新工科背景下“儀器分析”混合式教學(xué)改革與實(shí)踐

路艷珍，周啟花，李 娜，陳 宇，祈語欣，唐 敏，王賢彬

(1.合肥師范學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.中觸媒新材料股份有限公司，遼寧 大連 116308)

從2015年到2022年，教育部等部門相繼發(fā)布了《關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)意見》 《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》 《未來技術(shù)學(xué)院建設(shè)指南(試行)》[1-3]。從這一系列舉措看出，國家對(duì)新時(shí)代下工科專業(yè)技術(shù)性人才的需求，意在推動(dòng)地方高校將人才培養(yǎng)的目標(biāo)切實(shí)轉(zhuǎn)化到服務(wù)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展上來，強(qiáng)力培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新復(fù)合型技術(shù)人才。全國各高校積極把握建設(shè)新工科的機(jī)遇，以動(dòng)態(tài)的、發(fā)展的思維深入開展課程教學(xué)改革[4-5]。以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”教學(xué)模式革新，成為現(xiàn)階段新工科高等教育教學(xué)改革中的重要探索方向[6-7]。眾多新模式下的國家級(jí)一流本科課程被培育建設(shè)，其中線上線下混合式課程融合了線上教學(xué)學(xué)習(xí)的便利性和線下面授教師言傳身教的優(yōu)勢(shì)，成為新主流。本文以化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生的儀器分析課程為例，提出基于“超星學(xué)習(xí)通+傳統(tǒng)課堂”的線上線下混合式教學(xué)方法，致力于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和傳統(tǒng)課堂教學(xué)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，助力新工科背景下儀器分析課程的革新。

1 儀器分析課程線上線下混合式教學(xué)的必要性和可行性

儀器分析課程章節(jié)多、知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容繁雜，涉及光學(xué)分析、電化學(xué)分析、色譜分離分析等[8]，但開課前，絕大部分學(xué)生對(duì)分析儀器缺乏了解，因此對(duì)課程不感興趣，在學(xué)習(xí)過程中處于被動(dòng)狀態(tài)，學(xué)習(xí)效率極低。此外，該課程具備多專業(yè)交叉性，包含物理、化學(xué)、電子、數(shù)學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，教師常需花大量的時(shí)間講解，基礎(chǔ)知識(shí)薄弱的學(xué)生面對(duì)高強(qiáng)度知識(shí)輸出往往應(yīng)接不暇，在短暫的課堂上很難實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的充分理解和把握。若課后再無有效的整理復(fù)習(xí)，很可能導(dǎo)致對(duì)后續(xù)內(nèi)容更難理解，從而失去學(xué)好儀器分析的信心和動(dòng)力，更談不上學(xué)以致用。因此為實(shí)現(xiàn)新工科背景下創(chuàng)新應(yīng)用型化工人才的培養(yǎng)，亟需對(duì)該課程的教學(xué)模式進(jìn)行革新。

線上線下混合式教學(xué)方法的產(chǎn)生，給傳統(tǒng)儀器分析課程教學(xué)帶來了全新的思考，它把傳統(tǒng)的線下課堂教學(xué)方式與線上網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)在網(wǎng)絡(luò)虛擬空間與傳統(tǒng)課堂的同步開展，秉承了以學(xué)生為主體的教學(xué)核心理念，力求將其滿足不同學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求、尊重學(xué)生的個(gè)體學(xué)習(xí)差異[9]。授課前，教師充分整合互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)資源，制作課程相關(guān)動(dòng)畫和視頻，建設(shè)在線課程，學(xué)生可利用線上課程提前進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和自檢；課堂上，教師根據(jù)學(xué)生線上課程的學(xué)習(xí)反饋調(diào)整課堂教學(xué)內(nèi)容，通過系統(tǒng)化的講解碎片化的教學(xué)資源，突出教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)，有效縮短教學(xué)時(shí)長，留出更多的時(shí)間給學(xué)生交流討論，增加學(xué)生的課堂參與性；下課后，學(xué)生還可以利用線上課程鞏固課堂教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)還能滿足學(xué)生的個(gè)體差異，學(xué)生可根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況自行決定是否反復(fù)學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，提高自主學(xué)習(xí)能力。隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)水平的提高，線上資源的收集與制作、教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)也更加便利，學(xué)生在任何時(shí)間地點(diǎn)都可通過線上教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)方式更加靈活。因此，在儀器分析課程中開展實(shí)施“線上教學(xué)平臺(tái)+傳統(tǒng)的課堂教學(xué)”的教學(xué)模式不僅非常必要，而且切實(shí)可行。

