè)拓展延伸

教師在課前給兩個小組布置任務(wù)“查找吸光光度法在食品專業(yè)中的應(yīng)用”，并持續(xù)給予指導(dǎo)和幫助。課上兩個小組作為講解員，給大家匯報查找到的相關(guān)應(yīng)用，并接受提問。接著教師展示更多吸光光度法在食品專業(yè)中的應(yīng)用，如營養(yǎng)物質(zhì)、酶活性、食品添加劑測定等，并推薦關(guān)于吸光光度法在食品領(lǐng)域應(yīng)用的英文期刊作為課后閱讀材料。此外，老師要糾正大眾對食品添加劑的誤解。對食品添加劑，一方面同學(xué)們要認(rèn)識到?jīng)]有食品添加劑就沒有現(xiàn)代食品工業(yè)，只要科學(xué)、合理使用食品添加劑，對人體并沒有危害；另一方面，身為“食品人”，一定要有更多的社會責(zé)任感和職業(yè)道德，才能讓更廣大民眾對我國食品安全更加有信心。

2.5 后測與總結(jié)

教師發(fā)布后測題目來評測學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度，并針對共性問題進(jìn)行講解，最后引導(dǎo)學(xué)生對本課知識點(diǎn)的邏輯關(guān)系進(jìn)行梳理和總結(jié)。在此過程中，教師需要再次強(qiáng)化重難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維并鍛煉學(xué)生的歸納能力，并通過提問預(yù)告下節(jié)內(nèi)容。

3 教學(xué)反思

吸光光度法是儀器分析法中的重要內(nèi)容，在生產(chǎn)、生活、科研中應(yīng)用廣泛，與學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程聯(lián)系緊密，因此掌握其原理尤顯重要。本節(jié)課在授課過程中注重通過動畫、現(xiàn)場演示等形式來突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)；注重前后知識的比較和銜接，比如將前面學(xué)習(xí)的滴定分析法與吸光光度法進(jìn)行比較；注重與專業(yè)結(jié)合，介紹了吸光光度法在食品專業(yè)中的應(yīng)用；注重與日常生活結(jié)合，介紹了顏色的由來以及生活中的常見現(xiàn)象；注重如鹽入水、潤物無聲地融入思政，如身為“食品人”要有更多的社會責(zé)任感和職業(yè)道德；注重通過介紹拓展內(nèi)容和推薦閱讀材料來增加學(xué)生知識的廣度和深度；注重課堂的互動和總結(jié)來激發(fā)學(xué)生興趣，并幫助學(xué)生進(jìn)行知識梳理。課后通過學(xué)習(xí)通布置作業(yè)和測驗及時鞏固知識。本次課堂教學(xué)生動有趣，貼近現(xiàn)實、貼近專業(yè)，學(xué)生的積極性非常高，能夠積極思考并參與互動、討論、練習(xí)。但本次內(nèi)容概念多，知識點(diǎn)瑣碎，授課過程中一定要把握好知識點(diǎn)之間的邏輯銜接，利用好板書進(jìn)行知識梳理。

4 結(jié)語

教學(xué)改革一直在路上。在后續(xù)的課程建設(shè)中，筆者會進(jìn)一步加強(qiáng)信息技術(shù)、課程思政與教育改革的深度融合，著力于進(jìn)一步結(jié)合學(xué)生的專業(yè)來設(shè)計課堂活動，對討論主題和內(nèi)容進(jìn)行合理規(guī)劃，提升課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，增強(qiáng)學(xué)生的參與度，要讓學(xué)生動起來、忙起來，使分析化學(xué)課程更好地為后續(xù)專業(yè)課程輸送基礎(chǔ)扎實、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、思想過硬的優(yōu)良人才。