2 儀器分析課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

儀器分析是面向化學(xué)工程、制藥工程等多個(gè)學(xué)科的專業(yè)核心課程，不同專業(yè)因教學(xué)計(jì)劃不同，教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)也有所不同。以合肥師范學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)為例，在該專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中，儀器分析課程共計(jì)48學(xué)時(shí)，本文探討其教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題。

2.1 傳統(tǒng)課堂教學(xué)方法不能滿足創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，采用以教師為中心、教師講授和學(xué)生聽課為主的單一課堂講授方式。由于課時(shí)有限、課程教學(xué)內(nèi)容較多，儀器基本理論知識(shí)抽象、儀器構(gòu)造復(fù)雜，教師往往需在限定的課時(shí)內(nèi)輸出大量教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生被動(dòng)接受，缺乏學(xué)習(xí)的積極性和動(dòng)力，學(xué)習(xí)結(jié)果不夠理想。這種單調(diào)的教學(xué)和學(xué)習(xí)方式往往限制了學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)。為了破解這一問題，我們提出了“線上教學(xué)平臺(tái)+傳統(tǒng)的課堂教學(xué)”的線上線下混合式教學(xué)方法，如表1所示。在新的教學(xué)方法下，教師的教學(xué)時(shí)長和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式都與傳統(tǒng)課堂教學(xué)有較大的差異，其增大了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，更加凸顯了學(xué)生的主體地位，更加注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

表1 儀器分析課程安排情況

2.2 理論與實(shí)踐的脫節(jié)不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)

儀器分析理論課程中涉及大量的基本原理、儀器構(gòu)造、單元操作等，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，需要更多的時(shí)間去學(xué)習(xí)和實(shí)際操作。儀器分析實(shí)驗(yàn)課程往往開設(shè)于第五學(xué)期，學(xué)生不能及時(shí)的通過實(shí)驗(yàn)操作來加以鞏固理解，更談不上轉(zhuǎn)化成自身的能力在實(shí)際生活、工業(yè)上學(xué)以致用，可能會(huì)出現(xiàn)理論知識(shí)很足但實(shí)踐能力很差的情況。通過增加線上教學(xué)平臺(tái)，教師提前準(zhǔn)備相關(guān)分析儀器的構(gòu)造、實(shí)際操作、在日常生活中的應(yīng)用實(shí)例、文獻(xiàn)報(bào)道等供學(xué)生課下自主學(xué)習(xí)，使晦澀難懂的理論知識(shí)與一線企業(yè)生產(chǎn)管理和實(shí)踐接軌，從而培養(yǎng)學(xué)生達(dá)到實(shí)踐產(chǎn)業(yè)管理所需要的基本素質(zhì)與能力。

3 儀器分析課程線上線下混合式教學(xué)的設(shè)計(jì)思路與實(shí)踐

我們分析該課程在新工科背景下化工專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)中的作用，確定教學(xué)目標(biāo)，堅(jiān)持以學(xué)生為中心，通過線上課程的制作與設(shè)置、傳統(tǒng)課堂的開展及線上線下混合式教學(xué)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化三個(gè)方面來設(shè)計(jì)教學(xué)方式，建立“線上教學(xué)平臺(tái)+傳統(tǒng)的課堂教學(xué)”的線上線下混合式教學(xué)法。

線上課程平臺(tái)從章節(jié)中所包含的名人小故事、日常生活中存在的實(shí)用事例等出發(fā)，引出教學(xué)內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；在課前設(shè)置并要求學(xué)生完成線上課程的知識(shí)回顧、基本概念及發(fā)展歷程等，以達(dá)到基礎(chǔ)知識(shí)不占用課堂時(shí)間的目的。而傳統(tǒng)課堂采用搶答、小測驗(yàn)等方法提高學(xué)生的參與度，當(dāng)堂根據(jù)課堂表現(xiàn)給出評(píng)價(jià)，并安排學(xué)生進(jìn)行分組討論匯報(bào)某種儀器分析方法在實(shí)際生活中應(yīng)用的案例。這種方式既調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與興趣，又能檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)先前所學(xué)理論知識(shí)的理解掌握能力，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。最后，對(duì)這種教學(xué)方法進(jìn)行多維度評(píng)價(jià)，除了傳統(tǒng)已有的教師評(píng)價(jià)打分之外，引入學(xué)生自評(píng)和學(xué)生互評(píng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)斗志，同時(shí)也讓學(xué)生最終形成了如圖1所示的一個(gè)中心(以學(xué)生為中心)、兩個(gè)循環(huán)(線上學(xué)習(xí)和線下學(xué)習(xí)相循環(huán)，學(xué)習(xí)結(jié)果和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)相循環(huán))、四個(gè)過程(學(xué)習(xí)開始、學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)結(jié)果以及學(xué)習(xí)評(píng)價(jià))的混合式教學(xué)模式。

圖1 線上線下混合式教學(xué)模式

3.1 線上課程的制作與設(shè)置

線上課程的制作與設(shè)置主要發(fā)生在學(xué)習(xí)開始階段。2018到2022年，學(xué)校組織骨干教師修訂儀器分析課程標(biāo)準(zhǔn)，確定線上課程的授課內(nèi)容，共設(shè)置12個(gè)學(xué)時(shí)，涵蓋4大章節(jié)，包括光學(xué)分析法、電化學(xué)分析法、色譜分析法及其他分析法等。參考資料包括高等教育出版社華中師范大學(xué)等主編的第4版《分析化學(xué)》下冊(cè)[8]、武漢大學(xué)主編的第五版《分析化學(xué)》下冊(cè)[10]，以及Analytical Chemistry、Analytical Methods等經(jīng)典外文期刊。其次，教師收集并建設(shè)線上課程，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行分割，將儀器發(fā)展歷史、基本原理、基本概念及儀器構(gòu)造等內(nèi)容轉(zhuǎn)變成適宜碎片化學(xué)習(xí)的小知識(shí)點(diǎn)，通過ppt、動(dòng)態(tài)圖片、及微視頻等方式展示，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。最后，將課程素材和測驗(yàn)通過學(xué)習(xí)通線上平臺(tái)運(yùn)行，在傳統(tǒng)課堂教學(xué)開始前，在學(xué)習(xí)通平臺(tái)布置學(xué)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成學(xué)習(xí)內(nèi)容及知識(shí)點(diǎn)測驗(yàn)，便于學(xué)生和教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度及成果，為后續(xù)學(xué)習(xí)過程階段的開展奠定基礎(chǔ)。

以原子光譜法的教學(xué)設(shè)計(jì)為例。首先，創(chuàng)設(shè)情境、圖片案例引入。從2019年為慶祝中華人民共和國成立70周年燃放煙花，到2020年的熱播電視劇“三十而已”的煙花爆炸案等出發(fā)，引發(fā)學(xué)生思考為什么煙花可以呈現(xiàn)不同的顏色，進(jìn)而引出微課教學(xué)內(nèi)容--原子發(fā)射光譜。引例與教學(xué)主題內(nèi)容相契合，背景簡單生動(dòng)有趣，易于理解。其次，結(jié)合先前所學(xué)知識(shí)金屬鈉、鉀的焰色反應(yīng)，其燃燒發(fā)光原理就是基于原子發(fā)射光譜法，進(jìn)而介紹原子發(fā)射光譜的基本概念、過程、特點(diǎn)等。這些內(nèi)容較簡單，可以通過線上課程完成。最后，通過課后測驗(yàn)，檢驗(yàn)學(xué)生的自學(xué)成效和學(xué)習(xí)過程中的難點(diǎn)。測驗(yàn)結(jié)果顯示，學(xué)生對(duì)原子發(fā)射光譜的發(fā)展歷史、特點(diǎn)等內(nèi)容掌握的較好，對(duì)其基本原理掌握的相對(duì)較差一些。

3.2 傳統(tǒng)課堂的開展

傳統(tǒng)課堂的開展包括學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)結(jié)果及學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)等，采用的是以教師為主導(dǎo)人和學(xué)生為主導(dǎo)人的兩種授課形式。

第一，教師作為主導(dǎo)人。教師根據(jù)學(xué)生的線上學(xué)習(xí)情況，調(diào)整線下課堂內(nèi)容，減少基礎(chǔ)知識(shí)的講授時(shí)間，重點(diǎn)放在將不同的碎片化知識(shí)串聯(lián)起來進(jìn)行宏觀把控。同時(shí)，在講解過程中，布置以選擇題為主的測驗(yàn)，設(shè)置選人、搶答等環(huán)節(jié)，對(duì)線上學(xué)習(xí)的實(shí)際效果進(jìn)一步考核。測驗(yàn)題目的選取要注重難易適度、內(nèi)容全面，既不能挫傷學(xué)生學(xué)習(xí)的自信心，又不能使學(xué)生過于輕易完成驕傲自滿。在回答完畢之后，講師將抽點(diǎn)同學(xué)對(duì)答案的正確選擇做出說明，并對(duì)其他錯(cuò)誤選項(xiàng)做出解析。最后，再對(duì)回答的合理與否及對(duì)答案選擇的正確判斷與理解情況分別打分，從而多維度的評(píng)估學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)效果和課堂參與程度。

第二，學(xué)生作為主導(dǎo)人。授人以魚，不如授人以漁。儀器分析方法眾多，我們不僅僅要傳授基本理論知識(shí)，更重要的是完成學(xué)生從學(xué)會(huì)到會(huì)學(xué)的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生探究性自主學(xué)習(xí)能力。主要采用以下兩種方法：其一，在傳統(tǒng)課堂設(shè)置研討課，發(fā)布學(xué)生小組討論，派代表發(fā)言，考察學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用能力。線下課堂上共設(shè)置了三場研討課，光學(xué)分析法、電化學(xué)分析法與色譜分析法各一場。例如，在講到原子發(fā)射光譜法時(shí)，就以化妝品安全--日本某高端護(hù)膚潔面霜與凈白精華液中分別檢出了鉻、釹等高毒性金屬事件為例，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)嚴(yán)格監(jiān)控化妝品等商品中重金屬的含量展開研討。這種討論是基于學(xué)生對(duì)原子發(fā)射光譜法基本原理、儀器構(gòu)造及使用的牢固掌握，也為學(xué)生將來的科學(xué)研究及工作打下了基礎(chǔ)。其二，儀器分析課程的眾多章節(jié)中，部分在形式和內(nèi)容上有相似之處，教師可先講一章拋磚引玉，其他類似章節(jié)交由學(xué)生。50名學(xué)生自由組合分為10個(gè)小組，每組5人，題目提前1個(gè)月布置，由學(xué)生自行選擇，將章節(jié)內(nèi)容細(xì)化分解成多個(gè)小知識(shí)點(diǎn)，最終進(jìn)行ppt或微視頻課堂匯報(bào)，每位同學(xué)都需就某個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解。講解結(jié)束后通過學(xué)生自評(píng)、學(xué)生互評(píng)、教師點(diǎn)評(píng)等多種形式進(jìn)行評(píng)價(jià)，增加課程考核的維度，讓教師和學(xué)生都更加清晰的認(rèn)識(shí)教學(xué)的過程和成果。

3.3 線上線下混合式教學(xué)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化

為了優(yōu)化線上線下混合式教學(xué)的效果，提出采用反饋機(jī)制、協(xié)助機(jī)制和調(diào)整機(jī)制相結(jié)合來解決混合式教學(xué)中出現(xiàn)的問題。

1)反饋機(jī)制。線上教學(xué)使教師和學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)連接，變遠(yuǎn)的物理距離導(dǎo)致教師無法及時(shí)捕捉學(xué)生的表現(xiàn)。在線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)合理的反饋機(jī)制，及時(shí)反饋學(xué)生的表現(xiàn)，以便教師調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方式來適應(yīng)學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)。例如，在線上電子資源中，設(shè)置學(xué)習(xí)次數(shù)和學(xué)習(xí)時(shí)長作為監(jiān)測指標(biāo)，教師可通過該指標(biāo)的完成情況了解學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)態(tài)度；設(shè)置知識(shí)點(diǎn)測驗(yàn)，了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。這些反饋信息均有助于教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

2)協(xié)助機(jī)制。學(xué)生在線上學(xué)習(xí)通平臺(tái)學(xué)習(xí)中難免會(huì)遇到困難，教師在設(shè)計(jì)混合式教學(xué)時(shí)，要考慮到學(xué)習(xí)的難度。在學(xué)習(xí)過程有可能存在困難的地方設(shè)置搭橋，使學(xué)生從困難中解脫出來繼續(xù)完成學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)生可以選擇教師或者其他同學(xué)求助，也可以放棄。這樣的課程設(shè)計(jì)增加了學(xué)習(xí)的趣味性，以及學(xué)生之間、老師和學(xué)生之間的緊密程度，有利于學(xué)生獨(dú)立自主個(gè)性化能力的培養(yǎng)。此外，學(xué)生的求助及協(xié)助情況也能側(cè)面反映出學(xué)習(xí)過程中的難點(diǎn)，以及不同學(xué)生之間的掌握的差異性，增加教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的把控。

3)調(diào)整機(jī)制。任何一種教學(xué)設(shè)計(jì)都不是萬能的。針對(duì)不同的學(xué)習(xí)對(duì)象，教師可將不同章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，如線上教學(xué)的視頻時(shí)間長短、線上課程的開放時(shí)間等，以滿足個(gè)性化的人才培養(yǎng)需求。

4 結(jié)語

在積極推進(jìn)新工科建設(shè)的大背景下，“學(xué)習(xí)通線上平臺(tái)+傳統(tǒng)的課堂教學(xué)”的儀器分析線上線下混合式教學(xué)方法改革得到了較好的探索與實(shí)施。此教學(xué)方法堅(jiān)持貫徹以學(xué)生為主體，通過學(xué)習(xí)開始、學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)結(jié)果和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)四個(gè)階段的循環(huán)綜合評(píng)價(jià)教學(xué)效果，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、解決問題和科研創(chuàng)新的能力，契合新工科建設(shè)背景下對(duì)化工類復(fù)合創(chuàng)新型高級(jí)人才的培養(yǎng)的目標(biāo)。